Nguồn: The Global Status of CCS, 2014
Hội nghị khí hóa than ngầm năm 2008 tại London (nước Anh) đã thông báo về kết quả nghiên cứu khả thi (Feasibility Studies) về khí hóa than ngầm tại các mỏ than Gujurat Region của Ấn Độ, Firth of Forth ở Scotland, Majubga coal field ở Nam Phi… trong đó, ở một số mỏ đã đạt đến giai đoạn khoan thăm dị và khai thác khí đốt. Cơng trình đạt kết quả cao nhất, giá chào trên thị trường chứng khoán của Australia năm 2006 là 22 triệu đôla Úc của Tập đoàn năng lượng Australia nhằm mở rộng mỏ khí hóa than ngầm cung cấp khí cho các nhà máy nhiệt điệt chu trình hỗn hợp và các nhà máy khí hóa lỏng.
Một số lượng lớn các tập đồn dầu khí trên thế giới đang theo dõi sự triển khai các mỏ than với khí hóa than ngầm, trong số đó có thể biết đến các tập đoàn như: Statoij, Tullow oil và cả ngân hàng ABN AMRO Bank… Những tập đoàn trên đã trở thành các thành viên đầu tiên hoặc sáng lập của Hiệp hội khí hóa than ngầm, hội viên của Hiệp hội này đã tăng lên tới con số 32 tổ chức, với các công
ty lớn như E.ON - công ty đứng đầu trong hội đồng quản trị của Hiệp hội, Hiệp hội đã trở thành trung tâm của các hội viên ưu tú nhất trong ngành khí hóa than ngầm, thúc đẩy việc triển khai mạnh mẽ cơng nghệ khí hóa than ngầm như một cơng nghệ than sạch, đảm bảo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt nhất về bảo vệ môi trường, sinh thái.
Công nghệ UCG hiện đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm phát triển và áp dụng khai thác các khoáng sàng than trong các điều kiện tương tự bể than ĐBSH không thể khai thác bằng các công nghệ truyền thống như lộ thiên
và hầm lò. Việc phát triển và đưa vào áp dụng trong thực tế công nghệ UCG sẽ
cho phép nâng tổng trữ lượng than đã được chứng minh (trữ lượng khả khai) của thế giới hiện nay từ 909 tỷ tấn lên tới 6.000 tỷ tấn. Như vậy, các công nghệ truyền thống như lộ thiên và hầm lò chỉ cho phép chúng ta khai thác được khoảng 15% trữ lượng than trong tương lai [4].
Hình 1.11. Phạm vị áp dụng cơng nghệ UCG theo độ sâu của vỉa than trên thế giới
Nguồn: Burton et al., 2007
Về mặt kỹ thuật, theo các báo cáo của các chuyên gia EC, độ sâu tối ưu để áp dụng UCG là từ 600-1.200m. Nếu áp dụng UCG: trữ lượng than của Mỹ có thể tăng lên từ 3-4 lần; 66% trong số 467 tỷ tấn trữ lượng than của Ấn Độ có thể
được đưa vào cân đối; 45% trữ lượng than của Úc, tương đương với 44 tỷ tấn sẽ được đưa vào cân đối [4].
Sản phẩm của cơng nghệ UCG là “khí tổng hợp” có giá trị sử dụng cao hơn rất nhiều so với sản phẩm của các công nghệ khai thác lộ thiên, hầm lò truyền thống chỉ là “than nguyên khai”. Khí tổng hợp thu được từ UCG cho phép áp dụng các công nghệ phát điện hiện đại và tiên tiến nhất (kết hợp các chu trình khí hóa than và phát điện bằng các tuabin hơi và khí) như: ICFBC, HYCOL, IGCC, EAGLE, IGFC, A-IGCC/A-IGFC, Hyper coal v.v. với hiệu suất nhiệt cao hơn rất nhiều (gần gấp 2 lần so với cơng nghệ lị tầng sơi (CFB) và lò than phun (PC) hiện nay).
