Nghien cuu tac dong của sự ấm lên toàn cầu và tương lai nhiên liệu hóa thạch

Nguồn tài nguyên năng lượng hóa thạch than, dầu mỏ và khí thiên nhiên lànguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất của thế kỷ qua cho đến cả ngày nay,cung cấp hơn 85% nhu cầu năng lượn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU 4

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 9

1.1.KHÁI NIỆM VỀ SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 9

1.2.NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 10

1.2.1.Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 10

1.2.1.1.Hiệu ứng nhà kính là gì 10

1.2.1.2.Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính 11

1.2.2 Phát thải CO2 thủ phạm chính gây nên hiệu ứng nhà kính 12

1.2.2.1 Phát thải CO2 12

1.2.2.2 Nguyên nhân làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển 15

1.2.2.3 Kiểm kê CO2 trên thế giới – trữ lượng, lưu lượng và các bể chứa CO2 16

CHƯƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH ĐẾN SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 18

2.1.KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 18

2.1.1.Than 18

2.1.2 Dầu mỏ và khí 22

2.1.2.1 Nguồn gốc hình thành dầu mỏ và khí 22

2.1.2.2 Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí 25

2.2 TRỮ LƯỢNG VÀ SỰ PHÂN BỐ CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH TRÊN THẾ GIỚI 26

2.2.1 Than 27

2.2.2 Dầu mỏ 29

2.2.3 Khí thiên nhiên 37

2.3 VAI TRÒ CỦA CÁC DẠNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 41

2.3.1 Than 41

2.3.2 Dầu mỏ và khí thiên nhiên 43

2.4 NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH VÀ VẤN ĐỀ PHÁT THẢI CO2 44

2.4.1 Trên thế giới 44

2.4.1.1 Phát thải CO2 từ than 44

2.4.1.2 Phát thải CO2 từ các sản phẩm dầu mỏ 45

2.4.1.3 Phát thải CO2 từ khí thiên nhiên 46

2.4.2 Ở Việt Nam 47

2.4.2.1 Phát thải CO2 từ than 47

2.4.2.2 Phát thải CO2 từ các sản phẩm dầu mỏ 47

2.4.2.3 Phát thải CO2 từ khí thiên nhiên 48

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 49

3.1 DỰ BÁO SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG TRONG THẾ KỶ 21 49

3.1.1 Kịch bản về sự thay đổi nhiệt độ 49

3.1.1.1 Trên thế giới 49

3.1.1.2 Ở Việt Nam 55

3.1.2 Kịch bản về nước biển dâng 57

3.1.2.1 Trên thế giới 57

3.1.2.2 Ở Việt Nam 60

3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 60

3.2.1 Tác động lên môi trường 60

3.2.1.1 Tài nguyên nước 60

3.2.1.2 Tài nguyên không khí 62

3.2.1.3 Tài nguyên rừng 63

3.2.1.4 Sa mạc hóa 66

3.2.2 Ảnh hưởng đến con người 68

3.2.2.1 Sức khỏe 68

3.2.2.2 Kinh tế 70

CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU 73

4.1 NHỮNG GIẢI PHÁP LÀM GIẢM PHÁT THẢI KHÍ CO2 DỰA VÀO THIÊN NHIÊN VÀ CƯỠNG BỨC 73

4.1.1 Các giải pháp dựa vào thiên nhiên 73

4.1.2 Các giải pháp cưỡng bức 74

4.1.2.1 Thu giữ CO2 75

4.1.2.2 Cất dấu dưới đáy đại dương 75

4.1.2.3 Cất dấu trong các cấu tạo địa chất 75

4.1.2.4 Chuyển hóa CO2 thành khoáng chất 76

4.1.2.5 Thu hồi và tái sử dụng CO2 77

4.2 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC THAY THẾ DẦN NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 79

4.2.1 Khái niệm nhiên liệu sinh học 79

4.2.2 Các dạng nhiên liệu sinh học 79

4.2.2.1 Khí sinh học (biogas) 80

4.2.2.2 Xăng sinh học 81

4.2.2.3 Diesel sinh học (BioDiesel) 83

4.3 SỬ DỤNG BIOGAS LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI 85

4.3.1 Chuyển đổi động cơ chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng biogas 85

4.3.2 Ưu điểm của công nghệ ứng dụng biogas trên động cơ tĩnh tại 88

4.3.3 Tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ tĩnh tại kéo máy phát điện 89

4.3.3.1 Đối với động cơ biogas/xăng 89

4.3.3.2 Đối với động cơ biogas/diesel 89

4.3.3.3 Phân tích tính kinh tế 90

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1: Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 10

Hình 1.2: Mối liên hệ giữa nồng độ CO2 trong khí quyển (đường đỏ) và nhiệt độ bề mặt trái đất (đường xanh) quan sát được trong vòng 1000 năm (từ năm 1000-2000) 12

Hình 1.3: Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất so với nhiệt độ trung bình 1961-1990, thống kê từ 1850-2005 13

Hình 1.4: Nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng đều hàng năm từ 1960-2008 14

Hình 2.1: Lượng CO2 phát thải toàn cầu do đốt nhiên liệu hóa thạch và sản xuất xi măng 19

Hình 2.2: Phân loại than 22

Hinh 2.3: Gia tăng trữ lượng dầu trên thế giới từ năm 1980 - 2009 theo các đánh giá của cơ quan năng lượng quốc tế IEA 30

Hình 2.4: Sự phân bố trữ lượng dầu trên thế giới 31

Hình 2.5: Gia tăng lượng khai thác dầu trên thế giới từ năm 1980 - 2010 theo các đánh giá của cơ quan năng lượng quốc tế 33

Hình 2.6: Gia tăng trữ lượng khí thiên nhiên (TCF) trên thế giới từ năm 1980 - 2009 theo các đánh giá của cơ quan năng lượng quốc tế (EIA) 39

Hình 2.7: Gia tăng lượng khai thác khí thiên nhiên (TCF) trên thế giới từ năm 1980 - 2009 theo các đánh giá của cơ quan năng lượng quốc tế 40

Hình 2.8: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ than trên thế giới 44

Hình 2.9: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ các sản phẩm dầu mỏ trên thế giới 45

Hình 2.10: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ khí thiên nhiên trên thế giới 46

Hình 2.11: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ than ở Việt Nam 47

Hình 2.12: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ các sản phẩm dầu mỏ ở Việt Nam 47

Hình 2.13: Lượng phát thải CO2 từ tiêu thụ khí thiên nhiên ở Việt Nam 48

Hình 3.1: Dự báo lượng phát thải CO2 (tỉ tấn) đến năm 2100 51

Hình 3.2: Dự báo nồng độ CO2 (ppm) đến năm 2100 51

Hình 3.3: Sự thay đổi nhiệt độ trong thế kỉ 21 của các kịch bản 52

Hình 3.4: Dự báo dâng cao mực nước biển trong thế kỉ 21 theo các kịch bản khác nhau 58

Hình 3.5: Nguy cơ chìm ngập ở khu vực Đông Nam Á do sự dâng cao mực nước biển 61

Hình 4.1: Các kỹ sư đã khoan 3 lỗ sâu 800 m Khí CO2 được bơm qua một trong các lỗ khoan vào trong lớp sa thạch xốp 76

Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ biogas/xăng 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Phân loại than theo Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ……….

