Tiểu luận môn học hóa môi trường nhiên liệu hóa thạch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG  TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA MÔI TRƯỜNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 5 năm 2014 Nhóm : 4 Lớp : 12CMT Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT DANH SÁCH NHÓM VÀ PHÂN CÔNG VIỆC: STT Họ tên MSSV Công việc 1 Võ Thị Dấu 1222028 Tìm và tổng hợp tài liệu 2 Trần Thế Đạt 1222037 Dịch bài 3 Hồ Hoàng Khang 1222084 Tìm và tổng hợp tài liệu 4 Trần Thị Mỹ Linh 1222106 Làm pp và báo cáo 5 Nguyễn Huy Nhã 1222148 Báo cáo 6 Nguyễn Thị Tuyết Nhân 1222152 Tìm tài liệu và tổng hợp 7 Huỳnh Thị Minh Phương 1222177 Làm pp và báo cáo 8 Nguyễn Tấn Quốc 1222188 Dịch bài 9 Lê Thị Thu Trang 1222256 Tìm và tổng hợp tài liệu 10 Nguyễn Huỳnh Thiện 1222217 Vắng Trang 2/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT MỤC LỤC: 1.T ng quan v v n đ n ng l ng và nhiên li u hóa th chổ ề ấ ề ă ượ ệ ạ 5 2.Các lo i nhiên li u hóa th ch và tác đ ng môi tr ng trong quá trình khai thác, ch bi n và sạ ệ ạ ộ ườ ế ế ử d ng chúngụ 6 2.1.Than đá (coal) 6 2.1.1 Th nào là than đá?ế 6 2.1.2. Ngu n g c và quá trình hình thành than đáồ ố 6 2.1.3 Thành ph n c a than đáầ ủ 7 2.1.4 Tr l ng than đá trên th gi iữ ượ ế ớ 7 2.1.5 Vai trò c a than đáủ 7 2.1.6 Tác đ ng môi tr ng c a vi c s d ng than đáộ ườ ủ ệ ử ụ 8 2.2. D u m (petroleum)ầ ỏ 9 2.2.1 Th nào là d u m ?ế ầ ỏ 9 2.2.2 Ngu n g c và quá trình hình thành d u mồ ố ầ ỏ 9 2.2.3 Thành ph n c a d u mầ ủ ầ ỏ 10 2.2.4 Tr l ng và nhu c u d u mữ ượ ầ ầ ỏ 10 2.2.5 Vai trò c a d u mủ ầ ỏ 11 2.2.6 Tác đ ng môi tr ng trong quá trình khai thác, ch bi n và s d ng d u m và cácộ ườ ế ế ử ụ ầ ỏ s n ph m t d u mả ẩ ừ ầ ỏ 12 2.3 Khí thiên nhiên 13 2.3.1 Khí thiên nhiên là gì? 13 2.3.2 Ngu n g c và quá trình hình thànhồ ố 13 2.3.3 Thành ph n c a khí thiên nhiênầ ủ 14 2.3.4 Tr l ng và nhu c uữ ượ ầ 14 2.3.5 Vai trò c a khí thiên nhiênủ 15 Trang 3/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 2.3.6 Tác đ ng môi tr ng c a khí thiên nhiênộ ườ ủ 15 3.Nh ng bi n pháp gi m thi u ô nhi m _ Nh ng ngu n n ng l ng m iữ ệ ả ể ễ ữ ồ ă ượ ớ 16 3.1 Áp d ng nh ng k thu t m i đ t ng hi u su t s d ngụ ữ ỹ ậ ớ ể ă ệ ấ ử ụ 16 3.1.1 Than đá 16 3.2 N ng l ng xanh.ă ượ 17 3.2.2 N ng l ng gió.ă ượ 19 3.2.3 N ng l ng m t tr i.ă ượ ặ ờ 21 3.2.4Nhiên li u sinh h c (biofuel) ệ ọ 23 2.T ng k tổ ế 25 3.Tài li u tham kh o.ệ ả 26 Trang 4/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 1. Tổng quan về vấn đề năng lượng và nhiên liệu hóa thạch Lịch sử đã chứng minh, năng lượng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội loài người. Quốc gia nào giàu có về năng lượng và tự chủ được năng lượng, quốc gia đó sẽ có điều kiện rất lợi để phát triển kinh tế. Nguồn năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng quan trọng nhất cho đến hiện nay, cung cấp trên 80% năng lượng sơ cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh khối truyền thống, nhiên liệu hóa thạch được sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ (35%), than đá (25%), khí thiên nhiên (21%). Tuy nhiên, trữ lượng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn. Và vấn đề an ninh năng lượng thế giới đang bị đe dọa khi chúng ta đang phải đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tương lai không