tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất, băng cháy

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Đề tài hướng tới mục đích tìm hiểu rõ về nguồn năng lượng mới nhất: băng cháy là gì?, băng cháy được hình thành ra sao?, băng cháy có ở đâu?, thăm dò và khai thác n

Trang 1

MỤC LỤC

Phần MỞ ĐẦU 1

Phần NỘI DUNG 2

Chương 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN 2

1.1 Các nguồn năng lượng tự nhiên 2

1.1.1 Than đá 2

1.1.2 Dầu mỏ 6

1.1.3 Khí đốt (khí thiên nhiên) 9

1.2 Tầm quan trọng của nguồn năng lượng tự nhiên 11

1.2.1 Đối với ngành công nghiệp năng lượng 11

1.2.2 Đối với đời sống con người 12

1.3 Thực trạng và giải pháp 12

1.3.1 Thực trạng 12

1.3.2 Giải pháp 13

Chương 2: TÌM HIỂU VỀ BĂNG CHÁY 15

2.1 Băng cháy (Methane hydrate) 15

2.1.1 Khái niệm 15

2.1.2 Tính chất vật lí của băng cháy 15

2.2 Sự hình thành và phân bố của băng cháy 17

2.2.1 Điều kiện hình thành 17

2.2.2 Phân bố 17

2.3 Băng cháy – nguồn năng lượng tiềm năng 18

2.3.1 Trữ lượng 18

2.3.2 Ưu điểm của băng cháy 18

2.4 Những vấn đề khai thác và sử dụng băng cháy 19

2.4.1 Thăm dò 19

2.4.2 Những thuận lợi trong khai thác và sử dụng 21

2.4.3 Những khó khăn thách thức 22

2.4.4 Cuộc chạy đua công nghệ về khai thác băng cháy 24

Chương 3: QUAN ĐIỂM VÀ HÀNH ĐỘNG CỦA MỘT SỐ 26

QUỐC GIA VỀ BĂNG CHÁY 26

3.1 Nga – quốc gia đầu tiên khai thác băng cháy 26

3.1.1 Sơ lược về Nga 26

3.1.2 Quan điểm của Nga về băng cháy 26

3.2 Nhật – quốc gia tiên phong trong công nghệ 27

3.2.1 Sơ lược về Nhật Bản 27

3.2.2 Thành tựu của Nhật Bản trong công cuộc thăm dò và khai thác băng cháy 27

3.3 Mỹ - những nghiên cứu và sự hợp tác để chinh phục Methane hydrate 30

3.4 Trung Quốc và tham vọng độc chiếm băng cháy ở Biển Đông 33

3.4.1 Vài nét về đất nước Trung Quốc 33

3.4.2 Những động thái của Trung Quốc về Methane hydrate 34

Chương 4: BĂNG CHÁY Ở BIỂN ĐÔNG VIỆT NAM 43

4.1 Băng cháy ở Biển Đông 43

4.1.1 Sơ lược về Biển Đông 43

4.1.2 Băng cháy ở Biển Đông 43

Trang 2

4.2 Lời giải của Việt Nam về băng cháy 44 4.3 Khoanh vùng triển vọng khí Methane hydrate ở sườn lục địa Tây và

Tây Nam Biển Đông 49 Phần KẾT LUẬN 54

Trang 3

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Băng cháy là đề tài khá mới nói về nguồn năng lượng tự nhiên ít người biết đến nhưng lại đóng vai trò rất quan trọng trong tương lai của chúng ta Trước tình hình trữ lượng nguồn năng lượng tự nhiên như dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên,… đang dần bị suy giảm nghiêm trọng mà nhu cầu sử dụng nó lại ngày càng gia tăng

do sự phát triển của con người Các nguồn tài nguyên này đứng trước nguy cơ cạn kiệt ở một tương lai không xa, đòi hỏi chúng ta cần phải có một nguồn năng lượng

tự nhiên thay thế với trữ lượng lớn Các nhà khoa học đã nỗ lực tìm ra nó - đó chính là băng cháy Trong khi nhiều nước trên Thế Giới đang tập trung nghiên cứu

và khai thác băng cháy nhưng “băng cháy” lại là cái tên còn khá xa lạ đối với nhiều người, đó cũng là lí do tôi chọn đề tài này

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài hướng tới mục đích tìm hiểu rõ về nguồn năng lượng mới nhất: băng cháy là gì?, băng cháy được hình thành ra sao?, băng cháy có ở đâu?, thăm dò và khai thác như thế nào?, những khó khăn thách thức gì trong công việc tiếp cận với băng cháy? cũng như các quan điểm - công nghệ về băng cháy của các quốc gia điển hình

Đề tài tập trung tìm hiểu về tiềm năng – trữ lượng – phân bố băng cháy ở Việt Nam Hướng tới các nghiên cứu chuyên sâu về băng cháy ở nước ta, những định hướng chiến lược quan trọng trong tương lai

Đề tài nhằm làm phong phú thêm tư liệu về nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như làm cơ sở cho các cuộc nghiên cứu về băng cháy

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Đề tài nghiên cứu thuần túy lí thuyết

- Phạm vi từ các thông tin báo đài, trang mạng trong và ngoài nước

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

- Phương pháp: Tìm hiểu về băng cháy thông qua khảo sát ý kiến của các bạn sinh viên, thu thập những thông tin liên quan từ các báo đài, trang mạng, dịch thuật các trang mạng nước ngoài và chọn lọc thông tin, sắp xếp nội dung cho hoàn chỉnh Sử dụng những hình ảnh minh họa cho phần nội dung thêm sinh động, dễ hiểu, liên hệ nhiều vào thực tế

-Phương tiện: Sử dụng chủ yếu là máy vi tính và mạng máy vi tính

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

- Nhận đề tài

- Sưu tầm tài liệu và viết đề cương

- Viết luận văn

- Nộp bản thảo luận văn cho GVHD

Trang 4

- Chỉnh sửa luận văn

- Nộp bài luận văn hoàn chỉnh

- Báo cáo luận văn

Trang 5

Phần NỘI DUNG Chương 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG

TỰ NHIÊN

1.1 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN

Trong các nguồn năng lượng tự nhiên mà nhân loại đang sử dụng thì than đá (than bùn), dầu mỏ và khí thiên nhiên chiếm hơn 90% tỉ trọng Ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về các nguồn năng lượng tự nhiên này

1.1.1 Than đá

Than đá (hình 1.1) 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 ôxi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation) [1]

Hình 1.1: Than đá [1]

Than đá là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được

Trong than đá, các nguyên tố cấu thành bao gồm các thành phần sau:

+Cacbon: Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu, khi cháy toả ra

nhiệt lượng khoảng 34.150 kJ/kg Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị của nhiên liệu càng cao

+Hyđrô: Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu, khi cháy toả ra nhiệt

lượng 144.500 kJ/kg Nhưng lượng hyđrô có trong thiên nhiên rất ít Trong nhiên liệu lỏng hyđrô có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn

+Lưu huỳnh: Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu Nhiệt lượng tỏa ra

khi cháy của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 của cacbon Khi cháy lưu huỳnh sẽ tạo ra khí

SO2 hoặc SO3 Lúc gặp hơi nước SO3 dễ hoà tan tạo ra axit H2SO4 gây ăn mòn kim loại Khí SO2 thải ra ngoài là khí độc nguy hiểm vì vậy lưu huỳnh là nguyên tố có hại của nhiên liệu

+Oxy và Nitơ: Oxy và Nitơ là những chất trơ trong nhiên liệu rắn và lỏng Sự có

mặt của oxy và nitơ làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu làm cho nhiệt lượng tỏa ra giảm xuống

Trang 6

+Tro, xỉ: Là thành phần còn lại sau khi nhiên liệu được cháy hết.

Trữ lượng than của cả thế giới vẫn còn cao so với các nhiên liệu năng lượng khác (dầu mỏ, khí đốt ), được khai thác nhiều nhất ở Bắc bán cầu, trong đó 4/5 thuộc các nước sau: Hoa Kì, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc, Đức, Ba Lan, Canada , sản lượng than khai thác là 5 tỉ tấn/năm

Tại Việt Nam, có rất nhiều mỏ than tập trung nhiều nhất ở các tỉnh phía Bắc nhất

là tỉnh Quảng Ninh, mỗi năm khai thác khoảng 15 đến 20 triệu tấn Than được khai thác lộ thiên là chính, còn lại là khai thác hầm lò

Sản lượng than toàn thế giới

Năm Sản lượng (triệu tấn)

Những liên kết có nhiều oxy là những liên kết ít bền vững dễ bị phá vỡ ở nhiệt độ cao, vì vậy than đá càng non tuổi bao nhiêu thì chất bốc càng nhiều bấy nhiêu, than bùn (V=70%), than đá (V=10-45)%, than antraxit (V=2-9) %

Nhiệt độ bắt đầu sinh ra chất bốc phụ thuộc vào tuổi hình thành của than đá, than càng non tuổi thì nhiệt độ bắt đầu sinh chất bốc càng thấp Lượng chất bốc sinh ra còn phụ thuộc vào thời gian phân huỷ nhiệt