20 Bảng 2.2: Những nước có trữ lượng than nhiều nhất thế giới (năm 2008) 27

Bảng 2.3: Những nước khai thác than nhiều nhất thế giới 28

Bảng 2.4: Những nước tiêu thụ than nhiều nhất thế giới 28

Bảng 2.5: Trữ lượng dầu mỏ phân bố theo các khu vực trên thế giới (năm 2009) 29

Bảng 2.6: Những nước có trữ lượng dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) 31

Bảng 2.7: Những nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) 32

Bảng 2.8: Những nước xuất khẩu dầu thô nhiều nhất thế giới (năm 2009) 35

Bảng 2.9: Những nước nhập khẩu dầu thô nhiều nhất thế giới (năm 2009) 36

Bảng 2.10: Những nước tiêu thụ dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) 37

Bảng 2.11: Trữ lượng xác minh của khí thiên nhiên toàn thế giới (năm 2009) 38

Bảng 2.12: Những nước khai thác khí thiên nhiên nhiều nhất thế giới (năm 2009) 40

Bảng 2.13: Những nước tiêu thụ khí thiên nhiên nhiều nhất thế giới (năm 2009) 41

Bảng 3.1: Các khoảng nhiệt độ tăng theo mức tăng của trữ lượng CO2, dự kiến cho năm 2080 53

Bảng 3.2: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải thấp (B1) 56

Bảng 3.3: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) 56

Bảng 3.4: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản

phát thải cao (A2) 57

Bảng 3.5: Nguy cơ dâng cao mực nước biển 59

Bảng 3.6: Nồng độ CO2 trong khí quyển, mức tăng nhiệt độ trung bình và mực nước biển dâng so với thời kỳ 1980-1999 59

Bảng 3.7: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 60

Bảng 3.8: Sự phân bố đất hoang hóa ở Việt Nam 68

Bảng 4.1: Đặc tính và sản lượng khí có thu được của một số nguyên liệu thường gặp 81

Bảng 4.2: Thời gian máy phát điện có thể chạy liên tục trong ngày theo qui mô trang trại chăn nuôi 88

LỜI MỞ ĐẦU

- -Ấm lên toàn cầu là vấn đề mới được ghi nhận trong vài thập kỷ trở lại đây vàđang là mối quan tâm của nhân loại Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lêntoàn cầu là sự tăng lên của nồng độ khí nhà kính Khí nhà kính chỉ chiếm khoảng 1%bầu khí quyển nhưng có vai trò như một “tấm chắn” bao phủ trái đất, chúng giữ nhiệtsưởi ấm cho trái đất

Sự nóng lên toàn cầu làm thay đổi chế độ thời tiết dẫn đến sự thay đổi đời sốngbình thường của các sinh vật trên trái đất, làm tổn hại lên tất cả các thành phần của môitrường sống như nước biển dâng cao, gia tăng hạn hán, ngập lụt, thay đổi các kiểu khíhậu, gia tăng bệnh tật, thiếu hụt nước ngọt, suy giảm đa dạng sinh học và tăng các hiệntượng khoa học cực đoan khác Một số loài thích nghi với điều kiện mới sẽ thuận lợiphát triển, trong khi đó nhiều loài bị thu hẹp diện tích và bị tiêu diệt, và xuất hiện nhiềuloại bệnh mới đối với con người gây tổn hại đến sức khỏe nghiêm trọng Các nhà

chính là nhân tố gây nên những biến đổi của khí hậu bất ngờ và khó lường trước được

Nguồn tài nguyên năng lượng hóa thạch (than, dầu mỏ và khí thiên nhiên) lànguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất của thế kỷ qua cho đến cả ngày nay,cung cấp hơn 85% nhu cầu năng lượng cho sự vận hành của nền kinh tế, chủ yếu là bảođảm nhu cầu điện năng, nhu cầu nhiệt năng và nhu cầu nhiên liệu động cơ của mọi hoạtđộng con người Nhiên liệu hóa thạch là những hợp chất hữu cơ chứa carbon, vì thế khi

tượng khí hậu của hành tinh chúng ta đang sống bị biến đổi theo chiều hướng xấu

Việc đảm bảo nguồn năng lượng dài hạn thay thế năng lượng hóa thạch đangngày càng trở nên cấp thiết, nhất là khi dầu mỏ đang cạn dần và trở nên đắt đỏ Hiệntượng Trái Đất đang nóng dần lên do sự gia tăng phát thải khí cacbonic - khí hiệu ứngnhà kính đòi hỏi phát triển các nguồn năng lượng bền vững hơn, sạch hơn Nhiều nămqua, các nhà khoa học và công nghệ trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu và

đề nghị nguồn năng lượng mới có thể thay thế dầu mỏ và đáp ứng được các yêu cầu nóitrên Các nguồn năng lượng mới điển hình như năng lượng Mặt Trời, năng lượng gió,

năng lượng nước, năng lượng đại dương, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối.Chúng là những nguồn năng lượng xanh, sạch, có khả năng tái tạo, vả lại không tạo rakhí nhà kính và khí thải ô nhiễm khác khi sử dụng nên được xem là nguồn năng lượngxanh và bền vững của loài người Trong đó, năng lượng tạo ra từ sinh khối được xem là

có nhiều triển vọng để sản xuất nhiên liệu mới, tức là các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ

để đốt trực tiếp nhằm tạo ra nhiệt năng hoặc điện năng hoặc chuyển hóa sang các chấtmang năng lượng dạng khí hoặc nhiên liệu lỏng Lợi ích môi trường, an ninh nănglượng thực sự của sinh khối sẽ xuất hiện khi con người sử dụng một lượng lớn sinhkhối để sản xuất điện, nhiệt và các loại nhiên liệu sinh học khác, do đó giảm sử dụngnhiên liệu hóa thạch Chu kỳ cacbon là nguyên tắc đứng đằng sau công nghệ sinh khối

phân hủy tự nhiên hoặc đốt cháy Điều đó có nghĩa sinh khối không đóng góp vào quátrình phát thải khí nhà kính

Với tất cả các lý do trên, Tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tác động của sự ấm lên toàn cầu và tương lai của nhiên liệu hóa thạch” do TS Nguyễn Thị Thanh Xuân

hướng dẫn để làm bài luận tốt nghiệp cuối khóa Nội dung phần thuyết minh bao gồmbốn chương sau đây:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU – giới thiệu kháiquát về sự ấm lên toàn cầu, nguyên nhân của sự ấm lên toàn cầu

CHƯƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH ĐẾN SỰ ẤMLÊN TOÀN CẦU – giới thiệu về các dạng năng lượng hóa thạch - than, dầu mỏ và khíthiên nhiên Đánh giá vai trò, trữ lượng và sự phân bố các nguồn nhiên liệu hóa thạch

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU – giới thiệu cáckịch bản về sự thay đổi nhiệt độ và nước biển dâng trong thế kỷ 21, ảnh hưởng của sự

ấm lên toàn cầu đến môi trường, sức khỏe, kinh tế trên thế giới và ở Việt Nam

CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU –

sử dụng nhiên liệu sinh học - khí sinh học (Biogas), xăng sinh học (Gasohol), dieselsinh học (BioDiesel)

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện đề tài nhưng do thời gian ngắn vàvốn kiến thức còn hạn chế nên còn gặp không ít khó khăn, bỡ ngỡ Do đó, báo cáo

trình bày không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự quan tâm và đónggóp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đọc để Đồ án được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU

1.1 KHÁI NIỆM VỀ SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU

Sự ấm lên toàn cầu (global warming) có nghĩa là bề mặt trái đất trở nên ấm hơnqua một quá trình thời gian Bề mặt trái đất đã từ từ ấm dần lên kể từ Kỷ Băng Hà cuốicùng cách đây 15.000 năm Một hiệu ứng đặc thù có ảnh hưởng to lớn lên nhiệt độ của

bề mặt trái đất được biết đến là Hiệu ứng nhà kinh (greenhouse effect) Đây là một quátrình tự nhiên, nếu như ko có hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ bề mặt trái đất sẽ xấp xỉ

mỏng xung quanh trái đất và giúp ngan cản sự thoát nhiệt của trái đất và giúp duy trìtình trạng đó cho hàng nghìn năm nay

