Download đề tài nghiên cứu khoa học với đề tài: Năng lượng sạch đối với môi trường, cho các bạn làm luận văn tham khảo Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. ĐẠI HỌC SÀI GÒN
Khoa Khoa học Môi trường
Dương Thị Giáng Hương
TÀI LIỆU THAM KHẢO
NĂNG LƯỢNG SẠCH
Tháng 10/2013

2. Lời nói đầu
Vấn đề năng lượng, môi trường và phát triển bền vững đang là thách thức to lớn
trong thời đại hiện nay. Thực tế đã chứng minh, năng lượng đóng vai trò quan trọng
trong tăng trưởng kinh tế, bảo vệ môi trường và an ninh quốc gia, việc sử dụng năng
lượng tăng lên theo sự phát triển công nghiệp. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng quá
mức, không khoa học, trái với các nguyên tắc về môi trường làm kéo theo nhiều hệ quả
nghiêm trọng như: cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, sự gia tăng của khí nhà kính
(CO2) làm nhiệt độ trái đất nóng lên, sự cố từ các lò hạt nhân. . . làm đe dọa sự sống trên
trái đất.
Một vấn đề khác là, nguồn nhiên liệu hóa thạch, sau mấy trăm năm phục vụ và
góp phần tạo nên sự tiến bộ của xã hội loài người, đã đến lúc sắp cạn kiệt và bộc lộ
những khuyết điểm chưa thể giải quyết triệt để được. Nhân loại chợt thức tỉnh và nhận ra
nguy cơ của việc phụ thuộc và sử dụng nhiên liệu hóa thạch đối với các vấn đề phát triển
xã hội và môi trường sống. Do đó, đòi hỏi phải nghiên cứu và khai thác những nguồn năng
lượng mới – năng lượng sạch – nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng cao của mình.
Tài liệu này được biên soạn với mục đích giới thiệu về các công nghệ, các phương
pháp mới trong việc khai thác những nguồn tài nguyên năng lượng vốn đã cũ kỹ, được
con người sử dụng từ lâu đời như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa
nhiệt, năng lượng thủy triều hay năng lượng sinh học,. . . . Bên cạnh đó, tài liệu còn mang
tính tham khảo, với mong muốn phục vụ cho việc dạy và học chuyên đề Năng lượng sạch
của hệ Cao đẳng, trường Đại học Sài Gòn. Đồng thời, tài liệu cũng dành cho cán bộ kỹ
thuật, cán bộ quản lý và bạn đọc quan tâm tới các lĩnh vực có liên quan về năng lượng
và môi trường.
Nội dung cuốn sách tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau:
- Tổng quan về năng lượng và các hệ quả của việc sử dụng năng lượng đối với
môi trường.
- Giới thiệu về các nguồn năng lượng thay thế và các phương pháp mới để khai
thác các nguồn năng lượng trên.
Mặc dù, tác giả đã dành nhiều tâm huyết để hoàn thành cuốn sách nhưng do thời
gian biên sọan có hạn mà nội dung lại quá rộng, đồng thời trình độ chuyên môn của tác
giả trong nhiều lĩnh vực còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, rất
mong nhận được sự góp ý của các chuyên gia, thầy cô giáo, các bạn sinh viên và bạn đọc
quan tâm đến vấn đề năng lượng và môi trường để cuốn sách ngày một cập nhật và hoàn
thiện hơn.
i

3. Mọi góp ý xin vui lòng gởi về:
Dương Thị Giáng Hương – Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài Gòn
273 An Dương Vương, Quận 5, TP. Hồ Chí Minh
Điện thoại: (08) 3833.7082
Email: dtghuong@yahoo.com
ii

4. Mục lục
Lời nói đầu i
1 Năng lượng và sự tiêu thụ năng lượng trên thế giới 1
1.1 Các khái niệm cơ sở . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Năng lượng và chất mang năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Năng lượng sơ cấp, năng lượng thứ cấp và độ tăng năng lượng khi
chuyển hóa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 Các đơn vị đo năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Phân loại các nguồn năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Năng lượng không tái tạo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.1 Năng lượng hóa thạch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.2 Năng lượng hạt nhân . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 Năng lượng tái tạo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.1 Các nguồn năng lượng tái tạo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.2 Đặc điểm của các nguồn năng lượng tái tạo . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện nay . . . . . . . . . . . . 12
2 Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu thụ năng lượng 16
2.1 Sử dụng năng lượng và các vấn đề môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch 18
2.2.1 Than . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 Dầu và khí thiên nhiên . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3 Các sản phẩm cháy của nhiên liệu hóa thạch . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Các tác động môi trường từ nhà máy nhiệt điện . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4 Các tác động môi trường từ nhà máy thủy điện . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt nhân . . . . . . . . . . . . . 25
3 Năng lượng sạch 29
3.1 Năng lượng mặt trời . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.1 Các khái niệm cơ bản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.2 Đánh giá tài nguyên năng lượng mặt trời . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.3 Chuyển hóa năng lượng mặt trời trực tiếp thành nhiệt năng . . . . 35
3.1.4 Chuyển hóa năng lượng mặt trời trực tiếp thành điện năng . . . . . 41
3.2 Năng lượng gió . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1 Gió và đánh giá tài nguyên gió . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2 Quá trình phát triển của năng lượng gió . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.3 Chuyển hóa năng lượng gió thành điện năng . . . . . . . . . . . . . 50
3.3 Năng lượng sinh khối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
iii

5. Mục lục iv
3.3.1 Sinh khối và các nguồn sinh khối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.2 Sử dụng sinh khối để sản xuất nhiệt điện kết hợp . . . . . . . . . . 56
3.3.3 Sử dụng sinh khối để sản xuất nhiên liệu . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Năng lượng địa nhiệt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.1 Nguồn năng lượng địa nhiệt trên trái đất . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.2 Năng lượng địa nhiệt tầng sâu và ứng dụng . . . . . . . . . . . . . 67
3.4.3 Năng lượng địa nhiệt tầng nông và ứng dụng . . . . . . . . . . . . . 71
3.5 Năng lượng sóng biển và thủy triều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.1 Năng lượng sóng biển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.2 Năng lượng thủy triều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.3 Năng lượng các dòng hải lưu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.5.4 Năng lượng nhiệt đại dương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Chỉ mục 84
Tài liệu tham khảo 87
Phụ lục 89

