Vai trò Khoa học Công nghệ trong khai thác và sử dụng tài nguyên năng lượng

Khoa học công nghệ đóng vai trò tiên quyết trong việc quyết định thành công hay thất bại của xác định tài nguyên. Khoa học cơ bản đã nghiên cứu cho dữ liệu về: Hóa học: phân tích mẫu vật, thành phần mẫu vật lấy từ thực địa, lượng axitbazơ > so sánh với tài nguyên đang tìm kiếm. Thổ nhưỡng: tìm hiểu thành phần đất đá, phân loại theo lí hóa và sinh học > tiềm năng xuất hiện tại khu vực nghiên cứu. Lí học: nhờ các tính chất vật lí > chọn phương thức thăm dò, khảo sát hợp lí. Hải dương học: biết đặc tính chuyên sâu của đại dương, sóng biển,… > vị trí khoan thăm dò hợp lí. Toán học: thống kê, phân tích kết quả số liệu thực tế, mô hình hóa, biểu đồ phân bố tài nguyên năng lượng… Sinh học: biết nguồn gốc phát sinh trầm tích than đá, dầu mỏ (than, dầu khí hình thành ở giai đoạn địa chất cụ thể với điều kiện môi trường nhất định đã được tổng kết).

Vai trò Khoa học Công nghệ trong khai thác và sử

dụng tài nguyên năng lượng

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Thị Phương Loan

Sinh viên:

1 Trần Thị Mỹ Linh

2 Nguyễn Văn Long

3 Nguyễn Thị Nguyệt Minh

4 Vũ Năng Nam

Nội dung

Vai trò của khoa học công nghệ trong:

sử dụng

2 Khai thác tài nguyên

1 Khảo sát và thăm dò tài nguyên

1 Khảo sát và thăm dò

Khoa học công nghệ đóng vai trò tiên quyết trong việc quyết định

thành công hay thất bại của xác định tài nguyên Khoa học cơ

bản đã nghiên cứu cho dữ liệu về:

• Hóa học: phân tích mẫu vật, thành phần mẫu vật lấy từ thực địa,

lượng axit-bazơ -> so sánh với tài nguyên đang tìm kiếm

• Thổ nhưỡng: tìm hiểu thành phần đất đá, phân loại theo lí hóa và

sinh học -> tiềm năng xuất hiện tại khu vực nghiên cứu

• Lí học: nhờ các tính chất vật lí -> chọn phương thức thăm dò,

khảo sát hợp lí

• Hải dương học: biết đặc tính chuyên sâu của đại dương, sóng

biển,… -> vị trí khoan thăm dò hợp lí

• Toán học: thống kê, phân tích kết quả số liệu thực tế, mô hình

hóa, biểu đồ phân bố tài nguyên năng lượng…

• Sinh học: biết nguồn gốc phát sinh trầm tích than đá, dầu mỏ

(than, dầu khí hình thành ở giai đoạn địa chất cụ thể với điều kiện môi trường nhất định đã được tổng kết)

 Nhờ nghiên cứu khoa học cơ bản, xác định được loại tài nguyên ở từng khu vực trên cơ sở cấu trúc của khu vực đó -> trước khi khoan thăm dò, biết khu vực tiềm năng về tài nguyên nhờ các nghiên cứu khoa học đã được công bố.

Ví dụ: Sau khi khoan khảo sát thăm dò mỏ than:

• Dùng phương pháp thống kê -> xác định các vỉa than có thể khai thác và không khai thác, mô tả các vỉa từ dưới lên phân theo độ sâu.

• Vỉa có thể khai thác: mô tả chi tiết loại than, chất lượng than, vị trí, chiều sâu, đặc tính đất đá vách, trụ vỉa than, đặc điểm các dấu hiệu để nối các vỉa, diện phân bố

chung và diện phân bố công nghiệp của vỉa.

