Trong bối cảnh chi phí năng lượng gia tăng và áp lực môi trường ngày càng lớn, ngành khai thác mỏ đang bước vào một giai đoạn chuyển đổi sâu sắc, trong đó năng lượng tái tạo dần trở thành một cấu phần quan trọng trong hệ thống vận hành. Từ điện mặt trời, điện gió đến các hệ thống lưu trữ năng lượng, nhiều doanh nghiệp khai thác đã chủ động từng bước thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống bằng các giải pháp sạch hơn, linh hoạt hơn.

Không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, xu hướng này còn góp phần nâng cao hiệu quả môi trường, củng cố an ninh năng lượng và tạo nền tảng cho phát trưởng bền vững trong dài hạn, đồng thời góp phần vào nỗ lực ứng phó biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu.

Thực tiễn triển khai cho thấy năng lượng tái tạo đang từng bước tái định hình hoạt động khai thác mỏ thông qua nhiều giải pháp cụ thể.

Tích hợp điện mặt trời trong vận hành mỏ

Trang trại điện mặt trời Weipa ở bang Queensland, Australia, cung cấp điện cho mỏ bauxite Weipa và các cơ sở chế biến. Ảnh: Mining Digital

Trong bối cảnh chi phí nhiên liệu biến động và yêu cầu giảm phát thải ngày càng khắt khe, điện mặt trời đang được tích hợp trực tiếp vào hệ thống cấp điện của các mỏ như một giải pháp vừa kinh tế vừa linh hoạt. Khác với mô hình phụ thuộc hoàn toàn vào dầu diesel hoặc điện lưới, các hệ thống quang điện (PV) tại mỏ thường được thiết kế theo cấu hình lai (hybrid), kết hợp với máy phát điện hiện có và hệ thống điều khiển năng lượng để tối ưu hóa vận hành theo thời gian thực. Nhờ đặc thù nhiều mỏ nằm ở khu vực có bức xạ cao, sản lượng điện mặt trời có thể được khai thác ổn định vào ban ngày, góp phần giảm tải cho các tổ máy chạy nhiên liệu hóa thạch và hạ chi phí biên của điện năng.

Trường hợp mỏ bauxite Weipa của Rio Tinto tại Australia là một minh chứng điển hình cho xu hướng tích hợp năng lượng tái tạo trong khai thác mỏ. Ngay từ năm 2015, Rio Tinto đã tiên phong đưa điện mặt trời vào vận hành bằng cách xây dựng trang trại quang điện với công suất ban đầu 1,6 MW, sau đó mở rộng lên 6,7 MW và tích hợp trực tiếp vào hệ thống điện của mỏ. Với quy mô hàng chục nghìn tấm pin quang điện, hệ thống có thể đáp ứng tới khoảng 20% nhu cầu điện vào ban ngày, đặc biệt trong các khung giờ cao điểm. Sự phối hợp giữa nguồn điện mặt trời và dầu diesel không chỉ giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu mà còn nâng cao hiệu suất vận hành của các tổ máy. Bên cạnh đó, nhờ không phát sinh chi phí nhiên liệu và yêu cầu vận hành thấp, điện mặt trời góp phần ổn định chi phí năng lượng trong dài hạn - một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các mỏ nằm ở khu vực xa lưới điện, nơi chi phí vận chuyển dầu diesel luôn ở mức cao.

Từ góc độ kỹ thuật và kinh tế, điện mặt trời đang mang lại những lợi ích rõ rệt cho ngành khai thác mỏ. Trước hết, việc thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch bằng nguồn năng lượng tái tạo giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí vận hành, đặc biệt là chi phí nhiên liệu, từ đó tạo ra lợi thế tài chính bền vững trong dài hạn. Đồng thời, điện mặt trời góp phần cắt giảm lượng phát thải carbon, hỗ trợ các công ty khai thác đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe. Không chỉ dừng lại ở khía cạnh chi phí và môi trường, nguồn năng lượng này còn tăng cường an ninh năng lượng cho các mỏ, nhất là tại những khu vực xa lưới điện, nhờ khả năng cung cấp điện ổn định, linh hoạt và có thể mở rộng theo nhu cầu vận hành.