xa. Nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel) là tên gọi chung cho những nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch nằm ở trong lớp vỏ Trái Đất, gồm những hợp chất có tỉ lệ các nguyên tố C/H trong phân tử khác nhau, từ giá trị thấp như methan (CH4) ở thể khí đến dầu mỏ ở thể lỏng và cuối cùng là đến những khoáng vật hầu như chỉ chứa carbon là than antracit. Được tạo thành bởi quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật chết bị chôn vùi trong lòng đất dưới áp suất và nhiệt độ cao, qua thời gian lâu dài có thể đến hàng trăm triệu năm. Nhiên liệu hóa t hạch là nguồn tài nguyên không tái tạo được. Trang 5/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 2. Các loại nhiên liệu hóa thạch và tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng chúng 2.1.Than đá (coal) 2.1.1 Thế nào là than đá? Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch, được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy, nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị oxi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). (http://vi.wikipedia.org/wiki/Than_ %C4%91%C3%A1) Hình 2.1: Than đá 2.1.2. Nguồn gốc và quá trình hình thành than đá - Nguồn gốc: than đá có nguồn gốc từ thực vật. - Quá trình hình thành: Hình 2.2: Quá trình hình thành than và sơ đồ cấp than (Nguồn: http://www.uky.edu/KGS/coal/coalform_download.htm) Cách đây hàng trăm triệu năm, các khu rừng rậm trên Trái Đất bị chôn vùi. Được bùn và nước bao phủ, cây không bị phân hủy sinh học và oxy hóa. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao làm cho thân cây bị cacbon hóa và tạo thành than đá. Tóm tắt quá trình: chất hữu cơ (thực vật) => peat (than bùn) => lignite (than nâu)=> sub-bituminous (than mỡ non) => bituminuos (than mỡ) => than anthracite. Trong đó, than anthracite là than cứng nhất và có hàm lượng carbon cao nhất. Trang 6/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 2.1.3 Thành phần của than đá Trong than đá, nguyên tố carbon chiếm phần lớn. Hiện nay, người ta đã tìn thấy 76 nguyên tố có mặt trong than, chủ yếu là các nguyên tố C, H, O, N, S. Các nguyên tố có hàm lượng ít hơn là: Fe, Si, Mg, Ca, Mn, P, K, . Ngoài ra, còn có các nguyên tố ở dạng vết: selenium, thủy ngân, arsen, cadmium, Trong quá trình hình thành than, một số nguyên tố kết hợp với nhau tạo thành khoảng 120 loại khoáng vật, như khoáng thạch anh, khoáng đất sét, pyrite (FeS 2 ), calcite, 2.1.4 Trữ lượng than đá trên thế giới Bảng 2.1: Trữ lượng than trên thế giới (World energy Council 2010, BP Statistical Review, 2011) Châu lục Trữ lượng, triệu tấn Tỉ lệ, % Tỉ sô R/P, năm Bắc Mỹ 245 088 28,5 231 Trung và Nam Mỹ 12 508 1,5 148 Châu Âu và Á – Âu 304 604 35,4 257 Trung Đông và châu Phi 32 895 3,8 127 Châu Á – Thái Bình Dương 265 843 30,9 57 Toàn cầu 860 938 100 118 ( Nguồn: Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 38) Trữ lượng than đá hiện nay trên thế giới ước tính khoảng 860 triệu tấn và có mặt trên 100 quốc gia, nhiều nhất là Hoa Kì (22%), tiếp đến là Nga và Trung Quốc. Tỉ số trữ lượng trên sản lượng, R/P ( Reserved-to-production ratio) cho ta biết thời gian khai thác còn lại của nguồn lợi đó nếu tiếp tục khai thác chúng với tốc độ hiện tại. Như vậy, con người chỉ có thể khác thác than trong vòng hơn một thế kỉ nữa (118 năm). Tổng lượng tiêu thụ than trên thế giới khoảng 6,75 tỉ tấn vào năm 2006 và ước tình tăng đến 9,98 tỉ tấn vào năm 2030. Theo Hội đồng Năng lượng quốc tế WEC năm 2010, sản lượng than của Việt Nam là 150 triệu tấn (chủ yếu là than antraxit), thấp hơn rất nhiều so với các báo cáo trước đó. Như vậy, với các dự án nhà máy nhiệt điện than hiện nay thì đến năm 2020 nước ta sẽ phải nhập khẩu than để đảm bảo nhu cầu tiêu thụ trong nước. 2.1.5 Vai trò của than đá Than đá được sử dụng rất phổ biến trong đời sống và sản xuất. Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa và sưởi ấm. than đá được sử dụng phổ biến khi động cơ máy hơi nước ra đời. Ngày nay, than đá chủ yếu dùng làm nhiên liệu để sản xuất điện, luyện kim, và các ngành công nghiệp khác. Khoảng 40% năng lượng điện trên thế giới được sản xuất từ than đá. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa học như: dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo, phân bón,… Ngoài ra, do có tính chất hấp phụ các chất độc, than còn được sử dụng để chế tạo mặt nạ phòng độc, lọc nước,… Trang 7/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 2.1.6 Tác động môi trường của việc sử dụng than đá Quá trình khai thác và chế biến than có ảnh hưởng rất lớn đối với hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đặc biệt là nguồn nước. Việc đốt than gây ra rất nhiều tác động xấu đến môi trường. Sản phẩm của quá trình đốt than rất phức tạp, bao gồm phần rắn và phần bay hơi (chủ yếu là CO2). VD: Khoáng pyrite (FeS 2 ) khi cháy tách ra thành lưu huỳnh và sắt, sắt kết hợp với oxygen thành oxide sắt nằm ở phần rắn, còn lưu huỳnh khi kết hợp với oxygen thành SO x bay vào khí quyển.Một số nguyên tố như selenium, thủy ngân, cũng bay hơi theo sản phẩm cháy. Ngoài ra, còn có một lượng tro bụi cũng bay vào khí quyển. Khi dùng than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, mỗi kg than khi đốt cháy, ta thu được khoảng 2 kWh điện, với hiệu suất suất rất thấp khoảng 30 - 40%. Về mặt môi trường, mỗi kg than thương mại (có hàm lượng carbon ít nhất 70%), sinh ra 2,93 kg khí carbonic. Như vậy, mỗi kWh điện sản xuất ra tương ứng với sự phát thải 1,47 kg khí carbonic. Điều này chứng tỏ than đá là nguồn thải khí CO 2 lớn nhất, là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Ngoài ra, khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra hàm lượng lớn khí SOx, NOx, là nguyên nhân gây mưa acid. Hình 2.3: Quá trình hình thành mưa acid (http://www.asdlib.org/onlineArticles/ecourseware/Manahan/EnvChBasicsCondensed Lect.pdf) - Tro bụi từ quá trình đốt than cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng Trang 8/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT Hình 2.4: Ô nhiễm không khí do đốt than ở Trung Quốc (http://www.khoahoc.com.vn/doisong/moi-truong/tham-hoa/47402_than-da-ke-tan- pha-moi-truong-lon-nhat.aspx) 2.2. Dầu mỏ (petroleum) 2.2.1 Thế nào là dầu mỏ? Dầu mỏ là hỗn hợp các hydrocarbon với phân tử lượng khác nhau cùng với các hợp chất hữu cơ khác. Là một chất lỏng sánh đặc, có màu nâu hoặc ngã lục. Hình 2.5: Dầu thô Việt Nam 2.2.2 Nguồn gốc và quá trình hình thành dầu mỏ Hình 2.6: Quá trình hình thành dầu mỏ Trang 9/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT (http://www.m2c3.com/chemistry/VLI/M3_Topic1/M3_Topic1_print.html) Có nhiều giả thuyết được đưa ra để giải thích sự hình thành dầu mỏ, nhưng giả thuyết phổ biến và được đông đảo các nhà khoa học đồng thuận là thuyết sinh vật học (thuyết nguồn gốc hữu cơ). Theo lý thuyết này, dầu mỏ được tạo thành từ các vật liệu còn sót lại sau quá trình phân rã xác các động vật và tảo biển nhỏ thời tiền sử trong các đại dương, dần dần lắng đọng tạo nên một lớp vật chất hữu cơ. Lớp vật chất hữu cơ này bị chôn sâu dưới lớp trầm tích dày trải qua hàng chục, hàng trăm triệu năm dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất được chuyển hóa thành các hydrocarbon, là tiền thân của dầu. Dầu được sinh ra rải rác trong các lớp đá trầm tích, nhưng phải tìm nơi "trú ẩn" bằng cách "di cư" qua các tầng đá. Chúng xâm nhập lên phía trên thông qua các lớp đá ngay sát đó cho tới khi chúng bị rơi vào "bẫy dầu" bên dưới những tảng đá không thể ngấm qua. Bẫy dầu là những khối đá rỗng xốp, dầu có thể vào được mà không ra được do có tầng đá chắn hoặc nút muối. Sự tập trung dầu bên trong một bẫy dầu hình thành nên một giếng dầu, từ đó dầu lỏng có thể được khai thác bằng cách khoan và bơm. 2.2.3 Thành phần của dầu mỏ Dầu mỏ là hỗn hợp của nhiều hydrocabon: alkan (paraffin), cycloalkan và các hydrocarbon vòng thơm. Ngoài ra còn có nitrogen, oxygen, lưu huỳnh,… Hàm lượng carbon (>80%), hydrogen (10 – 14%), lưu huỳnh (0,05 – 6%),…. Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. Hình 2.7: Quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ (Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 43) 2.2.4 Trữ lượng và nhu cầu dầu mỏ Bảng 2.2: Trữ lượng xác minh dầu mỏ trên thế giới (Theo BP Statistical Review of World Energy, June 2010) Trang 10/26 [...]... https://www.pvoil.com.vn/vi-VN/print/cac-bai-viet-ve-xang-sinh-hoc-e5/tu-nam-2015tieu-thu-xang-e5-tren-toan-quoc/284/708  Nguồn nhiên liệu của tương lai- thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống: • Nguồn năng lượng tái tạo • Thân thiện với môi trường, giảm khí thải nhà kính • Nguồn nguyên liệu sẵn có, tận dụng phế phẩm Tuy nhiên khả năng sản xuất và quy mô chưa cao, tùy thuộc vào mùa vụ Trang 24/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT 2 Tổng kết Nhiên liệu hóa thạch đóng vai trò hết sức quan... với môi trường hơn là các nguồn năng lượng hóa thạch Năng lượng xanh bao gồm các nguồn năng tái tạo như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy năng, địa nhiệt, nhiên liệu sinh học Trước đây năng lượng hạt nhân được xem là năng lượng xanh do không phát thải CO 2 nhưng chất thải hạt nhân và các tai nạn thảm khốc của một số nhà máy điện hạt nhân đã làm cho Trang 17/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường. .. Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT Công suất: 20MW, Cung cấp năng lượng cho 27500 hộ gia đình (tương đương năng lượng 89000 tấn than nâu hay 217000 thùng dầu), giảm phát thải 30000 tấn CO2 http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/cong-nghe-moi/33437_dem-nha-maynang-luong-mat-troi-phat-dien.aspx 3.2. 