Than Đá Là Gì, Được Hình Thành Thế Nào Và Nguy Cơ Sử Dụng

Than đá có nguồn gốc từ thực vật, chúng là nhiên liệu hóa thạch rất quan trọng. Bài viết giới thiệu than đá, lịch sử hình thành, vấn đề sử dụng và phân bố.

Than đá là nhiên liệu hóa thạch không thể tái sinh được đốt cháy và dùng để tạo ra điện. Chúng đóng vai trò quan trọng trong các nền công nghiệp hiện đại. Bài viết này sẽ đưa đến những kiến thức xoay quanh bao gồm nguồn gốc, lịch sử hình thành, những rủi ro sử dụng và phân bố.

1. Than đá là gì?

Than đá là một trong những nhiên liệu hóa thạch sơ cấp quan trọng nhất đối với con người. Nó cung cấp hơn một phần ba sản lượng điện toàn cầu; và đóng một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như sắt và thép.

Than đá là một vật liệu rắn giàu carbon. Chúng được phân tích là có hơn 50% trọng lượng (hoặc 70 phần trăm thể tích) vật chất cacbon. Chúng thường có màu nâu hoặc đen và xuất hiện nhiều nhất trong các trầm tích phân tầng.

Như vậy, than đá là vật liệu có nguồn gốc hữu cơ. Nó được hình thành từ phần còn lại của vật liệu thực vật đã phân hủy; được nén thành chất rắn qua hàng triệu năm thay đổi hóa học dưới áp suất và nhiệt. Hàm lượng carbon phong phú của nó cung cấp cho than hầu hết năng lượng.

Khi than được đốt cháy trong điều kiện không khí hoặc oxy, nhiệt năng sẽ được giải phóng. Năng lượng này sau đó có thể được chuyển đổi thành các dạng năng lượng hữu ích khác. Các ứng dụng chính cho than là nhiệt điện (ví dụ, phát điện); và luyện kim (ví dụ, than luyện cốc hoặc luyện thép).

Nói một cách đơn giản, đốt than phát điện là một quá trình gồm 5 bước:

• Than đã được nghiền thành bột mịn và đốt cháy
• Nhiệt lượng thu được được sử dụng để biến nước thành hơi
• Hơi nước ở áp suất rất cao. Sau đó được sử dụng để làm quay tuabin, kết nối với máy phát điện
• Tua bin quay làm cho các nam châm lớn quay trong các cuộn dây đồng; cái này được gọi là máy phát điện
• Các nam châm chuyển động làm cho các electron trong dây dẫn di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Tạo ra dòng điện và sản xuất điện.

2. Lịch sử sử dụng than đá

2.1. Thời cổ đại

Việc phát hiện ra việc sử dụng lửa đã giúp phân biệt con người với các loài động vật khác. Nhiên liệu ban đầu để nhóm lửa chủ yếu là gỗ (và than củi có nguồn gốc từ đây); rơm rạ và phân khô. 

Than đá được người Trung Quốc sử dụng thương mại từ rất lâu trước khi nó được sử dụng ở châu Âu. Mặc dù không có tài liệu xác thực nào, nhưng than từ mỏ Fushun ở đông bắc Trung Quốc có thể đã được sử dụng để nấu chảy đồng sớm nhất là vào năm 1000 trước Công nguyên. Đá được sử dụng làm nhiên liệu được cho là đã được sản xuất ở Trung Quốc trong triều đại nhà Hán (206 TCN – 220 CN).

2.2. Ở châu Âu

Tại châu Âu, những chiếc lọ đựng than đá được tìm thấy giữa các tàn tích La Mã ở Anh. Điều này cho thấy rằng người La Mã đã quen với việc sử dụng than trước năm 400 CN. 

Bằng chứng tài liệu đầu tiên cho thấy than được khai thác ở châu Âu là do nhà sư Reinier của Liège cung cấp. Người đã viết đất đen rất giống với than được sử dụng bởi thợ kim loại. 

Nhiều tài liệu tham khảo về khai thác than đá ở Anh, Scotland và lục địa châu Âu bắt đầu xuất hiện trong các tác phẩm của thế kỷ 13. Tuy nhiên, than đá chỉ được sử dụng với quy mô hạn chế cho đến đầu thế kỷ 18. Khi Abraham Darby ở Anh và những người khác phát triển các phương pháp sử dụng trong lò cao và rèn than cốc làm từ than đá.

