Trong quá trình đốt cháy than để sản xuất điện, khoảng 20% chất vô cơ không cháy và cả lượng than chưa cháy hết bị dính vón thành các hạt lớn và rơi xuống đáy lò gọi là xỉ than hay tro đáy (bottom ash) và 80% chất vô cơ không cháy còn lại sẽ bay theo khói lò thoát ra ngoài thành tro bay (fly ash) với khối lượng hàng triệu tấn mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tro bay thường được thu hồi bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
Hiện cả nước có 19 nhà máy nhiệt điện than đang hoạt động sử dụng nguồn than trong nước khoảng 20 triệu tấn mỗi năm, và theo một ước tính, các nhà máy này thải ra trên ba triệu tấn xỉ than hàng năm, bên cạnh một lượng tro bay lớn gấp vài ba lần. Không những ở Việt Nam, trên thế giới hiện nay nhiệt điện than vẫn còn chiếm tỷ lệ rất lớn, vì những nguồn năng lượng khác chưa thể thay thế được, mặc dù người ta đang muốn thay thế nó bằng năng lượng tái tạo. Do đó, nhiệt điện than còn tiếp tục đóng vai trò quan trọng tại Việt Nam cũng như ở nhiều nước trên thế giới.
Theo Quy hoạch phát triển điện lưới quốc gian năm 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện 7 điều chỉnh được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 3 năm 2016), Việt Nam sẽ phát triển các nhà máy nhiệt điện than với tỷ lệ thích hợp, phù hợp với khả năng cung cấp và phân bố của các nguồn nhiên liệu. Trong đó, khai thác tối đa nguồn than trong nước cho phát triển các nhà máy nhiệt điện, ưu tiên sử dụng than trong nước cho các nhà máy nhiệt điện khu vực miền Bắc. Đến năm 2020, tổng công suất khoảng 26.000 MW, sản xuất khoảng 131 tỷ kWh điện, chiếm khoảng 49,3% điện sản xuất, tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than; năm 2025, tổng công suất khoảng 45.800 MW, sản xuất khoảng 220 tỷ kWh điện, chiếm khoảng 55% điện sản xuất, tiêu thụ khoảng 95 triệu tấn than. Do nguồn than sản xuất trong nước hạn chế, cần xây dựng một số nhà máy nhiệt điện tại các Trung tâm Điện lực: Duyên Hải, Long Phú, Sông Hậu, Long An... sử dụng nguồn than nhập khẩu [1].
Điều đó đồng nghĩa với lượng xỉ than tro đáy lên đến 14 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020, và gần 35 triệu tấn tro đáy hàng năm vào năm 2030, cùng hàng chục triệu tấn tro bay.
Hình 1: Phủ bạt, phun nước và đầm nén tại bãi tro xỉ của nhà máy nhiệt điện. (Ảnh: TTXVN)
Trong quá trình đốt than có 2 nguồn thải chính là chất khí và chất rắn. Trong nguồn thải khí, ngoài các chất CO2, CO, NOx và SOx… có thể còn có một số kim loại bay hơi. Nguồn thải rắn chủ yếu là tro xỉ, thạch cao nhân tạo và một số kim loại quý hiếm và phân tán. Vì vậy, việc phát triển đổi mới và áp dụng các tiến bộ KHCN để thu gom, tái chế và sử dụng các phế thải có ý nghĩa quan trọng, không những chỉ giảm thiểu khối lượng thải mà còn có thể thu hồi thêm được một số nguyên vật liệu thứ sinh và giảm nguồn gây ô nhiễm môi trường.
Người ta đã tính toán, nếu một nhà máy điện muốn xử lý được hậu quả của việc đốt than một cách có hiệu quả, đảm bảo đáp ứng hoàn toàn điều kiện về môi trường, thì phải tăng chi phí đầu tư thêm, chiếm khoảng 40-60% giá thành đầu tư một nhà máy như hiện nay, đảm bảo là nhiệt điện sạch. Cho nên, ở Việt Nam thường người ta chỉ chấp nhận một mức đầu tư phù hợp, có thể dung hòa, không quá tồi tệ, không làm ảnh hưởng quá đến môi trường và đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của các nhà máy nhiệt điện.
Theo Vụ Vật liệu xây dựng thuộc Bộ Xây dựng, cho đến nay, ngoài Nhà máy nhiệt điện Phả Lại tận dụng nguồn tro xỉ thải làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng và cho một số hoạt động xây dựng khác, các nhà máy nhiệt điện đốt than còn lại chưa áp dụng bất cứ giải pháp gì để tái chế nguồn xỉ thải của mình. Điều đó nghĩa là hàng ngàn hec-ta đất được sử dụng làm bãi thải, bãi chôn lấp, và đây chính là mầm mống của thảm họa môi trường trong tương lai không xa [2].
Nếu tro bay sản xuất ra đạt tiêu chuẩn quy định thì toàn bộ lượng tro thải ra đều được công nghiệp xi măng đón nhận, nhưng việc hạ thấp hàm lượng than cháy không hết trong tro là nhiệm vụ khó khăn và rất tốn kém, một số dự án đã tính đến những phương án tiên tiến hạ tỷ lệ than cháy không hết trong tro (ví dụ như sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện để tách than cháy không hết…) nhưng chưa thấy khả thi về mặt kinh tế. Vì vậy, sự tồn đọng tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện đốt than ở nước ta vẫn còn là vấn nạn chưa có cách giải quyết, bãi chứa tro xỉ các nhà máy nhiệt điện đốt than ngày càng phình to, lấy mất nhiều đất nông, lâm nghiệp.