Vậy đâu là hiệu ứng nhà kính do con người tạo nên? Hiệu ứng nhà kính tự nhiên

trở về trước, nó đã thay đổi cùng với sự bùng nổ phát triển của các ngành công nghiệptrên thế giới Cho đến những thập kỷ gần đây, tỷ lệ khí nhà kính do con người tạo ra đãtăng nhanh một cách chóng mặt Trong mỗi chúng ta đều sử dụng năng lượng hàngngày ở nhà, ở cơ quan hay khi chúng ta di chuyển bằng các phương tiện giao thông.Chúng ta đang đốt cháy ngày càng nhiều các nhiên liệu hóa thạch Than, dầu và khí gas

đã thải ra một lượng lớn khí nhà kính vào bầu khí quyển góp phần làm tăng thêm kích

cỡ của lớp khí vỏ bọc xung quanh trái đất Điều đó dẫn đến ngày càng nhiều nănglượng từ mặt trời bị phản xạ lại từ lớp vỏ bọc này khiến cho nhiệt độ trái đất đang tănglên một cách nhanh chóng trong khoảng thời gian ngắn [1]

Như vậy chúng ta có thể thấy mỗi một cá thể đều là nguyên nhân gây nên hiệuứng nhà kính dẫn đến sự biến đổi khí hậu Do đó mỗi cá thể trong chúng ta có thể từnhững hành động của mình góp phần làm cho môi trường sống được tốt hơn qua cáchành động rất đơn giản như: tắt hẳn nguồn các thiết bị điện tử thay vì dùng điều khiển

để tắt trong trạng thái stand by, ý thức trong việc sử dụng các thiết bị tiết kiệm năng

lượng như các loại bóng đèn tiết kiệm năng lượng, ủng hộ sự phát triển của các phươngtiện công cộng và sứ dụng chúng

1.2 NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU

Sự ấm dần lên toàn cầu là do hiện tượng hiệu ứng nhà kính gây ra

1.2.1 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

1.2.1.1 Hiệu ứng nhà kính là gì

Nhiệt độ bề mặt trái đất được tạo nên do sự cân bằng giữa năng lượng mặt trờiđến bề mặt trái đất và năng lượng bức xạ của trái đất vào khoảng không gian giữa cáchành tinh Năng lượng mặt trời chủ yếu là các tia sóng ngắn dễ dàng xuyên qua cửa sổ

sóng dài có năng lượng thấp, dễ dàng bị khí quyển giữ lại Các tác nhân gây ra sự hấp

v.v [2, tr 6]

"Kết quả của sự của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa trái đất vớikhông gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển trái đất Hiệntượng này diễn ra theo cơ chế tương tự như nhà kính trồng cây và được gọi là Hiệu ứngnhà kính"

Hình 1.1: Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

1.2.1.2 Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào Trái Đất, một phần được Trái Đất hấp thu và một phầnđược phản xạ vào không gian Các khí nhà kính có tác dụng giữ lại nhiệt của mặt trời,không cho nó phản xạ đi, nếu các khí nhà kính tồn tại vừa phải thì chúng giúp chonhiệt độ Trái Đất không quá lạnh nhưng nếu chúng có quá nhiều trong khí quyển thìkết quả là Trái Đất nóng lên [2, tr 6]

Không có hiệu ứng nhà kính thì nhiệt độ trung bình của mặt đất là -18°C thay vì+15°C như hiện nay Hiệu ứng nhà kính là một hiện tượng tự nhiên không thể thiếutrên hành tinh xanh của chúng ta Tuy nhiên, khi tác động của nó vượt quá mức chophép thì nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường

 Các khí gây hiệu ứng nhà kính

- Là sản phẩm của quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch và hô hấp

- Là chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính nhiều nhất

+ Khí CFC

- Là loại khí nhân tạo được tạo ra trong quá trình làm lạnh

- Các khí CFC thông dụng CFC-11 (CCl3F), CFC-12 (CCl2F2), CFC-113(C2Cl3F3), CFC-115 (C2ClF5)

- Trong các khí CFC trên thì CFC-11 và CFC-12 là khí có nồng độ lớn nhấttrong khí quyển đóng góp vào hiệu ứng nhà kính, nồng độ CFC-11 là 268

- CFC phá hủy và làm thủng tầng ozon

CFCl3 + hv → CFCl2 + Cl –

Cl – + O3 → ClO – + O2ClO – + O → Cl – + O2

- Được phân giải trong quá trình khai thác và vận chuyển than, khí đốt tựnhiên, dầu mỏ và một số nguyên nhân khác

- Nồng độ khí CH4 trong khí quyển rất nhỏ, khoảng 1,77ppmv năm 2005

- Được giải phóng ra nhiều từ các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp

(1ppbv = 10-9 thể tích) [23]

1.2.2 Phát thải CO 2 thủ phạm chính gây nên hiệu ứng nhà kính

1.2.2.1 Phát thải CO 2

Tài nguyên năng lượng hóa thạch là vật liệu chứa carbon trong thiên nhiên, khí

năng lượng này, than là vậy liệu chứa hàm lượng carbon cao nhất, vì vậy khi sử dụng

yếu Trong các khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính cao nhất là hơi nước (khoảng 36-70%),

lượng của hơi nước và các khí nhà kính khác chỉ chiếm khoảng 10% trong khi hàm

được xem là chủ yếu Trên hình 1.2 dưới đây cho thấy mối liên quan chặt chẽ giữa

kỷ qua [3, tr 25]:

Hình 1.2: Mối liên hệ giữa nồng độ CO2 trong khí quyển (đường đỏ) và nhiệt độ bềmặt trái đất (đường xanh) quan sát được trong vòng 1000 năm (từ năm 1000-2000) [4]Những số liệu quan trắc trên đây cho thấy trong suốt thiên niên kỷ trước, nồng

280ppmv vì trong khoảng thời gian này chưa xảy ra cuộc cách mạng công nghiệp, việc

sử dụng nhiên liệu hóa thạch không nhiều, sự phát thải carbon là không đáng kể Chỉ từđầu thế kỷ 19 đến nay, khi cuộc cách mạng công nghiệp xảy ra sâu rộng thì nồng độ

nghiệp Nhiệt độ bề mặt trái đất do vậy cũng tăng nhanh theo tương ứng với nồng độ

tr 26]

Trung bình hằng năm Trung bình 5 năm

trong vòng 50 năm qua cho thấy từ năm 1960 đến nay đã tăng từ 315ppmv lên khoảng

lên khoảng 14ppmv (hình 1.4), điều này khẳng định một lần nữa mối liên quan chặt

Nhiệt độ bề mặt trái đất ấm dần lên đã kéo theo nhiều hệ lụy nghiêm trọng, đáng

kể nhất là băng vĩnh cửu ở hai địa cực tăng nhanh một cách đáng kinh ngạc Mùa hè

vào mùa hè năm 2002, một khối băng khoảng 3,5 triệu tấn tan chảy ra gây lũ băng từdãy núi Mali trên đỉnh Caucase (Nga) Tháng 3/2003, một khối băng khoảng 500 tỷ tấn

ở Nam Cực đã tan thành ngàn mảnh Ở bang Montana hơn 110 sông băng và nhữngcánh đồng băng vĩnh cửu đã biến mất trong vòng 100 năm qua Từ năm 1991-2004, sốlượng băng tan ở châu Âu tăng gấp đôi so với so với 30 năm trước (1960-1990) Dobăng tan, các số liệu quan trắc mực nước biển trên thế giới đã cho thấy mức dâng cao,trung bình 1,8mm/năm trong vòng 100 năm qua Đặc biệt trong vòng 12 năm gần đây,

xu thế dâng càng đáng lo lắng hơn vì đã tăng lên đến khoảng 3mm/năm, gần gấp đôi sovới trước Do đó diện tích lục địa bị nước biển xâm lấn, con người mất dần đất đai để

sinh sống Nguy cơ biến đổi khí hậu gắn liền với bão, lũ lụt, hạn hán đã và đang xảy rakhắp nơi trên thế giới với mức độ ngày càng cao nghiêm trọng [3, tr 26-27]