Những phát triển liên tiếp về kỹ thuật và luyện kim. Đáng chú ý nhất là phát minh ra động cơ hơi nước đốt than của James Watt. Đã tạo ra một nhu cầu gần như vô độ về than.

2.3. Ở Mỹ

Cho đến thời kỳ Cách mạng Mỹ, hầu hết than đá được sử dụng ở các thuộc địa của Mỹ đến từ Anh hoặc Nova Scotia. Tuy nhiên, sự thiếu hụt trong thời chiến và nhu cầu của các nhà sản xuất vũ khí. Đã thúc đẩy các hoạt động khai thác than nhỏ của Mỹ như ở Virginia trên sông James gần Richmond. 

Vào đầu những năm 1830, các công ty khai thác đã nổi lên dọc theo các sông Ohio, Illinois, Mississippi và trong vùng Appalachian. Cũng như ở các nước châu Âu. Sự ra đời của đầu máy hơi nước đã tạo cho ngành than Mỹ một động lực to lớn. Việc tiếp tục mở rộng hoạt động công nghiệp ở Hoa Kỳ và ở Châu Âu đã thúc đẩy hơn nữa việc sử dụng than đá.

2.4. Than đá hiện đại

Than đá hiện nay là một nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng. Như một nguồn hóa chất mà từ đó nhiều hợp chất tổng hợp. Ví dụ: thuốc nhuộm, dầu, sáp, dược phẩm và thuốc trừ sâu. Và trong sản xuất than cốc cho các quá trình luyện kim. 

Than đá là một nguồn năng lượng chính trong sản xuất điện năng sử dụng phát hơi nước. 

Ngoài ra, quá trình khí hóa và hóa lỏng than tạo ra nhiên liệu khí và lỏng có thể dễ dàng vận chuyển (ví dụ, bằng đường ống) và được lưu trữ thuận tiện trong các bồn chứa. 

Sau sự gia tăng mạnh mẽ trong việc sử dụng than vào đầu những năm 2000, chủ yếu được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng của nền kinh tế Trung Quốc. Việc sử dụng than trên toàn thế giới đạt đỉnh vào năm 2012. Kể từ đó, việc sử dụng than đã giảm đều đặn. Phần lớn được bù đắp bởi sự gia tăng sử dụng khí đốt tự nhiên.

3. Các vấn đề liên quan đến việc sử dụng than

Than đá có trữ lượng rất nhiều. Giả sử rằng tỷ lệ sử dụng và sản xuất hiện tại không thay đổi. Ước tính về trữ lượng cho thấy rằng lượng than còn lại đủ dùng trong hơn 200 năm. Tuy nhiên, vẫn có rất nhiều vấn đề liên quan đến việc sử dụng than.

3.1. Hoạt động khai thác than đá nguy hiểm

Mỗi năm có hàng trăm công nhân khai thác than đá bỏ mạng hoặc bị thương nặng. 

Các mối nguy hiểm chính là do mìn nổ, sập hầm mỏ, nổ đá, cháy. Ngoài ra, những người thợ mỏ làm việc dưới lòng đất thường hít phải bụi than trong thời gian dài. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng – ví dụ như phổi đen.

3.2. Môi trường

Các mỏ than và nhà máy chế biến than đã gây ra rất nhiều thiệt hại về môi trường. 

Các khu vực bề mặt lộ ra trong quá trình khai thác; cũng như chất thải than và đá (thường được đổ bừa bãi); thời tiết thay đổi nhanh chóng,… Các con suối gần đó bị tắc nghẽn bởi trầm tích, đá nhuộm oxit sắt. Và hệ thống thoát nước của mỏ axit khiến số lượng thực vật và động vật sống trong vùng lân cận giảm rõ rệt. 

Kể từ những năm 1970, các luật nghiêm khắc hơn đã làm giảm đáng kể thiệt hại về môi trường do khai thác than đá ở các nước phát triển. Tuy nhiên thiệt hại nghiêm trọng hơn vẫn tiếp tục xảy ra ở nhiều nước đang phát triển.

3.3. Nguy cơ sử dụng than đá

Việc đưa than đá vào sử dụng trong cuộc sống có thể gây ra nhiều vấn đề. Trong quá trình đốt cháy hoặc chuyển hóa than không hoàn toàn. Nhiều hợp chất được tạo ra, một số có thể gây ung thư. 