Những ưu việt về an tồn cung cấp khí đốt (bằng khí hóa than ngầm) được thừa nhận ở nhiều nước trên thế giới, nhưng những khác biệt chủ yếu là ở trong biến hoán năng lượng của quá trình phát điện. Cả 2 cơng nghệ tuabin khí chu trình hỗn hợp (GTCC) và khí hóa than trong chu trình tuabin khí chu trình hỗn hợp đều có khả năng đạt hiệu suất cao (60% trở lên, trong khi các nhà máy nhiệt điện đốt than theo công nghệ truyền thống hiện đại nhất với các tổ máy công suất lớn 600MW trở lên chỉ có thể đặt được hiệu suất cao nhất 38%) nhưng cơng nghệ IGCC có điều kiện thu giữ và niêm cất cacbondioxide từ khí hóa than bởi khí cacbondioxide có nồng độ cao trong q trình khí hóa than ngầm. Tóm lại, UCG là một cơng nghệ năng lượng sạch tiềm năng, được nhiều quốc gia đánh giá cao hơn so với điện nguyên tử, là một “kho chứa cacbon khổng lồ” của thế giới, là định hướng chủ yếu của nhiều nước trong vấn đề an ninh năng lượng [4].
1.2.1.2. Q trình khí hố than ngầm
UCG thuộc lĩnh vực khai thác khống sản thơng qua các lỗ khoan bằng các phương pháp dựa trên cơ sở của các q trình lý-hóa-địa (chênh lệch áp suất, ơ xy hóa, hịa tan, nung chảy, kết tủa, enzim...) [4].
Bản chất của UCG là biến than dưới lịng đất thành khí tổng hợp và sau đó khai thác khí tổng hợp như khí thiên nhiên.
Cơ sở của quá trình biến than dưới lịng đất thành khí tổng hợp là phản ứng ơ xy hóa của nguyên tố các-bon (C).
Để ơxy hóa các-bon (đốt cháy than) dưới lịng đất ta phải đưa vào vỉa than ơ xy và nhiệt độ (thường là khơng khí có chứa ô xy hoặc được làm giầu về ô xy và hơi nước nóng). Để q trình ơ xy hóa các-bon tạo ra được khí tổng hợp (syngas) có thành phần cháy được như khí thiên nhiên (CO, H2, CH4) cần điều chỉnh lượng O2 trong thành phần khí, nhiệt độ và áp suất của khí và hơi nước nóng đưa vào vỉa than.
Q trình khí hố than xảy ra các phản ứng sau:
- Phản ứng cháy (toả nhiệt) của than, hidro, ơxit cácbon và khí mê-tan: C + O2 = CO2 + 394 kJ/mol (1)
2C + O2 = 2CO + 221 kJ/mol (2) H2 + ½ O2 = H2O + 242 kJ/mol (3) CO + ½ O2 = CO2 + 286 kJ/mol (4) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 801 kJ/mol (5) - Phản ứng thu nhiệt của cácbonic và hơi nước:
CO2 + C = 2CO – 173 kJ/mol (6) H2O + C = CO + H2 – 130 kJ/mol (7) 2H2O + C = CO2 + 2H2 – 80,3 kJ/mol (8) - Các phản ứng trao đổi:
CO + H2O = CO2 + H2 + 41,8 kJ/mol (9) CO + 3H2 = CH4 + H2O + 205 kJ/mol (10) C + 2H2 = CH4 + 75,3 kJ/mol (11) Qua các phương trình hóa học trên ta thấy:
- Có bảy phản ứng tạo ra các thành phần cháy được của khí tổng hợp (CO, H2, CH4) gồm các phản ứng (2), và từ (6) đến (11);
- Nhiệt lượng cần thiết cho khí hố chủ yếu giải phóng từ các phản ứng (1), (3), (4), (5), (9) và (10);
- Nhiệt lượng cung cấp điều kiện cho các phản ứng và cho quá trình phân rã than từ các phản ứng (6) đến (8).