Đại học Wyoming góp phần đưa ngành than phát triển bền vững

Quản trị viên 20/12/2022 Khối môi trường

Là một tiểu bang miền núi của Mỹ với sản xuất than và dầu mỏ chiếm gần 65% tổng sản lượng của bang, Wyoming đang phải đối mặt với nhiều thách thức khi vừa phải đảm bảo an ninh năng lượng vừa thực hiện các mục tiêu khử cacbon cho ngành sản xuất điện của bang.

Nhằm góp phần hỗ trợ bang Wyoming ứng phó biến đổi khí hậu trong bối cảnh mới, Trường Tài nguyên Năng lượng, thuộc Đại học Wyoming, đã đề ra cho mình sứ mệnh nghiên cứu phát triển kinh tế dựa trên năng lượng, từ đó tích cực thúc đẩy ngành năng lượng của bang thông qua các chương trình học thuật, nghiên cứu cũng như trực tiếp tiếp cận và tham gia các dự án năng lượng sạch.

Được mệnh danh là bang năng lượng của Mỹ, riêng trong năm 2021, Wyoming sản xuất hơn 239 triệu tấn than, gấp ba lần sản lượng than của bang sản xuất than lớn thứ hai của Mỹ là Tây Virginia. Khoảng 90% năng lượng khai thác nội bang được xuất khẩu. Các nhà lãnh đạo bang hiển nhiên muốn duy trì hoạt động kinh doanh đó càng nhiều càng tốt, đồng nghĩa với công tác nghiên cứu và phát triển công nghệ nhằm duy trì hoạt động của các nhà máy nhiệt điện than giữ vai trò vô cùng quan trọng. Đây là một trong những lý do Đại học Wyoming luôn chú trọng thúc đẩy công nghệ thu hồi carbon sáng tạo.

Một dự án mà Trường Tài nguyên Năng lượng đang tham gia là Trung tâm Kiểm thử tích hợp Wyoming (ITC) đặt tại Nhà máy nhiệt điện đốt than Dry Fork, bang Wyoming, Mỹ. Đây là cơ sở nghiên cứu thu giữ và sử dụng carbon thứ 15 và lớn nhất ở Mỹ, là một thành viên của Mạng lưới Trung tâm Kiểm thử Quốc tế.

Trung tâm Kiểm thử tích hợp Wyoming (ITC) đặt tại Nhà máy nhiệt điện đốt than Dry Fork, bang Wyoming, Mỹ. Nguồn: Andrew Graham/WyoFile.

ITC là một đối tác công tư với sự tham gia của chính quyền, ngành điện và các hợp tác xã, vì mục tiêu chung phát triển các cách sử dụng khả thi về mặt thương mại đối với khí thải CO2 từ các nhà máy điện. Đến nay, ITC đã nhận được hơn 20 triệu USD tiền cam kết hỗ trợ từ các hợp tác xã và Chính quyền bang.

Được đặt ngay tại nhà máy nhiệt điện đốt than là một lợi thế quan trọng của ITC bởi các phòng thí nghiệm thông thường không thể bắt chước các điều kiện trong thế giới thực của một nhà máy điện đốt than đang hoạt động, điều này giúp giảm bớt những lo ngại về khả năng mở rộng quy mô công nghệ từ phòng thí nghiệm sang vận hành thương mại.

Trung tâm ITC được nối với với Nhà máy điện Dry Fork bởi một ống thép dẫn khí thải đã được làm sạch, chủ yếu là sự kết hợp của không khí, hơi nước và 12,5% carbon dioxide. Được trang bị năm buồng thử nghiệm nhỏ và một buồng thử nghiệm lớn, tại ITC có thể kiểm nghiệm thu hồi amin, thu hồi màng lọc hoặc thử nghiệm sử dụng carbon dioxide để sản xuất xi măng hay các sản phẩm khác.

Nằm cạnh Trung tâm ITC là dự án Wyoming CarbonSAFE, viết tắt của Doanh nghiệp Cơ sở Bảo hiểm Lưu trữ Carbon. Đây là một trong 13 địa điểm dự án thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) đi tiên phong ở Mỹ do Bộ Năng lượng tài trợ với mục tiêu cuối cùng là đảm bảo các tổ hợp lưu trữ carbon sẵn sàng cho việc triển khai hệ thống CCUS tích hợp.

Wyoming CarbonSAFE đang xem xét tính khả thi về mặt thương mại của việc lưu trữ carbon ngay bên dưới Nhà máy điện Dry Fork, công suất ban đầu ước tính đạt ít nhất 2 triệu tấn CO2 mỗi năm. Trước đó, dự án đã hoàn tất kiểm nghiệm tại Trường Tài nguyên Năng lượng Wyoming. Mục tiêu cuối cùng của CarbonSAFE là lưu trữ an toàn hơn 50 triệu tấn CO2 vào một khu phức hợp lưu trữ địa chất mặn, mở ra tương lai cho nhà máy điện đốt than mới nhất và sạch nhất của Mỹ.

