Than đá là nguồn nguyên liệu hóa thạch được sử dụng phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, phụ thuộc vào than đá ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế về môi trường và hiệu suất sử dụng. So với nguồn năng lượng truyền thống này, điện mặt trời, điện gió đang dần trở thành lựa chọn ưu tiên nhờ khả năng khai thác bền vững, chi phí đầu tư giảm và hiệu quả khai thác dài hạn.
Vậy thực sự than đá là gì và nó đến từ đâu? Đặc điểm của than đá như thế nào. Hãy cùng Intech Solar tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Định nghĩa than đá là gì?
Than đá là loại nhiên liệu hóa thạch có màu nâu đen hoặc đen. Được hình thành trong lòng đất qua hàng triệu năm, chủ yếu từ xác thực vật bị chôn vùi dưới các lớp trầm tích. Trải qua thời gian dài bị nén ép dưới nhiệt độ và áp suất cao, các vật chất hữu cơ này chuyển hóa thành than đá – một loại chất rắn có hàm lượng carbon cao.
Tùy theo mức độ “già hóa” và điều kiện hình thành, than đá có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: than bùn, than non (lignite), than bán bitum, than bitum và than antraxit. Trong đó, than antraxit là loại có chất lượng cao nhất, cháy sạch và nhiệt lượng lớn.
Ngoài carbon, trong than đá còn chứa một số tạp chất khác như lưu huỳnh, nitơ, tro… Tỷ lệ các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng cũng như mức độ gây ô nhiễm khi đốt cháy.
Nguồn gốc hình thành than đá
Than đá là kết quả của một quá trình địa chất kéo dài hàng triệu năm, bắt nguồn từ thực vật cổ đại tích tụ trong các vùng đầm lầy lớn. Đây là một chuỗi chuyển hóa tự nhiên phức tạp dưới lòng đất mà không phải ai cũng hình dung hết được.
Khi cây cối và thực vật chết đi, chúng không bị phân hủy hoàn toàn do môi trường yếm khí trong các đầm lầy. Lâu dần, xác thực vật này tích tụ lại thành lớp than bùn. Dưới áp lực từ các lớp trầm tích chồng lên và nhiệt độ tăng dần theo độ sâu, vật chất hữu cơ trong than bùn tiếp tục bị nén ép và biến đổi hóa học, tạo thành các dạng than đá khác nhau.
Quá trình này được gọi là “than hóa” (coalification). Tùy vào điều kiện nhiệt độ, áp suất và thời gian, than có thể dừng lại ở dạng than bùn, hoặc tiếp tục chuyển sang các dạng có hàm lượng carbon cao hơn như than nâu, than bitum và cuối cùng là than antraxit – dạng tinh khiết và có giá trị năng lượng than đá cao nhất.
Đặc điểm và tính chất đặc trưng của than đá
Dù có nhiều loại khác nhau, than đá vẫn chia sẻ một số đặc điểm chung cơ bản mà bạn cần nắm rõ khi sử dụng hoặc nghiên cứu về loại nhiên liệu này.
- Hàm lượng carbon cao: Than đá chứa chủ yếu là carbon, hàm lượng càng cao thì khả năng sinh nhiệt càng lớn. Các loại than chất lượng cao như antraxit có thể chứa tới 90–95% carbon.
- Dạng rắn, màu đen hoặc nâu đen: Than đá thường có kết cấu rắn, độ xốp thấp, màu đen ánh bóng hoặc nâu đen tùy loại.
- Sinh nhiệt lớn khi đốt: Đây là đặc tính quan trọng khiến than đá trở thành nguồn năng lượng chính trong sản xuất điện và công nghiệp nặng.
- Chứa tạp chất: Ngoài carbon, than còn có lưu huỳnh, nitơ, tro và các kim loại nặng. Những tạp chất này ảnh hưởng đến môi trường khi đốt cháy nếu không được xử lý.
- Khả năng cháy khác nhau: Mỗi loại than có điểm bốc cháy, tốc độ cháy và hiệu suất khác nhau, phụ thuộc vào mức độ “than hóa” và cấu trúc vật lý.
- Khối lượng riêng và độ ẩm thay đổi: Than non chứa nhiều nước, nhẹ và dễ vỡ; trong khi than già như antraxit cứng, nặng và ít độ ẩm hơn.
Phân loại than đá phổ biến hiện nay
Than bùn
Than bùn là dạng sơ khai nhất của quá trình hình thành than đá. Nó vẫn còn giữ lại phần lớn cấu trúc thực vật ban đầu và có độ ẩm rất cao, thường trên 60%.
Loại than này dễ cháy, nhưng sinh nhiệt thấp, nhiều khói và tro. Ở Việt Nam, than bùn chủ yếu được dùng ở quy mô nhỏ, như nấu nướng, sấy khô, hoặc sản xuất phân bón hữu cơ.
Than non (than nâu, than lignite)
Than non có hàm lượng carbon cao hơn than bùn, khoảng 25–35%, và vẫn chứa nhiều nước, dao động từ 30–45%. Màu nâu đặc trưng khiến loại than này đôi khi được gọi là than nâu.