6. Chương 1
Năng lượng và sự tiêu thụ năng
lượng trên thế giới
Từ thuở sơ khai, con người đã biết tìm kiếm và sử dụng các nguồn năng lượng có sẵn
trong tự nhiên để phục vụ cho các nhu cầu cơ bản của mình, dạng năng lượng đầu tiên
con người có thể tự tạo ra và sử dụng đó là lửa và sức nóng của nó (năng lượng dạng
nhiệt) để sưởi ấm và làm chín thức ăn. Tiếp theo, loài người đã khai thác và sử dụng
sức gió, sức nước (năng lượng dưới dạng công) để di chuyển thuyền bè, xay lúa hay đưa
nước đi tưới tiêu cho các cánh đồng. Cùng với sự tiến bộ, con người bắt đầu biết cách
chuyển từ các nguồn năng lượng ban đầu thành các nguồn năng lượng khác nhau để sử
dụng rộng rãi như năng lượng nhiệt (than) thành năng lượng công (máy hơi nước) để vận
hành máy móc và phương tiện vận chuyển, chuyển thế năng của nước thành điện năng
để chiếu sáng. Ngày nay, bước tiến của con người về mặt năng lượng rất vượt bật, họ đã
có thể chuyển hóa qua lại giữa các dạng năng lượng khác nhau một cách dễ dàng như từ
nhiệt – điện, từ điện – nhiệt – công do vậy nguồn cung cấp năng lượng ban đầu cũng trở
nên đa dạng từ gỗ, than, dầu lửa, khí đốt, bức xạ mặt trời, nguồn nhiệt dưới lòng đất cho
đến sức gió, sức nước, thủy triều và thậm chí bằng các phản ứng hạt nhân nguyên tử.
1.1 Các khái niệm cơ sở
1.1.1 Năng lượng và chất mang năng lượng
Năng lượng là một đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật, năng
lượng càng lớn thì khả năng sinh công càng cao và ngược lại. Ví dụ, để nâng một vật
nặng hay chạy một động cơ đốt trong thì ta đều cần năng lượng để thực hiện các hoạt
động kể trên.
Năng lượng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: năng lượng cơ học, năng lượng
nhiệt, năng lượng bức xạ, năng lượng âm thanh, năng lượng hóa học, năng lượng điện tử,
năng lượng từ trường, và năng lượng hạt nhân.
Năng lượng cơ học, là năng lượng sinh ra do các vận động cơ học như năng lượng
của gió hay năng lượng của dòng nước đang đổ xuống từ đập thủy điện.
1

7. 1.1. Các khái niệm cơ sở 2
Năng lượng nhiệt, là năng lượng sinh ra do chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phần tử
vật chất như nhiệt sinh ra do sự đốt cháy, do ma sát hay hấp thụ các dạng năng lượng khác.
Năng lượng bức xạ, là năng lượng sinh ra bởi các sóng điện từ như ánh sáng mặt
trời, sóng radio, tia hồng ngoại, tia cực tím.
Năng lượng âm thanh, là năng lượng sinh ra từ sự dao động của các sóng cơ học
khi truyền qua môi trường vật chất.
Năng lượng hóa học, là năng lượng tồn chứa trong các liên kết của các phân tử hóa
học và được giải phóng khi các phân tử này thực hiện các phản ứng như nhiên liệu hóa
thạch bị đốt cháy hay thực phẩm được tiêu hóa trong cơ thể.
Năng lượng điện tử, là năng lượng sản sinh do sự di chuyển của các điện tử (elec-
tron) thành dòng, gọi là dòng điện. Ngoài ra, nó còn được sinh ra bởi lực hút của các vật
mang điện tích đứng yên, gọi là tĩnh điện như hiện tượng hổ phách bị chà xát có thể hút
được các mảnh giấy nhỏ.
Năng lượng từ trường, là năng lượng do sự tương tác của nam châm lên các vật
có từ tính đặt trong từ trường của nam châm.
Năng lượng hạt nhân, là năng lượng liên kết hạt nhân của nguyên tử được giải phóng
trong quá trình phản ứng hạt nhân. Có hai loại phản ứng hạt nhân phát sinh năng lượng
khổng lồ là phản ứng tổng hợp hạt nhân còn gọi là phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân
hạch hạt nhân.
Như vậy, năng lượng được sinh ra bởi các chất mang năng lượng, các chất này có
thể hữu hình như nhiên liệu hóa thạch, uranium, dòng chảy của sông suối hay vô hình
như ánh sáng mặt trời, sự chuyển động của gió. Bên cạnh đó, năng lượng có thể được
chuyển hóa từ dạng này thành dạng khác như sự phân hạch hạt nhân tạo thành nhiệt,
nhiệt này có thể làm bốc hơi nước, hơi nước làm quay tua-bin của động cơ phát điện sinh
ra dòng điện và dòng điện có thể chuyển hóa thành năng lượng bức xạ dưới dạng ánh
sáng của các bóng đèn.
1.1.2 Năng lượng sơ cấp, năng lượng thứ cấp và độ tăng năng
lượng khi chuyển hóa
Năng lượng sơ cấp, là năng lượng biểu hiện dưới dạng tài nguyên, có thể được khai
thác và tàng trữ nhưng chưa qua các quá trình biến đổi hoặc chuyển hóa để thành các
dạng năng lượng cho các mục đích sử dụng khác. Than, dầu mỏ, khí thiên nhiên, gió, bức
xạ mặt trời, động năng của nước, sinh khối, uranium là các nguồn năng lượng sơ cấp.
Năng lượng thứ cấp, là dạng năng lượng thu được từ năng năng lượng sơ cấp sau
một hoặc nhiều quá trình chuyển đổi năng lượng. Các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ,
nhiên liệu sinh học từ sinh khối, nhiệt năng từ bức xạ mặt trời, điện năng từ gió là những
dạng năng lượng thứ cấp.

