Mà đốt than thì kèm theo là ô nhiễm nặng nề. Hình ảnh các ống khói phun các cột khói đen vào khí quyển, hình ảnh đặc trưng của tiến trình công nghiệp hóa của các thế kỷ 19, 20 đã là nỗi kinh hoàng của loài người hiện nay. Vì vậy mà không có con đường khác là phải tìm lối đi trên con đường than sạch.
Than sạch là gì?
Than sạch là than mà khi đốt cháy không gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề. Các công nghệ giúp đạt được điều này gọi chung là Công Nghệ Than Sạch (CNTS), tạm chia làm 3 nhóm chính: công nghệ chuyển hóa than, công nghệ xử lý trong quá trình đốt than, công nghệ xử lý chất thải sau khi đốt than.
Công nghệ chuyển hóa than là các công nghệ biến than thành các dạng khác nhau như ở dạng nhiên liệu lỏng, dạng khí như hydro, methane, dimethyl ether, khí tổng hợp… nhằm đa dạng hóa trong sử dụng than, biến than thành loại nhiên liệu dễ cháy hoặc cháy hoàn toàn, khi cháy không gây hoặc ít gây ô nhiễm.
Công nghệ xử lý trong quá trình đốt than là các công nghệ giải quyết việc làm tăng hiệu suất cháy hoặc làm cháy hoàn toàn than trong quá trình đốt, giảm phát thải khí độc như công nghệ đốt tầng sôi (FBC), công nghệ đốt tầng sôi áp suất cao (PFBC), đốt tầng sôi tuần hoàn khí (ACFB), công nghệ khí hóa than theo chu kỳ phối hợp (IGCC) …
Công nghệ xử lý chất thải sau khi đốt than: gồm các công nghệ xử lý phát thải khói, bụi sau khi đốt than như công nghệ khử bụi tĩnh điện, công nghệ lọc bụi bằng túi lọc, công nghệ khử lưu huỳnh bằng đá vôi… Ngày 11/6/2009 trên báo chí có nêu một kết quả tuy nhỏ nhưng rất đáng quan tâm của nhóm TS. Trần Bình. Đó là việc thu gom khí CO khi đốt than (và các chất đốt khác như trấu) để đốt bếp gas, thay vì dùng gas hóa lỏng. Công nghệ này đã được thương mại hóa ở Trung Quốc, tạo ra các trung tâm cung cấp chất đốt cho các gia đình, các cơ quan, trường học của cả một địa phương.
Nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ than sạch
Tại nhiều nước và các công ty lớn hoạt động trong lĩnh vực năng lượng hiện đang rất chú trọng phát triển nghiên cứu và ứng dụng CNTS, từ trước 1980 chỉ có khoảng hơn 100 sáng chế (SC) liên quan đến CNTS, đến nay đã có gần 800 SC. Nước có nhiều đăng ký SC liên quan đế than sạch là Mỹ, kế đến là Trung Quốc, đây cũng là 2 quốc gia dẫn đầu về trữ lượng và sản lượng than đá (Xem bài “Than đã lùi về quá khứ”, STINFO số 6-2009).
Trước tình trạng khan hiếm nhiên liệu, than lỏng từng được Đức và Nhật sử dụng trong Thế Chiến II để tạo ra nhiên liệu thay thế. Cũng trong thập kỷ này, năm 1920, hai nhà khoa học người Đức là Franz Fisher và Hans Tropsch đã sáng chế ra phương pháp chuyển hóa than thành khí được biết đến nhiều và đang phát triển hiện nay dưới tên gọi “phương pháp Fisher- Tropsch”.
Trung Quốc nước dẫn đầu về sản lượng than trên thế giới rất quan tâm phát triển CNTS. Công ty than lớn nhất Trung Quốc, Shenhua, dự kiến vận hành 8 nhà máy hóa lỏng than vào năm 2020, với sản lượng tổng cộng trên 30 triệu tấn dầu tổng hợp hàng năm, đủ để thay thế trên 10% lượng xăng dầu nhập khẩu của Trung Quốc. Dự án hóa lỏng than đá để lấy dầu được tập đoàn Shanxi Luan triển khai ở tỉnh Sơn Tây – một trong những “vựa” than của Trung Quốc. Tập đoàn China Huaneng - nhà sản xuất điện bằng than đá lớn nhất đại lục - đang liên kết với các đối tác trong và ngoài nước để thi công và vận hành nhà máy điện chạy bằng than đá không thải CO2. Giới chuyên môn dự đoán Trung Quốc có thể tự phát triển công nghệ hóa khí than đá trong vòng 5 năm nữa và giá thành phẩm khi đó sẽ rẻ hơn 50% so với thị trường thế giới.