Mặc dù có khả năng cháy tốt hơn than bùn, nhưng vẫn thải nhiều khí độc và t+ro. Than non chủ yếu được dùng trong các nhà máy nhiệt điện gần khu khai thác để giảm chi phí vận chuyển.
Than gầy (than á bitum, than subbitum, than lignite đen)
Than gầy là bước trung gian giữa than non và than bitum. Tên gọi “gầy” thể hiện hàm lượng chất bốc thấp, khả năng cháy không cao nhưng nhiệt trị lại tương đối ổn định.
Loại than này thường dùng cho các lò công nghiệp yêu cầu lượng nhiệt đều, ít khói và tiết kiệm chi phí nhiên liệu.
Than mỡ (than bitum)
Than mỡ là một trong những loại than quan trọng nhất trong ngành luyện kim. Với hàm lượng carbon khoảng 45–86%, than bitum có khả năng sinh nhiệt cao và khi nung chảy sẽ tạo ra than cốc – nguyên liệu thiết yếu trong luyện gang.
Ngoài ra, than bitum còn được dùng trong nhiệt điện và công nghiệp hóa chất nhờ vào tính ổn định và dễ bảo quản.
Than antraxit
Antraxit là “ông vua” của các loại than đá với hàm lượng carbon lên tới 90–95%. Nó cứng, cháy lâu, ít khói và sinh nhiệt rất cao.
Than antraxit được ứng dụng trong các ngành cần nguồn nhiệt lớn và sạch như luyện kim cao cấp, lọc nước (dưới dạng than hoạt tính), và một số ngành hóa chất.
Than chì
Than chì (graphite) thực chất là sản phẩm cuối cùng của quá trình than hóa, nơi carbon đã tái sắp xếp thành cấu trúc tinh thể bền vững.
Mặc dù không dùng làm nhiên liệu do khó cháy, nhưng than chì lại có giá trị công nghiệp rất cao. Nó được sử dụng trong sản xuất điện cực, pin lithium-ion, vật liệu chịu nhiệt và nhiều lĩnh vực công nghệ cao khác.
Bên cạnh cách phân loại trên than đá còn được phân chia thành
– Phân loại than đá theo mục đích sử dụng
- Than luyện kim
- Than nhiệt
- Than bùn hữu cơ
- Than hoạt tính
– Phân loại than đá theo xuất xứ:
- Than Indonesia
- Than Úc
- Than Nga
- Than Nam Phi,….
Ứng dụng của than đá trong thực tế
Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), nhu cầu than đá toàn cầu năm 2024 đạt mức kỷ lục 8,77 tỷ tấn và sẽ duy trì ở mức này tới năm 2027. Trung Quốc hiện vẫn là nước tiêu thụ than đá nhiều nhất thế giới, chiếm hơn 56% tổng nhu cầu toàn thế giới năm 2024 – theo dữ liệu mới nhất của IEA. Vậy than đá dùng để làm gì?
Sản xuất điện
Không thể phủ nhận rằng than đá vẫn đang giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực sản xuất điện năng, đặc biệt là tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nhiệt điện than sử dụng than đá đốt trong lò hơi để tạo ra hơi nước, quay tuabin và phát điện.
Mặc dù đang dần bị thay thế bởi các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió, nhưng điện từ than vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu điện toàn cầu do chi phí thấp, công nghệ sẵn có và khả năng cung ứng ổn định. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là phát thải khí nhà kính, gây ô nhiễm không khí và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng.
Luyện kim
Trong ngành luyện kim, đặc biệt là luyện gang thép, than đá đóng vai trò không thể thay thế. Cụ thể, người ta sử dụng than cốc (chế biến từ than đá) làm chất hoàn nguyên để tách oxi khỏi quặng sắt trong quá trình luyện gang.
Không chỉ đóng vai trò về mặt hóa học, than còn là nguồn sinh nhiệt trong lò cao. Các lò luyện kim lớn tại Trung Quốc, Ấn Độ hay châu Âu vẫn phụ thuộc nhiều vào nguồn than đá chất lượng cao để đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm đầu ra.
Sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng
Ít ai để ý, nhưng trong quá trình sản xuất xi măng, gạch ngói, vôi… công dụng của than đá cũng được sử dụng để tạo nhiệt. Trong các lò nung nguyên liệu, than đóng vai trò là nhiên liệu chính, giúp đạt đến nhiệt độ cần thiết để tạo phản ứng hóa học.
Dù ngày nay một số doanh nghiệp đã chuyển sang đốt sinh khối hoặc rác thải công nghiệp, nhưng với đa số nhà máy, đặc biệt là ở Đông Nam Á, thì than đá vẫn là lựa chọn kinh tế và hiệu quả hơn cả.