8. 1.1. Các khái niệm cơ sở 3
Trong quá trình chuyển hóa năng lượng từ dạng ban đầu sang các dạng năng lượng
để sử dụng, người ta căn cứ vào tỉ số năng lượng thu hoạch và năng lượng đầu tư, viết tắt
là EROI – Energy Return On Investment, để xem tính khả thi của quá trình chuyển hóa
trên tiêu chí lợi ích về mặt năng lượng. Mức độ này cho biết sự gia tăng hay giảm đi giữa
năng lượng sinh ra của một đơn vị sản phẩm và năng lượng cần thiết để sản xuất ra chúng.
EROI =
năng lượng thu hoạch
năng lượng đầu tư
(1.1)
Nếu tỉ số EROI > 1, thì sự chuyển hóa để tạo ra sản phẩm năng lượng mới đáng xem
xét, ngược lại, thì không nên và cân nhắc lại phương án đã chọn.
1.1.3 Các đơn vị đo năng lượng
Đơn vị đo năng lượng theo Hệ tiêu chuẩn Quốc tế (SI) là Joule1
, kí hiệu là J. Joule
là công hay năng lượng cần thiết để đẩy vật với lực một Newton (N) di chuyển một mét
theo chiều của lực tương tác.
Năng lượng nhiệt được tính bằng Calorie, kí hiệu là cal. Người ta thường dùng kcal
hơn là cal vì giá trị độ lớn của cal nhỏ. Theo định nghĩa, kcal là nhiệt lượng cần thiết để
làm nóng một kg nước (tương đương một lít nước) lên một độ C ở áp suất một atm.
Một đơn vị nhiệt khác cũng được thừa nhận và sử dụng là đơn vị nhiệt của Anh
– British Thermal Unit, viết tắt là BTU, là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ một
pound (lb) nước lên một độ F tại áp suất một atm.
Công suất điện được tính bằng Watt, kí hiệu là W, là năng lượng có độ lớn một
Joule sản sinh ra trong một giây (J/s). Năng lượng điện được tính bằng kilowatt giờ, kí
hiệu là kWh, là năng lượng tiêu thụ trong một giờ của một thiết bị điện có công suất là
một kW. Đơn vị này phổ biến nhất trong việc thanh toán năng lượng cung cấp cho người
dùng bằng các thiết bị điện
Năng lượng tương đương, vì lý do sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm năng lượng
nên người ta đưa ra khái niệm năng lượng tương đương: là năng lượng sinh ra khi đốt
cháy một tấn dầu, kí hiệu là toe (tonne of oil equivalent); hoặc một tấn than, kí hiệu là
tce (tonne of coal equivalent).
Bảng 1.1: Chuyển đổi một số đơn vị đo năng lượng (từ trái qua phải)
J kcal BTU kWh toe tce
J 1 0,23×10−3
9,47×10−4
2,77×10−7
2,38×10−11
3,41×10−11
kcal 4,18×103
1 3,96 1,16×10−3
1,00×10−7
1,42×10−7
BTU 1,05×103
0,25 1 2,93×10−4
2,51×10−8
3,59×10−8
kWh 3,60×106
0,85×103
3,41×103
1 8,59×10−5
1,22×10−4
toe 4,18×1010
1,00×107
3,96×107
1,16×104
1 1,42
tce 2,92×1010
7,00×106
2,77×107
8,14×103
0,70 1
1
Được đặt tên theo nhà vật lý người Anh James P. Joule (1818-1889).

9. 1.2. Phân loại các nguồn năng lượng 4
1.2 Phân loại các nguồn năng lượng
Các nguồn năng lượng có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như theo
lịch sử sử dụng năng lượng, theo khả năng tái tạo của năng lượng, theo tiêu chí về bảo
vệ môi trường,. . . . Trong đó, phân loại theo khả năng tái tạo của năng lượng là cơ bản
nhất và được sử dụng phổ biến trong việc quản lý và khai thác các nguồn năng lượng.
Theo khả năng tái tạo của các nguồn năng lượng, người ta phân chúng thành hai
loại là năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo. Việc phân loại này dựa trên hai
yếu tố là mức độ sử dụng của con người và khả năng tái tạo của thiên nhiên.
Năng lượng không tái tạo, các nguồn tài nguyên thiên nhiên mang năng lượng khi
chuyển hóa thành các dạng năng lượng để sử dụng, đã tiêu hao mất, sau đó tự nhiên
không thể tạo lại kịp nguồn tài nguyên này cho con người sử dụng, gọi là nguồn tài
nguyên thiên nhiên không thể tái tạo2
. Năng lượng thu được từ nguồn tài nguyên này gọi
là năng lượng không tái tạo [1].
Năng lượng tái tạo, những nguồn tài nguyên thiên nhiên sau khi chuyển hóa thành
năng lượng để sử dụng, tuy biến mất không còn nữa, nhưng thiên nhiên bù đắp ngay trở
lại để chuyển hóa thành nguồn năng lượng mới, nguồn tài nguyên thiên nhiên này gọi là
tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo. Năng lượng thu được từ nguồn tài nguyên thiên
nhiên có thể tái tạo gọi là năng lượng tái tạo [1].
Ngoài ra, người ta còn đưa tiêu chí an toàn với môi trường để đánh giá một nguồn
năng lượng nào đó như năng lượng sạch, là một khái niệm rộng, đó là nguồn năng lượng
bất kỳ thỏa mãn yêu cầu không gây ra dấu ấn làm tác hại đến sự cân bằng môi trường.
Nó còn đảm bảo các đòi hỏi như hiệu suất cao, có công nghệ sản xuất sạch, tiện lợi cho
sử dụng.
1.3 Năng lượng không tái tạo
1.3.1 Năng lượng hóa thạch
Năng lượng hóa thạch là tên gọi chung cho những tài nguyên năng lượng có nguồn
gốc hóa thạch nằm trong lớp vỏ trái đất, đó là những hợp chất có tỉ lệ các nguyên tố
C/H trong phân tử khác nhau, từ tỉ lệ thấp như metan (CH4) ở thể khí đến dầu mỏ ở thể
lỏng và cuối cùng là những khoáng vật hầu như chỉ chứa cacbon là than đá. Các nhiên
liệu hóa thạch này được hình thành từ các quá trình oxy hóa và phân hủy sinh học của
các xác trầm tích thực vật và động vật, các quá trình này trải qua hàng triệu năm trong
một môi trường trầm tích, nhiệt độ và áp suất nhất định. Trong đó, nguồn gốc của than
là các xác động thực vật trên đất liền, còn nguồn gốc của dầu và khí chủ yếu là các xác
động thực vật phiêu sinh lắng xuống đáy các đại dương.
2
Hay nói cách khác tốc độ tạo thành các nguồn tài nguyên này là quá chậm so với mức độ sử dụng
quá cao của con người ngày nay nên khi con người sử dụng chúng cạn kiệt, thiên nhiên đã không thể nào
tái tạo kịp những nguồn mới để sử dụng.