Đồng thời, Trường Tài nguyên Năng lượng Wyoming cũng tập trung vào việc đa dạng hóa nền kinh tế dựa trên nền tảng than đá của bang. Thông qua việc phát triển các sản phẩm mới và dễ bán từ than đá, các chuyên gia đã tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng, chẳng hạn như nguyên liệu cải tạo đất nông nghiệp, nhựa đường, vật liệu lát đường, vật liệu xây dựng bao gồm gạch than, thạch cao, vật liệu lát sàn, vật liệu lợp mái, vật liệu cách nhiệt và các đơn vị kết cấu để bổ sung cho bê tông, gỗ và thép.

Nhằm thử nghiệm các vật liệu xây dựng có nguồn gốc từ than đá, đặc biệt là gạch than, trong các điều kiện môi trường khác nhau và so sánh với các vật liệu xây dựng thông thường hiện đang được sử dụng trên thị trường, một nhóm nghiên cứu của Trường Tài nguyên Năng lượng đã xây dựng trong khuôn viên của Trường Đại học Wyoming một ngôi nhà kiểu mẫu hoàn toàn sử dụng gạch làm từ các sản phẩm phụ của than đá, áp dụng công nghệ xử lý thân thiện với môi trường và tiêu thụ ít năng lượng. Song song với ngôi nhà đặc biệt này là một ngôi nhà được xây bằng các vật liệu thông thường nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra hiệu suất của hai mô hình, chẳng hạn như độc tính, khả năng chống cháy, chống ồn, chịu nhiệt, hấp thụ độ ẩm, ..

Những phát hiện ban đầu về đặc tính của gạch than cho thấy các thuộc tính vượt trội so với gạch đất sét. Chúng có trọng lượng nhẹ hơn, cách nhiệt tốt hơn và có khả năng điều chỉnh độ ẩm trong nhà, tức là ngôi nhà xây bằng gạch than tiêu thụ ít năng lượng hơn. Ngoài ra, theo bài kiểm tra độ chịu lửa tiêu chuẩn của ngành, gạch than được xếp hạng Loại A.

Ngôi nhà sử dụng hơn 4.000 viên gạch làm từ than đá nằm cạnh ngôi nhà sử dụng các vật liệu thông thường được xây dựng bởi Trung tâm Thu hồi và Chuyển đổi Carbon thuộc Trường Tài nguyên Năng lượng, Đại học Wyoming. Nguồn: Wyoming Public Media.

Ngoài dự án thu hồi, lưu trữ carbon và các chương trình sản phẩm cấu tạo carbon, lĩnh vực trụ cột thứ ba trong lĩnh vực nghiên cứu carbon của Đại học Wyoming liên quan đến các nguyên tố đất hiếm và khai thác khoáng sản quan trọng từ các vỉa than. Theo các phát hiện mới đây, các vỉa than ở Lưu vực sông Powder, bang Wyoming, có hàm lượng các nguyên tố đất hiếm cao, trong một số trường hợp, hàm lượng cao đó phân bố ngay ở lớp đất đá phủ cách bên trên hoặc bên dưới một số vỉa than chưa đầy 1 mét.

Được các nhà khoa học gọi là các nguyên tố của tương lai, các nguyên tố đất hiếm và các khoáng sản quan trọng có giá trị đặc biệt không thể thay thế và đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong các ngành công nghệ cao, được sử dụng trong nhiều thành phần điện tử, kính không phản chiếu, pin hay công nghệ năng lượng tái tạo. Hiện tại, khoảng 90% nhu cầu về các nguyên tố đất hiếm và khoáng sản quan trọng của Mỹ được nhập khẩu, chủ yếu là từ Trung Quốc. Vì vậy, việc Trường Tài nguyên Năng lượng xúc tiến chương trình nghiên cứu các nguyên tố đất hiếm phân bố trong các vỉa than không chỉ mang ý nghĩa quan trọng đối với bang Wyoming nói riêng mà còn góp phần bảo đảm nguồn cung cấp cho an ninh quốc gia Mỹ nói riêng.

Theo Richard Horner, Giám đốc Trung tâm Thu hồi và Chuyển đổi Carbon thuộc Trường Tài nguyên Năng lượng, Đại học Wyoming, mục tiêu của Trường không chỉ là nghiên cứu mà còn thương mại hóa những nỗ lực này, từ đó tạo ra việc làm và thậm chí là một ngành công nghiệp mới ở Wyoming. Than đá hiện là nguồn thu nhập chính của tiểu bang, vì vậy những nỗ lực duy trì hoạt động của các mỏ than sẽ tạo nguồn thu nhập liên tục cho Chính quyền bang để đầu tư vào giáo dục, cơ sở hạ tầng, chăm sóc y tế, dịch vụ khẩn cấp và phúc lợi tổng thể của người dân Wyoming./.

Tác giả: Đỗ Thanh Hương (Theo Power Magazine)