Chất bốc của than đá có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy than, chất bốc càng nhiều bao nhiêu thì than đá càng xốp, dễ bắt lửa và cháy kiệt bấy nhiêu Vì vậy, khi cháy than ít chất bốc như than đá Antraxit của Việt nam thì cần phải có biện pháp kĩ thuật thích hợp. Than đá sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa Sau đó, than làm nhiên liệu cho ngành luyện kim Gần đây than còn dùng cho ngành hóa học tạo ra các sản phẩm như dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo Than chì dùng làm điện cực Ngoài ra than còn được dùng

Nhập khẩu than từng nơi 1/1/2010 Nước Sản lượng (nghìn tấn)

Trang 7

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy nhiều trong việc sưởi ấm từ xa xưa nhưng khi cháy chúng tỏa ra rất nhiều khí CO có thể gây ngộ độc nên cần sử dụng trong các lò sưởi chuyên dụng có ống khói dẫn ra ngoài cũng như có các biện pháp an toàn khi sử dụng chúng

Than có tính chất hấp thụ các chất độc vì thế người ta gọi là than hấp thụ hoặc là than hoạt tính có khả năng giữ trên bề mặt các chất khí, chất hơi, chất tan trong dung dịch Dùng nhiều trong việc máy lọc nước, làm trắng đường, mặt nạ phòng độc

Một trong những ứng dụng nổi bật của than đá là làm nhiên liệu cho ngành nhiệt điện ( Hình 1.2) Người ta dùng than để đun nước trong lò hơi

Hình 1.2: Than đá dùng trong ngành nhiệt điện [2]

Nguyên lí làm việc của lò hơi: Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển

và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới Than cục đã qua nghiền thô từ phểu than được máy cấp đến máy nghiền than, ở đây than được sấy nóng và nghiền mịn thành bột có đường kính trung bình từ 40μm đến 90μm Bột than hỗn hợp với không khí nóng (gió cấp một) phun vào buồng lửa và bốc cháy trong môi trường nhiệt độ cao Không khí cấp vào lò ngoài gió cấp một còn có thêm gió cấp hai và có thể có thêm gió cấp ba Nhiệt của quá trình cháy bột than truyền cho các ống sinh hơi đặt xung quanh buồng đốt để hóa hơi dòng nước bên trong ống Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, trong bao hơi có đặt các thiết bị phân ly hơi nhằm đảm bảo tách tối đa các hạt lỏng bị dòng hơi cuốn theo Hơi bảo hòa tiếp tục đi qua bộ quá nhiệt để nâng nhiệt độ đến giá trị mong muốn trước khi đi vào tuốc bin Hơi có áp suất và nhiệt độ cao theo ống dẫn hơi đi vào thân cao áp của tuốc bin, hơi ra khỏi thân cao áp thường được đưa trở về lò hơi để tái sấy đến nhiệt độ hơi mới rồi đi vào thân trung áp, hơi ra khỏi thân trung áp có thể được đưa trở lại lò hơi để tái sấy thêm một lần nữa hoặc đi trực tiếp vào thân hạ áp Việc tái sấy hơi (hồi nhiệt trung gian) một lần hay hai lần nhằm mục đích nâng cao hiệu suất nhiệt cho tuốc bin

Người ta gọi thông số hơi là cặp thông số trạng thái áp suất và nhiệt độ của hơi Ví

dụ, ở Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng, thông số hơi mới là 175 át-mốt-phe và 541oC (cặp thông số kết đôi) Hiệu suất điện của nhà máy tăng theo thông số hơi vào tuốc bin nhưng

Trang 8

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy cũng chỉ mới đạt đến khoảng 46- 47% với công nghệ cực siêu tới hạn (áp suất hơi > 270 atm, nhiệt độ trên 600oC) Hiệu suất dự kiến sẽ đạt từ 50% đến 53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050

Thiết bị tuốc bin có nhiệm vụ biến nhiệt năng của dòng hơi thành cơ năng trên trục rô-to để vận động máy phát điện Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng và được hòa lên lưới điện quốc gia qua máy biến thế Hơi thoát từ thân hạ áp của tuốc bin đi vào bình ngưng nhả nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ thành nước và được bơm trở lại lò hơi theo một chu trình khép kín Nước làm mát ở đây có thể là nước biển, nước sông, hay nước hồ Đối với nhà máy nhiệt điện than để sản xuất ra 1 KWh điện năng cần 142 lít nước làm mát Khói đi ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao nên người ta thiết kế các bộ hâm nước, bộ sấy không khí trên đường khói để tận dụng nguồn nhiệt này nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi

Tro bay, bụi được tách ra khỏi dòng khói bằng bộ lọc bụi tĩnh điện trước khi thải ra ngoài môi trường

Xỉ đáy lò và tro bay từ bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ lọc bụi … được đưa về

hệ thống thu gom để tái sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng như sản xuất gạch không nung, làm chất phụ gia cho bê tông,

Than đá được xem là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu

và sản xuất than đòi hỏi một lượng lớn nước, đồng nghĩa với việc ảnh hưởng tới nguồn nước mà con người và thiên nhiên đang sử dụng Nước tiếp xúc với than trong quá trình khai thác, làm sạch, lưu trữ hoặc sản xuất năng lượng thu thập các kim loại nặng như chì

và asen Nước bị nhiễm bẩn này khi đổ ra ngoài có thể gây nhiễm độc nguồn nước ngầm hoặc bề mặt nguồn nước gần đó

và sau đó thành một hydrocarbons khí và lỏng trong một quá trình được gọi

là catagenesis Bởi vì hydrocarbons có mật độ nhỏ hơn đá xung quanh, chúng xâm nhập lên phía trên thông qua các lớp đá ngay sát đó cho tới khi chúng bị rơi vào bẫy bên dưới những tảng đá không thể ngấm qua, bên trong những lỗ xốp đá gọi là bể chứa Sự tập

Trang 9

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy trung hydrocarbons bên trong một bẫy hình thành nên một giếng dầu, từ đó dầu lỏng có thể được khai thác bằng cách khoan và bơm

Các nhà địa chất cũng đề cập tới "cửa sổ dầu" (oil window) Đây là tầm nhiệt độ

mà nếu thấp hơn thì dầu không thể hình thành, còn cao hơn thì lại hình thành khí tự nhiên Dù nó tương thích với những độ sâu khác nhau ở những vị trí khác nhau trên thế giới, một độ sâu 'điển hình' cho cửa sổ dầu có thể là 4–6 km Cần nhớ rằng dầu cũng có thể rơi vào các bẫy ở độ sâu thấp hơn, thậm chí nếu nó không được hình thành ở đó Cần

có ba điều kiện để hình thành nên bể dầu: có nhiều đá, mạch dẫn dầu xâm nhập và một bẫy (kín) để tập trung hydrocarbons

Các phản ứng tạo thành dầu mỏ và khí tự nhiên thường như những phản ứng phân

rã giai đoạn đầu, khi kerogen (tên một loài vi sinh vật) phân rã thành dầu và khí tự nhiên thông qua nhiều phản ứng song song và dầu cuối cùng phân rã thành khí tự nhiên thông qua một loạt phản ứng khác

Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn Các sản phẩm thu được từ việc lọc dầu có thể kể đến là dầu hỏa, benzen, xăng, sáp parafin, nhựa đường v.v

Trong điều kiện thông thường, dầu mỏ có thành phần chứa bốn alkan nhẹ nhất: CH4(mêtan), C2H6 (êtan), C3H8 (prôpan) và C4H10 (butan) ở dạng khí, sôi ở nhiệt độ -161.6 °C, -88.6 °C, -42 °C, và -0.5 °C tương ứng

Các chuỗi trong khoảng C5-7 là các sản phẩm dầu mỏ nhẹ, dễ bay hơi Chúng được

sử dụng làm dung môi, chất làm sạch bề mặt và các sản phẩm làm khô nhanh khác Các chuỗi từ C6H14 đến C12H26 bị pha trộn lẫn với nhau được sử dụng trong đời sống với tên gọi là xăng Dầu hỏa là hỗn hợp của các chuỗi từ C10 đến C15, tiếp theo là dầu điêzen/dầu sưởi (C10 đến C20) và các nhiên liệu nặng hơn được sử dụng cho động cơ tàu thủy Tất cả các sản phẩm từ dầu mỏ này trong điều kiện nhiệt độ phòng là chất lỏng

Các dầu bôi trơn và mỡ (dầu nhờn) nằm trong khoảng từ C16 đến C20

Các chuỗi trên C20 tạo thành các chất rắn, bắt đầu là sáp parafin, sau đó là hắc ín và nhựa đường bitum

Khoảng nhiệt độ sôi của các sản phẩm dầu mỏ trong chưng cất phân đoạn trong điều kiện áp suất khí quyển tính theo độ C là:

 Xăng ête: 40-70 °C (được sử dụng như là dung môi)

 Xăng nhẹ: 60-100 °C (nhiên liệu cho mô tô)

 Xăng nặng: 100-150 °C (nhiên liệu cho ô tô)

 Dầu hỏa nhẹ: 120-150 °C (nhiên liệu và dung môi trong gia đình)

 Dầu hỏa: 150-300 °C (nhiên liệu)

 Dầu điêzen: 250-350 °C (nhiên liệu cho động cơ điêzen/dầu sưởi)

 Dầu bôi trơn: > 300 °C (dầu bôi trơn động cơ)