Hình 2: Nếu giảm hàm lượng carbon thì tro có thể cung cấp cho các nhà máy xi măng.
Giải pháp cho các nhà máy nhiệt điện
Công ty Asia Coal Catalyst tại Mỹ đã sản xuất xúc tác cho quá trình đốt cháy than với thương hiệu CC-88 cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện, xi măng từ nhiều năm nay. Giải pháp này mang lại nhiều hiệu quả mà các nhà máy nhiệt điện không cần tốn nhiều chi phí đầu tư, và có thể triển khai nhanh chóng [3,4].
1. Sử dụng xúc tác CC-88 có thể tiết kiệm lượng than tiêu tốn
Khi có mặt của xúc tác CC-88, phản ứng cháy diễn ra với hiệu suất cao hơn và dẫn đến kết quả là tiết kiệm được lượng than tiêu tốn. Mức tiết kiệm tùy thuộc vào chất lượng than, loại lò đốt và các yếu tố vận hành tại nhà máy, thông thường mức tiết kiệm than khoảng 5% khi dùng xúc tác tỉ lệ 0,5 - 1,0 kg/tấn than.
2. Sử dụng xúc tác CC-88 giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Xúc tác CC-88 làm giảm các khí phát thải ô nhiễm như: CO, SOx, NOx, PM2.5, PM 10…
3. Sử dụng xúc tác CC-88 làm tăng chất lượng tro thải
Xúc tác CC-88 giúp cho quá trình cháy của than diễn ra với hiệu suất cao hơn, kết quả là hàm lượng carbon chưa cháy trong các loại tro bay và tro đáy giảm xuống dưới 5%. Do đó, các loại tro này hoàn toàn có thể cung cấp cho các nhà máy xi măng, hay các ngành sản xuất vật liệu xây dựng thay vì chôn lấp gây ô nhiễm như hiện nay. Nhiều nơi đã và đang cố gắng hoàn thiện các công nghệ như tuyển nổi để tách hay làm giảm carbon trong tro nhưng với chi phí cao, cần mặt bằng và vốn đầu tư không nhỏ.
4. Sử dụng xúc tác CC-88 làm giảm chi phí vận hành
Một đặc điểm của xúc tác CC-88 là giảm sự hình thành xỉ bám trong lò đốt, giúp cho quá trình truyền nhiệt hiệu suất cao hơn. Nhưng quan trọng hơn cả là các nhà máy sẽ tiết giảm thời gian dừng lò để làm vệ sinh với chi phí khá tốn kém. Ngoài ra, xúc tác CC-88 làm giảm quá trình ăn mòn và bào mòn các thiết bị của lò đốt, giảm các chi phí bảo trì, tăng tuổi thọ cho các thiết bị.
Hình 3: Mô hình đưa xúc tác CC-88 vào hệ thống đốt than tại nhà máy nhiệt điện.
Ngoài 4 lợi ích nêu trên, việc sử dụng xúc tác CC-88 trong các nhà máy nhiệt điện còn có ý nghĩa rất lớn với các nhà máy hiện đang hoạt động là không cần đầu tư bổ sung các hạng mục công trình nhằm giảm thiểu phát thải ô nhiễm; không cần đầu tư các dây chuyền tách carbon trong tro để thương mại; chi phí mua xúc tác rất thấp so với các lợi ích mang lại.
Kết luận
Việt Nam đang tiến hành công nghiệp hóa đất nước theo hướng phát triển bền vững. Vì vậy, việc phát triển bền vững các ngành công nghiệp có liên quan đến khai thác chế biến và sử dụng than là yêu cầu tất yếu. Việc dùng than để sản xuất năng lượng đang là một trong những nguyên nhân gây biến đổi khí hậu toàn cầu. Đồng thời còn tạo ra khối lượng lớn tro xỉ và là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
Hiện nay các nhà máy nhiệt điện than chỉ chú trọng đến chức năng sản xuất điện, chưa thật sự quan tâm hay chưa có giải pháp cụ thể cho các chất phát thải khí và rắn. Do đó, chất phát thải của họ vừa có chất lượng kém, vừa không đồng đều chất lượng, nên không thể sử dụng được cho các ngành khác, chưa kể còn gây ô nhiễm trầm trọng đến môi trường xung quanh. Việc xây dựng các nhà máy tuyển tro xỉ nhiệt điện là một phong trào đầu tư tự phát nên không tránh khỏi một số tồn tại về công nghệ, thiết bị, chỉ tiêu, năng lượng, nước, kinh tế và bảo vệ môi trường…
Xúc tác CC-88 đã được sử dụng thành công nhiều năm và tại nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ… Ngoài giảm thiểu khí phát thải ô nhiễm; chuyển hóa phát thải tro xỉ thành nguyên liệu hữu ích cho ngành xi măng, vật liệu xây dựng; tiết kiệm được lượng than tiêu thụ… việc đưa xúc tác CC-88 vào sử dụng cho các nhà máy làm giảm chi phí đầu tư, mang lại hiệu quả kinh tế to lớn cho doanh nghiệp và xã hội. Do đó, có thể khẳng định đây là một giải pháp mà các nhà máy nhiệt điện cần quan tâm, nghiên cứu và triển khai.
Nguồn: Internet