Năng lượng gió cho các mỏ xa lưới điện

Trang trại gió Agnew, công suất 10 MW, cung cấp điện cho mỏ vàng Agnew của Gold Fields tại Australia. Ảnh: Gold Fields

Năng lượng gió đang dần trở thành một trụ cột mới trong quá trình chuyển dịch năng lượng của ngành khai thác mỏ, đặc biệt tại các khu vực xa xôi, nơi việc kết nối với lưới điện quốc gia gặp nhiều hạn chế. Trong bối cảnh đó, các doanh nghiệp khai khoáng ngày càng chủ động khai thác nguồn tài nguyên gió tại chỗ để bổ sung cho hệ thống điện nội bộ, phát triển các mô hình cung cấp điện lai có khả năng vận hành độc lập, vừa linh hoạt vừa giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Xu hướng này thể hiện rõ tại những quốc gia có điều kiện gió thuận lợi và quy mô khai thác mỏ lớn như Chile hay Canada, nơi nhiều dự án điện gió đã được triển khai song hành với hoạt động mỏ. Một ví dụ tiêu biểu là mỏ vàng Agnew của Gold Fields tại Australia, nơi vận hành một hệ thống điện vi lưới kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo. Trong cấu hình này, trang trại gió Agnew với công suất khoảng 10 MW đóng vai trò nguồn phát chủ lực vào những thời điểm điều kiện gió thuận lợi. Nhờ khả năng điều phối theo thời gian thực, hệ thống giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ dầu diesel, tối ưu hiệu quả vận hành và giảm chi phí năng lượng tổng thể.

Về dài hạn, điện gió có lợi thế ở khả năng mở rộng quy mô theo nhu cầu phụ tải, đồng thời cung cấp nguồn điện ổn định với chi phí vận hành và bảo trì tương đối thấp sau khi hoàn thành đầu tư ban đầu. Quan trọng hơn, do không phát sinh khí thải trong quá trình phát điện, năng lượng gió góp phần trực tiếp vào mục tiêu giảm phát thải carbon của ngành, đồng thời nâng cao mức độ tự chủ năng lượng cho các mỏ nằm ngoài lưới điện.

Hệ thống năng lượng tái tạo lai

Hệ thống điện mặt trời lai DeGrussa cung cấp điện cho mỏ DeGrussa ở Tây Australia. Ảnh: JUWI

Các hệ thống năng lượng lai đang nổi lên như một giải pháp trung tâm trong quá trình chuyển dịch năng lượng của ngành khai thác mỏ, khi kết hợp linh hoạt giữa điện mặt trời, điện gió, lưu trữ pin và nguồn phát dầu diesel dự phòng. Cách tiếp cận này cho phép tối ưu hóa khai thác từng nguồn năng lượng theo điều kiện thực tế, đồng thời đảm bảo cung cấp điện liên tục 24/7 - yếu tố then chốt đối với các mỏ có phụ tải lớn và biến động.

Trường hợp mỏ đồng - vàng DeGrussa tại Tây Australia là một minh chứng tiêu biểu. Tại đây, hệ thống điện mặt trời công suất 10,6 MW được tích hợp với hệ thống lưu trữ pin 6 MW và các tổ máy dầu diesel dự phòng, vận hành dưới sự điều phối của hệ điều khiển trung tâm. Nhờ đó, mỏ đã cắt giảm hơn 20% mức tiêu thụ nhiên liệu diesel, qua đó giảm chi phí vận hành cũng như phát thải.

Các hệ thống năng lượng lai mang lại độ tin cậy cao nhờ khả năng chuyển đổi linh hoạt và liền mạch giữa các nguồn năng lượng tái tạo và nguồn dự phòng, qua đó đảm bảo cung cấp điện ổn định cho hoạt động khai thác. Đồng thời, việc giảm phụ thuộc vào các tổ máy dầu diesel giúp cắt giảm đáng kể chi phí vận hành, đặc biệt trong bối cảnh giá nhiên liệu và chi phí logistics biến động. Không chỉ dừng lại ở hiệu quả kinh tế, mô hình này còn góp phần giảm lượng khí thải và hạn chế nhu cầu vận chuyển nhiên liệu, từ đó giảm thiểu tác động môi trường tổng thể của hoạt động khai thác mỏ.

Thủy điện trong khai thác mỏ bền vững

Tại các khu vực có điều kiện thủy văn thuận lợi, thủy điện từ lâu đã là nguồn cung năng lượng ổn định và chi phí cạnh tranh cho ngành khai thác mỏ. Ở các quốc gia như Canada, Brazil hay khu vực Scandinavia, nhiều mỏ khai khoáng đang dựa vào các nhà máy thủy điện quy mô lớn để đảm bảo nguồn điện liên tục, ít phụ thuộc vào biến động của thị trường nhiên liệu.