 Các thành phần khác: hắc ín, nhựa đường, các nhiên liệu khác

Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy Muốn khai thác dầu, người ta khoan những lỗ khoan gọi là giếng dầu Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của khí dầu mỏ Khi lượng dầu giảm thì áp suất khí cũng giảm, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc bơm nước xuống để đẩy dầu lên (hình 1.3)

Hình 1.3: Giàn khoan dầu trên biển [4]

Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy và có khả năng khai thác mang lại hiệu quả kinh tế với

kỹ thuật hiện đại đã tăng lên trong những năm gần đây và đạt mức cao nhất vào năm 2003 Dự đoán trữ lượng dầu mỏ sẽ đủ dùng trong 50-60 năm nữa Năm 2011 trữ lượng dầu mỏ nhiều nhất là ở Hoa Kỳ (2855 tỉ thùng), Ả Rập Saudi (262,6 tỉ thùng), Venezuela (211,2 tỉ thùng), Canada (175,2 tỉ thùng), Iran (137 tỉ thùng), Iraq (115,0 tỉ thùng), kế đến là ở Kuwait, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Nga, Libya, và Nigeria Nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới trong năm 2003 là

Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) và Iran (181,7 triệu tấn)

Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác và xuất khẩu hàng năm đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm

Vì tầm quan trọng kinh tế, dầu mỏ cũng là lý do cho những mâu thuẫn chính trị Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC) đã sử dụng dầu mỏ như vũ khí trong cuộc xung đột Trung Đông và tạo ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 và 1979

Hiện nay, dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu, là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để sản xuất điện và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện giao thông vận tải Hơn nữa, dầu cũng được

sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất các chất dẻo (plastic) và nhiều sản phẩm khác Vì thế dầu thường được ví như là "vàng đen".[14]

Dầu mỏ là nguồn năng lượng không tái tạo nên nhiều người lo ngại về khả năng cạn kiệt mỏ dầu trong một tương lai không xa

Trang 11

1.1.3 Khí đốt (khí thiên nhiên)

Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nước bao gồm: tảo và động vật nguyên sinh Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp trầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt độ các lớp trầm tích chồng lên nhau tạo nên bên trên xác các loại sinh vật này (đã chuyển hóa hóa học) các chất hữu cơ hình thành khí thiên nhiên

Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocarbon này thường được tìm thấy cùng nhau ở trong các bể chứa ngầm tự nhiên Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này

có vai trò như các bể chứa tự nhiên Do các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, cả dầu mỏ và khí tự nhiên, vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng được tạo ra Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp đá không thấm (đá không xốp), các lớp đá này được gọi là đá "mũ chụp" Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ Lớp khí này được gọi là "mũ chụp khí"

Các lớp than đá có chứa lượng methane đáng kể, methane là thành phần chính của khí thiên nhiên Trong các trữ lượng than đá, methane thường thường bị phân tán vào các

lỗ các vết nứt của tầng than Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí methane trong tầng than đá

Khí thiên nhiên đã được phát hiện trên khắp các châu lục, ngoại trừ châu Nam Cực Trữ lượng khí thiên nhiên thế giới tổng cộng vào khoảng 150 tỷ tỷ m³ (150 × 1018) Trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất, tổng cộng 48 tỷ tỷ m³ đang nằm ở Nga Trữ lượng lớn thứ nhì thế giới, 50 tỷ tỷ m³, nằm ở Trung Đông Các mỏ có trữ lượng khác nằm ở các nơi khác ở châu Á, châu Phi và Úc

Trữ lượng khí thiên nhiên ở Hoa Kỳ tổng cộng 5 tỷ tỷ m³ Theo xếp hạng trữ lượng khí thiên nhiên theo từng bang từ cao xuống thấp, các mỏ khí thiên nhiên lớn đã được phát hiện ở: Texas, Vịnh Mexico ngoài khơi Louisiana, ở Oklahoma, ở New Mexico, ở Wyoming và ở Vịnh Prudhoe của Bắc Slope ở bang Alaska Ở Canada, tổng trữ lượng khí tự nhiên là 1,7 tỷ tỷ m³ Phần lớn trữ lượng khí tự nhiên ở Canada nằm ở Alberta

Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực có chứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, các kiến tạo đá có thể

"bẫy" các hyđrôcacbon

Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thông thường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng các kiến tạo đá Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùng bơm hút khi lên bề mặt Khí thiên nhiên gồm các thành phần khác nhau có các tính chất rất riêng biệt Thành phần

Trang 12

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy nhỏ nhất đặc trưng cho vật thể là phân tử gồm một nguyên tử của một hoặc một số nguyên tố Đơn vị đo khối lượng nguyên tử và phân tử bằng 1/12 khối lượng của nguyên

Khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ tất nhiên bão hòa hơi nước, hàm lượng của chúng phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thành phần khí và nước Nitơ và khí cacbonic là các khí ổn định và thường thường có mặt trong tất cả khí thiên nhiên Hàm lượng nitơ trong khí đôi khi đạt đến hàng chục phần trăm và một vài khí thiên nhiên gần như gồm hoàn toàn nitơ (ví dụ mỏ khí thiên nhiên ở Texac) chứa 85 – 95% N2 Một số khí mỏ 100% là nitơ Hàm lượng khí cacbonic dao động từ rất bé đến vài phần trăm so với thể tích, cá biệt có một vài khí chứa tới 50% CO2

Dihydrosunfua là một thành phần của khí thiên nhiên rất độc và có tính ăn mòn Hàm lượng H2S trong khí đôi khi đạt đến hàng chục phần trăm theo thể tích Ví dụ mỏ khí Lac (Pháp) chứa 15,5% H2S

Trong khi khí thiên nhiên về cơ bản được cấu tạo từ methane, nó vẫn có thể có chứa etan, propan, propan, butan và pentan Cấu tạo của khí thiên nhiên có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng, nhưng trong bảng dưới đây chỉ thể hiện cấu tạo cơ bản thường gặp của khí mỏ trước khi được tinh chế

Các thành phần cơ bản của khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên trong điều kiện bị bão hòa hơi nước Sự hiện diện của hơi nước trong khí rất ít, bởi vì hơi nước, khi khí chuyển động, được ngưng tụ và tích tụ trong đường ống dẫn Hàm lượng hơi nước trong khí được biểu diễn bằng độ nhớt tuyệt đối và

Trang 13

độ nhớt tương đối Độ ẩm tuyệt đối W là hàm lượng hơi nước trong một đơn vị thể tích khí Độ ẩm tương đối đo bằng g/m3 hoặc kg/1000 m3

Độ nhớt tương đối Wb – tỉ lệ hàm lượng thực tế của hơi nước trong một đơn vị thể tích khí trong điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định với dung lượng hơi nước, nghĩa là với lượng hơi nước mà nó có thể chứa trong một đơn vị thể tích khí trong các điều kiện bão hòa Độ nhớt tương đối đo bằng tỉ lệ đơn vị hay phần trăm Độ nhớt tương đối của hơi nước bão hòa của khí bằng 100%

Hàm lượng hơi nước của khí thiên nhiên phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thành phần khí và nước, tại nơi đó khí tiếp xúc với nước, cũng như đặc tính môi trường rỗng trong đó chứa khí

Ở dạng nguyên chất nhất, ví dụ như khí thiên nhiên được mang đến nhà bạn, thì thành phần chủ yếu là methane Methane là một hợp chất được cấu tạo từ một nguyên tử cacbon và bốn nguyên tử hydro và được ký hiệu là CH4

Etan, propan và các hydrocacbon khác thường đi kèm với khí thiên nhiên có công thức hoá học tương đối khác nhau

Khí thiên nhiên được xem là ‘khô’ khi nó hầu như chỉ chứa khí methane, các hydrocacbon đi kèm thường đã bị tách ra hết Khi còn lại các hydrocacbon khác thì được gọi là khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên có rất nhiều ứng dụng trong dân dụng, thương mại và công nghiệp Khí thiên nhiên khi được mang lên khỏi lòng đất được tinh chế để loại bỏ các tạp chất như nước, các khí gas, cát và các hợp chất khác Một số hydrocabon cũng được tách ra và được bán riêng biệt, bao gồm cả propan và butan Các tạp chất khác cũng được tách ra như lưu huỳnh sunphit (sản phẩm làm sạch của chất có thể tạo ra lưu huỳnh, rồi sau đó nó cũng được bán riêng) Sau khi làm sạch, khí thiên nhiên sạch được truyền dẫn qua một hệ thống ống dẫn (chỉ riêng ở Mỹ) Từ các đường ống dẫn này, khí thiên nhiên được phân phối tới vị trí sử dụng

Khí thiên nhiên thường được tìm thấy cùng với dầu mỏ ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng Thế giới

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN

1.2.1 Đối với ngành công nghiệp năng lượng

Công nghiệp năng lượng bao gồm hàng loạt các ngành công nghiệp khác nhau từ khai thác các dạng năng lượng (như than, dầu mỏ, khí đốt,…) cho đến sản xuất điện năng Nó có thể được chia ra làm 2 nhóm ngành: khai thác nhiên liệu và sản xuất điện năng

Công nghiệp năng lượng là một trong những ngành kinh tế quan trọng và cơ bản của một quốc gia Nền sản xuất hiện đại chỉ có thể phát triển trên nền tảng của ngành năng lượng - là động lực cho các ngành kinh tế, công nghiệp năng lượng được coi như bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống cơ sở hạ tầng sản xuất Việc phát triển ngành công nghiệp này kéo theo sự phát triển các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp cơ khí,