Ứng dụng dân dụng khác
Với nhiều hộ gia đình, đặc biệt ở vùng sâu vùng xa chưa có điện hoặc gas, than đá vẫn là nguồn năng lượng phổ biến để đun nấu, sưởi ấm. Không chỉ thế, trong ngành dịch vụ ăn uống, than đá còn được ưa chuộng trong các bếp nướng BBQ, do khả năng giữ nhiệt tốt, cháy lâu và tạo hương vị đặc trưng cho món ăn.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đốt than trong không gian kín, không thông thoáng có thể gây nguy hiểm do phát sinh khí CO độc hại. Vì vậy, dù tiện lợi, nhưng việc sử dụng than trong sinh hoạt cần đi kèm với các biện pháp an toàn.
Hóa chất và công nghiệp nhẹ
Ngoài những ứng dụng “lộ diện”, than đá còn được dùng để sản xuất một số hóa chất như amoniac, benzen, nhựa đường hoặc carbon hoạt tính. Trong ngành công nghiệp nhẹ, than còn góp mặt trong sản xuất giấy, thuốc nhuộm, và thậm chí là mỹ phẩm (với dạng carbon hoạt tính lọc sạch da).
Ưu và nhược điểm của than đá
Ưu điểm của than đá
Những lý do khiến than đá vẫn là nguồn năng lượng được nhiều quốc gia khai thác và sử dụng rộng rãi:
- Nguồn cung dồi dào, khai thác dễ dàng
Than đá là một trong những loại nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng lớn trên toàn cầu. Quy trình khai thác than cũng đã được công nghiệp hóa, giúp giảm chi phí vận hành. - Giá thành rẻ hơn so với nhiều nguồn năng lượng khác
So với dầu mỏ, khí đốt hoặc năng lượng tái tạo, chi phí sản xuất điện từ than đá vẫn rẻ hơn ở nhiều khu vực – đặc biệt là các nước đang phát triển có hạ tầng lạc hậu. - Sinh nhiệt lớn, phù hợp cho công nghiệp nặng
Than đá có hàm lượng carbon cao, khả năng sinh nhiệt mạnh và ổn định, rất phù hợp cho các ngành như luyện kim, sản xuất xi măng hoặc phát điện công suất lớn. - Có thể lưu trữ và vận chuyển dễ dàng
Dạng rắn của than đá giúp việc lưu trữ, bảo quản và vận chuyển an toàn hơn so với nhiên liệu dạng khí hay lỏng. Điều này rất quan trọng với các nhà máy đặt xa nguồn cung. - Công nghệ sử dụng đã phổ biến, dễ áp dụng
Từ lò đốt nhỏ lẻ đến các nhà máy nhiệt điện quy mô hàng trăm MW, công nghệ sử dụng than đá đã được chuẩn hóa và phổ biến trên toàn cầu, không yêu cầu thay đổi hạ tầng quá lớn.
Nhược điểm của than đá
Dù mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật, than đá cũng đi kèm không ít hệ lụy, nhất là về mặt môi trường và sức khỏe cộng đồng:
- Gây ô nhiễm không khí và nước
Việc đốt than thải ra một lượng lớn khí CO2, SO2, NOx và bụi mịn – đây là các tác nhân chính gây nên hiệu ứng nhà kính, mưa axit và các bệnh đường hô hấp. - Để lại tro xỉ và chất thải rắn nguy hại
Sau quá trình cháy, than đá để lại tro bay, tro đá và xỉ than. Những chất này nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm đất, nguồn nước và tiềm ẩn nguy cơ phóng xạ nhẹ. - Tiêu tốn tài nguyên nước trong quá trình vận hành
Các nhà máy nhiệt điện than cần một lượng nước lớn để làm mát và xử lý bụi, tro. Điều này có thể gây căng thẳng nguồn nước tại những khu vực khan hiếm. - Khai thác than ảnh hưởng đến cảnh quan và sinh thái
Khai thác lộ thiên phá vỡ địa hình, gây sạt lở, bụi đất và hủy hoại môi trường sống của nhiều loài. Ngoài ra, còn có nguy cơ sụt lún đất và ô nhiễm tầng nước ngầm. - Hiệu suất chuyển đổi năng lượng không cao
So với một số công nghệ hiện đại như tuabin khí hoặc năng lượng tái tạo, hiệu suất của các nhà máy điện đốt than truyền thống vẫn còn thấp, thất thoát năng lượng nhiều. - Không phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững
Trong bối cảnh toàn cầu đang thúc đẩy chuyển đổi năng lượng xanh, việc tiếp tục phụ thuộc vào than đá khiến nhiều quốc gia gặp khó khăn trong cam kết giảm phát thải khí nhà kính.
Dù vẫn đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, than đá đang dần bộc lộ những hạn chế về môi trường, sức khỏe và chi phí dài hạn. Thay vì tiếp tục phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu truyền thống này, nhiều hộ gia đình và doanh nghiệp đã chủ động chuyển hướng sang sử dụng điện năng lượng mặt trời – một giải pháp thân thiện với môi trường, tiết kiệm điện và dễ ứng dụng ở cả vùng đô thị lẫn nông thôn. Nếu bạn đang cân nhắc giải pháp thay thế bền vững, đừng ngần ngại liên hệ với Intech Solar để được tư vấn chi tiết qua hotline 0966 966 819 – 0966 966 313.
