Tiểu Luận Nhập Môn Kĩ Thuật Môi Trường

Dầu thô là một hỗn hợp lỏng gồm hàng trăm hợp chất hydrocacbon Từ C5 đến C60.Từ dầu thô, trải qua quá trình lọc dầu, các hợp chất được phân thành các sản phẩm khácnhau, tùy theo điểm sôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện khoa học & công nghệ môi trường

===  ===

Bài tiểu luận: Nhập môn kỹ thuật môi trường

Đề tài: Sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch

Nhóm sinh viên thực hiện:

Họ và tên MSSV

Vương Đình Nam 20132720

Phùng Trà My 20132636

Nguyễn Thị Thanh Nga 20132737

Nguyễn Thị Bích Phượng 20133064

Lê Anh Phương 20133013

Vũ Thị Thu Phương 20133054

Trần Văn Quyền 20133199

Nguyễn Như Quỳnh 20133221

Doãn Minh Sang 20133255

Nguyễn Thế Tám 20133412

Lớp: KTMT01-K58

Giảng viên hướng dẫn: Ts Nghiêm Trung Dũng

Hà Nội, tháng 10 năm 2014

MỤC LỤC

PHẦN 1: KHÁI NIỆM, NGUỒN GỐC VÀ PHÂN BỐ 3

I Khái niệm 3

1 Khái niệm 3

II Nguồn gốc và phân bố 3

1 Than (coal) 4

2 Dầu và khí thiên nhiên (Oil and natural gas) 5

2.1 Dầu thô (crude oil) 5

2.2 Khí đốt 6

III Tầm quan trọng 7

IV Nguyên nhân của sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch 7

PHẦN 2: THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ 8

I Vài nét chung về nhu cầu năng lượng của thế giới 8

1 Dầu mỏ 9

2 Kkhí thiên nhiên 11

3 Than 12

PHẦN 3: GIẢI PHÁP CHO SỰ CẠN KIỆT NGUỒN NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 14

1 Giải pháp kinh tế 14

2 Giải pháp thể chế 15

3 Giải pháp giáo dục 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

PHẦN 1: KHÁI NIỆM, NGUỒN GỐC VÀ PHÂN BỐ

I.Khái niệm

1 Khái niệm

-Nhiên liệu hóa thạch là các loại nhiên liệu được tạo thành bởi quá trình phân hủy kỵkhí của các sinh vật chết bị chôn vùi cách đây hơn 300 triệu năm Các nguyên liệu này chứahàm lượng cacbon và hydrocacbon cao

II Nguồn gốc và phân bố.

(Nhiên liệu hóa thạch gồm 3 nhóm chính: than đá, dầu và khí đốt)

-Nhiên liệu hóa thạch được hình thành:

Từ quá trình phân hủy kỵ khí của xác các sinh vật( thực vật phù du và động vật phùdu) lắng đọng xuống đáy biển (hồ) với số lượng lớn

+Trong các điều kiện thiếu ôxy, cách đây hang triệu năm

+ Trải qua thời gian địa chất, các hợp chất hữu cơ trộn với bùn, và bị chôn vùi bêndưới các lớp trầm tích nặng

+Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao , các vật chất hữu cơ bị biến đổi hóa học, tạo

để lại khối chất giàu cacbon là than

Sự hình thành than là một quá trình lâu dài và phải trải qua hàng chuỗi các bước:

Bước đầu tiên là sự tạo nên than bùn (peat), một chất màu hơi nâu, ướt, mềm, xốp Sau một triệu năm hay hơn nữa, than bùn chuyển thành dạng than non (lignite), một dạng

than mềm và có bề ngoài hơi giống gỗ, màu nâu hay đen nâu, hàm lượng ẩm cao ( 45%)

Phải mất thêm hàng triệu năm nữa để hình thành nên than bitum (than "nhựa đường" : bituminous coal) Đây là dạng than phổ biến nhất, còn được gọi là than mềm (soft coal), mặc dù nó còn cứng hơn lignite, hàm lượng ẩm khoảng 5-15%.Than bitum

chứa nhiều lưu huỳnh (2-3%), tạp chất (nhựa đường, hắc ín ), vì vậy khi đốt thường gây ônhiễm không khí, tuy nhiên loại than này vẫn được sử dụng rộng rãi do sinh ra nhiệt lượngcao