Trang 14

công nghiệp, sản xuất vật liệu xây dựng,…

Vậy nếu ngành công nghiệp năng lượng bất ổn, sẽ dẫn tới xã hội bị rối loạn mà vấn đề

tiên phong trong giữ gìn sự phát triển của ngành công nghiệp này là duy trì sự hiện hữu

của nguồn năng lượng có sẵn ở tự nhiên

1.2.2 Đối với đời sống con người

Trong xã hội công nghiệp hóa – hiện đại hóa ngày nay, chất lượng đời sống con

người, nhu cầu an sinh xã hội dần được cải thiện và nâng cao với mức độ hoàn hảo nhất

định Sở dĩ chúng ta làm được điều đó là do con người biết chinh phục tự nhiên kết hợp

với sự sáng tạo sẵn có mà thành Ví dụ như: con người chinh phục, biến đổi các dạng

năng lượng trong tự nhiên thành các dạng năng lượng phục vụ cho đời sống- sinh hoạt và

sản xuất mà tiêu biểu là các công trình thủy điện, nhiệt điện, nhà máy điện gió, lò phản

ứng hạt nhân,…

Tuy nhiên, do chất lượng cuộc sống xã hội được đảm bảo nên Thế Giới đang đứng

trước nguy cơ bùng nổ dân số và từ đó kéo theo những hệ lụy mà chúng ta phải đối mặt

Trong đó, vấn đề về môi trường và sự suy giảm tài nguyên thiên nhiên là hai vấn đề cấp

bách được quan tâm hàng đầu

Như vậy, năng lượng tự nhiên đóng vai trò quan trọng đối với con người và là yếu

tố không thể thiếu cho một nền văn minh nhân loại

Vậy, thực trạng của vấn đề năng lượng hiện nay như thế nào? Tại sao có thể nói sự

suy giảm về tài nguyên thiên nhiên mà điển hình là năng lượng tự nhiên lại là vấn đề

đáng quan tâm? Ta hãy cùng tìm hiểu

1.3.1 Thực trạng

Trong nhiều thế kỉ qua, mức tiêu dùng than, dầu mỏ khí đốt của nhân loại tăng lên

nhanh chóng Từ năm 1990 đến nay, cứ mỗi năm bình quân một người tiêu thụ khoảng

1,6 tấn dầu quy đổi, tức là gấp 25 lần trọng lượng của bản thân Như vậy, mức tiêu dùng

năng lượng bình quân theo đầu người trong vòng 20 năm qua tăng lên rõ rệt Theo ước

tính của các nhà khoa học, trữ lượng dầu mỏ còn lại chỉ đủ để đáp ứng nhu cầu của Thế

giới trong vòng 50 - 60 năm nữa, các nguồn năng lượng trên sẽ dần bị cạn kiệt trong khi

con người đã và đang tận dụng tối đa các nguồn năng lượng này (với mức độ cấp số nhân

nhanh hơn mức tái tạo của tự nhiên)

Theo báo cáo Triển vọng năng lượng Thế Giới năm 2005, Cơ quan Năng lượng

Quốc Tế (IEA) cho biết nhu cầu dầu mỏ trên toàn cầu sẽ tăng nhanh, khoảng 50% vào

năm 2030, cao hơn 5,5 tỷ tấn so với mức tiêu thụ hiện nay

Theo văn phòng Tổ chức kiểm soát năng lượng Anh (EWG), dưới lòng đất hiện còn

khoảng 1.255 tỉ thùng dầu, đủ cho con người sử dụng trong 12 năm Với tốc độ khai thác

như hiện nay, Thế giới chỉ sản xuất được 39 triệu thùng/ngày vào năm 2030, so với 81

triệu thùng/ngày như hiện nay và trong vòng 50 đến 60 năm nữa, nguồn dầu dưới lòng

đất sẽ hoàn toàn cạn kiệt Đến năm 2030, Thế giới chỉ cung cấp chưa đến 35% nhu cầu

Trang 15

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy dầu lửa, bên cạnh đó, trữ lượng than đá và khí đốt tự nhiên chỉ còn khoảng 909 tỉ tấn và

sẽ cạn kiệt trong vòng 155 năm nữa

Đối với Việt Nam, vấn đề năng lượng và an ninh năng lượng tác động rất lớn Việt Nam đã đưa ra “Chiến lược Phát triển năng lượng quốc gia” Nhìn chung, với chiến lược nói trên, bên cạnh những khó khăn, tương lai Việt Nam có nhiều cơ hội để mở rộng hợp tác trong lĩnh vực năng lượng khai thác, sử dụng và sản xuất năng lượng với các quốc gia, các tổ chức trong khu vực và Thế giới

để đáp ứng nhu cầu phát triển, người ta vẫn phải sử dụng với nhu cầu ngày một cao Vì vậy, giải pháp này tuy thiết thực nhưng chỉ mang tính tạm thời, lại khó có thể thực hiện đồng hóa nên mang lại hiệu quả khả thi rất thấp Ta cần một giải pháp mang tính lâu dài, trong đó nguồn năng lượng tái tạo được được các nhà nghiên cứu quan tâm hơn cả như: năng lượng hạt nhân, thủy điện, điện mặt trời, điện gió, điện thủy triều, địa nhiệt,…Trong

đó nổi bật là nguồn năng lượng hạt nhân: Năng lượng hạt nhân hay nguyên tử năng là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên

tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân (dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium) Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy Năm 2007, 14% lượng điện trên thế giới được sản xuất từ năng lượng hạt nhân Có hơn 150 tàu chạy bằng năng lượng hạt nhân và một vài tên lửa đồng vị phóng xạ đã được sản xuất

Cũng giống như một số trạm năng lượng nhiệt phát điện bằng nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch (hình 1.4), các nhà máy năng lượng hạt nhân biến đổi năng lượng giải phóng từ hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng phân hạch

Khi một hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn (thường là urani

235 hoặc plutoni-239) hấp thụ nơtron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhân nhỏ hơn kèm theo động năng (hay còn gọi là sản phẩm phân hạch) và cũng giải phóng tia phóng xạ gamma và nơtron tự do Một phần nơtron tự do này sau đó được hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác và tiếp tục

tạo ra nhiều nơtron hơn Đây là phản ứng tạo ra nơtron theo cấp số nhân.[11]

Trang 16

Hình 1.4: Mô hình lò phản ứng hạt nhân [14]

Có thể nói, năng lượng hạt nhân nhân tạo đóng vai trò khá quan trọng trong giải pháp tìm năng lượng thay thế Tuy nhiên, tùy theo mục đích sử dụng, nên rất cần phải hiện hữu nguồn năng lượng tự nhiên đồng dạng với dầu mỏ

Trong bối cảnh trữ lượng nguồn năng lượng tự nhiên đang suy giảm và nhu cầu sử dụng trên Thế giới tăng nhanh Nhân loại sẽ không còn năng lượng tự nhiên để sử dụng trong một ngày không xa nếu chúng ta không tìm ra nguồn năng lượng có sẵn để thay thế Trong sự nỗ lực nghiên cứu của con người đi tìm những nguồn năng lượng mới, may mắn thay Trái đất vẫn còn một nguồn năng lượng khác đó là băng cháy, có thể cung cấp cho chúng ta sử dụng trong vòng 2.000 năm nữa

Vậy băng cháy là gì? Tìm nó ở đâu? Khai thác và sử dụng chúng như thế nào? Đó là những vấn đề chúng ta cần phải tìm hiểu ở chương sau

Trang 17

Chương 2: TÌM HIỂU VỀ BĂNG CHÁY

Khi nguồn năng lượng truyền thống như than đá, than bùn, dầu khí… ngày càng cạn kiệt thì băng cháy với trữ lượng lớn gấp hơn hai lần trữ lượng năng lượng hóa thạch đang được xem là nguồn năng lượng có hiệu suất cao, sạch và có khả năng thay thế tiềm

tàng trong tương lai Chính vì vậy, băng cháy đã thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia

biển, quốc đảo trên thế giới

2.1 BĂNG CHÁY (METHANE HYDRATE)

2.1.1 Khái niệm

Hình 2.1: Đốt thử Băng Cháy [3]

Băng cháy (hay còn gọi là đá cháy, hình 2.1) là một thứ nhiên liệu ở dạng rắn, hình thành từ các loại khí thiên nhiên như methane, ethane, propan và nước (chủ yếu là khí methane và nước) trong điều kiện áp suất cao (trên 30 atm) và nhiệt độ thấp ( dưới 0 độ C) Có tên khoa học là Natural hydrate hoặc Gas hydrate Khi hàm lượng methane vượt quá 75% thành phần của Gas hydrate thì nó thường được gọi là Methane hydrate

Do nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao, nên phần lớn được tìm thấy bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bên dưới lòng đại dương

2.1.2 Tính chất vật lí của băng cháy

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của Băng Cháy [3]

Băng cháy là một dạng methane mắc kẹt trong một cấu trúc tinh thể nước tạo thành chất rắn tựa như băng (hình 2.2) Methane hydrate là một hình thức tự nhiên của thành dạng mắt lưới - một chất hóa học trong đó một phân tử tạo thành một mạng tinh thể xung