10. 1.3. Năng lượng không tái tạo 5
Than
Than là tài nguyên hóa thạch ở dạng rắn, tùy thuộc vào từng điền kiện môi trường,
nhiệt độ, áp suất và thời gian mà hình thành những loại than khác nhau theo hàm lượng
cacbon tích lũy trong chúng. Có bốn loại than chính: than bùn: là loại than trẻ nhất, có
hàm lượng cacbon thấp khoảng 35-45%; rồi đến than nâu: có hàm lượng cacbon 55-65%;
than mỡ: hàm lượng cacbon 70-80%, đây là loại than phổ biến nhất, còn được gọi là than
mềm . Sau vài triệu năm nữa than mỡ mới tiếp tục chuyển hóa thành loại than cứng hơn,
chứa hàm lượng cacbon cao nhất trong các loại than (>80%) gọi là than đá, đây là loại
than được ưa chuộng, khi đốt cho ra nhiệt lượng cao nhất.
Ứng dụng của than, trước đây một tỉ lệ khá lớn than được dùng trong các đầu máy hơi
nước của tàu hỏa, tàu thủy. Tuy nhiên, dần dần các sản phẩm dầu mỏ đã đẩy lùi và thay
thế than trong phạm vi sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ trong các phương tiện
giao thông vận tải3
. Ngày nay, ứng dụng phổ biến nhất của than là làm chất đốt trong
các ngành công nghiệp cần nhiệt lượng cao với giá thành rẻ như luyện gang, thép hay sản
xuất xi măng. Các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than cũng đang được vận hành khắp
nơi trên thế giới. Bên cạnh đó, một hướng đi khác không mới nhưng cũng được coi là có
triển vọng, đó là dùng than để sản xuất các nhiên liệu lỏng (xăng, dầu diesel) thông qua
các chuyển hóa hóa học dưới tác động của các chất xúc tác và nhiệt độ theo các phương
trình phản ứng sau:
C + H2O → CO + CO2 + H2
CO + H2 → CnH2n, CnH2n+2
CO2 + H2 → CH3OH, R-CH2-OH
Các quá trình này đã từng là những quá trình cơ bản để tạo ra nguyên liệu ban đầu cho
nền công nghiệp hóa học thế giới khi chưa biết đến dầu mỏ.
Dầu mỏ
Dầu mỏ là một hỗn hợp lỏng gồm hàng trăm hợp chất hydrocacbon từ C5 đến C60
(bảng 1.2), có cấu trúc phân tử ở dạng hydrocacbon no mạch thẳng, phân nhánh, mạch
vòng hay các hydrocacbon thơm. Dựa vào thành phần hydrocacbon, các loại dầu có tính
chất vật lý và hóa học khác nhau thể hiện qua một số đặc trưng như màu và tỉ trọng.
Dầu càng nhẹ, càng giàu hydrocacbon no thì màu càng sáng và tỉ trọng càng nhỏ. Dầu
càng nặng, càng giàu hydrocacbon thơm thì màu càng sẫm và tỉ trọng càng lớn. Ngoài
ra hàm lượng lưu huỳnh cũng là tiêu chí đánh giá chất lượng dầu, dầu chứa ít lưu huỳnh
gọi là dầu ngọt, dầu nhiều lưu huỳnh gọi là dầu chua. Trên thị trường, dầu nhẹ có giá cao
hơn dầu nặng vì trong sản phẩm chế biến có tỉ phần phân đoạn xăng cao hơn, còn dầu
ngọt cũng được giá hơn dầu chua vì chứa ít lưu huỳnh nên gây ô nhiễm cho môi trường
ít hơn.
Các ứng dụng từ dầu mỏ có mặt ở khắp mọi nơi nhờ sự đa dạng của các sản phẩm từ
3
Có thể nói, về mặt năng lượng thế kỉ XIX là thế kỉ của than, trong khi đó thế kỷ XX là thế kỷ của
dầu mỏ.

11. 1.3. Năng lượng không tái tạo 6
Bảng 1.2: Thành phần phổ biến của dầu mỏ [1]
Thành phần (%)
Cacbon 83-87%
Hydro 10-14%
Ni-tơ 0,1-2%
Oxy 0,1-1,5%
Lưu huỳnh 0,05-6%
Kim loại vết
nhiên liệu lỏng, đây cũng chính là điểm ưu việt của dầu mỏ so với các loại nhiên liệu hóa
thạch khác. Dầu mỏ được chế biến bằng phương pháp chưng cất, gọi là "cracking" – là
quá trình chuyển hóa hóa học dầu mỏ từ các chất có phân tử lượng cao, phức tạp thành
các sản phẩm có phân tử lượng thấp, cấu tạo đơn giản hơn nhờ nhiệt độ và xúc tác. Trải
qua quá trình lọc dầu, các hợp chất tạo thành được phân ra các sản phẩm khác nhau tùy
theo điểm sôi của chúng, nhìn chung có các sản phẩm chính sau:
- Các sản phẩm có nhiệt độ sôi thấp, là các khí metan (CH4), etan (C2H6), propan
(C3H8), butan (C4H10) có nhiệt độ sôi dưới 0o
C. Một ít pentan (C5H12) có nhiệt độ
sôi 36o
C cũng có mặt trong phân đoạn này. Các khí này có thể được ứng dụng như
khí thiên nhiên được trình bày bên dưới.
- Xăng, là tập hợp các hydrocacbon có nhiệt độ sôi trong khoảng 38o
C đến 180o
C
hoặc 205o
C, có số nguyên tử cacbon từ C5 đến C11. Xăng dùng cho máy bay có
nhiệt độ sôi dưới 180-185o
C, các loại xăng khác có thể có nhiệt độ sôi cao hơn. Bằng
cách chưng cất thông thường, có thể thu được 15-25% xăng từ thể tích dầu mỏ ban
đầu. Ứng dụng quan trọng nhất của xăng là làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong,
bên cạnh đó xăng còn làm dung môi hữu cơ, làm nguyên liệu để sản xuất ethylen
cũng như nhiều loại hóa chất khác.
- Dầu hỏa, được lấy từ phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 180-200o
C đến 250-260o
C, chứa
các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C11 đến C16. Các sản phẩm của phân
đoạn này chủ yếu được sử dụng làm chất đốt sinh hoạt hoặc thắp sáng, và cũng là
nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu phản lực.
- Dầu diesel (DO), chứa các hydrocacbon nằm trong khoảng nhiệt độ sôi từ 200-
350o
C, có số nguyên tử cacbon từ C15 đến C21. Công dụng chính của dầu diesel là
làm nguyên liệu cho động cơ diesel với các ưu điểm so với động cơ xăng là: công suất
lớn hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu do tỉ trọng của dầu diesel lớn hơn tỉ
trọng của xăng, giá rẻ hơn, không sử dụng phụ gia nên có thể giảm hàm lượng các
chất độc hại trong khí thải.
- Dầu bôi trơn, là sản phẩm quan trọng thu được ở nhiệt độ sôi từ 350o
C đến xấp xỉ
500o
C, chứa các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C21 đến C35, có thể đến
C40. Thực chất, sản phẩm của phân đoạn này được thực hiện bằng quá trình chưng
cất chân không trong điều kiện áp suất thấp để hạ nhiệt độ sôi của các cấu tử so với
điều kiện tiêu chuẩn nhằm tránh được sự phân hủy. Các sản phẩm này làm nguyên
liệu cho sản xuất dầu bôi trơn, dầu đốt công nghiệp (FO), trong đó dầu bôi trơn
đóng vai trò quan trọng trong các động cơ, làm giảm hệ số ma sát giữa các chi tiết