Sau vài triệu năm hay hơn nữa, than bitum mới bắt đầu chuyển thành anthracite hay còn gọi là than cứng Đây là dạng than được ưa chuộng nhất Nó cứng, đặc, chứa hàm

lượng cacbon cao nhất trong các loại than, do đó, khi đốt cho nhiệt lượng cao nhất Ngoài

ra, vì hàm lượng lưu huỳnh thấp nên than cứng còn là dạng than ít gây ô nhiễm và sạch

nhất

*Phân bố than trên thế giới :

Than là dạng nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng phong phú nhất, được tìm thấy chủ yếu

ở Bắc Bán Cầu Các mỏ than lớn nhất hiện nay nằm ở Mĩ, Nga, Trung Quốc và Ấn Độ Các

mỏ tương đối lớn ở Canada, Đức, Balan, Nam Phi, Úc, Mông Cổ, Brazil Trữ lượng than ở

Mĩ chiếm khoảng 23,6% của cả thế giới

2 Dầu và khí thiên nhiên (Oil and natural gas).

Dầu và khí thiên nhiên có nguồn gốc từ các trầm tích biển giàu xác bã động thực vật cách đây khoảng 200 triệu năm Các trầm tích hữu cơ ở điều kiện chôn vùi thiếu oxy, dưới nhiệt độ 50-250 độ C, áp suất ở độ sâu 2-7 km theo thời gian tạo nên hỗn hợp hydrocacbob

là dầu và khí (ở dãy nhiệt độ cao hơn và độ sâu sâu hơn dầu)

Các mỏ dầu và khí thường thấy đi đôi với nhau Do tỷ trọng nhỏ hơn đá, chúng có xu hướng di chuyển lên phía trên qua các lỗ rỗng của đá và tích tụ thành các vũng dưới những lớp đá không thấm Tầng đá không thấm phía trên và tầng đá thấm bên dưới tạo nên bẫy dầu hoặc khí.Có nhiều dạng bẫy khác nhau trong tự nhiên Một khi tầng đá phủ bị mũi khoan xuyên thủng thì dầu và khí đi theo lỗ khoan lên mặt đất để được chế biến và phân phối

2.1 Dầu thô (crude oil)

Dầu thô là một hỗn hợp lỏng gồm hàng trăm hợp chất hydrocacbon (Từ C5 đến C60).

Từ dầu thô, trải qua quá trình lọc dầu, các hợp chất được phân thành các sản phẩm khácnhau, tùy theo điểm sôi của chúng :

-Khí dầu mỏ, xăng lấy ra ở đỉnh tháp chưng, làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.-Dầu xăng làm nhiên liệu cho động cơ phản lực, máy bay

-Dầu hỏa được lấy trong khoảng nhiệt độ từ 250-350 độ C, được dùng làm nhiên liệucho động cơ diesel và dùng để cracking (Do xăng thu được từ quá trình chưng cất ở áp suấtthường chỉ là 20% của dầu thô, tiến hành cracking để tạo ra nhiều xăng hơn và chất lượngxăng cao hơn)

-Mazut được lấy ra ở đáy tháp chưng với nhiệt độ trên 275 độ C Mazut chiếm tới 50% lượng dầu mỏ đem chưng.Mazut được chế biến tiếp trong tháp chưng chân không đểlấy thêm một số sản phẩm Quá trình chưng chân không nhằm hạ nhiệt độ sôi của Mazut,tránh được sự phân hủy Sản phẩm của quá trình là các loại dầu bôi trơn và nhựa đường.Dầu bôi trơn (lubricants) có nhiệt độ sôi 250-350 độ C, là sản phẩm quan trọng thứ hai sauxăng

40 Hắc ín, nhựa đường (asphal) là phần còn lại sau khi chưng, lấy ra ở đáy tháp ở nhiệt

độ khoảng 380 độ C, có thể sử dụng trực tiếp hoặc qua chế biến làm nhựa đường, chất lợp.Dầu còn chứa các hợp chất hoá dầu (petrochemicals) nên ngoài việc cung cấp nhiênliệu cho các động cơ, dầu mỏ còn là nguồn nguyên liệu tạo ra các sản phẩm phục vụ côngnghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng như sợi tổng hợp, chất dẻo, cao su nhân tạo, chất tẩy rửa,hương liệu, dung môi sơn, v.v vv