Trang 18

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy quanh một “khách” phân tử có liên kết hóa học Trong dạng mắt lưới này, các phân tử

“khách” là methane và mạng tinh thể được hình thành bởi nước để tạo thành một băng giống như chất rắn Methane hydrate đã trở thành tâm điểm của sự chú ý quốc tế vì những tiềm năng to lớn cho con người sử dụng trên toàn thế giới Nếu methane có thể sản xuất được từ Methane hydrate thì có thể cung cấp năng lượng khí đốt tự nhiên cho các quốc gia kéo dài thêm nhiều năm tới Trông băng cháy vẻ ngoài có màu trắng giống như cồn khô Tuy nhiên, không phải lúc nào Methane hydrate cũng có màu trắng Băng cháy

ở đáy biển Mexico có màu vàng, màu nâu, thậm chí cả màu đỏ; còn ở đáy Đại Tây Dương và Cao nguyên Black-Bahama lại có màu xám hay xanh da trời, có lẽ là do sự ảnh hưởng của tạp chất trong các địa tầng

Băng cháy là nguồn năng lượng khổng lồ, cứ mỗi mét khối băng cháy giải phóng khoảng 164 m3 methane (cao gấp 2 – 5 lần khí thiên nhiên nên mang lại hiệu suất cao khi

sử dụng), lại sạch, không gây ô nhiễm môi trường

Băng cháy cũng có mặt trái của nó Do được hình thành ở nhiệt độ thấp và áp suất cao nên chỉ cần giảm áp suất hay thay đổi nhiệt độ tăng lên từ 10 – 200C sẽ làm Methane hydrate phóng thích methane gây nên hiện tượng nhà kính, có thể gây nên sóng thần do các thềm lục địa đổ ập xuống Vì vậy, băng cháy rất khó khai thác

Hình 2.3: Đồ thị thể hiện tính chất vật lí của Methane hydrate [3]

Chú giải:

Stability Zone of MH : Miền tồn tại ổn định của Methane hydrate

Pressure: áp suất (đơn vị atm)

Temperature: nhiệt độ (đơn vị 0C)

Water Depth: độ sâu mực nước biển (đơn vị m)

Từ biểu đồ (hình 2.3) cho ta thấy, có thể tìm được băng cháy ở độ sâu khoảng 300m, áp

Trang 19

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy suất 20 atm và nhiệt độ -50C và nếu muốn giữ băng cháy ở nhiệt độ thường (hơn 200C) thì ta phải tạo cho nó một áp suất lớn hơn 300 atm!

Chính vì hiệu suất cao do sử dụng băng cháy mang lại, nên nó đã đánh dấu mốc cho một cuộc cách mạng tìm kiếm năng lượng mới để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, được các nhà nghiên cứu coi trọng Tuy nhiên, để khai thác ở quy mô công nghiệp

và đưa vào sử dụng thì còn là vấn đề nan giải

2.2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN BỐ CỦA BĂNG CHÁY

2.2.1 Điều kiện hình thành

Băng cháy có thể được hình thành trong quá trình khai thác khí thiên nhiên trong áp suất cao và nhiệt độ thấp, thường tồn tại ổn định trong điều kiện thềm biển sâu ít nhất từ 300m trở lên (hình 2.3) Methane hydrate là thành phần phổ biến của đại quyển biển nông

và lộ ra trên đáy đại dương

Băng cháy còn được cho là hình thức di cư của khí từ dưới sâu dọc theo các đứt gãy địa chất, tiếp theo là sự kết tủa hay kết tinh của các dòng khí trồi lên tiếp xúc với nước biển lạnh Methane hydrate cũng có mặt ở trong lõi băng sâu ở Nam Cực

2.2.2 Phân bố

Hình 2.4: Bảng đồ thể hiện sự phân bố của băng cháy [4]

Chú giải:

Recovered: Nơi đã và đang khai thác băng cháy

Inferred: Nơi có băng cháy giả định

Potential: Khu vực được đánh giá tiềm năng về băng cháy

Từ đồ thị cho ta thấy, băng cháy có mặt dưới đáy đại dương trên khắp Thế giới Trước hết, nó hiện diện trên một vùng rộng lớn ở các cực của Trái Đất, trên sườn các lục địa ở độ sâu từ 600m đến 1000m Trữ lượng băng cháy ở Canada được xem là nhiều nhất Thế giới, kế đến là Nga, Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc và Việt Nam

Trang 20

2.3 BĂNG CHÁY – NGUỒN NĂNG LƯỢNG TIỀM NĂNG

Băng cháy đã được phát hiện và nghiên cứu từ rất sớm Mặc dù một số nghiên cứu

đã được thực hiện trong quá khứ nhưng ít ai được biết chính xác về vị trí, cấu tạo, sự hình thành, phân hủy, hoặc số lượng thực tế của nó Nhưng với công nghệ hiện đại ngày nay,

ta đang dần dần hiểu rõ hơn và chinh phục nguồn năng lượng này Có thể nói, băng cháy

là nguồn năng lượng tiềm năng trong tương lai, một nguồn tài nguyên khí đốt tự nhiên đầy hứa hẹn, được cho là cư trú khắp nơi trên thế giới trong trầm tích biển và tầng đất đóng băng Bên cạnh đó, băng cháy lại có nhiều ưu điểm khi sử dụng có thể thay thế dần cho các năng lượng tự nhiên đang trên đà cạn kiệt

2.3.1 Trữ lượng

Ngày nay, băng cháy được các chuyên gia đánh giá là một nguồn năng lượng tiềm năng, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích phục vụ cho nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của mỗi con người Sở dĩ nói được như vậy là do băng cháy có hiệu suất cao, khi sử dụng

ít gây ô nhiễm môi trường và phân bố rộng khắp các châu lục – đây được cho là thế mạnh tiềm năng lớn nhất của Methane hydrate này Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa có

số liệu chính xác về tổng trữ lượng của băng cháy Theo Bộ năng lượng của Mỹ nhận định: Hàm lượng năng lượng của khí methane ở dạng hydrate là bao la Ở Vịnh Mexico, nguồn khí hydrat này gần đây đã được đánh giá ở mức hơn 6.000 nghìn tỷ feet khối Còn theo một ước tính khác thì Methane hydrate có trữ lượng nhiều gấp 3 lần trữ lượng tổng trữ lượng nguồn năng lượng hóa thạch thông thường như dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên; có thể đáp ứng về nhu cầu năng lượng cho Thế giới trong vòng 2000 năm nữa.[8]

2.3.2 Ưu điểm của băng cháy

Trong khi than, dầu mỏ có trữ lượng ngày càng ít đi Người ta bắt đầu hướng sự chú ý đến băng cháy, một nguồn năng lượng khổng lồ còn đang nằm sâu ở dưới đáy biển Băng cháy là nguồn năng lượng sạch với hiệu suất chủ yếu do khí methane khi cháy mang lại Methane rất dễ cháy, cho hiệu suất cao – nhiệt độ cháy tối đa 21480C, methane hoàn toàn không độc

So với than đá, khi ta đốt cháy methane, sinh ra ít CO2 hơn trên mỗi đơn vị giải phóng, vì vậy nó ít gây hại cho môi trường hơn khi sử dụng

Ngoài ra, do trữ lượng của băng cháy hiện hữu rất lớn, mà cứ 1m3 băng cháy giải phóng ra khoảng 164 m3 methane nên Methane hydrate được đánh giá là nguồn năng lượng không thể thiếu ở năm 2030.[16]

2.4 NHỮNG VẤN ĐỀ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG BĂNG CHÁY

2.4.1 Thăm dò

Các kết quả nghiên cứu trong hơn 20 năm qua (từ phòng thí nghiệm đến khoan lấy mẫu trên biển sâu) cho thấy hyđrat khí (GH) về bản chất là sản phẩm của quá trình hoá lý chuyển dần từ pha khí đến khí - lỏng và kết thúc ở pha rắn dưới dạng tinh thể gồm các phân tử khí methane và các ô mạng phân tử nước, chủ yếu là CH4

Quá trình chuyển pha trên xảy ra tối ưu trong đới sinh khí đến bão hoà khí ở điều

o

Trang 21

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy khoảng 1 atm/10 m nước, građient địa nhiệt khoảng 30o/1000 m nước; điều kiện P-T (áp suất – nhiệt độ) nêu trên, thường ở độ sâu trên 500 m nước Điều kiện xuất hiện hyđrat khí ở nhiệt độ 0oC áp suất 26 atm và 10oC, 76 atm

Điều kiện P-T và độ sâu cột nước tích tụ GH phụ thuộc nhiều vào thành phần khí, khí ở các đới trầm tích sinh khí có nhiều thành phần (CO2, methane, ethane, hyđrosulfur) Các nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm (Canađa, Đức, Nhật, Hàn Quốc) cho thấy GH thuần methane (hoặc chủ yếu ≈ 90% là methane) thì quá trình tích luỹ bắt đầu tốt ở điều kiện P = 40 atm, T =100C (khoảng độ sâu 400 m) và hoá rắn tốt ở độ sâu lớn hơn với áp suất cao hơn, nhiệt độ thấp hơn Khi hỗn hợp khí có nhiều ethane (từ 10% trở lên), quá trình chuyển pha thành GH có cả ở điều kiện áp suất thấp (≈ 10 atm), nhiệt

độ từ 10 đến 15oC (thường gặp ở đáy biển có độ sâu từ 100 m nước)

