Công nghệ hoá dầu mới: Lời giải cho vấn đề năng lượng thế giới

Khi nổ ra chiến tranh ở Irắc, vấn đề dầu lửa thế giới lại trở thành một mối quan tâm lớn. Các tập đoàn dầu lửa lớn trên thế giới như Shell đã dự báo ngày thế giới sẽ cạn kiệt trữ lượng dầu lửa nên đã phát minh ra một số công nghệ chuyển đổi từ khí tự nhiên thành dầu diesel. Một mô hình lọc dầu kiểu mới đã xuất hiện sẽ cứu thế giới khỏi nguy cơ không có chất đốt. Một phương pháp từng bị quên lãng Một giải pháp thay thế cho dầu lửa ít gây ô nhiễm, tương đối rẻ và không cần phải thay đổi các loại động cơ hiện hành - đó là sự chuyển đổi khí tự nhiên thành dầu diesel bằng phương trình phản ứng hoá học của nhà hoá học nổi tiếng người Đức, Fischir-Tropsch. Có thể nói phương pháp này đã bị bỏ quên từ rất lâu bây giờ nổi lên như một giải pháp cho vấn đề năng lượng của nhân loại, đang được các tập đoàn hoá dầu lớn trên thế giới để ý tới. Mới đây Tập đoàn dầu lửa Shell thông báo đầu tư 6 tỷ đôla trong vòng 6 năm để phát triển công nghệ mới này. Hiện nay tập đoàn này đã cho xây dựng một nhà máy tại Malaysia và sẽ xây dựng một nhà máy khác nữa tại Hy Lạp, đồng thời phát triển các dự án lớn tại Triniad (Iran), Syria và Indonesia. Trong khi đó, Tập đoàn Syntroleum đang triển khai các dự án của mình tại Úc, Trung Quốc và bang California (Mỹ) cho khách hàng của mình là BP, Amoco hay Texaco. Bên cạnh đó, Sasol cũng đã có một nhà máy sản xuất dầu diesel từ khí tự nhiên tại Nam Phi; dự tính tập đoàn này sẽ phối hợp với Tập đoàn Chevrron để xây dựng một số nhà máy tương tự ở Nigerie. Sở dĩ có sự bùng phát như vậy là do thế giới đang phải đối đầu với nguy cơ khủng hoảng năng lượng một lần nữa, mà theo các chuyên gia về dầu lửa, nền kinh tế thế giới sẽ khó khăn mà đứng dậy được nếu không có một giải pháp năng lượng khác. Mặc dù rất khó có thể đánh giá chính xác trữ lượng dầu thế giới còn bao nhiêu, nhưng theo Jean Laherrehe, nhà địa chất thuộc Văn phòng kế hoạch Liên hiệp quốc, sản lượng dầu thế giới sẽ đạt mức cao nhất vào năm 2005 và sau đó bắt đầu giảm. Do đó, trong khi khai thác các mỏ khí tự nhiên sau khi chuyển đổi khí metan thành chất đốt hoá lỏng, các tập đoàn dầu lửa dường như đã tìm được lối ra cho vấn đề năng lượng thế giới. Sản lượng khai thác khí tự nhiên sẽ đạt mức cao nhất vào năm 2015. Than đá và khí đốt sẽ thay thế dầu mỏ? Tuy nhiên, tại sao trước đây người ta lại không nghĩ tới giải pháp này trong khi nó đã xuất hiện từ trên nửa thế kỷ nay? Giới chuyên gia cho rằng, đó có thể là do lịch sử. Được hai người Đức phát hiện từ trước chiến tranh thế giới lần thứ hai, phương trình phản ứng hoá học Fischer-Tropsch được coi như một sự chuộc lỗi của nước Đức với thế giới và được người Nam Phi phát triển. Trong những năm 30 của thế kỷ trước, hai nhà khoa học người Đức đã phát triển một phương pháp cho phép thu được các hydrocarbure từ hydro và oxits carbon. Do nước Đức có rất ít dầu mỏ, nhưng họ lại có rất nhiều oxít carbon dưới dạng các mỏ than đá, vì vậy mà phương trình phản ứng của hai nhà bác học này vô hình chung đã giúp cho quân đội phát xít yên tâm về vấn đề năng lượng mà bọn chúng sẽ gặp phải trong Chiến tranh thế giới lần thứ hai. Năm 1944, Đức cho xây dựng 