 Năng lượng không tái tạo:

Năng lượng hóa thạch: quan sát, khoan cắt thăm dò địa chất, địa tầng

•Dùng mũi khoan khoan sâu vào lòng đất -> dữ liệu khoáng sản

oKhoan tay: thuận lợi cho vùng chật hẹp, lầy lội, khó thi công

oKhoan đập cát nhẹ: khoan sâu ≤ 60m trong địa tầng thích hợp

oKhoan guồng xoắn: các mẫu than được lấy qua thân rỗng của lưỡi khoan -> hướng dẫn sơ bộ về độ sâu, đặc tính địa tầng, giám định chính xác từng khoảng địa tầng không liên tục

 Ở địa tầng tự chống đỡ được,có thể dùng cần đặc và mũi khoan thích hợp, mũi khoan được kéo lên mặt đất khi cần lấy đất đá ra Sau đó tiến hành lấy mẫu đóng và thí nghiệm trong lỗ kho

o Khoan xoay máy: sử dụng trong khoan xoay thăm dò khoáng sản cứng và khoan thăm dò khai thác nước ở công trình quy mô nhỏ

Năng lượng nguyên tử:

Thăm dò trữ lượng các nguyên tố phóng xạ, khả năng khai thác và sử dụng công nghệ làm giàu các nguyên tố phóng xạ từ quặng

Năng lượng tái tạo:

•Năng lượng gió:

Đo cường độ gió, thăm dò địa hình để xác định tiềm năng khai thác

•Năng lượng thủy triều:

Đo độ lệch năng lượng khi triều lên – xuống; xác định vùng có

độ chênh lệch lớn, có thể tích trữ với lượng nước lớn

•Năng lượng sóng biển:

Đo độ cao sóng, cường độ sóng -> vùng nào có khả năng khai thác hợp lí nhất và có lợi nhất

•Năng lượng địa nhiệt:

Dùng kĩ thuật đo gián tiếp qua bức xạ điện, từ, sóng ánh sáng, gradien biến thiên theo độ sâu khi khoan thăm dò

• Năng lượng Mặt Trời: dùng máy quan trắc khí tượng thời tiết đo số giờ nắng, cường độ nắng, cường độ bức xạ Mặt Trời.

Ví dụ: Ở Việt Nam, sau khi sử dụng máy đo, hệ thống cho kết quả

 Vai trò của khoa học công nghệ:

• Đơn giản hóa các quá trình: những nghiên cứu khoa học -> phát hiện tiềm năng có thẻ có tài nguyên ở từng vùng -> tiến hành khoan thăm dò với độ chính xác cao

• Tốc độ khảo sát, thăm dò nhanh: công nghệ phát triển tạo ra máy móc hiện đại, hoạt động tốt, hiệu quả hơn

• Độ chính xác cao: vị trí, cấu trúc, thành phần, tiềm năng khai thác -> công nghệ hợp lí

• Tự động xử lí số liệu theo mẫu, theo nhu cầu sử dụng của con người

• Thực hiện được ở những điều kiện khó khăn -> con nguời

không thể trực tiếp tiếp cận -> máy móc thực hiện tự động

hoặc bán tự động

• Tránh gây hại trực tiếp cho con người: do hầu như sử dụng máy móc

2 Khai thác tài nguyên

Ứng dụng khoa học công nghệ giúp đẩy nhanh thời gian khai thác, tận dụng triệt để nguồn tài nguyên, tiết kiệm chi phí đầu tư và tiêu tốn các loại tài nguyên khác trong quá trình khai thác.

Khai thác than:

•Phương pháp lộ thiên tạo nên lượng đất đá thải lớn, ô nhiễm bụi, ô

nhiễm nước, mất rừng

•Phương pháp hầm lò làm mất 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm

nước, tiêu hao gỗ chống lò và gây các tai nạn hầm lò

=> Áp dụng khoa học công nghệ -> phương pháp khai thác than bằng thủy lực (thích hợp cho các vỉa than chưa được khai thác do chiều dày

và độ dốc lớn) góp phần tận thu tài nguyên than Phương pháp này khấu than bằng dòng nước áp lực cao được dẫn tới thiết bị khai thác thủy lực tại gương nhờ một đường ống áp lực cao

Ư u

điểm

Áp dụng rộng rãi cho các vỉa than từ dốc thoải đến đứng

Sử dụng màn hình điều khiển từ xa -> không cần công nhân trực tiếp tại gương, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn hơn

Đạt sản lượng cao do ít sử dụng lao động tại gương

Có khả năng xử lý tốt những đứt gãy, uốn nếp

Là phương pháp khai thác an toàn, vì không có các nguồn gây cháy và bụi than tại gương

Thay thế cho phương pháp khai thác chia lớp không thể

áp dụng để khấu vỉa than siêu dày.Trong một số trường hợp, các vỉa than mỏng không thể khai thác, có thể khấu cùng với vỉa than đang khai thác

• Phương pháp khí hóa than:

 Công nghệ khí hóa than ngầm UCG (Underground Coal Gasification): khí hóa than ở các vỉa than nằm sâu dưới bề mặt đất