Việc tích tụ và thoát khí từ GH trong các lớp trầm tích chứa chúng tạo nên những thay đổi đột biến về tỉ trọng của lớp trầm tích và của cả cột nước biển theo hướng làm giảm đột ngột tỉ trọng / lực đẩy Archimede của cột nước Các tinh thể GH (do quá trình xáo trộn trầm tích bởi hoạt động nào đó) có thể nổi dần lên và đến điều kiện P-T giới hạn

sẽ “nổ” thành các bọt khí hoà tan trong nước, làm cho thành phần khí trong nước biển nơi giàu GH khác cả về thành phần, hàm lượng methane, ethane so với các vùng lân cận

Từ những kết quả trên ta thấy hyđrat khí thường hình thành trong các trầm tích đại dương, rìa lục địa, sườn lục địa nước sâu nói chung, cũng như ở các vùng địa cực nơi phát triển đất băng vĩnh cửu và có cả trong các hồ, biển nội lục trong điều kiện áp suất cao, nhiệt độ thấp Với dự báo ban đầu, tài nguyên hyđrat khí lớn gấp 2 lần tổng tài nguyên dầu, khí, than khoáng hiện có trên toàn thế giới Chu trình chung đi từ nghiên cứu

cơ bản (về hoá lý, động học, mô hình hoá, công nghệ, thiết bị…) các vấn đề liên quan đến

GH đến điều tra cơ bản các điều kiện địa động lực, cấu trúc và quá trình tiến hoá các bể trầm tích, đo đạc địa vật lý, địa hoá các thông số chỉ thị GH ở các bể trầm tích, khoan lấy mẫu thử nghiệm và khoan tìm kiếm

Những đặc tính trên của GH đã được nghiên cứu kỹ để áp dụng các phương pháp địa vật lý, địa hoá, điều tra hợp lý và chế tạo các thiết bị chuyên dụng lấy mẫu, đo đạc có hiệu quả

đó các phương pháp địa vật lý không chỉ phục vụ cho tìm kiếm thăm dò mà còn phục vụ cho giai đoạn phát triển mỏ và khai thác mỏ - khí hydrate

Trang 22

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy Đối tượng nghiên cứu quan trọng nhất trong giai đoạn phát triển mỏ và khai thác là tầng chứa Ở đó, các tính chất của môi trường càng biết rõ chi tiết bao nhiêu càng có lợi cho sản xuất bấy nhiêu Như ta đã biết, tầng chứa dầu khí và hydrate thường có thành phần thạch học không đồng nhất nên nói chung đó là môi trường đàn hồi phi tuyến ( elastically nonlinear) Các lớp đá trầm tích có tướng thạch học thay đổi hoặc các tầng chứa nứt nẻ là những ví dụ điển hình cho loại môi trường này Trong các mỏ khai thác bằng bơm ép nước không đúng quy trình khắt khe của kỹ thuật, nhiều khu vực chứa dầu

bị khối nước lớn bao vây nên bị bỏ sót (bypass), càng tạo thêm tính bất đồng nhất của môi trường Trong những điều kiện nói trên, thành công của đề án thiết kế thu hồi tăng cường phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của công tác vẽ bản đồ tính chất tầng chứa, một việc làm rất khó khăn vì chúng ta chỉ có các dữ liệu do khoan cung cấp mà những dữ liệu này thường là rời rạc, ở các điểm rất xa nhau và không phân bổ đều trên diện tích nghiên cứu Địa vật lý có thể giúp ích một phần để hạn chế khó khăn này bằng ứng dụng phép phân tích địa chấn thạch học, hơn nữa việc tách biệt các hiệu ứng dưới sâu xảy ra trong môi trường sóng truyền qua trên các tín hiệu địa chấn thu được trên mặt đất hoặc trên mặt biển cũng không hề dễ dàng

Trong lý thuyết thăm dò địa chấn người ta thường chấp nhận giả thiết đá trầm tích

có tính đàn hồi tuyến tính nhưng điều đó phần lớn không phù hợp với thực tế Đá trầm tích chứa một lượng lớn các hạt trầm tích có bản chất thạch học và kích thước, hình dạng rất khác nhau, chúng tiếp xúc với nhau theo các kiểu rất đa dạng không theo một trật tự nào, ngoài ra còn có những nứt vỡ, những hang hốc vi mô nên hệ số độ rỗng và độ thấm biến thiên theo không gian không giống nhau Trong các lỗ hổng li ti liên thông hoặc không liên thông của chúng còn chứa các lưu thể đa pha Tính đàn hồi của chúng là hiệu ứng đàn hồi tổng hợp của các đặc trưng cấu trúc và thành phần vật chất phức hợp nói trên, do đó đá trầm tích nói chung, đá chứa nói riêng có tính đàn hồi phi tuyến Trong môi trường đàn hồi tuyến tính, hai sóng đàn hồi cùng truyền đồng thời không tương tác với nhau theo nguyên lý chồng sóng (principle of superposition) được Trái lại, trong môi trường đàn hồi phi tuyến điều đó không còn đúng nữa Nếu có hai sóng đàn hồi có tần số khác nhau cùng truyền đi đồng thời trong môi trường phi tuyến thì chúng tương tác với nhau tạo thành một sóng hỗn hợp có tần số khác với tần số của mỗi sóng riêng lẻ Westervelt đã chỉ ra lần đầu tiên vào năm 1963 rằng hai nguồn sóng sơ cấp tần số cao đặt gần nhau, song song nhau thì các sóng đàn hồi hỗn hợp hình thành có tần số bằng tổng hoặc bằng hiệu của tần số các sóng sơ cấp Tính chất đặc biệt này được dùng để vẽ bản đồ tính chất tầng chứa tại chỗ

Trong môi trường nứt nẻ, các kẽ nứt chi phối hướng thay đổi của độ thấm, cũng tức

là chi phối dòng chảy của dầu khí trong đá chứa Như vậy việc vẽ bản đồ phân bố các đới nứt nẻ và phương kẽ nứt trong đá chứa có ý nghĩa rất lớn trong công tác tăng cường thu hồi dầu - khí trong các mỏ, đặc biệt trong các mỏ trưởng thành Do hiệu ứng nén ép trọng lực của các tầng đá nằm trên nên các kẽ nứt trong đá chứa thường có phương thẳng đứng

Trang 23

và thường kết thúc tại các nơi tính chất thạch học của đá mất tính liên tục Các kẽ nứt có thể nằm rất gần nhau hoặc cách xa nhau và các khoảng đá không nứt nẻ thường nằm xen

kẻ giữa các tập hợp kẽ nứt Việc khai thác dầu khí và các hydrate trong môi trường như vậy đòi hỏi phải chọn vị trí đặt giếng khai thác đúng những nơi có nứt nẻ, hở, mới mang lại hiệu quả kinh tế cao

2.4.2 Những thuận lợi trong khai thác và sử dụng

Về thuận lợi, băng cháy là dạng rắn ở áp suất nén (nếu ta tìm ra được công nghệ khai thác tiên tiến) nên ta có thể dễ dàng vận chuyển cũng như sử dụng chúng một cách

dễ dàng như các chất đốt cùng loại Methane hydrate có khả năng phân hủy dưới dạng khí cháy (CH4) cho hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng khắt khe của con người

Chúng ta có thể dễ thăm dò và phát hiện ra băng cháy vì nó phân bố rộng khắp trên Thế giới (trên cả đất liền và thềm lục địa) Ngay cả khi nó tồn tại ở dạng ổn định thì Methane hydrate vẫn “âm thầm rò rỉ” một lượng ít khí methane thoát ra bên ngoài Thêm nữa, chúng ta đã phát hiện một số mỏ băng cháy nằm ngay phía trên thềm lục địa - ở dưới đáy đại dương (“lộ thiên”), đây là điều kiện hết sức thuận lợi giúp ta thăm dò và chinh phục chúng.[2]

Chúng ta cùng nhau tìm hiểu về mô hình khai thác băng cháy này (hình 2.5)

Hình 2.5 [4]

Chú giải:

Recovery: ống thu hồi

Water intake pipe: ống dẫn nước

Lowering the champer: buồng giảm áp

Water intake: bơm nước

Water injection: phun nước

Agitation inside the chamber: kích động bên trong buồng

Collection of water containing methane hydrate: hỗn hợp nước và băng cháy

Methane gas recovery: thu hồi khí methane

Trang 24

Từ mô hình trên (hình 2.5), ta có thể trình bày quy trình khai thác như sau: người ta thiết kế thùng giảm áp có hai ống vòi, một là ống dùng để bơm nước (ống màu vàng), một ống là để thu hồi băng cháy (ống màu đỏ).[4]

Đầu tiên, ta thả thùng giảm áp vào khu vực có methane hydrate, đồng thời bơm nước vào buồng theo đường ống dẫn nước Khi gặp thùng giảm áp, Methane hydrate tan chảy và phóng thích nhưng khi gặp nước hợp thành dung dịch hỗn hợp methane hydrate

và nước bên trong buồng Nước cứ tiếp tục bơm vào, làm cho áp lực trong buồng tăng lên, nên hỗn hợp băng cháy sẽ chảy ngược lên ống thu hồi (theo nguyên lí cân bằng áp suất) Sau khi đưa được dung dịch này lên, người ta chiết tách hỗn hợp nước và methane hydrate để thu lại khí methane