2.2 Khí đốt.

Khí thiên nhiên chỉ chứa vài hydrocacbon (C1 đến C4), mêtan và một lượng nhỏ hơn các êtan, propan, butan Propan và butan được tách khỏi khí thiên nhiên và lưu trữ dưới áp suất (nén) trong các thùng dầu ở dạng lỏng gọi là khí dầu mỏ hoá lỏng (liquefied petroleum gas), chủ yếu được dùng làm nhiên liệu để sưởi ấm và nấu nước ở những vùng thôn quê.Khí thiên nhiên ngày càng phổ biến do nó là một nguồn năng lượng hiệu quả và tươngđối sạch Khí thiên nhiên hầu như không chứa S Hơn nữa, khi đốt nó thải ít CO2 hơn xăng dầu hay than Khí thiên nhiên đang được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực năng lượng như đốt trong các hộ gia đình, các trạm phát điện thay thế than, khí nén làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông (xe tải, bus ) So với các xe chạy bằng xăng dầu, xe chạy bằng khí thiên nhiên giảm lượng phát thải đến 80-90% hydrocacbon, 90% CO, 90% các chất độc và hầu như không có muội khói Nó còn kinh tế vì giá thành cũng chỉ tương đương xăng dầu.

*Methanoltổng hợp từ khí thiên nhiên.

Metanol (CH3OH) có thể được sản xuất từ khí thiên nhiên hay tổng hợp từ than đá,khí sinh học (biogas) Hiện nay, người ta thường dùng khí thiên nhiên để sản xuất metanol.Metanol đã được chọn làm nhiên liệu cho các xe đua Nó cháy ở nhiệt độ ngọn lửathấp hơn so với xăng và dầu diesel, như vậy nguồn thải hydrocacbon và CO cũng giảm, ítmuội khói.Khí hydrocacbon ít sẽ làm giảm các phản ứng quang hoá

Tuy nhiên, metanol có những hạn chế như : nguồn thải của nó nhiều formaldehyd(HCHO) hơn xăng (khí này làm cay mắt và gây ung thư) Metanol lỏng tương đối độc, cótính ăn mòn cao nên đòi hỏi thùng chứa phải làm bằng những vật liệu đặc biệt Thêm vào

đó, động cơ chạy bằng metanol sẽ khó khởi động trong đk khí hậu lạnh (do mức độ bay hơicủa nó thấp hơn xăng) Nó cháy với ngọn lửa không nhìn thấy (nguy hiểm).Hàm lượng

năng lượng của nó chỉ bằng 1/2 xăng, do đó nó chạy được quãng đường ngắn hơn khi sovới cùng một thể tích nhiên liệu.

*Phân bố dầu và khí thiên nhiên trên thế giới.

Trữ lượng khổng lồ đến 63,2% lượng dầu của cả thế giới tập trung ở Vịnh Ba Tư, nhất

là Ảrập Saudi (thành viên số 1 của OPEC :Organization of Petroleum Exporting Countries).Các mỏ dầu quan trọng còn lại khác nằm ở vịnhư Venezuela, Mehico, Nga, Libi và Mỹ (Alaska và vịnh Mehico)

Gần 1/2 (49%) trữ lượng khí thiên nhiên của thế giới nằm ở 2 nước Nga và Iran Các

mỏ khí thiên nhiên quan trọng khác nằm ở Các Tiểu Vương Quốc Arap thống nhất, Arap Saudi, Mỹ và Venezuela

III Tầm quan trọng.

- Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) ước tính năm 2006 : nguồn năng lượngnguyên thủy chiếm 86% nhiên liệu nguyên thủy sản xuất trên thế giới.( 36,8% dầu mỏ, than26,6%, khí thiên nhiên 22,9%)

- Dùng làm chất đốt (bị ôxi hóa thành điôxít cacbon và nước) để tạo ra năng lượng

- Riêng về sản xuất điện, nhiên liệu hóa thạch cũng cung cấp 66% (tăng 2%), trongkhi năng lượng tái tạo mới cung cấp khoảng 5%

- Các hydrocacbon bán rắn rò rỉ lên mặt đất được dùng làm chất đốt trong thời cổ đại,hay làm chất chống thấm và ướp xác

- Chất đốt cho các loại đèn dầu

- Dùng cho các động cơ đốt trong(Xăng ,dầu diesel (phẩm chưng cất từ nhiên liệu hóathạch)), nhà máy điện dùng nhiên liệu hóa thạch và các mục đích khác

- Than,dầu hỏa dung vận hành động cơ hơi nước

- Hắc ín -sản phẩm còn lại sau khi chiết tách dầu, dùng làm vật liệu trải đường

- …

IV Nguyên nhân của sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch

- Do sự tăng lên về dân số thế giới

- Do trữ lượng của nhiên liệu hóa thạch hữu hạn

- Do sự tăng lên về nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch phục vụ cho quá trình côngnghiệp hóa hiện đại hóa

- Do bất ổn an ninh các khu vực chiến lược về năng lượng của thế giới

- Do khai thác bừa bãi

PHẦN 2: THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ.