Quá trình đốt cháy than cũng tạo ra lưu huỳnh và oxit nitơ phản ứng với độ ẩm trong khí quyển để tạo ra axit sunfuric và nitric – được gọi là mưa axit. Ngoài ra, nó tạo ra vật chất dạng hạt (tro bay) có thể được gió vận chuyển hàng trăm km và chất rắn (tro và xỉ đáy) cần phải được xử lý. 

Các nguyên tố ban đầu có trong than đá có thể thoát ra dưới dạng chất bay hơi (ví dụ, clo và thủy ngân) hoặc tập trung trong tro (ví dụ, asen và bari). Một số chất ô nhiễm này có thể bị giữ lại bằng cách sử dụng các thiết bị như thiết bị lọc bụi tĩnh điện, nhà túi và máy lọc. 

Nghiên cứu hiện tại về các phương tiện thay thế cho quá trình đốt cháy (ví dụ, đốt cháy tầng sôi, thủy động lực học và đầu đốt nitơ đioxit thấp) được kỳ vọng sẽ cung cấp các phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn để sử dụng năng lượng từ than đá. Mà bên cạnh đó, bất kể phương tiện được sử dụng để đốt cháy là gì vẫn phải tìm ra các cách xử lý chất thải có thể chấp nhận được.

3.4. Nguy cơ xử lý than đá

Việc đốt cháy tất cả các nhiên liệu hóa thạch như than đá (và cả dầu và khí tự nhiên) giải phóng một lượng lớn carbon dioxide (CO2) vào bầu khí quyển. 

Các phân tử CO2 cho phép các tia có bước sóng ngắn hơn từ Mặt trời đi vào bầu khí quyển và chiếu vào bề mặt Trái đất. Và chúng không cho phép nhiều bức xạ sóng dài chiếu từ trái đất thoát ra ngoài không gian. 

Trong khi hiệu ứng nhà kính là một quá trình xảy ra tự nhiên, sự gia tăng của nó do sự gia tăng phát thải khí nhà kính (CO2 và các khí khác, chẳng hạn như metan và ozon) được gọi là hiện tượng nóng lên toàn cầu. 

Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), có bằng chứng đáng kể cho thấy nồng độ cao hơn của CO2 và các khí nhà kính khác đã làm tăng nhiệt độ trung bình của Trái đất kể từ năm 1950. Sự gia tăng này có lẽ là nguyên nhân khiến lượng tuyết phủ và biển giảm đáng kể ở các vùng cực như Bắc bán cầu. 

Ngoài ra, sự tăng cao mực nước biển trên toàn thế giới và sự giảm diện tích sông băng trên núi đã được ghi nhận. Các công nghệ đang được nỗ lực để giảm mức độ carbon dioxide bao gồm: cố định sinh học, phục hồi chất đông lạnh, thải bỏ trong các đại dương và tầng chứa nước, và chuyển đổi thành methanol.

4. Phân bố than đá trên thế giới

Các bể trầm tích lớn chứa đá từ tuổi thời kỳ Cacbon trở xuống đã được biết đến trên hầu hết mọi lục địa, kể cả Nam Cực. Sự hiện diện của các mỏ than lớn ở các vùng ngày nay có khí hậu Bắc Cực hoặc cận Bắc Cực (như Alaska và Siberia) là do sự thay đổi khí hậu và chuyển động kiến ​​tạo của các mảng vỏ đã di chuyển các khối lục địa cổ trên bề mặt Trái đất.

Than đá không có ở một số khu vực (chẳng hạn như Greenland và phần lớn miền bắc Canada). Những vùng này, được gọi là lá chắn lục địa vì thiếu sự sống phong phú của thực vật trên cạn cần thiết cho việc hình thành các mỏ than lớn.

Than đá là một loại đá trầm tích màu đen hoặc nâu đen. Nó có thể được đốt cháy để làm nhiên liệu và sử dụng để tạo ra điện. Nó được cấu tạo chủ yếu từ cacbon và hydrocacbon, chứa năng lượng có thể được giải phóng thông qua quá trình đốt cháy. Hy vọng bài viết trên đã giúp các bạn hiểu rõ hơn về than đá.