Đây là mô hình đơn giản (hình 2.5) để chúng ta khai thác Methane hydrate do Nhật Bản đề xuất trước đó và đang tích cực nghiên cứu về phương án này

Theo một nghiên cứu của Collett - một chuyên gia của Cơ quan Địa chất Mỹ, ta có thể khai thác băng cháy bằng cách bơm CO2 vào Methane hydrate để thay thế chỗ methane đồng thời Hiệu quả có thể nhốt CO2 số lượng lớn mà còn thu được khí methane Tuy nhiên, Mỹ vẫn còn đang nghiên cứu về phương án này

Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để khai thác băng cháy một cách hiệu quả nhất? Cần phải sử dụng các trang thiết bị như thế nào? Đây cũng là một trong những vấn đề khó khăn thách thức mà chúng ta cần phải tìm hiểu

2.4.3 Những khó khăn thách thức

Băng cháy khi phân hủy sẽ sinh ra khí methane (CH4) Từ khí methane này, khi cháy cung cấp cho ta dạng năng lượng nhiệt có thể sử dụng cho nhu cầu đời sống và sản xuất Methane cũng là thành phần chủ yếu trong thực thể sinh học Để hiểu rõ hơn về những khó khăn thách thức khi sử dụng và khai thác băng cháy, ta hãy cùng nhau tìm hiểu rõ hơn về khí methane này

Methane (CH4) có tên gọi khác là khí đầm lầy hay khí bùn Là một chất khí trong suốt, khi đốt lửa có màu xanh da trời Điểm nóng chảy ở 1 atm là -182,50C Điểm sôi là -161,60C Methane là chất khí dễ cháy (nguy hiểm cho người sử dụng khi bất cẩn – dễ gây bỏng hoặc có thể gây ngạt thở vì methane có thể chiếm chổ oxi trong không khí), điểm bắt lửa là -1880C và tự bốc cháy ở nhiệt độ trong khoảng từ 482 đến 6320C, hóa lỏng ở -

1620C, hóa rắn ở -1830C

Công thức hóa học của methane là:

Là một hydrocacbon đơn giản nhất Một mét khối methane ở áp suất thường có khối lượng 717 gram Methane là thành phần chính của khí tự nhiên, khí dầu mỏ, khí bùn

ao, đầm lầy Nó còn được tạo ra do quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá Methane có nhiều ứng dụng nhưng chủ yếu là dùng làm nhiên liệu Đốt cháy 1mol methane có mặt oxi sinh ra 1 mol CO (cacbon dioxit) và 2 mol nước (H O) Phương

Trang 25

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy trình cháy:

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O Methane là một chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 năm, mỗi kilogram methane làm ấm Trái đất gấp 23 lần 1 kilogram cacbon dioxit Đây là những lo ngại hàng đầu khi chúng ta khai thác và đưa vào sử dụng Methane hydrate

Sở dĩ nếu ta không nghiên cứu kĩ càng, đầu tư trang thiết bị khai thác băng cháy cho phù hợp, thêm vào đó là đặc tính dễ phân hủy và phóng thích của Methane hydrate khi gặp nhiệt độ thay đổi hay sự suy giảm của áp suất sẽ gây ra những vấn nạn khôn lường Để tìm hiểu mối nguy hại này, ta hãy xem qua một hiện tượng sau:

Trong chúng ta chắc hẳn ai cũng đã từng nghe nói đến vùng tam giác Bermuda, hay còn gọi là vùng “tam giác quỷ”, là một vùng biển nằm ở phía tây Đại Tây Dương và

đã trở nên nổi tiếng nhờ vào nhiều vụ việc được coi là bí ẩn mà trong đó tàu thủy, máy bay, hay thủy thủ đoàn khi lưu thông vào nơi đây được cho là biến mất không có dấu tích Cho đến ngày nay, vẫn còn có một số biến cố chưa được giải thích dứt khoát và vì thế đã trở thành cơ sở cho nhiều tác phẩm văn học và phim Để tìm câu trả lời mang tính thuyết phục, các nhà khoa học liên tục đưa ra giả thuyết với nhiều lập trường khác nhau Trong

đó, giả thuyết về sự cố do Methane hydrate và sự phụt khí được sự chú ý hơn cả Một số khoa học gia về địa chất từ Nhật, Đức và Mỹ đã tìm thấy trữ lượng khí methane rất lớn trong khu vực tam giác Bermuda này (vì dưới đó có một mỏ than đã bị chìm từ lâu nên khí methane mới có thể bốc lên), có thể là nguyên nhân cho việc tàu thủy biến mất không một dấu vết Trong độ sâu từ 500 đến 2000m, băng cháy có thể hình thành khi methane hiện diện với nhiệt độ cho phép Nếu áp suất và nhiệt độ thay đổi theo thời gian, khí methane sẽ dần thoát ra khỏi các tảng giống như băng này Khi có thay đổi đột ngột, ví

dụ như động đất dưới đáy biển hay chuyển dịch trong kiến tạo mảng thì sẽ làm cho một phần lớn của Methane hydrate này có thể bị phân rã ra các thành phần cấu tạo (là khí methane) Methane dạng khí nổi lên trong bọt khí và làm giảm tỉ trọng của nước nên lực đẩy của tàu thủy và tàu ngầm giảm đi nhanh chóng, có khi mạnh đến mức làm chúng chìm xuống mặt nước hoặc xuống đến tận đáy biển Hiện tượng này được gọi là phụt khí Ngoài ra, còn hình thành điện tích trong khi bọt khí nổi lên do có ma sát với nước mà qua

sự chuyển động tạo nên một dòng điện và qua đó là một từ trường, điều này giải thích cho việc những thiết bị và dụng cụ từ và điện không hoạt động được nữa.[5]

Thí dụ và giả thuyết cơ sở trên là minh chứng cho tác hại ghê gớm do sự phóng thích Methane hydrate Tuy nhiên, chưa dừng lại ở đây, khi mật độ khí methane tăng lên đột ngột trong khí quyển sẽ làm nghiêm trọng hơn hiện tượng nhà kính và là tác nhân gây bào mỏng tầng ôzôn (ôzôn là một dạng tồn tại của nguyên tố oxi, phân tử gồm 3 nguyên

tử oxi, phân bố ở tầng bình lưu, có tác dụng chống tia cực tím UV.C có hại cho con người

và đời sống sinh vật) Như vậy, có thể thấy những bất lợi do sự phụt khí methane do băng cháy mang lại

Trang 26

Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về nguồn năng lượng tự nhiên mới nhất - Băng cháy Các nhà khoa học công nghệ đứng trước nhiều khó khăn thách thức lớn khi nghiên cứu các phương án khai thác Methane hydrate sao cho mang lại hiệu suất cao và dự phòng tình huống phụt khí xảy ra Muốn làm được điều này, ta phải ta phải đầu tư các trang thiết bị hiện đại và nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để nhanh chóng thăm dò và khai thác băng cháy trong một tương lai không xa

Nhưng nếu chúng ta đầu tư trang thiết bị quá tốn kém thì liệu băng cháy có mang lại hiệu quả kinh tế hay không? Làm sao để lưu giữ khí nhà kính này một cách an toàn?, bảo quản chúng như thế nào? bài toán này vẫn chưa có lời giải và những thách thức kĩ thuật đó cũng là lý do tại sao chúng ta không thể sản xuất thương mại Methane hydrate ở bất kì nơi nào trên Thế giới

2.4.4 Cuộc chạy đua công nghệ về khai thác băng cháy

Tháng 10/2006, trong kỳ hội nghị hàng năm tại Daejeon, Hàn Quốc, tổ chức CCOP (Uỷ ban phối hợp các Chương trình Khoa học Trái đất vùng Đông và Nam Á, gồm 11 quốc gia thành viên, trong đó có Việt Nam) đã tổ chức Hội thảo quốc tế về các nguồn năng lượng mới, trong đó hyđrat khí khu vực Đông và Nam Á là một chủ đề ưu tiên Tại Hội thảo này, các báo cáo của các đoàn đến từ Mỹ, Canađa, Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Inđonesia đã nêu nhiều vấn đề và kết quả nghiên cứu, điều tra địa chất GH

mà các quốc gia đã làm được và sẽ tiếp tục giải quyết trong thời gian tới

Mỹ, Canada và Nhật Bản đều đã cày triệu đô la vào nghiên cứu và đã thực hiện một số dự

án thử nghiệm, trong khi Hàn Quốc, Ấn Độ và Trung Quốc cũng đang tìm cách phát triển

dự trữ của họ Mỹ đã phát động một chương trình nghiên cứu và phát triển quốc gia như năm 1982 và năm 1995 đã hoàn thành đánh giá các nguồn khí hydrat Nó đã phát động

dự án thí điểm trong khu vực Blake Ridge ngoài khơi bờ biển Nam Carolina, trên Alaska Bắc và ngoài khơi trong Vịnh Mexico với năm dự án vẫn chạy "Chúng tôi đã thấy một

số tiến bộ gần đây, nhưng chúng tôi không lường trước được sản xuất khí hydrat thương mại trước năm 2030," ông O'Rourke nói

Thật vậy, IEA đã không bao gồm hydrat khí trong dự năng lượng toàn cầu trong 20 năm tới