12. 1.3. Năng lượng không tái tạo 7
Hình 1.1: Các sản phẩm từ quá trình chưng cất dầu mỏ
máy, làm mát động cơ, làm sạch bề mặt ma sát và giảm thiểu các quá trình ăn mòn
kim loại.
- Các sản phẩm từ dầu cặn, là phần còn lại sau khi đã tách hết các sản phẩm từ các
phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 500o
C. Dầu cặn chiếm dưới 10% khối lượng dầu thô
ban đầu, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C40 và thậm chí lên
đến C80. Dầu cặn được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong đó sản xuất
nhựa đường là quan trọng nhất.
Như vậy, ngoài việc cung cấp nhiên liệu cho các động cơ, các sản phẩm từ dầu mỏ còn là
nguồn nguyên liệu tạo ra các sản phẩm phục vụ công nghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng
như sợi tổng hợp, chất dẻo, cao su nhân tạo, chất tẩy rửa, hương liệu, dung môi sơn,. . . mà
các sản phẩm đó luôn hiện diện xung quanh đời sống của con người.
Khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên là tài nguyên hóa thạch ở dạng khí có thành phần chính là metan
(CH4) và các hydrocacbon nhẹ khác: etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10), pentan

13. 1.3. Năng lượng không tái tạo 8
(C5H12) với tỉ lệ giảm dần theo số cacbon trong phân tử, ngoài ra còn chứa những phân
tử không hydrocacbon (bảng 1.3). Khí thiên nhiên được khai thác từ các mỏ chủ yếu chỉ
chứa khí hoặc khai thác cùng với dầu gọi là khí đồng hành. Vì được khai thác chung với
dầu nên khí đồng hành chứa nhiều các khí nặng hơn như etan, propan, butan,. . . do đó,
tuy metan vẫn chiếm tỉ lệ áp đảo nhưng thấp hơn trong khí khai thác từ các mỏ khí.
Bảng 1.3: Thành phần điển hình của khí thiên nhiên[1]
Thành phần (%)
CH4 70-90%
C2H6–C5H12 0-20%
CO2 0-8%
O2 0-0,2%
N2 0-5%
H2S 0-5%
Khí trơ (Ar, He, Ne, Xe) vết
Ứng dụng rộng rãi của khí thiên nhiên là dùng làm nhiên liệu để sinh nhiệt trong
các nhà máy nhiệt điện, trong các ngành công nghiệp cần nhiệt, và phổ biến nhất là
dùng làm chất đốt dưới dạng khí hóa lỏng trong các bếp ăn hàng ngày. Hỗn hợp những
hydrocacbon cao như butan, pentan, hexan,. . . còn được gọi là khí ngưng tụ dùng làm
dung môi pha vào xăng để cải thiện khả năng bay hơi. Ngoài ra, khí thiên nhiên còn được
dùng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất, khí metan có thể được sử dụng để
sản xuất methanol, phân đạm (thông qua NH3). Các hỗn hợp khí còn lại có thể dùng để
sản xuất ethylen, propylen – nguyên liệu ban đầu cho nhiều sản phẩm như polyethylen
(PE), polyvinyl cloride (PVC) hay polypropylen (PP). Việc sử dụng khí metan và khí
hóa lỏng trong động cơ ô tô, xe máy đang được khởi đầu và thử nghiệm nhằm giảm thiểu
chất độc hại trong khí thải và tiết kiệm nhiên liệu4
.
1.3.2 Năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân cũng là một loại tài nguyên năng lượng không thể tái tạo, năng
lượng này sản sinh ra từ quá trình phân hạch hay tổng hợp hạt nhân nguyên tử. Trong
đó, phản ứng tổng hợp (còn gọi là nhiệt hạch) là quá trình hai hạt nhân kết hợp với nhau
để tạo thành một hạt nhân mới, ngược lại, phản ứng phân hạch phân chia một hạt nhân
thành những hạt nhân nhẹ hơn và một số sản phẩm phụ khác như neutron, các tia bức
xạ gamma, beta,. . . .
Trong hạt nhân nguyên tử, các nucleon (tên gọi chung cho proton và neutron), khi ở
khoảng cách rất nhỏ, sẽ hút nhau rất mạnh, nhờ năng lượng liên kết này mà proton và
neutron kết hợp với nhau ổn định trong hạt nhân. Khi tổng hợp hay phân hạch hạt nhân,
sẽ tạo ra những hạt nhân mới có năng lượng liên kết nhỏ hơn, do đó một phần năng lượng
liên kết của hạt nhân nguyên tử sẽ được giải phóng và sinh ra một năng lượng cực lớn.
4
Ở Việt Nam một số taxi và phương tiện vận tải thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đang sử dụng
khí hóa lỏng thay cho xăng và thu được nhiều lợi ích kinh tế cũng như giảm thiểu được các phát thải độc
hại ra môi trường.