Hình 1.4: Nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng đều hàng năm từ 1960-2008 [4]Ngày 25/10/2007, chương trình môi trường của Liên Hiệp Quốc (UNEP) đã đưa

ra báo cáo dày 570 trang với tư liệu “Viễn cảnh môi trường toàn cầu” trình bày tìnhtrạng môi trường của hành tinh Theo báo cáo trên, khí hậu trái đất đang thay đổi nhanhhơn bất kỳ giai đoạn nào trong trong 500.000 năm qua Nhiệt độ trung bình trên trái đất

vượt qua ngưỡng nhiệt độ này thì những tành tựu phát triển của loài người sẽ bị hủyhoại trên quy mô toàn cầu và các thảm họa sinh thái sẽ xảy ra Đễ không vượt ngưỡng

(xem chương 3) [3, tr 27]

Để có thể tránh biến đổi khí hậu, theo tính toán trên mô hình mô phỏng khí hậu

đến hơn 30,6 tỷ tấn – mức cao nhất từ trước đến nay, tăng 5% so với mức 29,3 tỷ tấnnăm 2008 và xu thế hiện nay vẫn trên đà gia tăng [41] Vì vậy các quốc gia trên thếgiới phải cân bằng lại lượng khí nhà kính trong môi trường ở mức độ có thể ngăn chặn

những tác động nguy hiểm cho sự tồn tại và phát triển của con người Việc cắt giảmlượng phát thải carbon từ nguồn nguyên liệu hóa thạch đòi hỏi hoặc phải cắt giảm mứctiêu thụ so với hiện nay nếu sử dụng các công nghệ cũ, hoặc phải thay đổi công nghệ

để giảm phát thải carbon, tức công nghệ carbon thấp nếu muốn sử dụng nguồn nănglượng hóa thạch với mức tiêu thụ cao hơn [3, tr 28]

1.2.2.2 Nguyên nhân làm tăng nồng độ CO 2 trong khí quyển

a) Chu trình cacbon [5]

Các nhà khoa học tính toán rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trước đây, khi trái đất bắt

trong khí quyển tăng lên

Quá trình quang hợp tạo ra phản ứng:

Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng:

và do phân hủy Nhờ cơ chế này mà môi trường được ổn định

b) Diện tích rừng ngày càng giảm

làm chất đốt Nếu cây cối bị đốn hạ để làm vật liệu xây dựng, nhà cửa mà không đốt

tăng lên, đồng thời lượng oxy trong không khí giảm đi rõ rệt [6]

c) Sử dụng nhiên liệu hóa thạch quá mức

Cacbon trong nhiên liệu hoá thạch được lưu trữ từ hàng triệu năm trước vì cơ thể sống

trái lại được lưu trữ trong lòng đất Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng trên 30

thu phân nửa lượng khí thải trên, vì vậy hàm lượng cacbon dioxit sẽ tăng 10,65 tỉ tấnmỗi năm trong khí quyển (một tấn cacbon tương đương 44/12 hay 3,7 tấn cacbonđioxit) Cacbon đioxit là một trong những khí nhà kính làm tăng lực phóng xạ và gópphần vào sự nóng lên toàn cầu, làm cho nhiệt độ trung bình bề mặt của Trái Đất tăng[6]

1.2.2.3 Kiểm kê CO 2 trên thế giới – trữ lượng, lưu lượng và các bể chứa CO 2 [7]

Các hệ năng lượng của con người tương tác với các hệ sinh thái toàn cầu theonhững cách thức rất phức tạp Quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch, chuyển đổi sử

khí quyển, các đại dương và sinh quyển đất Nồng độ hiện thời của các khí nhà kính là

hệ quả còn lại từ quá trình phát thải khí trong quá khứ, trừ đi lượng khí đã bị mất quacác quá trình hóa học và vật lý Đất đai, thực vật và các đại dương trên trái đất có chức

quyển Hiệu ứng nóng lên toàn bộ hay còn gọi là ‘cưỡng bức bức xạ’ được đo bằng

xạ’ từ các khí nhà kính trong bốn thập kỷ vừa qua ít nhất nhanh gấp sáu lần bất cứ thờiđiểm nào trước khi có cách mạng công nghiệp

Chu trình các-bon trên trái đất có thể được mô tả như một hệ thống đơn giảngồm hai dòng dương và âm Từ năm 2000 đến năm 2005, trung bình mỗi năm có 26 Gt

chuyển hóa Kết quả cuối cùng là: mỗi năm trữ lượng khí nhà kính trong khí quyển

kính có tính bền khác sẽ bổ sung thêm khoảng 75 ppm nữa vào trữ lượng khí nhà kínhtoàn cầu, được đo theo hiệu ứng cưỡng bức bức xạ Tuy nhiên, ảnh hưởng thực tế củatổng các khí nhà kính do con người phát thải được giảm nhẹ bởi hiệu ứng làm mát củacác hạt vật chất lơ lửng Hiện còn rất nhiều điểm còn chưa sáng tỏ về các hiệu ứng làmmát này Theo IPCC, chúng gần như tương đương với hiệu ứng làm nóng của các khí

Nồng độ khí CO2 trong khí quyển đang có xu thế tăng cao, mỗi năm tăng thêm

đã nhanh hơn khoảng 30% so với mức tăng trung bình của cả 40 năm trở lại đây Trên

quyển chỉ tăng 20 phần triệu

Tỉ lệ hấp thụ hiện thời của các bể các-bon thường bị nhầm với tỉ lệ hấp thụ “tựnhiên” Trên thực tế, các bể các-bon đang quá tải Lấy trường hợp bể các-bon lớn nhấtthế giới: các đại dương Mỗi năm khả năng hấp thụ tự nhiên của chúng chỉ cao hơn 0,1

là sự tổn hại nghiêm trọng về mặt sinh thái Các đại dương nóng dần lên, có tínha-xít cao hơn Độ a-xít mạnh tấn công chất các-bon-nát, một trong những thành phầnthiết yếu tạo nên san hô và các sinh vật nhỏ, những thực thể đầu tiên trong chuỗi thức

ăn ở đại dương Căn cứ vào các xu thế hiện thời, lượng khí đi-ô-xít các-bon thải ratrong tương lai có thể làm nảy sinh trong lòng đại dương những điều kiện hóa học chưatừng có trong 300 triệu năm qua, trừ các giai đoạn thảm họa ngắn

Tốc độ tích tụ trữ lượng khí nhà kính trong tương lai sẽ phụ thuộc vào mối quan

hệ giữa lượng khí thải và các bể các-bon Cả hai phía đều có những tin xấu Dự báođến năm 2030 lượng khí nhà kính được phát thải ra sẽ tăng từ 50% đến 100% so vớinăm 2000 Trong khi đó, khả năng các hệ sinh thái trên trái đất hấp thụ các khí này cóthể sẽ yếu đi bởi tác động phản hồi giữa khí hậu và chu trình các- bon có thể làm suygiảm khả năng hấp thụ của các đại dương và rừng trên thế giới Ví dụ, đại dương càng

khi nhiệt độ tăng cao và lượng mưa giảm đi

Ngay cả khi không xét đến những điểm còn chưa chắc chắn về quá trình hấp thụcác-bon trong tương lai thì chúng ta cũng đang phải đối mặt với trữ lượng khí nhà kínhđang tích tụ ngày càng nhanh chóng Hiện tượng này cũng giống như việc chúng tađang mở vòi tiếp nước cho một bồn tắm đã đầy tràn - sự đầy tràn được thể hiện bằng tỉ