I.Vài nét chung về nhu cầu năng lượng của thế giới

Về vấn đề này, có 3 điểm chúng ta cần lưu ý Một là, nhu cầu về năng lượng của thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập kỷ qua Thứ hai là, nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lượng cho đến năm 2010.Thứ ba là, nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của từng khu vực trên thế giới cũng không giống nhau

Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ tất

cả các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh Các nguồn năng lượng hóa thạch trên thế giới đang dần cạn kiệt

Theo nhiều dự báo, số cung dầu lửa toàn cầu sẽ còn gia tăng ít ra trong 5 năm tới trước khi đạt đỉnh điểm; khí đốt thiên nhiên và urani có lẽ còn gia tăng trong một hay hai thập kỷ trước khi lên mức tối đa và bắt đầu giảm dần

Nga đứng đầu thế giới về khí đốt thiên nhiên, đứng thứ hai về dầu mỏ và là nguồn cung cấp than và urani quan trọng cho thế giới Song theo nghiên cứu của các chuyên gia, khoảng 20-30 năm nữa tài nguyên thiên nhiên ở Nga sẽ chẳng còn lại là bao Hiện tỷ lệ khai thác dầu của Nga đã vượt quá 60%, việc tìm kiếm những mỏ mới thay thế ngày càng khó, 50 năm qua việc phát hiện những mỏ mới giảm 10 lần Thời kỳ hoàng kim năng lượngcủa Nga sẽ nhanh chóng biến mất và đối diện với thời kỳ cạn kiệt tài nguyên

Saudia Arabia, nước chiếm 25% trữ lượng dầu mỏ thế giới và là nước sản xuất và xuấtkhẩu dầu thô hàng đầu thế giới Nhưng người ta đang lo ngại rằng trữ lượng dầu của nướcnày đang sụt giảm vì phần lớn dầu lửa của Saudia Arabia được khai thác từ một số mỏ dầu

khổng lồ nhưng các mỏ này đã được khai thác quá lâu, hơn một nửa thế kỷ qua, và thực tếđang ngày một khó khai thác hơn Người ta cũng đang lo ngại về thời kỳ hậu dầu mỏ củakhu vực này.

Mặc dù Indonesia có trữ lượng than đá đã được kiểm chứng rất lớn, tới 5,5 tỷ tấn,trong tổng trữ lượng 860 tỷ tấn của toàn cầu, song cũng chỉ đủ cho khai thác trong vòng 14năm nữa

Về khí đốt, trong 10 năm qua, trữ lượng khí đốt đã được kiểm chứng của Indonesiatăng 12%, so với mức tăng 21% của toàn cầu, đạt 2.900 tỷ m3, tương đương với 19,1 tỷthùng dầu quy đổi, song cũng chỉ còn đủ cho khai thác trong 41 năm với mức sản lượng71,1 tỷ m3 của năm 2012

Không chỉ riêng dầu mỏ; các nguồn cung khí đốt tự nhiên, than và urani có thể bắt đầusuy giảm sau một đến hai thập kỷ nữa.Nếu muốn khai thác được than người ta càng phảiđào sâu hơn vào trong lòng đất, càng đào sâu càng ngốn nhiều tiền hơn và càng nguy hiểmhơn

phát triển ở châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc… Các quốc gia này có thể sẽ chiếm tới 60%nhu cầu của thế giới.

Nguồn dầu mỏ được chia ra thành 3 loại chính: trữ lượng phát hiện (Proved reserve:dầu đã được tìm thấy nhưng chưa khai thác); gia tăng trữ lượng (Reserve growth: sự tăngtrữ lượng dầu mỏ do những yếu tố công nghệ dẫn tới việc tăng hệ số thu hồi dầu); và trữlượng chưa được phát hiện (Undiscovered: dầu mỏ được xem có khả năng tìm thấy nếu tiếnhành thăm dò).