14. 1.3. Năng lượng không tái tạo 9
Năng lượng nhiệt hạch được tạo ra từ những phản ứng hạt nhân giữa các nguyên
tố nhẹ dùng làm nguyên liệu như các đồng vị của hydro là deterium (2
1H hay D) và tri-
tium (3
1H hay T). Deterium khá phổ biến trong tự nhiên với tỉ lệ 1/60.000 hydro, tritium
là chất phóng xạ nhân tạo có thể được tổng hợp từ lithium trong lò phản ứng nhiệt hạch
khi hấp thụ một neutron:
6
3Li + 1
0n → 4
2He + 3
1H + 4,80MeV
Khi kết hợp một deterium và một tritium sẽ tạo thành một nguyên tử heli, một neutron
và giải phóng một năng lượng tương dương 17,6MeV5
. Nhiệt độ cần thiết để cho phản
ứng xẩy ra là khoảng 100 triệu độ C, ở nhiệt độ này các phần tử tồn tại ở một trạng
thái ion hóa cực mạnh gọi là plasma. Plasma mang điện tích nên có thể nhốt trong chân
không bằng điện trường mạnh được tạo ra bằng kỹ thuật siêu dẫn. Như vậy để phát triển
quá trình tổng hợp hạt nhân từ các đồng vị của hydro cần phải đầu tư một khoản rất
lớn dùng để duy trì và khống chế lượng năng lượng khổng lồ từ các lò phản ứng nhiệt
hạch. Do vậy các lò phản ứng hạt nhân như thế này chỉ mới được thử nghiệm trên thế giới.
2
1H + 3
1H → 4
2He + 1
0n + 17,6MeV
Nguyên liệu chính để tạo ra phản ứng phân hạch hạt nhân là các đồng vị của uranium.
Trong thiên nhiên, uranium tồn tại ở hai dạng đồng vị chính với tỉ lệ: 99,3% U-238 và
0,7% U-235, trong đó U-235 dễ bị phân hạch khi bị các neutron bắn phá, còn U-238 lại
hấp thụ các neutron. Sự phân hạch của một hạt nhân U-235 tạo thành các mảnh vở phân
hạch là các nguyên tố có số khối trung bình, giải phóng năng lượng khoảng 202,5MeV, và
kèm theo từ hai đến ba neutron. Phần lớn các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ, tiêu
biểu là các nguyên tố barium, krypton, cesium, strontium. Đến lượt mình các neutron
được tạo thành tiếp tục tương tác với các hạt nhân uranium khác gây nên một phản ứng
phân hạch mới, kết quả là các phản ứng phân hạch xẩy ra liên tiếp tạo thành một chuỗi
phản ứng dây chuyền.
Vì lượng U-235 trong thiên nhiên chiếm tỉ lệ ít, nên trong các lò phản ứng hạt nhân
người ta làm tăng hàm lượng U-235 bằng các phương pháp làm giàu uranium nhằm duy
trì phản ứng dây chuyền. Bên cạnh đó, các neutron nhanh được phát ra khi hạt nhân
uranium bị phân hủy, nếu làm chậm lại chúng có thể tạo ra phản ứng dây chuyền mà
không bị hấp thụ. Chất làm chậm lý tưởng thường được sử dụng là nước nặng (D2O), các
chất khác như graphite hay nước thường cũng được sử dụng. Nếu sự giàu hóa uranium
tăng lên khoảng 10% thì không cần phải dùng chất làm chậm, các phản ứng dây chuyền
có thể được duy trì bởi các neutron nhanh thoát ra trong quá trình phân hạch.
Đồng vị U-238 của uranium khi hấp thụ neutron sẽ trở thành U-239, hạt nhân mới
này giải phóng tia beta và trở thành hạt nhân Np-239, rồi lại phát ra tia beta một lần
nữa để trở thành Pu-239 (plutonium) là nguyên tố phóng xạ nhân tạo không tồn tại trong
thiên nhiên. Pu-239 có khả năng phân hạch nên có thể sử dụng làm nhiên liệu cho lò phản
ứng. Một hạt nhân Pu-239 khi phân hạch sẽ giải phóng một năng lượng khoảng 207,1MeV.
5
1MeV=1,602×10−13
J

15. 1.4. Năng lượng tái tạo 10
Hình 1.2: Sơ đồ một phản ứng phân hạch dây chuyền của hạt nhân U-235
238
92U + 1
0n −→ 239
92U
β−
−−−−−→
23,5phút
239
93Np
β−
−−−−−→
2,35ngày
239
94Pu
Như vậy, trong một lò phản ứng phân hạch hạt nhân U-235, các đồng vị phong phú
của uranium là U-238 có thể hấp thu các neutron và biến thành đồng vị khả phân Pu-239.
Khi sinh ra trong lò phản ứng thì một phần plutonium có thể bị phân hạch và như vậy,
tham gia vào việc sản xuất năng lượng của lò ngay sau khi sinh ra. Đây là hình thức sản
xuất và tiêu thụ plutonium hữu hiệu và an toàn nhất. Trong một lò mà sự tạo thành
Pu-239 nhiều hơn sự phân hạch của chúng gọi là lò bội sinh. Những lò bội sinh tiêu thụ
một phần Pu-239 được sản xuất và phần còn lại có thể dùng làm nhiên liệu cho những lò
chỉ chạy bằng phản ứng phân hạch.
Năng lượng hạt nhân ngày nay được sử dụng cho các mục đích hòa bình và phòng vệ,
mà chủ yếu là để duy trì an ninh năng lượng của một quốc gia. Nguồn năng lượng khổng
lồ này có thể được kiểm soát để sản xuất điện năng trong các nhà máy điện hạt nhân hay
dùng để vận hành các phương tiện quốc phòng như tàu ngầm nguyên tử6
.
1.4 Năng lượng tái tạo
1.4.1 Các nguồn năng lượng tái tạo
Các nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo mang năng lượng được chú ý nhiều nhất
6
Nhắc đến năng lượng hạt nhân, nhân loại không thể quên được kí ức đau buồn của hai quả bom
nguyên tử được thả xuống Hiroshima ngày 6 tháng 8 năm 1945 và Nagasaki ba ngày sau đó, quả bom
đầu tiên được làm từ uranium và quả bom thứ hai làm từ plutonium.