 Qua các lỗ khoan, không khí, O2 hoặc hơi nước -> bơm vào vỉa, đốt cháy than, cung cấp nhiên liệu cho quá trình cháy ngầm -> sản phẩm khí (đưa lên mặt đất nhờ giếng riêng)

⇒ Quá trình khai thác than + quá trình chuyển đổi tạo khí tổng hợp

 Kinh tế trong tiếp cận tài nguyên than không thể khai thác

Ví dụ: khoáng sàn than quá sâu, chất lượng than thấp hoặc vỉa

than mỏng

 Tuy nhiên, có thể xảy ra các vấn đề ô nhiễm, sụt lún bề mặt và kiểm soát vùng đất đá phủ (trong và sau quá trình phản ứng) trong quá

trình khai thác

 Khai thác dầu mỏ khí đốt:

Công nghệ GPS/GIS nâng cao hiệu quả khai thác và quản lý, các giải pháp công nghệ không gian đơn giản hóa (thành lập bản đồ các tài sản cố định như hệ thống đường ống và các đầu nối

đường ống đến sử dụng cho bảo dưỡng), mở rộng và triển khai các chương trình khắc phục khi có sự cố

=> Vai trò:

• Quản lí tài nguyên dầu mỏ:

Giảm thiểu tối đa các hậu quả và xác định chính xác vị trí để tạo giếng khoan

• Xác định chính xác vị trí để khai thác:

Thăm dò và quản lí nguồn dầu mỏ mà hạn chế tối thiểu ảnh

hưởng có hại với hệ động thực vật

• Đảm bảo an toàn khi khai thác:

Sự cố xảy ra có thể xác định nhanh chóng những vị trí đường ống được ưu tiên và những nơi cư trú cần được bảo vệ

 Giảm rủi ro trong khai thác năng lượng hạt nhân: tìm kiếm vật liệu thay thế để bảo vệ nhiên liệu hạt nhân (như zircaloy) nhưng giảm khả năng sinh ra khí H2 gấp 1000 lần - một hợp chất

ceramic có tên silicon carbide (SiC)

 Khai thác tài nguyên năng lượng mặt trời bằng cửa sổ kiểu mới:

Mô hình giới thiệu cơ chế sản sinh điện từ các tấm tập kết năng lượng mặt trời => nâng cao hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời từ các ô cửa sổ

• Đặt ở gờ khung cửa sổ các miếng “tế bào” năng lượng mặt trời hiệu điện thế cao Mỗi phần tử màu sắc hấp thụ năng lượng từ các dải ánh sáng tương ứng -> truyền năng lượng đến nơi đặt các tế bào năng lượng mặt trời

• Các lớp dải màu được bố trí chồng lên nhau -> khai thác triệt để

 Khai thác tài nguyên thủy triều:

• Dùng hồ chưa tạo chênh lệch cột nước tĩnh:

o Năng lượng thu được phụ thuộc vào chênh lệch cột nước tĩnh và lưu lượng nước qua tuabin

o Đặc điểm: phải có hồ chứa và lợi dụng quy luật thủy triều lên – xuống

để tạo chênh lệch giữa cột nước tĩnh của khối nước trong hồ - ngoài biển và dùng tuabin nước để phát điện

o Ưu điểm: giảm tính không ổn định của thủy triều

o Nhược điểm: phải xây dựng đập tạo hồ chứa + việc vận hành nhịp

nhàng các van phức tạp

• Không dùng hồ chứa: ứng dụng công nghệ tuabin diều thủy triều

o Đặc điểm: hoạt động ở dòng chảy có tốc độ 1 - 2,5 m/s, mỗi tuabin có công suất từ 150 - 180 kW/h, hoạt động ở độ sâu 50-300m, diều có sải cánh 8 - 14m, mang theo một tuabin phía dưới Chúng được neo bởi một dây cáp ở đáy biển

o Cơ chế: các tuabin được đặt dưới nước, năng lượng của dòng triều làm quay tuabin -> năng lượng

o Ưu điểm: không gây ảnh hưởng đến các loài sinh vật biển, giảm thiểu phát thải hiệu ứng nhà kính

o Nhược điểm: kinh phí lớn và khó lắp đặt, phụ thuộc vận tốc dòng triều

 Khai thác tài nguyên sóng biển: 4 loại công nghệ

biến đổi năng lượng động học tạo năng lượng điện sạch

 Hệ thống phao tiêu AWS: Một xi-lanh dài 35m, rộng 10m chứa khí nén bên trong -> phao không chìm, nửa trên chuyển động theo phương thẳng đứng Sóng biển tạo áp suất trong thiết bị -> chuyển động bơm -> điện năng