Bên cạnh các dự án quy mô lớn, xu hướng phát triển các hệ thống thủy điện nhỏ cũng đang được quan tâm, đặc biệt tại các mỏ xa lưới điện. Bằng cách tận dụng các dòng sông hoặc suối lân cận mà không cần xây dựng hồ chứa lớn, các giải pháp này có thể cung cấp điện với tác động môi trường tương đối thấp. Thực tế tại các dự án của Anglo American ở Nam Mỹ cho thấy việc tích hợp thủy điện đã giúp giảm đáng kể phát thải carbon trong khi vẫn duy trì nguồn điện ổn định.

Thủy điện trong khai thác mỏ nổi bật với ba ưu điểm cốt lõi. Trước hết, đây là nguồn năng lượng bền vững, có khả năng cung cấp điện liên tục mà không phụ thuộc vào nhiên liệu đầu vào, qua đó giúp doanh nghiệp chủ động hơn trong kế hoạch sản xuất. Đồng thời, do không chịu tác động của biến động giá nhiên liệu, thủy điện góp phần duy trì chi phí vận hành ở mức dự đoán được trong dài hạn. Đặc biệt, với các mô hình thủy điện dòng chảy, việc khai thác năng lượng có thể được thực hiện với mức can thiệp tối thiểu vào môi trường tự nhiên, hạn chế ảnh hưởng đến hệ sinh thái xung quanh.

Năng lượng sinh học và chuyển đổi chất thải thành năng lượng

Song song với các nguồn tái tạo truyền thống, năng lượng sinh học đang mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành khai thác mỏ thông qua việc tận dụng chính dòng chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất. Các vật liệu hữu cơ như dăm gỗ, phụ phẩm nông nghiệp hoặc chất thải phân hủy sinh học có thể được chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc điện, góp phần hình thành mô hình kinh tế tuần hoàn ngay trong nội bộ mỏ.

Tại những quốc gia có ngành lâm nghiệp phát triển như Canada, sinh khối đã trở thành một nguồn năng lượng bổ trợ khả thi cho các cơ sở khai thác mỏ, giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đồng thời xử lý hiệu quả chất thải.

Lợi ích chính của năng lượng sinh học trong khai thác mỏ không chỉ thể hiện ở khía cạnh môi trường mà còn gắn liền với hiệu quả vận hành và chiến lược phát triển bền vững của doanh nghiệp. Việc tận dụng sinh khối cho phép xử lý và tái sử dụng các dòng chất thải phát sinh trong quá trình khai thác theo hướng bền vững hơn, qua đó giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh. Đồng thời, so với các nguồn nhiên liệu hóa thạch có giá thành biến động, năng lượng sinh học cung cấp một phương án thay thế có tính ổn định và hiệu quả kinh tế dài hạn. Đặc biệt, với đặc tính gần như trung hòa carbon trong suốt vòng đời, nguồn năng lượng này còn góp phần hỗ trợ các doanh nghiệp mỏ đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững và giảm phát thải khí nhà kính.

Lưu trữ năng lượng và hệ thống pin

Hệ thống lai điện mặt trời - pin tại mỏ vàng Fekola ở Mali. Ảnh: B2Gold

Trong hệ sinh thái năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ ổn định của hệ thống điện. Với sự phát triển nhanh của công nghệ pin lithium-ion và pin dòng chảy, các mỏ hiện có thể tích trữ phần điện dư từ nguồn năng lượng mặt trời hoặc gió để sử dụng trong các giai đoạn phụ tải cao hoặc khi điều kiện tự nhiên không thuận lợi.

Việc triển khai hệ thống lưu trữ pin tại mỏ vàng Fekola ở Mali (Tây Phi) là một ví dụ điển hình. Với dung lượng pin khoảng 15,4 MWh, hệ thống này cho phép giảm đáng kể mức tiêu thụ dầu diesel cũng như lượng khí thải và tối ưu hóa vận hành hệ thống điện mỏ.

Lợi ích của việc lưu trữ năng lượng trong khai thác mỏ không chỉ nằm ở khả năng hỗ trợ vận hành ổn định mà còn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và tính tự chủ năng lượng của doanh nghiệp. Trong điều kiện nguồn năng lượng tái tạo có tính biến động, các hệ thống lưu trữ giúp cải thiện độ tin cậy cung cấp điện bằng cách giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong những giai đoạn sản lượng thấp. Đồng thời, việc tối ưu hóa quá trình tích trữ và sử dụng năng lượng cho phép doanh nghiệp tiết giảm đáng kể chi phí nhiên liệu và vận hành. Đáng chú ý, đối với các mỏ ở các khu vực xa xôi, giải pháp lưu trữ năng lượng còn tạo điều kiện để triển khai mô hình vận hành độc lập với lưới điện, hướng tới một hệ thống khai thác bền vững và linh hoạt hơn.