9 nhà máy sản xuất dầu diesel từ than đá. Các nhà máy này mỗi năm có thể sản xuất 7 triệu tấn dầu ma-zút, chủ yếu cung cấp cho quân đội phát xít. Nhưng khi chiến tranh kết thúc, việc trao đổi thương mại giữa các nước trở nên dễ dàng hơn, dầu lửa từ các nước Trung Đông thừa thãi, do đó phần lớn các nhà máy này bị phá huỷ. Đến năm 1950, Nam Phi bắt đầu sử dụng lại những nghiên cứu trên để xây dựng các nhà máy kiểu này do phải chịu các biện pháp trừng phạt kinh tế của Liên hiệp quốc cấm nước này nhập khẩu dầu hoả. Nhà máy chế biến dầu diesel từ than đá đầu tiên có tên Fischer-Tropsch được xây dựng năm 1955 về phía Nam thủ đô Johannesburg, kế đến là 2 nhà máy khác cũng được khởi công xây dựng vào năm 1980 và 1982. Nhờ vậy, dầu tổng hợp này có thể thay thế hơn một nửa nhu cầu dầu cần thiết của Nam Phi. Hiện nay, các tập đoàn hoá dầu lớn trên thế giới đều sử dụng lại phương pháp này, nhưng không bắt nguồn từ than đá, vì chi phí rất cao, mà họ lại quan tâm đến một nguồn trữ lượng khổng lồ khí tự nhiên có thể khai thác với giá thành rẻ hơn nhiều. Thực tế ở một số quốc gia, khí tự nhiên đang bị đốt một cách lãng phí. Nếu như từ trên vệ tinh nhìn xuống các vùng biển Nam bán cầu, khu vực sa mạc Saharia, khu châu thổ Niger sáng rực như những thành phố về đêm. Cuộc khủng hoảng và những nguy cơ cạn kiệt các vỉa dầu lửa đã khiến các tập đoàn hoá dầu phải moi lại những đống hồ sơ phương trình phản ứng của Fischer - Tropsch. Họ đã đưa phương trình này vào một phương thức có tên Gas to Liquids (hoá lỏng khí). Quá trình chuyển hoá này được chia làm 3 giai đoạn: sản xuất khí tổng hợp, cho phản ứng theo công thức hoá học của Fischer-Tropsch và tinh chế dầu mỏ nhờ hdyro. Thà tốn kém còn hơn không có chất đốt! Để thu được dầu diesel, trước hết cần phải làm giàu khí tự nhiên bằng oxy. Giai đoạn tổng hợp đầu tiên này chiếm gần một nửa tổng chi phí sản xuất khí hoá lỏng. Nguyên tắc sản xuất tương đối đơn giản. Khí tự nhiên sau khi được khai thác sẽ bị oxy hoá khử trong một bình chứa có nhiệt độ từ 1.300 - 1.500oC, áp suất trên 70 bar. Oxy sẽ tách nitơ và các chất khác bằng hiện tượng đông lạnh không khí. Sử dụng trực tiếp không khí mà không tách các chất thành phần có thể cho phép giảm đáng kể chi phí để xây dựng một nhà máy sản xuất dầu diesel. Để sử dụng trực tiếp không khí tự nhiên, chỉ cần một số thiết bị lọc - các miếng lưới đặc biệt. Các loại lưới lọc này chỉ cho phép oxy dưới dạng ion đi qua. Như vậy bằng cách tách không khí ra một bên, còn khí metan một bên, phương trình phản ứng có thể xảy ra. Oxy đi qua lớp màng lọc tác dụng với khí metan tạo thành khí tự nhiên tổng hợp. Hiện nay có rất nhiều nhóm nghiên cứu thuộc nhiều tổ chức, công ty khác nhau sử dụng phương pháp này như Tập đoàn Chevron, BP, các trường đại học ở Alaska, Pennsylvania, Mỹ. Công ty Syntroleum hiện đang sử dụng trực tiếp không khí, trong khi các tập đoàn hoá dầu khác hiện vẫn rất thận trọng với phương pháp này: nitơ trong không khí không thể loại hết, đồng thời sự có mặt của chất khí này không những kéo theo những tổn thất kinh tế mà còn gây hại cho môi trường. Thực vậy, nitơ sẽ làm xáo trộn quá trình tiến hành chuyển hoá khí tự nhiên thành dầu diesel. Do vậy bằng