16. 1.4. Năng lượng tái tạo 11
hiện nay dưới dạng các nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường là:
Bức xạ mặt trời, bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất dưới dạng ánh nắng có thể
thu được và chuyển hóa thành năng lượng dưới các dạng khác nhau như nhiệt năng, điện
năng để sử dụng, gọi chung là năng lượng mặt trời.
Động năng của gió, gió thổi trong khí quyển trái đất do các biến đổi về áp suất
khí quyển ở dạng động năng có thể được chuyển hóa thành điện năng nhờ các tua-bin
gió. Năng lượng này gọi là năng lượng gió.
Sinh khối, các vật thể có nguồn gốc hữu cơ, sống nhờ quang hợp như cây cối, hay
các chất thải nông nghiệp, phế phẩm chăn nuôi, rác thải sinh hoạt,. . . có thể sử dụng để
đốt cháy trực tiếp tạo ra nhiệt năng, điện năng hoặc chuyển hóa thành dạng nhiên liệu
để sinh ra năng lượng. Tất cả các dạng nguyên liệu này gọi chung là năng lượng sinh khối.
Nhiệt trong lòng đất, nhiệt phát ra do các quá trình vận động nội tại trong lòng
trái đất có thể khai thác để chuyển hóa thành các dạng năng lượng hữu ích như nhiệt
năng, điện năng. Nguồn năng lượng này gọi là năng lượng địa nhiệt.
Sự vận động của nước, sự tích trữ nhiệt trong nước, dòng nước chảy dưới dạng cơ
năng hoặc thế năng có thể chuyển hóa thành điện năng để sử dụng. Ngoài ra, lượng nhiệt
tích trữ trong các đại dương cũng được dùng như một dạng năng lượng thay thế khác.
Các nguồn năng lượng này gọi chung là năng lượng nước.
Việc ứng dụng của các nguồn năng lượng tái tạo kể trên sẽ được giới thiệu chi tiết ở
chương 3 của sách này.
1.4.2 Đặc điểm của các nguồn năng lượng tái tạo
Có thể thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo, các nguồn năng lượng tái tạo
có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần các nguồn năng lượng không tái tạo trong
việc vận hành và di trì sự ổn định năng lượng. Như các nhà máy điện sản xuất từ năng
lượng gió, mặt trời hay địa nhiệt có thể thay thế các nhà máy nhiệt điện sản xuất từ
việc đốt than. Khí sinh học có thể thay thế khí thiên nhiên trong việc làm khí đốt. Cồn
sinh học có thể kết hợp với xăng để sản xuất xăng sinh học thân thiện hơn với môi trường.
Tính bền vững và tạo điều kiện độc lập về năng lượng, sự phân bố của các nguồn
năng lượng không thể tái tạo như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên không đồng đều
trên trái đất. Một số khu vực, quốc gia giàu về nguồn tài nguyên này nhưng một số khu
vực khác lại không có nguồn năng lượng nào quan trọng. Trong khi đó, những nguồn
năng lượng tái tạo kể trên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió,. . . được chia đều cho
các vùng miền trên trái đất tạo điều kiện cho mỗi quốc gia, dân tộc độc lập về năng lượng.
Thân thiện với môi trường, các nguồn năng lượng tái tạo, bản thân không chứa cacbon
và các hóa chất độc hại như lưu huỳnh, ni-tơ nên khi sử dụng không phát thải CO2 và
các khí độc hại như H2S, NOx ra môi trường. Trong số những nguồn năng lượng tái tạo,
năng lượng sinh khối khi đốt cháy có sản sinh ra CO2, nhưng các vật liệu sinh khối sống

17. 1.5. Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện nay 12
nhờ quang hợp, khi phát triển đã hấp thụ CO2 trong khí quyển, nên xét về mặt tổng thể
nguồn năng lượng từ các vật liệu sinh khối khi sử dụng có thể được coi như đã cân bằng
CO2 trong tự nhiên.
Tính ổn định và khả năng tồn trữ, đặc điểm nổi bật và khó khăn nhất của các nguồn
năng lượng tái tạo là không thể tồn trữ để sử dụng. Bên cạnh đó, sự ổn định của các
nguồn năng lượng tái tạo còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thời tiết, khí hậu.
Mức tăng năng lượng khi chuyển hóa, mức tăng năng lượng khi chuyển hóa từ năng
lượng tái tạo sang các dạng năng lượng khác nhìn chung cao hơi so với năng lượng hóa
thạch. Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng
nước được liên tục tạo ra, chỉ cần chế tạo các thiết bị để chuyển đổi, không tốn năng
lượng để khai thác.
Giá thành năng lượng, các nguồn năng lượng tái tạo nói chung đòi hỏi công nghệ
khai thác phức tạp, nên kéo theo giá thành năng lượng chuyến hóa từ các nguồn năng
lượng tái tạo cao. Tuy nhiên, trong tương lai, giá thành các sản phẩm từ năng lượng tái
tạo sẽ được cải thiện đáng kể khi thế giới bắt đầu có chính sách đánh thuế vào mức độ
phát thải CO2 của các sản phẩm từ năng lượng hóa thạch.
1.5 Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện
nay
Theo số liệu thống kê của công ty dầu khí Anh Quốc (BP) từ năm 1965 đến 2012,
tổng năng lượng được tiêu thụ trên thế giới tăng khoảng 1,2-1,3 lần sau mỗi chu kỳ 10
năm. Trong năm 2012, toàn thế giới tiêu thụ một lượng năng lượng tương đương gần 12,5
tỉ tấn dầu quy đổi. Dự báo đến năm 2030 con số đó sẽ lên đến gần 16,7 tỉ tấn dầu quy
đổi.
Hình 1.3: Mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới từ năm 1965-2012 (Mtoe) [25]