CHƯƠNG 2:

TÁC ĐỘNG CỦA NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH

ĐẾN SỰ ẤM LÊN TOÀN CẦU

2.1 KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH

Nhiên liệu hóa thạch (fossil fuels), hay còn gọi là nhiên liệu khoáng (mineral

fuels) 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 đếnnhững khoáng vật hầu như chỉ chứa carbon là than antracit Theo “thuyết nguồn gốc

hữu cơ” (Biogenic Theory) do M Lomonosov đưa ra năm 1757, các nhiên liệu này

được hình thành từ xác thực vật và động vật được hóa thạch trong môi trường áp suất

và nhiệt độ cao kéo dài hàng trăm triệu năm Ngược lại, “thuyết nguồn gốc vô cơ”

(Abiogenic Theory) do Th Gold đề ra trên cơ sở các nghiên cứu của N Kudryavtsev

đưa ra năm 1800 thì cho rằng, các hydrocarbon dễ bay hơi, nhất là khí thiên nhiên,được hình thông qua các chuyển hóa vô cơ mà không có sự tham gia của các vật liệuhữu cơ Các nhiên liệu hóa thạch là những dạng năng lượng không tái tạo, bởi vì chúngđược hình thành trong quá trình nhiều triệu năm, trong khi việc khai thác và sử dụngchúng lại diễn ra quá nhanh chóng so với quá trình hình thành Để hình dung sự tươngphản này có thể đưa ra một sự so sánh rất lý thú: Lượng nhiên liệu khoáng được sửdụng trên toàn thế giới năm 1997 là kết quả của 422 năm tích lũy xác động thực vậttrong vỏ trái đất đã chuyển hóa thành than hoặc dầu khí cách đây hàng trăm triệu năm.Theo số lượng thống kê năm 2005, 86% năng lượng sơ cấp của toàn thế giới được sản

cũng đồng thời phản ánh bức tranh tăng trưởng lượng các nhiên liệu hóa thạch được sửdụng trên toàn thế giới trong hơn hai thế kỷ qua [3, tr 41]

2.1.1 Than [3, tr 41]

Than, nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo (nonrenewable), là một trongnhững nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ xác thực vật do các quá trình oxy hóa

và phân hủy sinh học trong môi trường nước và bùn Dưới tác động của áp suất, nhiệt

độ và những yếu tố môi trường khác nhau, xác thực vật được chuyển thành bốn dạngthan chính như sau: than nâu (lignite), than mỡ non (subbituminous), than mỡ non(bituminous) và than antracit (anthracite)

Than nâu có tuổi trẻ nhất, là loại than kém chất lượng nhất Loại than này chỉchứa khoảng 25-35% carbon, chủ yếu được dùng làm chất đốt để vaabj hành các nhàmáy điện Than mỡ non có nhiệt trị cao hơn than nâu, chứa khoảng 35-45% carbon.Tuổi của loại than này khoảng 100 triệu năm.

Hình 2.1: Lượng CO2 phát thải toàn cầu do đốt nhiên liệu hóa thạch

và sản xuất xi măng [4]

Than mỡ được hình thành trong điều kiện áp suất và nhiệt độ khắc khe hơn, cótuổi khoảng 100-300 triệu năm và chứa khoảng 45-86% carbon Ngoài công năng lànhiên liệu của các nhà máy phát điện, than mỡ còn được sử dụng làm nhiên liệu vànguyên liệu để sản xuất than cốc trong công nghiệp trong công nghiệp luyện kim chếtạo sắt thép Than antracit chứa khoảng 86-97% carbon và có nhiệt trị thấp hơn chút ít

so với than mỡ Than bùn (peat) là tiền thân của than, được sử dụng làm nhiên liệu ởmột số quốc gia

Sự phân loại than trên đây chỉ mang tính chất đại cương Tuy nhiên, ở các quốcgia khác nhau có thể có sự phân loại khác nhau Ví dụ: theo phân loại của Hiệp hội Thửnghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ, có thể có các loại và nhóm như trong bảng 2.1 Phân loạicủa Australia tương đối đơn giản, có kèm theo lĩnh vực ứng dụng (hình 2.2)

Bảng 2.1: Phân loại than theo Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ

Nguồn: 2000 Annual Book of ASTM Standards, Section 5, Vol 5.06

Than được khai thác bằng phương pháp lộ thiên (hay còn gọi là phương pháp

bề mặt) nếu vỉa than nằm xâu không quá 60-70 mét, và phương pháp hầm lò (hay còngọi là phương pháp sâu) nếu vỉa than nằm xâu hơn nữa Ở nước, ta các mỏ than (phầnlớn là than antracit) chủ yếu tập trung ở Quảng Ninh

Trước đây than chủ yếu được khai thác lộ thiên, tuy nhiên khi trữ lượng nhữngvỉa than lộ thiên cạn dần người ta phải chuyển sang khai thác hầm lò Dù công nghệkhai thác có nhiều tiến bộ, việc khai thác than trong các hầm lò vẫn đòi hỏi sự có mặt

Than nhiệt luyện

Than cốc luyện kim

Sản xuất điện, xi măng, các ngành công nghiệp khác

Sản xuất sắt thép

Than nâu

sản xuất điện

Than cứng52%

Than cấp thấp 48%

48%

Hà

m ẩm

CAO

Than mỡ 51%

Antracit1%

Nhiên liệu không khói cho dân dụng

và công nghiệp

Hình 2.2: Phân loại than

Càng về phía phải hàm lượng carbon càng cao, ngược lại càng về phía trái hàmlượng các chất bay hơi càng cao Than cứng chiếm tỉ lệ 52%, gồm than antracit (1%)dùng như nhiên liệu không khói và than mỡ (51%) dùng cho công nghiệp luyện kim vànhiên liệu cho sản xuất điện, xi măng và các ngành công nghiệp khác Than cấp thấp(48%), gồm than mỡ non (28%) và than nâu (20%), than mỡ non dùng cho sản xuấtđiện, xi măng và các ngành công nghiệp khác, than nâu chủ yếu dùng cho sản xuấtđiện.

Theo Viện thông tin về Than, người Trung Hoa đã khai thác và dùng than lamnhiên liệu từ 10.000 năm trước đây Ở Anh than cũng được sử dụng khoảng 2.000-3.000 năm trước đây, tuy nhiên chỉ khoảng từ thế kỉ 13 trở đi việc sử dụng than mới trởnên có tính phổ biến Mặc dầu vậy, cho đến khi máy hơi nước chưa được phát minh thìnhu cầu sử dụng than cũng còn rất hạn chế Chính việc vận hành các máy móc cơ khí

đã làm cho quy mô sử dụng than với tư cách là nhiên liệu thích hợp bùng nổ Điều này

do than thải ra tăng lên có gia tốc khá đều đặn (trong khoảng thời gian đó sự đóng gópcủa dầu mỏ còn rất ít)

2.1.2 Dầu mỏ và khí

2.1.2.1 Nguồn gốc hình thành dầu mỏ và khí

Dầu mỏ và khí là những nguồn hydrocacbon rất phong phú có trong tự nhiên.Qua phân tích thành phần hoá học của các loại dầu mỏ khác nhau người ta nhận thấykhông có mỏ dầu và khí nào trên thế giới lại có thành phần giống nhau hoàn toàn, màchúng rất khác nhau và thay đổi trong phạm vi rất rộng Chính vì sự khác nhau này mànhiều nhà khoa học đã có nhiều cách giải thích khác nhau về nguồn gốc dầu và khí.Muốn làm rõ được điều này cần phải xét đến quá trình hình thành và biến đổi của dầu

và khí trong lòng đất

Cho đến nay vẫn chưa có những ý kiến, nhận định nhất trí về nguồn gốc và sựbiến đổi tạo thành dầu và khí Có nhiều giả thuyết được nêu ra, nhưng có hai giả thuyết

có sức thuyết phục nhất và được quan tâm nhiều nhất là: Dầu khí có nguồn gốc vô cơ

và dầu khí có nguồn gốc hữu cơ.