4Nhiên liệu sinh học (biofuel) - Hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc: • • • Sinh học: nhiên. .. Trang 14/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT Dương Toàn cầu 187 100 58,6 2.3.5 Vai trò của khí thiên nhiên Trước đây, khí đồng hành hay bị đốt bỏ vì không có phương tiện vận chuyển, tồn trữ hoặc do không có lợi về mặt kinh tế Ngày nay, khí thiên nhiên được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện, trong các ngành công nghiệp và trong dân dụng (đun nấu, sưởi ấm,…) Khí thiên nhiên có thể... người Tuy nhiên, đây là nguồn năng lượng có hạn và quá trình sử dụng chúng cũng gây ra những tác động to lớn đến môi trường Để hóa giải mối đe dọa sự tồn tại của hành tinh và cuộc sống của loài người, buộc chúng ta phải có những biện pháp tiết kiệm nguồn năng lượng này cũng như tìm ra những nguồn năng lượng thay thế trong tương lai Trang 25/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT 3 Tài liệu tham... http://www.sciencephoto.com/media/34078/enlarge Ngày nay năng lượng gió chủ yếu dùng để phát điện Trang 19/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT Turbine gió của nhà máy điện gió http://www.xaluan.com/modules.php? name=News&file=article&sid=342670 - Điện gió có giá thành rẻ hơn so với điện từ năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân và không tiêu tốn bất kỳ nhiên liệu nào, nó không cần nguồn nguồn nước làm mát như các nhà máy nhiệt... 13/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT Hình 2.10: Quá trình hình thành khí thiên nhiên (Nguồn: http://www.ems.psu.edu/~pisupati/ACSOutreach/Natural_Gas.html) 2.3.3 Thành phần của khí thiên nhiên Mặc dầu methan là thành phần chính, nhưng trong khí thiên nhiên còn có các hydrocarbon nhẹ khác là ethan, propan, butan, pentan với thành phần giảm dần theo số C trong phân tử Khí thiên nhiên. .. giải quyết các vấn đề về lượng khí thải CO 2 Trong trường hợp sử dụng đồng thời than và khí tự nhiên, kết hợp với than hóa lỏng, khí gây hiệu ứng nhà kính được phát thải trong toàn bộ quá trình sử dụng có thể thấp hơn 1/5 so với tiêu chuẩn (http://www.vinacomin.vn/vi/news/Tin-the-gioi/Hoa-long-than-bao-ve-moi-truongTrang 16/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT 3011.html.)  Cải tiến thiết... học: nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật, ngũ cốc Chất thải trong nông nghiệp Sản phẩm thải trong công nghiệp - Khai thác dầu từ vi tảo Không làm tăng giá nông sản Sản xuất dầu từ tảo có hiệu quả gấp hàng trăm lần so với làm từ thực vật trên cạn Trang 23/26 Tiểu luận môn học Hóa Môi trường Nhóm 4 - 12CMT http://aquaticbiofuel.com/tag/algae-fuel - Các nhóm chính  Diesel sinh học (Biodiesel)... trò của dầu mỏ Dầu mỏ có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay, là loại nhiên liệu hóa thạch được sử dụng phổ biến nhất Dầu mỏ được sử dụng chủ yếu để sản xuất nhiên liệu và cung cấp cho ngành công nghiệp hóa dầu Trước đây, dầu mỏ còn được dùng để sản xuất điện Những ứng dụng thường gặp của dầu mỏ là: làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nhựa đường, chất dẻo, sợi vải tổng hợp, thuốc . TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG  TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA MÔI TRƯỜNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH TP. Hồ Chí. triệu năm. Nhiên liệu hóa t hạch là nguồn tài nguyên không tái tạo được. Trang 5/26 Ti u lu n môn h c Hóa Môi tr ngể ậ ọ ườ Nhóm 4 - 12CMT 2. Các loại nhiên liệu hóa thạch và tác động môi trường. diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tương lai không xa. Nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel) là tên gọi chung cho những nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch nằm ở trong lớp vỏ Trái