Hiện nay, trên cơ sở thực tế, chưa có quốc gia nào khai thác băng cháy ở quy mô công nghiệp Nga khai thác mỏ băng cháy ở Siberi từ năm 1965 với công nghệ truyền thống như với khí thiên nhiên nên hiệu quả thấp

Hiện tại không có công nghệ để thương mại mở khóa năng lượng còn được gọi là

"băng cháy", khí đông lạnh trong các tinh thể băng giống như bị chôn vùi sâu dưới đại dương và chuyên gia cho rằng thương mại, phát triển quy mô có thể là sau năm 2030 Làm sao khai thác băng cháy một cách an toàn và hiệu quả là một thách thức đối với nhiều nước Phương pháp khai thác băng cháy về nguyên tắc là không được đào lên

mà phải làm tan chảy băng cháy dưới lòng đất bằng cách làm giảm áp suất để thu khí methane Nhưng làm sao xây dựng được hệ thống đường ống dẫn khí methane khi băng cháy phân hủy là một thách thức của giới công nghệ

Trang 27

Nga, Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản… là những quốc gia đang ráo riết đi tìm công

nghệ để khai thác băng cháy Canada đã chiết xuất thành công methane từ băng cháy trên

đất liền Nhật Bản đầu tư 127 triệu USD cho dự án khai thác băng cháy ở vùng biển Tây

Nam Tokyo… Nhưng cho đến nay, công nghệ khai thác băng cháy hoàn chỉnh vẫn chưa

được xác định và nó vẫn là một thách thức rất lớn đối với con người hiện đại Trước tình

hình này, các quốc gia trên Thế giới đã có quan điểm và hành động như thế nào? Điều

này chúng ta sẽ được biết ở chương sau

Trang 28

Chương 3: QUAN ĐIỂM VÀ HÀNH ĐỘNG CỦA MỘT SỐ

QUỐC GIA VỀ BĂNG CHÁY

Hiện nay, đã có hơn 90 nước trên thế giới tiến hành nghiên cứu các chương trình

về băng cháy ở các mức độ khác nhau Trong đó tiêu biểu là một số quốc gia như: Nga, Nhật, Mỹ, Trung Quốc,…

3.1 NGA – QUỐC GIA ĐẦU TIÊN KHAI THÁC BĂNG CHÁY

3.1.1 Sơ lược về Nga

Nằm trải dài trên phần phía Bắc của lục địa Á-Âu, tiếp giáp với 2 đại dương là Bắc Băng Dương và Thái Bình Dương, Liên Bang Nga có đường biên giới xấp xỉ chiều dài Xích đạo, trải dài trên 11 múi giờ, giáp đất liền với 14 quốc gia (từ đông sang tây): Bắc Triều Tiên, Trung Quốc, Mông Cổ, Kazakhstan, Azerbaijan, Gruzia, Ukraine, Belarus, Latvia, Estonia, Phần Lan, Na Uy Với diện tích: 17.075.400km2, Nga là một quốc gia rộng lớn nhất thế giới

Nga là nước giàu có về tài nguyên khoáng sản (trữ lượng và số lượng: nhiên liệu, năng lượng thủy điện, quặng kim loại và phi kim loại, ruộng, đất nông nghiệp…), là một trong những nước đứng đầu thế giới Năng lượng - nhiên liệu có vai trò quan trọng hàng đầu gồm: than đá (trữ lượng 7.000 tỷ tấn ), dầu (trữ lượng 60 tỷ tấn ), kim loại màu, kim loại đen, vàng, kim cương, niken, bauxite với trữ lượng lớn

Nga được xem là một quốc gia phát triển, có nền kinh tế hiện đại và bền vững Đóng vai trò quan trọng trong khu vực và có sức ảnh hưởng rất lớn trên Thế giới

3.1.2 Quan điểm của Nga về băng cháy

Nga sớm phát hiện ra nguồn Methane hydrate dồi dào trên đất nước mình và đã khai thác băng cháy từ rất sớm tại dọc bờ biển Bắc Cực ở Siberia Từ những năm 40 của thế kỷ trước chính người Nga lần đầu tiên đã tìm ra băng cháy lần đầu tiên, dưới lớp băng vĩnh cửu Từ những năm 90 trở lại đây các nhà khoa học Nga đã triển khai tìm kiếm băng cháy trên vùng biển Okhot và hồ Baican Bước đầu họ đã rất thành công với các kết quả ban đầu rất đáng khích lệ Năm 1967, các nhà khoa học Liên Xô lần đầu tiên phát hiện một mỏ Methane hydrate trữ lượng lớn ở độ sâu 900 m tại Messoyakha, một vùng băng tuyết quanh năm Trong suốt thập kỉ sau đó, hơn 5.109 m3 khí đã được khai thác tại mỏ này

Nga đã sớm thành công trong việc nghiên cứu - khai thác băng cháy, vì nhận định được tầm quan trọng rất lớn trong nhu cầu năng lượng Thế Giới mà băng cháy có thể giải quyết được

Với vai trò là quốc gia tiên phong trong công cuộc phát hiện và khai thác Methane hydrate, Nga không ngừng nghiên cứu và chuyển từ khai thác băng cháy theo kiểu truyền thống sang hiện đại mang tính chất thương mại cao và cũng là bạn hợp tác tiềm năng về nghiên cứu băng cháy ở Việt Nam trong tương lai không xa

Trang 29

3.2.1 Sơ lược về Nhật Bản

Nhật Bản là một quần đảo hình cánh cung nằm ở sườn đông của đại lục Âu-Á phía Tây Bắc Thái Bình Dương, ở ngang cùng một vĩ độ với Bắc Phi, miền nam châu Âu và vùng lục địa thuộc nước Mỹ, từ cực nam đến cực bắc Nhật Bản nằm trong khoảng từ 20

độ đến 46 độ vĩ bắc Nhật Bản có tổng diện tích đất đai vào khoảng 372.000km2 và trải dài 2.500km từ Bắc tới Nam

Nhật Bản là quốc gia hàng đầu thế giới về khoa học và công nghệ, được đánh giá là một cường quốc kinh tế Nhật Bản còn là quốc gia có nền kinh tế lớn thứ ba toàn cầu tính theo tổng sản phẩm nội địa cũng như thứ ba theo sức mua tương đương chỉ sau Hoa

Kỳ và Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa và là đất nước đứng thứ 5 trên thế giới trong lĩnh vực đầu tư cho quốc phòng; xếp thứ 4 thế giới về xuất khẩu và đứng thứ 6 thế giới về nhập khẩu

Nhật Bản là một trong những cường quốc trong khu vực và trên Thế giới

Nhật Bản có ít tài nguyên thiên nhiên, nên đây là động lực lớn giúp cho quốc gia

xứ sở hoa anh đào này phát triển công nghệ để chinh phục băng cháy

3.2.2 Thành tựu của Nhật Bản trong công cuộc thăm dò và khai thác băng cháy

Cho đến nay, Nhật là quốc gia đầu tiên chạm đến ngưỡng chinh phục băng cháy gần nhất Chính sách năng lượng của Nhật Bản dựa trên chiến lược 3E (Energy / Environment / Economy) Theo chính sách này, Nhật Bản đã nghiên cứu GH từ những năm 70 và Sở Địa chất Nhật Bản tiến hành đo vẽ, lập bản đồ địa chất các vùng biển của Nhật Bản từ năm 1974 với phương pháp chủ đạo là đo địa chấn công nghệ BSR (Bottom Simulating Reflection), kết hợp đo vẽ địa hoá lấy mẫu nước lỗ rỗng trầm tích đáy biển phân tích các chỉ tiêu đồng vị carbon của khí methane, đo nồng độ khí methane/ethane bằng đầu dò METS (có thể đo được từ độ sâu 0 đến 2000 m nước với giới hạn phát hiện

50 nano mol/lít đến 10 micro mol/lít)

Năm 1988, Sở Địa chất Nhật Bản hợp tác với Sở Địa chất Mỹ nghiên cứu và tổng hợp thành công GH trong phòng thí nghiệm, thu được nhiều thông số quan trọng để định hướng công tác điều tra địa chất nhằm xác định các vùng triển vọng để tìm kiếm, thăm

dò Các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát hiện rằng công nghệ BSR có thể cho thông tin về lớp đáy (giới hạn dưới) của đới GH, nhưng không xác định được tin cậy giới hạn trên của đới GH Để giải quyết vấn đề này, đã ứng dụng phương pháp địa hoá công nghệ SMI Các vùng được coi là có triển vọng và rất triển vọng đã được tiếp tục đo vẽ trọng lực phân giải cao, đo sâu hồi âm và chụp ảnh đáy biển để tổng hợp tài liệu xác định các túi, ổ, lớp GH; sau đó lấy mẫu (bằng robot sử dụng ống phóng) ở lớp trầm tích 4-10 m từ đáy biển, nghiên cứu chi tiết thành phần, cấu trúc mẫu (bằng phương pháp X-ray CT) để xác định có khoan sâu tiếp hay không

Nhật Bản đã xác định được nhiều vùng biển bao quanh có độ sâu từ 1.000 đến 2.000 m nước có triển vọng GH, trong đó 12 vùng được coi là rất có triển vọng với tài nguyên ước tính đến 74 nghìn tỷ m3 khí methane (hơn 460 lần tổng lượng khí thiên nhiên

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	1,13 MB