a) Nguồn gốc vô cơ [8, tr 2-3]

Theo giả thuyết về nguồn gốc vô cơ thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp chất

Các chất hữu cơ hình thành từ các phản ứng trên tiếp tục biến đổi dước tác độngcủa các yếu tố như nhiệt độ, áp suất cao và xúc tác là các khoáng sắt có sẵn trong lòngđất để tạo nên dầu khí

Giả thuyết này đã thuyết phục được nhiều nhà khoa học trong một thời gian dài.Tuy nhiên, trong những hoạt động thực tiễn thì nó đã gặp phải khá nhiều vấn đề màbản thân không giải thích được như:

mỏ ngày càng tìm được với số lượng rất lớn và hầu như có mặt khắp nơi

thô có chứa các phorphyrin là hợp chất có nhiều trong xác động thực vật

Chính những khuyết điểm trên mà giả thuyết này ngày càng có ít người quantâm và thay vào đó là giả thuyết về nguồn gốc hữu cơ

b) Nguồn gốc hữu cơ

Theo giả thuyết này thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốchữu cơ, cụ thể là từ xác chết của động thực vật và trải qua một quá trình biến đổi phứctạp trong thời gian dài, dưới tác động của nhiều yếu tố: vi khuẩn, nhiệt độ, áp suất vàxúc tác có sẵn trong lòng đất Ngày nay theo những nghiên cứu và đánh giá có tínhlogic cao thì người ta đã nghiêng về giả thuyết này hơn và để thuận tiện cho quá trìnhnghiên cứu sự biến đổi từ xác động thực vật đến dầu khí ngày nay người ta đã chia quátrình này thành bốn giai đoạn khác nhau như sau:

 Giai đoạn tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu: Những vật liệu hữu cơ ban

đầu chính là xác động thực vật ở biển hoặc trên đất liền được các dòng sông khi chảy

ra biển mang theo Trong những vật liệu trên thì phù du dưới biển là những loại chủyếu để tạo thành dầu khí Phù du được gọi chung cho các sinh vật nhỏ, chúng rất bé,kích thước khoảng vài milimet thường làm thức ăn cho các loại động vật ở biển

Những vật liệu hữu cơ ban đầu, dù là động vật ở đất liền do các con sông mang rabiển hay là các động vật sinh trưởng ở dưới biển, nói chung sau khi chết đều bị lắngđọng xuống đáy biển, tùy theo môi trường dưới biển mà sẽ có các vi khuẩn hiểu khíhay vi khuẩn yếm khí Các vi khuẩn này sẽ phá hủy những nơi dễ bị phá hủy nhất nhưhydrocacbon, albumin nói chung tạo thành các sản phẩm khí và các sản phẩm hòa tantrong nước rồi tản ra khắp nơi, vì vậy chúng không tham gia quá trình hình thành dầukhí Còn phần bền vững chưa kịp phá hủy như: lipid, albumin có chứa nitơ, lưu huỳnhhoặc oxy, sẽ dần lắng đọng xuống đáy biển, lớp này chồng chất lên lớp kia tạo thànhlớp trầm tích ở đáy biển Sự lắng đọng này xảy ra với tốc độ vô cùng chậm (1÷2mmđến vài cm/1000 năm) [8, tr 4-5]

sâu tận đáy biển này ngày càng dày lên và trong môi trường nhiệt độ, áp suất, xúc tác,thời gian kéo dài thì các thành phần hữu cơ bền vững với vi khuẩn đều bị biến đổi docác phản ứng hóa học tạo nên dầu khí Thời gian càng dài, mức độ lún chìm càng sâu,càng có xu hướng tạo nên các phân tử bé hơn, những nhánh bị đứt gãy tạo nên cácparafin mạch ngắn [8, tr 6-8]

thành nằm phân bố rải rác trong lớp trầm tích chứa dầu và được gọi là đá mẹ Dưới tácdụng của áp suất rất cao trong các lớp trầm tích và sự biến động địa chất thì dầu và khí

sẽ bị đẩy ra khỏi đá mẹ và di chuyển đến nơi mới, quá trình di chuyển là liên tục và điqua các sa thạch có độ rỗng xốp cao, còn được gọi là đá chứa, đồng thời nó sẽ ở lạitrong đó nếu cấu trúc địa chất có khả năng giữ được và bảo vệ nó, lớp này có tác dụngnhư một cái bẫy tự nhiên, dầu và khí đi vào được nhưng không thể thoát ra được, lúcnày sẽ hình thành các bồn chứa tự nhiên

Trong quá trình di cư thì dầu mỏ ban đầu luôn biến đổi cả về tính chất lẫn thànhphần Khi đi qua những lớp vật liệu xốp thì có thể xảy ra các hiện tượng như: lọc, hấpphụ phân chia sắc ký hoặc hòa tan,… đều có khả năng xảy ra với mức độ khác nhau

Kết quả thường làm cho dầu nhẹ hơn, những hợp chất có cực bị hấp phụ mạnh và đượcgiữ lại trên đường mà chúng di cư, do đó nhựa Asphalten sẽ giảm và khí sẽ càng giàuMethane hơn [8, tr 9].

chứa thì dầu khí đã tương đối ổn định, lúc này tính chất của khí rất ít bị biến đổi Tuynhiên nếu các bẫy chứa dầu không nằm sâu, tầng đá chắn không đủ khả năng bảo vệtốt, một bộ phận dầu khí có thể bay hơi, thậm chí có thể bị nước xâm nhập vào làmtăng quá trình oxy hóa, kết quả làm dầu nặng thêm, giảm phần nhẹ và nhiều nhựaasphalten [8, tr 9]

Tóm lại dầu và khí hydrocacbon trong tự nhiên thường có cùng một nguồn gốc Chính vì vậy nơi nào có dầu cũng sẽ có khí và ngược lại Tuy nhiên do quá trình di cư

có thể khác nhau, nên mặc dù chúng được sinh ra ở một nơi chúng vẫn có thể cư trú ở những nơi khác xa nhau Do vậy mà nhiều khi chúng ta có thể gặp những bẫy chứa khí nằm xa bẫy chứa dầu.

2.1.2.2 Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí

Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí nói chung rất phức tạp Khi khảo sátthành phần dầu mỏ và khí của nhiều mỏ dầu trên thế giới, đều thấy không dầu nàogiống hẳn dầu nào, có bao nhiêu mỏ dầu thì có bấy nhiêu loại dầu mỏ Ngay trong bảnthân một lổ khoan, dầu mỏ lấy từ các tầng dầu khác nhau, cũng đều khác nhau

Tuy vậy trong dầu mỏ (và khí) đều có một điểm chung là thành phần các hợpchất hydrocacbon (tức là chỉ có C và H trong phân tử) bao giờ cũng chiếm phần chủyếu, nhiều nhất cũng có thể đến 97 - 98%, ít nhất cũng trên 50% Phần còn lại là cáchợp chất khác như các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim, các chấtnhựa và asphalten Ngoài ra, còn một số nhủ tương “nước trong dầu” tuy có lẩn trongdầu, nhưng nước không kể vào trong thành phần của dầu

Về thành phần nguyên tố của dầu mỏ và khí, ngoài C và H còn có S, O, N, một

phần hoá học, song về thành phần nguyên tố (chủ yếu là C và H) lại rất gần với nhau,chúng thay đổi trong phạm vi rất hẹp: C: 83 – 87%, H: 11– 14%

Thành phần điển hình của khí thiên nhiên có thể được mô tả như sau:

Ethan (C2H4)Propan (C3H8)Butan (C4H10)Pentan (C5H12)

