Khí hóa than ngầm: Tiềm năng lớn nhưng còn nhiều thách thức

29/01/2024

Lượt xem 13

Khí hóa than dưới lòng đất (UCG) là một quá trình khí hóa được sử dụng để sản xuất khí từ than tại chỗ bằng cách bơm không khí hoặc oxy vào các vỉa than chưa được khai thác và trích khí sản phẩm qua các giếng trên bề mặt. Khí tổng hợp thu được có thể được sử dụng để sản xuất điện, cũng như hóa chất, nhiên liệu lỏng, hydro .v.v

Một giếng khoan được khoan xuống vỉa than, sau đó được đốt cháy. Oxy được bơm vào để đốt cháy và thúc đẩy các phản ứng khí hóa tạo ra hỗn hợp khí được tạo thành chủ yếu từ hydro (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) và một lượng metan (CH4). Những khí này sau đó được đẩy ra giếng khoan thứ hai để khai thác trên bề mặt. Quá trình khí hóa than theo cách này tạo ra một khoang trống dưới mặt đất, kích thước của khoang này phụ thuộc vào tốc độ nước chảy vào từ mực nước ngầm, hàm lượng nhiệt của than, vị trí và hình dạng của giếng, cũng như độ dày của vỉa than.

Công nghệ khí hóa than UCG thương mại

Công nghệ UCG thứ 1: Công nghệ sử dụng giếng đứng và đốt ngược để mở đường dẫn bên trong than. Quá trình này đã được sử dụng ở Liên Xô và sau đó được thử nghiệm ở Chinchilla, Australia. 

Công nghệ UCG thứ 2: Bắt đầu từ Từ năm 1974 đến năm 1989, hoạt động nghiên cứu và phát triển UCG đã tăng lên ở Châu âu và Hoa Kỳ. Cơ sở ứng dụng công nghệ khoan dầu khí để tạo các lỗ khoan ngay trong vỉa than. Nó có một điểm phun có thể di chuyển được gọi là CRIP (điểm phun rút có kiểm soát) và thường sử dụng oxy được làm giàu để khí hóa than.

Các nghiên cứu và trình diễn gần đây của khí hóa than

 

Các dự án của UCG đã được phát triển rộng rãi ở Australia. Dự án Chinchilla ở Queensland là dự án trình diễn lớn gần đây nhất, hoạt động từ năm 1997 đến năm 2003. Các nhà phát triển dự án tuyên bố rằng 35.000 tấn than đã được khí hóa mà không hề thấy hiện tượng sụt lún hoặc ô nhiễm nước ngầm. Dự án đã đạt được mức thu hồi 95% tài nguyên than, thu hồi 75% tổng năng lượng.

Tiềm năng tối ưu của quá trình khí hóa than thông qua ứng dụng lưu trữ carbon

Đốt cháy than đá tạo ra CO2, và quá trình Khí hóa than ngầm (UCG) cũng không ngoại lệ. Tuy nhiên, UCG mang lại tiềm năng cải thiện cho việc lưu trữ carbon (CCS). Khí tổng hợp từ UCG có thể tách CO2 để lưu trữ hoặc sử dụng. Nghiên cứu về lưu trữ CO2 dài hạn đang diễn ra, với mục tiêu lưu trữ vào các tầng nước mặn, mỏ dầu, khí đã cạn kiệt, và các tầng than không khai thác. Việc sử dụng khoảng trống UCG để lưu trữ CO2 có ưu điểm lớn, nhưng đối mặt với thách thức về tính toàn vẹn của khoảng trống, tác động axit, và rủi ro rò rỉ kim loại và chất hóa học vào nước ngầm.

Ưu điểm và thách thức

Ưu điểm của UCG

  • Loại bỏ nhu cầu khai thác mỏ than, giảm nguy cơ cho công nhân mỏ 
  • Do quá trình xử lý than được giữ dưới lòng đất nên lượng khí thải lưu huỳnh, oxit nitơ và thủy ngân trên bề mặt và không khí làm giảm đáng kể tác động tiêu cực đối với môi trường.
  • Chuyển đổi các tầng than khó khai thác hoặc sâu vào nguồn năng lượng sử dụng, đặc biệt quan trọng khi chỉ có khoảng một sáu đến một tám phần thứ của lượng than trên thế giới có thể khai thác kinh tế. Nhờ UCG, dự kiến lượng than có thể khai thác ở Hoa Kỳ tăng lên khoảng 300%.
  • Trong tương lai chiến lượng quản lý carbon hoạt động việc ưng dụng các mỏ trong việc thu giữ và cô lập carbon

Thách thức của UCG

  • Rủi ro liên quan đến việc chất có hại rò rỉ vào nguồn nước ngầm.
  • Hiện tượng sụt lún, khi bề mặt thực tế sụt xuống khi tầng than sâu được khí hóa, có thể là một vấn đề.
  • Các biện pháp giảm thiểu rủi ro đang được nghiên cứu, bao gồm cả việc tối ưu hóa điều kiện vận hành để áp suất trong máy khí hóa thấp hơn áp suất trong tầng than và các tầng nằm xung quanh, giảm thiểu lưu lượng nước ngầm từ phòng khí hóa hoặc chất ô nhiễm ra môi trường.