mọi cách phải loại bỏ chúng. Sau khi có được khí tổng hợp, cần cho chúng tác dụng theo phương trình của Fischer-Tropsch. Đó là phương trình tác động giữa oxít carbon và hydro để tạo ra các chuỗi parafin dài có khối lượng phân tử cao. Như vậy người ta sẽ thu được các phân tử cao. Như vậy người ta sẽ thu được các phân tử có chứa tới hàng trăm nguyên tử carbon. Phản ứng này đòi hỏi phải có một chất xúc tác, kích thích các thành tố của khí đốt tổng hợp gặp nhau và liên kết hoá học với nhau. Chất xúc tác này phải phản ứng lên quá trình tổng hợp mà không phá huỷ nó. Hiện nay một số tập đoàn hoá dầu đang sử dụng sắt hay cobalt như chất xúc tác, trong khi nhiều tập đoàn khác của Mỹ đang thử thay đổi chúng. Trong trường hợp có sự thay đổi chất xúc tác, người ta thường cho thêm các chất hoá học khác có hoạt tính cao, nhưng các chất này rất đắt, chẳng hạn như 2 chất xúc tác đắt nhất hiện nay là ruteni và rođi. Hiện nay, các nhà nghiên cứu thuộc lĩnh vực này đang cố gắng tìm ra một chất xúc tác hợp lý nhất, rẻ hơn. Đến đây, giai đoạn sản xuất dầu diesel trở nên đơn giản. Chuỗi parafin sẽ được phân tích chuyển hoá thành nhiều sản phẩm chất lượng cao, như dầu diesel hay dầu hoả nhờ vào một phản ứng hoá học đơn giản: tác dụng với hydro. Các chuỗi này rất dễ bị bẻ gãy và chuyển thành các sản phẩm nhẹ hơn. Theo Nicolas Bouton, chuyên gia ứng dụng hoá học phân tích cho 3 tập đoàn Shell, Exxon và Mobil, một phân tử nặng giống như một chiếc đũa gỗ dài rất mong manh và dễ vỡ. Một chất đốt chất lượng là một chất phải bao gồm một hỗn hợp các phân tử nhẹ nhất, chứa 30 - 40 nguyên tử carbon. Chỉ với một nguyên tử carbon, khí metan rất dễ bay hơi và dễ dự trữ. Còn các phân tử gồm hàng trăm nguyên tử carbon rất nặng và không thể chuyển hoá thành khí ngay cả khi người ta đem đốt nó. Hiện nay, giá thành phẩm của dầu diesel chế biến từ khí tự nhiên cao hơn dầu diesel sản xuất từ dầu hoả. Nhưng xét trên phương diện kinh tế, quá trình hoá lỏng khí sớm muộn sẽ trở nên hấp dẫn và sản phẩm sẽ được tiêu thụ chủ yếu trên thị trường nội địa vì việc vận chuyển nó rất khó. Khí hoá lỏng cũng có một ưu điểm khác về môi trường, vì được sản xuất từ khí tự nhiên tương đối sạch, chỉ gồm metan và một số khí khác. Trong khi đó dầu lửa chứa rất nhiều phân tử khác nhau sau phản ứng Fischer - Tropsch. Kết quả, dầu thu được từ khi không còn chứa lưu huỳnh - chất gây ô nhiễm môi trường nặng, cũng không còn các phân tử mùi thơm, lại giảm được 50% lượng khí oxít carbon thải vào không khí, 60% các phân tử nhỏ khác và 50% khí oxít nitơ. Ưu điểm cuối cùng: dầu ma-zút sản xuất từ khí hoá lỏng không gây khó khăn cho người sử dụng, vì các động cơ diesel hiện nay vẫn có thể sử dụng sản phẩm mới này một cách bình thường. Hiện nay chỉ còn duy nhất Tập đoàn TotalFinaElf của Pháp là chưa sử dụng phương pháp mới này, nhưng theo Thomas Fell, nhà phát ngôn của tập đoàn này, đến một ngày nào đó TotalFinaElf buộc phải ứng dụng giải pháp mới trên, khi mà trữ lượng dầu lửa trên thế giới giảm khiến giá dầu tăng cao. Không cần phải đợi tới lúc đó, những tiến bộ kỹ thuật, các cải tiến đặc biệt liên quan đến việc nghiên cứu các chất xúc tác có thể làm giảm mạnh giá dầu ma-zút. (Nguồn: QLNĐ)