2.2 TRỮ LƯỢNG VÀ SỰ PHÂN BỐ CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU HÓA

THẠCH TRÊN THẾ GIỚI

Cân bằng năng lượng trên thế giới hiện nay chủ yếu vẫn dựa trên nền tảng cácdạng năng lượng hóa thạch là dầu mỏ, khí thiên nhiên và than đá Mặc dầu tỉ phần củacác dạng năng lượng này giảm dần hàng năm do tỉ phần của các dạng năng lượng khác,nhất là các dạng năng lượng tái tạo ngày càng tăng, nhưng tốc độ giảm này là hết sứcchậm chạp Vào thời điểm năm 2007 cơ cấu cân bằng năng lượng được đánh giá nhưsau: dầu mỏ chiếm khoảng 36%, khí thiên nhiên chiếm khoảng 22%, than đá chiếmkhoảng 22%, điện hạt nhân chiếm khoảng 6,8%, thủy điện chiếm khoảng 2,2%, còn lạicác dạng năng lượng khác (năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều,năng lượng địa nhiệt, các loại nhiên liệu sinh học ) chiếm khoảng 11% Tỉ phần xấp xỉ11% của các dạng năng lượng khác tuy không lớn lắm nhưng là con số rất ấn tượng thểhiện những cố gắng hết sức lớn lao của nhân loại nhằm hướng tới hai mục tiêu vĩ đại làđảm bảo nhu cầu năng lượng cho sự phát triển của thế giới đồng thời cứu thế giới thoátkhỏi thảm họa của hiệu ứng nhà kính Cách đây khoảng 10 năm tỉ phần của các dạngnăng lượng khác chiếm xấp xỉ 6 – 7%; sự tăng trưởng lên 11% trong vòng 10 năm làhết sức khích lệ [3, tr 50]

Theo thống kê các nước sản xuất than nhiều nhất được trình bày trong bảng 2.3thì Trung Quốc là nước khai thác than lớn nhất thế giới với trên 3 tỉ tấn , trong đó mộtlượng than rất lớn (gần nửa tỉ tấn) được dùng cho sản xuất thép.

Bảng 2.3: Những nước khai thác than nhiều nhất thế giới [25]

Sản lượng khai thác than hàng năm (triệu tấn)

7504,52 ×1000 ≈ 126 năm nữa, nghĩa là nếu không tìm thấy thêm nữa và lượng khai tháchàng năm cũng không tăng thêm thì trữ lượng than này chỉ đủ cho thế giới dùng trongkhoảng 126 năm nữa thôi Nhưng chắc chắn cả hai giả thiết đó đều không đúng, bởi vìtrong tương lai người ta sẽ còn tim tìm thêm được nhiều mỏ than mới, đồng thời nhucầu sử dụng than cũng sẽ tăng hàng năm.

Bảng 2.4: Những nước tiêu thụ than nhiều nhất thế giới [26]

Lượng than tiêu thụ (triệu tấn)

Nhìn vào bảng 2.4 ta thấy Trung Quốc là nước tiêu thụ than nhiều nhất thế giớitrong nhiều năm trở lại đây, theo báo cáo hồi tháng 2/2010 của Tổng Cục Thống KêTrung Quốc, mức tiêu thụ năng lượng năm 2009 của nước này là trên 3,1 tỷ tấn than

đá Trao đổi với báo giới bên lề cuộc họp báo, ông Zhou Xian cho rằng các dữ liệu củaIEA và Trung Quốc không thống nhất là do được thu thập từ các nguồn khác nhau.Ông cho rằng, IEA vẫn chưa nhận thấy những nỗ lực không ngừng của Trung Quốctrong việc cắt giảm lượng tiêu thụ năng lượng cũng như tỷ lệ phát thải, đặc biệt hơn làTrung Quốc đang ra sức mở rộng phát triển các nguồn năng lượng mới [9]

2.2.2 Dầu mỏ

Theo đánh giá của tạp chí Dầu và Khí thế giới, trữ lượng xác minh (trữ lượng cóthể khai thác được trong điều kiện kỹ thuật và kinh tế hiện thời, tức là sự khai thácphải có tính khả thi; trữ lượng này thường chỉ bằng 30 – 35% trữ lượng thực của dầutrong mỏ) khoảng 1300 tỉ thùng, tương đương khoảng 175 tỉ tấn [3, tr 54] Sự phân bốtrữ lượng dầu theo các khu vực trên thế giới được trình bày ở bảng 2.5

Bảng 2.5: Trữ lượng dầu mỏ phân bố theo các khu vực trên thế giới (năm 2009) [27]

1980 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 20

Hinh 2.3: Gia tăng trữ lượng dầu trên thế giới từ năm 1980 - 2009 theo các đánh giá

của cơ quan năng lượng quốc tế IEA [28]

Hình 2.4: Sự phân bố trữ lượng dầu trên thế giới [29]

Bảng 2.6: Những nước có trữ lượng dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) [30]

(1 thùng dầu thô có thể tích 42 US gallon ≈ 158,987 lít, tỷ trọng d6060 = 0,832)

( Các Tiểu vương quốc Arập Thống nhất (UAE: United Arab Emirates), gồm 7 Tiểu vương quốc là Abu Dhabi, Dubai, Sharjah, Ras Al-Khaimah, Umm Al-Qaiwain, Ajman và Fujairah).

Như vậy trong 15 nước có trữ lượng dầu lớn nhất thì có 9 nước là thành viêncủa tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ OPEC (Organization of Petroleum ExportingCountries) Các nước náy chiếm đến khoảng 70% trữ lượng xác minh của dầu mỏ trêntoàn cầu Mặc dầu vậy, các nước này chỉ sản xuất khoảng 12,4 tỉ thùng (năm 2005) sovới 18,3 tỉ thùng được sản xuất từ các nước không phải là thành viên OPEC, nghĩa làchỉ chiếm khoảng 40% lượng dầu được sản xuất [3, tr 56] Những nước khai thác dầunhiều nhất hiện nay theo bảng 2.7

Bảng 2.7: Những nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) [31]

2 là Ả Rập Xê Út với 9,76 triệu thùng/ngày (tương đương 486,05 triệu tấn/năm), Hoa

Kỳ chỉ có trữ lượng không quá 21 tỉ thùng (tương đương khoảng 3 tỉ tấn) nhưng lạikhai thác đến 9,14 nghìn thùng/ngày (tương đương 455,17 triệu tấn /năm) Mexico,Trung Quốc, và cả Canada là những nước không nằm trong “top ten” của các cườngquốc dầu mỏ (trữ lượng dầu khổng lồ của Canada gần đây mới được đánh giá về hiệuquả kinh tế và trong bối cảnh giá dầu tăng cao đã trở nên hấp dẫn hơn trong tính toáncủa các nhà đầu tư, nhưng giá thành khai thác và chế biến vẫn còn cao, cho nên hiện

tiệu tấn) nhưng lại nằm trong “top ten” các nước khai thác dầu [3, tr 57]

1980 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 500

Hình 2.5: Gia tăng lượng khai thác dầu trên thế giới từ năm 1980 - 2010 theo các đánh

giá của cơ quan năng lượng quốc tế [32]