Hydro xanh - giải pháp cho khử carbon sâu

Xe tải lai hydro - pin 2MW, tải trọng 290 tấn, là một phần của giải pháp vận tải không phát thải nuGen™ của Anglo American. Ảnh: Mining Weekly

Trong dài hạn, hydro xanh được xem là một trong những giải pháp tiềm năng nhất để khử carbon sâu trong ngành khai thác mỏ, đặc biệt đối với các thiết bị hạng nặng vốn khó điện hóa hoàn toàn. Được sản xuất bằng điện phân nước sử dụng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, hydro xanh có thể thay thế diesel trong vận hành xe tải mỏ và các hoạt động chế biến.

Các thử nghiệm quy mô công nghiệp đang từng bước khẳng định tính khả thi của hydro xanh trong quá trình khử carbon ngành khai khoáng. Điển hình, Anglo American đã triển khai xe tải mỏ chạy bằng hydro tại mỏ bạch kim Mogalakwena (Nam Phi), với tải trọng gần 300 tấn. Theo kết quả công bố, phương tiện này có khả năng cắt giảm tới khoảng 80% lượng phát thải CO₂ so với xe diesel truyền thống, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành trong điều kiện mỏ lộ thiên khắc nghiệt. Trường hợp này cho thấy hydro xanh không chỉ là giải pháp thay thế về mặt năng lượng, mà còn là một hướng đi khả thi cho khử carbon sâu trong lĩnh vực vận tải mỏ.

Ưu điểm tiềm năng của hydro xanh không chỉ nằm ở khía cạnh môi trường mà còn ở khả năng đáp ứng các yêu cầu vận hành dài hạn của ngành công nghiệp, trong đó có khai thác mỏ. Trước hết, với đặc tính không phát thải, hydro xanh có thể loại bỏ hoàn toàn khí nhà kính phát sinh từ các hoạt động tiêu thụ năng lượng, góp phần trực tiếp vào mục tiêu khử carbon. Bên cạnh đó, nhờ mật độ năng lượng cao, loại nhiên liệu này có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn trên mỗi đơn vị so với nhiều dạng nhiên liệu truyền thống, đặc biệt phù hợp với các thiết bị công suất lớn và yêu cầu vận hành liên tục. Quan trọng hơn, đầu tư và chuyển đổi sang hydro xanh mang ý nghĩa chiến lược, vừa giúp doanh nghiệp thích ứng với quá trình chuyển dịch năng lượng, vừa tạo nền tảng cho các mục tiêu phát triển bền vững dài hạn.

Xu hướng chuyển dịch năng lượng trong ngành khai khoáng

Xét trên bình diện kỹ thuật, mỗi giải pháp năng lượng tái tạo đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, đặc biệt liên quan đến tính ổn định nguồn cung, chi phí đầu tư và khả năng tích hợp vào hệ thống vận hành hiện có. Trong bối cảnh đó, các mô hình năng lượng lai kết hợp với hệ thống lưu trữ đang nổi lên như một hướng đi khả thi trong ngắn và trung hạn, nhất là đối với các mỏ có phụ tải lớn và yêu cầu vận hành liên tục.

Quá trình chuyển dịch năng lượng trong ngành khai thác mỏ không chỉ là bài toán công nghệ mà còn gắn liền với năng lực quản trị, khả năng huy động vốn và mức độ sẵn sàng của hạ tầng kỹ thuật. Trong dài hạn, năng lượng tái tạo được kỳ vọng sẽ trở thành một cấu phần quan trọng trong chiến lược phát triển của ngành, góp phần giảm phát thải, nâng cao hiệu quả vận hành và tăng cường tính tự chủ năng lượng. Tuy nhiên, hiệu quả triển khai sẽ phụ thuộc lớn vào việc lựa chọn lộ trình chuyển dịch phù hợp với điều kiện cụ thể của từng đơn vị, thay vì áp dụng đồng loạt. Trong bối cảnh công nghệ tiếp tục hoàn thiện và chi phí có xu hướng giảm, cách tiếp cận linh hoạt, có trọng tâm sẽ đóng vai trò quyết định đối với tính khả thi và bền vững của quá trình chuyển đổi năng lượng trong thực tiễn./.