Bước vào thế kỷ thứ 21, khi dân số tăng cao và nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu ngày càngtăng cao, không một ai trong chúng ta không hiểu được rằng, nguồn nhiên liệu hóa thạchđang bị suy giảm nhanh chóng, cung không đủ đáp ứng cầu và làm cho giá nhiên liệu tăngcao Cứ trên đà khai thác như hiện nay và dựa trên trữ lượng ước tính mà chúng ta đangnắm được thì nguồn dầu mỏ dự trữ cũng chỉ có thế đáp ứng cho thế giới một khoảng thờigian không dài nữa

2 Kkhí thiên nhiên

Cùng với dầu mỏ, gần đây, khí thiên nhiên đã và đang được coi là một trong nhữngnguồn nhiên liệu có nhu cầu tiêu thụ rất lớn trên thế giới với nhu cầu hàng năm tăng nhanhnhất, trung bình 2,2% kể từ năm 2001 đến 2025, so với nhu cầu tiêu thụ tăng 1,9% đối vớidầu mỏ hàng năm và 1,6% hàng năm đối với than Nhu cầu tiêu thụ khí thiên nhiên vàonăm 2025 ước tính sẽ là 151 nghìn tỷ feet khối, tăng lên gần 70% so với nhu cầu tiêu thụcủa năm 2001 (khi đó là 90 nghìn tỷ feet khối, xem hình 11.13) Như vậy, mức tiêu thụ khí

thiên nhiên trong tổng các loại năng lượng tiêu thụ sẽ tăng từ 23% năm 2001 lên 25% vàonăm 2025.

Trữ lượng khí để sản xuất sản phẩm khí thiên nhiên ước tính sẽ dùng được trongkhoảng 60,7 năm nữa Trung và Nam Mỹ có trữ lượng khí tự nhiên đủ cho khoảng 68,8năm; Các nước Cộng hòa thuộc Liên bang Xô Viết cũ khoảng 75,5 năm, châu Phi 88,9 nămcòn riêng Trung Đông thì trữ lượng khí quy đổi khí thành phẩm đủ cung cấp cho hơn 100năm nữa

3 Than

Là nguồn nhiên liệu hóa thạch được sử dụng từ lâu nhất trên thế giới Tổng trữ lượngthan trên toàn thế giới được ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, đủ cung cấp cho khoảng 210 nămnữa với mức tiêu thụ như hiện nay.

Hàng năm có khoảng hơn 4,030 triệu tấn than được khai thác, con số này đã tăng 38%trong vòng 20 năm qua Sản lượng khai thác tăng nhanh nhất ở châu Á, trong khi đó chấu

Âu khai thác với tốc độ giảm dần Các nước khai thác nhiều nhất không tập trung trên mộtchâu lục mà nằm rải rác trên thế giới, năm nước khai thác lớn nhất hiện nay là: TrungQuốc, Mỹ, Ấn Độ, Úc và Nam Phi Hầu hết các nước khai thác than cho nhu cầu tiêu dùngnội địa, chỉ có khoảng 18% than cứng dành cho thị trường xuất khẩu Lượng than khai thácđược dự báo tới năm 2030 vào khoảng 7 tỷ tấn, với Trung Quốc chiếm khoảng hơn mộtnửa sản lượng.Có thể coi than là một ngành công nghiệp mang tính toàn cầu, lượng thanthương mại được khai thác tại hơn 50 quốc gia và tiêu thụ tại trên 70 nước trên toànthếgiới

Ngành than là một trong những ngành ít chịu ảnh hưởng của suy thoái kinh tế toàn cầuhiện nay Thống kê từ năm 2003 đến hết năm 2006, sản lượng khai thác than bình quân trênthế giới tăng khoảng 3.33%/năm, nhưng nhu cầu sử dụng than tăng khoảng 4.46%/năm, đặcbiệt khu vực châu Á và Australia có tốc độ tăng nhu cầu sử dụng than tới 7.03%/năm Điềunày chứng tỏ, nhu cầu sử dụng than ngày càng tăng lên, trong khi trữ lượng khai thác giảmdần trong những năm vừa qua (bình quân 6.77%/năm trong giai đoạn 2003 - 2006) Theothống kê, giai đoạn 2003 - 2006, sản lượng tiêu thụ than của Việt Nam tăng 119.89% Đặcbiệt, nhu cầu tiêu thụ than của Việt Nam được dự đoán tăng trong những năm tiếp theo, dotrong thời gian vừa qua, Chính phủ đã phê duyệt quy hoạch xây dựng nhiều nhà máy nhiệtđiện tại các địa phương Hiện tại than Việt Nam phục vụ cho các hộ sản xuất chính là điện,

xi măng, giấy, phân bón và phục vụ xuất khẩu.Điện hiện tiêu thụ tới 32% sản lượng tính hết

lượng(%)

31,35 33,64 33,65 38,39 43,11 54,92