• Hệ thống Wave - Dragon: sử dụng 1 bệ sàn nổi nằm ở xa bờ

để phát điện từ sóng biển

Cơ chế: 2 tường phản xạ sóng tập trung sóng trào lên bức

tường dốc rồi đổ vào hồ chứa (chứa nước tạm thời,cao hơn

mức nước biển) cột nước tạo ra -> quay tuabin -> phát điện

• Hệ thống OWC: lợi dụng sự dao động của cột nước.

o Cấu tạo: phòng rộng kết cấu ổn định và phần đáy chìm xuống đáy biển

o Cơ chế: sóng dâng -> không khí trong phòng bị đẩy ra theo 1 lỗ trống vào tuabin; khi sóng rút, không khí đi qua tuabin theo

hướng ngược lại -> quay tuabin -> điện

⇒ Vai trò khoa học công nghệ trong khai thác tài nguyên sóng biển:

 Tận dụng nguồn năng lượng sạch có sẵn

 Giảm thiểu cạn kiệt tài nguyên không tái tạo

 Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính

Tuy nhiên chi phí lắp đặt đắt và phụ thuộc vào sự thay đổi tính chất vật lí của sóng

3 Chế tạo và sử dụng

 Nghiên cứu, phát minh tạo ra năng lượng sạch, năng lượng thay thế:

• Năng lượng sinh khối:

Nhiên liệu sinh 

khối

Đốt cháy

Khí có năng lượng thấp

Động cơ đốt trong

Khí có năng lượng trung bình

Nhiên liệu khí CH4

Dầu và sản phẩm chưng cất

Khí hóa

Xăng sinh họcThan  Hydrocacbon

Nhiệt phân Hóa lỏng

Khí nóng

Hơi nước,điện,nhiệt

• Năng lượng Mặt Trời:

o Sản xuất hydro:

Lượng điện cần cho quá trình điện phân được lấy từ các nguồn

nhiên liệu hóa thạch -> CO2 phát thải ra môi trường, dùng “tế

bào” năng lượng mặt trời -> không phát thải CO2

o Máy bay:

Máy bay The Solar Impulse với 12000 tế bào quang điện trên cánh -> quang năng thành điện năng -> tích trữ trong các bộ pin có hiệu suất rất cao Thân máy làm từ sợi carbon, trang bị 4 động

cơ điện để có thể bay được cả ngày

o Đèn giao thông:

Sử dụng đèn LED thân thiện với môi trường -> không cần sử dụng dây điện và giảm sử dụng điện năng, mất điện vẫn có thể hoạt động

 Áp dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng tự động, hiệu quả

• Sử dụng đèn huỳnh quang để tiết kiệm điện

• Các thiết bị điện tự động bật tắt khi có âm thanh hoặc cảm ứng từ con

người (tia hồng ngoại, nhiệt độ)

 Cải thiện, thay thế hệ thống để giảm sử dụng năng lượng không tái tạo

• Sử dụng pin mặt trời, năng lượng sinh học thay cho xăng dầu:

Ví dụ: Nhiều quốc gia sử dụng hệ thống chiếu sáng đô thị bằng đèn LED hoặc

pin mặt trời

• Công trình sử dụng hệ thống pin mặt trời -> điện sử dụng tại chỗ, lượng

điện thừa cung cấp cho mạng lưới điện quốc gia

 Thiết bị tạo năng lượng công suất lớn nhưng tiêu hao ít năng lượng:

Ví dụ:

Năm 1804, đầu máy hơi nước được sử dụng, năng lượng hơi nước tạo

áp suất cao để tạo ra chuyển động được phát minh => xuất hiện phương tiện vận chuyển nhanh với số lượng lớn

Năm 1885 phát minh ra động cơ đốt trong -> thiết kế nhỏ hơn, nhanh

hơn, hiệu quả hơn -> phương tiện đi lại cá nhân

Năm 1941: phát minh động cơ phản lực -> đảo lộn ngành hàng không thế giới, tốc độ nhanh hơn nhiều so với các động cơ trước

 Thay đổi mẫu mã, chất lượng hàng hóa theo hướng đa chức

năng, bền đẹp, phù hợp với nhiều đối tượng

Ví dụ:

 Sử dụng polime thay cho kim loại trong con chip, cho pin -> giảm lượng điện tiêu thụ

 Thiết kế các tòa nhà năng lượng Mặt Trời thụ động

 Sự phát triển của điện thoại di động:

Năm 1973, điện thoại di động đầu tiên xuất hiện: khối lượng 1,3kg, tính năng đơn giản: nghe – gọi Hiện nay, điện thoại thông minh nặng 96g, nhiều tính năng: nghe - gọi, nghe nhạc, chụp ảnh, lướt web… => phù hợp với nhiều yêu cầu sử dụng -> tiết kiệm năng lượng, thời gian sử dụng lâu hơn, bền hơn…

 Sản phẩm tạo ra ít tạo ra chất thải hoặc chất thải thân thiện với

môi trường

Túi nilon phân hủy sinh học thay thế túi nilon khó phân hủy trc đây

 Tận dụng tối đa năng lượng tự nhiên và hiệu quả không gian

4 Xử lí và tái tạo tài nguyên

Tạo ra năng lượng trong xử lí rác thải

•Sử dụng công nghệ Plasma JMI trong xử lí rác thay chôn rác và đốt rác thông thường

•Ưu điểm: cắt giảm diện tích đất sử dụng làm bãi rác, thân thiện với môi trường, điện + nhiệt lượng từ nhà máy thất thoát dùng để cung cấp cho các hộ gia đình liền kề

Nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ sử dụng năng

lượng tự nhiên, năng lượng sinh học trong xử lí rác thải Chất thải sau xử lí tạo năng lượng hoặc nguyên liệu cho ngành khác

Năng lượng sinh khối:

oGỗ dưới dạng các phế phẩm khác nhau dược sơ chế và làm nhiên

liệu đốt cho nhà máy phát điện

oCác phế phẩm từ nông – lâm nghiệp … chứa năng lượng hóa học,

năng lượng mặt trời tích lũy trong thực vật

oThể rắn, lỏng, khí … được đốt để phóng thích năng lượng

oỞ dạng lỏng: metanol, etanol dùng trong động cơ đốt trong hoặc biogas –> nhu cầu sử dụng năng lượng trong gia đình

Sơ đồ nhà máy điện sử dụng năng lượng

sinh khối

 Công nghệ xử lí rác thải theo hướng tự động hóa, xử lí

nhanh, sử dụng máy móc tránh sự tiếp xúc trực tiếp của con người và tiết kiệm

Plasma JMI là công nghệ đốt plasma đa hợp – công suất lớn:

• Lò phản ứng “Ống đuốc Plasma” tạo ra giữa các điện cực

và không khí tạo ra khí hóa sản phẩm dạng hơi “nhiên liệu” (Syngas), tạo xỉ rắn thủy tinh thân thiện môi trường.

• Tái tạo năng lượng: sử dụng khí nhiên liệu được đốt cháy -> điện -> cung cấp cho “ngọn đuốc Plasma” và phần còn lại của hệ thống phục vụ nhà máy, phần dư thừa có thể

bán ra ngoài thị trường.

 Khai thác triệt để hiệu quả các phế phẩm, rác thải

• Nguyên liệu đầu vào sau xử lí -> chất thải sơ chế

• Trong sản xuất tạo ra chất thải

• Trong chất thải có chất chỉ thị hậu sản xuất

• Chất thải trong quá trình sử dụng

⇒ Ứng dụng các phương pháp lí học, hóa học, sinh học… nhằm thu được tối đa tài nguyên hoặc sản phẩm tái chế để

sử dụng, giảm lượng chất thải, giảm cạn kiệt tài nguyên

Ví dụ:

 Sinh khối có thể được khai thác từ:

 Gỗ mới từ các hoạt động trồng rừng hoặc từ quá trình làm gỗ

 Vụ mùa năng lượng

 Chất thải nông nghiệp

 Thức ăn thừa

 Chất thải công nghiệp và phó sản phẩm

 Dùng vi sinh vật trong chất thải sơ chế của khai thác quặng

để làm giàu urani, đồng, photphat,… thay vì sử dụng điện

Tài liệu tham khảo

nghe/khai-thac-nang-luong-mat-troi-bang-cua-so-kieu-4

http://www.chatdotsinhkhoi.com/cac-cong-ngh-chuyn-i-nng-lng-sinh-khi-phn-1.html

5

http://www.vinacomin.vn/vi/news/Nghien-cuu-Trao- phat-trien-1642.html

doi/Khi-hoa-than-ngam-mot-nganh-cong-nghiep-dang-6 http://moitruong.xaydung.gov.vn/moitruong/module/news

/viewcontent.asp?ID=2960&langid=1