Tại bang Florida - Mỹ, công nghệ IGCC đã được áp dụng thử nghiệm tại những nhà máy như nhà máy nhiệt điện Polk Power 250 MW. Kết quả cho thấy IGCC có hiệu suất thu giữ lưu huỳnh đạt trên 98%, mức phát tán NOx thấp hơn 90% so với các nhà máy nhiệt điện đốt than thông thường; nhà máy nhiệt điện 300 MW tại Jacksonwille là nhà máy lớn nhất trên thế giới áp dụng công nghệ ACFB và mới đây đã giành được giải thưởng của tạp chí Nhà máy Điện. Hiện nay, trên toàn thế giới ước tính có khoảng 9,5 GW điện đã được lắp đặt theo công nghệ ACFB. Cũng tại Mỹ, dự án mang tên Thế hệ tương lai (FutureGen) với vốn đầu tư 1 tỉ USD là sự kết hợp của công nghệ khí hóa, hệ thống phát điện và công nghệ thu giữ cacbonic tiên tiến nhất. Dự kiến nhà máy sẽ đi vào hoạt động năm 2012. Hiện khoảng 30% đến 40% lượng điện được sản xuất ở Mỹ đều từ các nhà máy đốt than có sử dụng công nghệ lọc khí thải. Các nhà phân tích dự đoán tỷ lệ này sẽ lên tới 60% trong 5 năm tới.
Chương trình thử nghiệm tại bang Queensland miền bắc Australia nhằm mục đích chứng minh rằng các trạm phát điện hiện hữu có thể được chỉnh lại để đốt than đá một cách sạch hơn nhiều. Hệ thống được nghiên cứu này đốt than đá trong khí oxy tinh khiết, khiến dễ dàng thu lại khí carbon dioxide. Khí carbon dioxide sau đó được hóa lỏng và chôn sâu dưới đất trong một tiến trình được gọi là “cô lập địa chất”.
Ở Nhật Bản tổng công suất các nhà máy nhiệt điện đốt than có sử dụng công nghệ giảm phát thải khí có chất xúc tác lựa chọn vào khoảng 15GW. Tổ máy số 1 của nhà máy điện Karita Nhật Bản có công suất 360MW sử dụng công nghệ PFBC có áp suất lớn nhất thế giới hiện nay.
Các tập đoàn lớn cảm nhận được khả năng kiếm được lợi nhuận từ CNTS. General Electric đã liên kết với Schlumberger- công ty thực hiện các dịch vụ khai thác dầu mỏ - để nghiên cứu thiết kế và xây dựng nhà máy điện than IGCC với công nghệ thu gom và cô lập CO2. Nhiều công ty điện như Duke Energy, American Electric Power và Tenaska cũng đã nghiên cứu dự án IGCC với thiết kế và công nghệ của General Electric.
Ở Việt Nam, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã phối hợp với công ty Ecotecnika (CHLB Nga) triển khai nghiên cứu thử nghiệm sản xuất huyền phù từ than cám của mỏ Mạo Khê và bùn than của các nhà máy tuyển than Cửa Ông và tuyển than Hòn Gai ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô bán công nghiệp. Sản phẩm đã được đốt thử nghiệm trong buồng đốt công nghiệp của trạm thử nghiệm của Ecotecnicka. Kết quả cho sản phẩm huyền phù than nước ở dạng lỏng, khi đốt lượng phát thải khí CO2 giảm 80-90%. Sử dụng than huyền phù giảm được chi phí, không cần phải thay đổi cấu trúc của lò đốt.
Về giảm phát thải khí trong quá trình đốt than, cũng đã có nhiều nghiên cứu, trong đó, lò hơi tầng sôi tiết kiệm nhiên liệu do trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng nghiên cứu chế tạo, nhiên liệu sử dụng là than cám và các phụ phẩm nông nghiệp (trấu, mùn cưa) để giảm chi phí nhiên liệu cho doanh nghiệp, lò hơi được trang bị hai cấp thu bụi khô và ướt nên không gây ô nhiễm môi trường do khói nhà lò và nhà chứa than được làm kín, tro, xỉ bay ra được thu gom.
Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện Na Dương, Cao Ngạn và sắp tới là Cẩm Phả của VINACOMIN sử dụng CNTS: công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn, còn lại các nhà máy nhiệt điện khác như Phả Lại 1, Phả Lại 2, Ninh Bình... chủ yếu sử dụng công nghệ lò than phun, gây ra nhiều phát thải làm ảnh hưởng tới môi trường.
CNTS có thể giúp giảm thiểu khí thải có hiệu ứng nhà kính từ 25% đến 28%. Theo ước tính chi phí xây dựng một nhà máy điện dựa theo công nghệ khí hóa than để phát điện tốn 1.200 USD/KW so với 1.000 USD/KW nếu xây dựng một nhà máy điện từ than theo phương pháp cổ điển, giá thành điện năng sẽ gấp đôi so với phương pháp cũ, đây là cái giá phải trả cho việc ngăn ngừa ô nhiễm môi trường. Vấn đề cần giải quyết để phát triển CNTS chính là chi phí đầu tư và giá thành sản phẩm của CNTS.