So với mức khai thác năm 2009 là 84,33 triệu thùng/ngày (xấp xỉ 4.199,80 triệutấn/năm), nếu trong tương lai không phát hiện thêm các mỏ dầu mới thì trữ lượng này

nữa và lượng khai thác hàng năm cũng không tăng thêm thì dầu mỏ chỉ đủ cho thế giớidùng trong khoảng 43 năm nữa thôi Nhưng chắc chắn cả hai giả thiết đó đều khôngđúng, bởi vì trong tương lai người ta sẽ còn tim tìm thêm được nhiều mỏ dầu mới nữa,đồng thời nhu cầu sử dụng dầu cũng sẽ tăng hàng năm Vấn đề là tốc độ tăng của haiđại lượng đó sẽ “cạnh tranh” với nhau như thế nào; như sẽ trình bày dưới đây hy vọngtốc độ tăng trữ lượng sẽ lớn hơn tốc độ tăng của nhu cầu, ít nhất là trong một vài thập

kỷ tới Về nhu cầu của thế giới, theo đánh giá của các tổ chức năng lượng khác nhau,năm 1970 thế giới đã tiêu thụ khoảng 6 tỉ tấn dầu quy đổi (một tấn dầu quy đổi là khốilượng của dạng năng lượng được sử dụng, ví dụ than khi cháy cho một đại lượng nhiệttrị bằng nhiệt trị tỏa ra khi đốt một tấn dầu), năm 2002 là 10 tỉ tấn dầu quy đổi và dựkiến đến năm 2030 sẽ là 16 tỉ tấn dầu quy đổi Tuy nhiên cũng cần nhớ rằng, năm 1970

lượng dầu mỏ được khai thác và sử dụng trên toàn cầu là 3 tỉ tấn trong khi trữ lượngxác minh thời đó chỉ khoảng 90 tỉ tấn, nghĩa là đáng ra dầu mỏ đã cạn kiệt khoảng 10năm trước đây Thế nhưng đã hơn 40 năm trôi qua thế giới đã tiêu thụ hết trên 140 tỉtấn mà trữ lượng xác minh lại tăng lên dến 175 tỉ tấn Nói cách khác trong thời gian đóthế giới đã tiêu thụ hết khoảng 140 tỉ tấn nhưng lại phát hiện thêm khoảng 225 tỉ tấn.Không ai ngây thơ nghĩ rằng nguồn dầu mỏ là vô tận, tuy nhiên khả năng tìm thêm dầunữa trong một tương lai nhất định là điều không đáng nghi ngờ Theo đánh giá củanhiều nhà nghiên cứu về dầu khí thì hiện nay trên toàn cầu còn rất nhiều vùng chưađược khảo sát khả năng chứa dầu và khí, trong đó là những vùng biển xâu xa bờ Ví dụvùng biển thuộc quần đảo Trường Sa của chúng ta, nhiều thông tin cho rằng có trữlượng dầu khí lớn, tuy nhiên hiện nay chưa có những khảo sát thỏa đáng để có thể đưa

ra đánh giá chính xác về những thông tin này Biển ở đấy có độ sâu đến hàng trăm mét,

có chỗ đến hàng nghìn mét Nói chung trên thế giới việc tiềm kiếm dầu khí ở nhữngvùng nước xâu, xa bờ còn chưa nhiều, do chi phí khá cao, còn xác xuất tìm thấy dầu thìkhó dự báo Yếu tố thứ hai có khả năng ảnh hưởng đến trữ lượng dầu là khả năng tăng

hệ số thu hồi Như đã chỉ ra ở trên, trữ lượng dầu công bố hiện nay là trữ lượng xácminh, tức trữ lượng có thể khai thác được Giá trị của trữ lượng này phụ thuộc vào hệ

số thu hồi, mà hệ số này lại phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật và công nghệ khai thác.Không có gì đáng nghi ngờ là với sự tiến bộ trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và côngnghệ liên quan đến khai thác dầu, hệ số thu hồi có khả năng sẽ tiếp tục nâng dần lên.Bên cạnh đó giá dầu trên thị trường càng tăng thì việc tăng hệ số thu hồi dầu càng có

cơ hội tăng tính khả thi về kinh tế [3, tr 58]

Về xuất khẩu dầu, thứ tự các quốc gia được sắp xếp như sau (bảng 2.6):

Bảng 2.8: Những nước xuất khẩu dầu thô nhiều nhất thế giới (năm 2009) [33]

Bảng 2.9: Những nước nhập khẩu dầu thô nhiều nhất thế giới (năm 2009) [34]

là để xuất khẩu, công suất chế biến còn rất khiêm tốn) họ khá chủ động trong việc làmthay đổi giá dầu bằng cách tăng hay giảm sản lượng khai thác hàng ngày của họ Điềuđáng lưu ý là giá thành khai thác dầu ở những nước OPEC, nhất là ở vùng Trung – CậnĐông rất thấp chỉ dưới 10 thậm chí dưới 5 USD/thùng , thấp hơn nhiều so với giá thànhkhai thác ở những vùng khác như Siberia hoặc Biển Bắc và các vùng thềm lục địa(Châu Phi, Mỹ Latinh, Thái Bình Dương).

Bảng 2.10: Những nước tiêu thụ dầu nhiều nhất thế giới (năm 2009) [35]

Năm 2009 ba nước tiêu thụ dầu mỏ lớn nhất thế giới là Hoa Kỳ (khoảng 18,77triệu thùng/ngày tương đương 934,7 triệu tấn/năm), Trung Quốc (khoảng 8,32 triệuthùng/ngày tương đương 414,53 triệu tấn/năm) và Nhật Bản (khoảng 4,37 triệuthùng/ngày tương đương 217,48 triệu tấn/năm ) Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ(OPEC) dự báo nhu cầu dầu mỏ toàn cầu năm 2011 tăng thêm 1,39 triệu thùng/ngày,lên mức 87,94 triệu thùng/ngày so với mức tiêu thụ 86,55 triệu thùng/ngày của năm

2010 OPEC cho rằng mặc dù lượng dầu tiêu thụ tại Nhật Bản có thể giảm trong ngắnhạn do nền kinh tế này chưa hồi phục sau thảm họa, nhưng trong dài hạn Nhật Bản sẽphải tăng cường nhập khẩu dầu thô cho các nhà máy nhiệt điện để bù đắp sản lượngthiếu hụt từ các nhà máy điện hạt nhân Mặt khác, công cuộc tái thiết của nước nàychắc chắn sẽ sử dụng rất nhiều năng lượng, trong đó dầu mỏ đóng vai trò quan trọng[11]

2.2.3 Khí thiên nhiên

Trữ lượng xác minh của khí thiên nhiên trên toàn thế giới được đánh giá là có

được phân bố như sau [36]:

Bảng 2.11: Trữ lượng xác minh của khí thiên nhiên toàn thế giới (năm 2009) [36]

Ở Châu Á không kể Trung Đông, ba nước có trữ lượng khí lớn nhất là Indonesia

nhiên con số này thấp hơn nhiều so với kết quả phát hiện và xác minh của Tập đoànDầu khí Việt Nam cùng các đối tác quốc tế Theo số lượng của Tổng Công ty khí(Petrvietnam Gas, 2008), chưa kể lượng có thể sẽ được phát hiện tại các vùng nước xâu

xa bờ, tổng trữ lượng khí tại các bể Sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ

nhất là 2.944 tỉ m3 [3, tr 59]

Nhìn vào sự phân bố trên đây có thể thấy các vùng chứa nhiều dầu mỏ và khíthiên nhiên phần lớn nằm ở vùng Trung Đông giữa hai lục địa Âu-Á, Trung-Bắc Mỹ vàBắc Phi Trong 10 nước có trữ lượng dầu lớn nhất thế giới thì có đến 7 nước nằm trong

“top ten” các cường quốc khí thiên nhiên Ba quốc gia còn lại tuy không nằm trong số

đó nhưng trữ lượng khí ở các nước này cũng không phải nhỏ, Kuwait có 63 TCF

1980 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 1000

Trillion feet khối, TCF

Hình 2.6: Gia tăng trữ lượng khí thiên nhiên (TCF) trên thế giới từ năm 1980 - 2009

theo các đánh giá của cơ quan năng lượng quốc tế (EIA) [37]

Bảng 2.12: Những nước khai thác khí thiên nhiên nhiều nhất thế giới (năm 2009) [38]