18. 1.5. Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện nay 13
Việc tiêu thụ năng lượng tái tạo tăng chậm và bắt đầu được quan tâm từ những năm
1990 do cuộc khủng hoảng dầu mỏ từ chiến tranh vùng Vịnh (1990-1991). Đến năm 2012,
tỉ phần tiêu thụ năng lượng tái tạo đã đạt 1,9% tổng lượng năng lượng tiêu thụ trên toàn
cầu. Trong đó, năng lượng mặt trời chiếm khoảng 8,8%; năng lượng gió chiếm khoảng
49,6%; năng lượng địa nhiệt, sinh khối và các dạng khác chiếm khoảng 41,4%.
Hình 1.4: Mức tiêu thụ năng lượng tái tạo trên thế giới từ năm 1965-2012 (Mtoe) [25]
Hình 1.5: Tỉ lệ các nguồn năng lượng được tiêu thụ trong năm 1965 và 2012 [25]
Về mức độ tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới theo đầu người. Từ các số liệu thống
kê năm 2012 của BP, Bắc Mỹ có tỉ lệ năng lượng tiêu thụ trên đầu người cao nhất với
hơn 6,0 tấn dầu quy đổi một năm. Các khu vực tiếp theo như Châu Âu, Châu Úc có tỉ
lệ tiêu thụ năng lượng trên đầu người một năm vào khoảng 3,0-6,0 tấn dầu quy đổi. Các
khu vực còn lại con số này dưới 3,0. Đặc biệt, tại các nước đang phát triển ở Châu Phi
con số này dưới 1,5 tấn dầu quy đổi một năm.
BP cũng đưa ra những dự báo về tình hình cung cấp và mức độ tiêu thụ năng lượng
cho đến năm 2030. Các thống kê và dự đoán cho thấy, so với năm 2010 tổng lượng năng

19. 1.5. Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện nay 14
Hình 1.6: Mức tiêu thụ năng lượng theo đầu người của các khu vực trên thế giới năm 2012
(toe) [25]
lượng tiêu thụ sẽ nhiều hơn khoảng 1,4 lần. Trong đó, xu hướng sử dụng năng lượng tái
tạo sẽ tăng nhanh, các nguồn năng lượng hóa thạch khác như dầu và than đá sẽ có tỉ
phần trong tổng mức năng lương tiêu thụ giảm xuống khoảng 0,8 đến 0,9 lần so với năm
2010.
Hình 1.7: Dự báo tỉ phần các nguồn cung cấp năng lượng trên thế giới đến năm 2030 [26]
Kết luận
Năng lượng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển và tiến hóa của
xã hội loài người. Các dạng năng lượng khác nhau như nhiệt, điện, cơ học,. . . đều được

20. 1.5. Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới hiện nay 15
con người nghiên cứu và sử dụng cho các mục đích hữu ích. Trên phương diện quản lý
và khai thác các nguồn năng lượng, năng lượng chủ yếu được phân làm hai loại chính là
năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo. Năng lượng không tái tạo như nhiên liệu
hóa thạch đang được ứng dụng rộng rãi và góp phần vào việc tạo ra những bước nhảy
vọt về mặt kinh tế, khoa học kỹ thuật cũng như đời sống con người trong hai thế kỷ vừa
qua. Năng lượng hạt nhân cũng đang được ứng dụng nhưng rất hạn chế vì mức độ an
toàn của các lò phản ứng hạt nhân vẫn đang bị thách thức.
Các nguồn năng lượng tái tạo đang được quan tâm và phát triển hiện nay bao gồm:
năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt, năng
lượng nhiệt đại dương, năng lượng sóng biển và thủy triều. Các nguồn năng lượng tái tạo
có các đặc điểm: có thể thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo, có tính bền vững
và tạo điều kiện độc lập về năng lượng, thân thiện với môi trường, có mức tăng năng
lượng khi chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác cao, bên cạnh đó tính bền vững
của năng lượng tái tạo phụ thuộc nhiều vào các điều kiện tự nhiên, khả năng tồn chứa
một số nguồn năng lượng tái tạo là không thể, bên cạnh đó giá thành của năng lượng tái
tạo hiện nay nhìn chung vẫn cao hơn năng lượng không tái tạo.
Mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng dần theo nhu cầu phát triển kinh tế
và xã hội, khoảng 1,2-1,3 lần theo mỗi chu kỳ 10 năm. Việc tiêu thụ năng lượng hóa thạch
vẫn chiếm ưu thế, năm 2012 tỉ phần tiêu thụ năng lượng tái tạo chỉ chiếm 1,9% tổng năng
lượng tiêu thụ trên toàn cầu. Mức tiêu thụ năng lượng theo đầu người cao nhất thuộc
về các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Úc với 3,0-6,0 tấn dầu quy
đổi một năm. Các khu vực còn lại con số này là dưới 3,0 tấn dầu quy đổi một năm. Dự
báo trong tương lai xu hướng phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng
nhanh, trong khi đó các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ được sử dụng hạn chế.
Câu hỏi gợi ý
Năng lượng là gì? Vai trò của năng lượng đối với sự phát triển của xã hội loài người?
Các nguồn năng lượng hóa thạch và những ứng dụng của chúng trong thời đại hiện
nay?
Tiêu chí phân phân loại năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo? Những đặc
điểm nào giúp năng lượng tái tạo có thể thay thế dần năng lượng hóa thạch trong
tương lai?
Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế hiện nay và vì sao phải nghiên cứu và ứng
dụng những nguồn năng lượng mới?
Năng lượng hạt nhân và ứng dụng phổ biến của năng lượng hạt nhân hiện nay trên
thế giới? Năng lượng hạt nhân có phải là ưu tiên hàng đầu cho các quốc gia nghèo
về tài nguyên năng lượng?

21. Chương 2
Các tác động môi trường từ việc
khai thác và tiêu thụ năng lượng
Thế kỷ XX đánh dấu một bước nhảy vọt trên con đường tiến hóa của nhân loại, trong
đó vai trò của năng lượng là không thể phủ nhận được. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch
đã làm tăng năng suất lao động lên gấp nhiều lần, thúc đẩy sự phát triển của khoa học
kỹ thuật, cải thiện chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, bước nhảy vọt này lại để lại một
hậu quả to lớn, môi trường tự nhiên bị thay đổi theo chiều hướng tiêu cực mà biểu hiện
rõ nét nhất trên phạm vi toàn cầu là hiện tượng ấm dần lên của trái đất. Người ta đã
tìm ra tác nhân gây ra hiện tượng này, đó là khí CO2, sinh ra từ sự đốt cháy và sử dụng
các nhiên liệu hóa thạch. Như vậy, năng lượng của thế kỷ XX, nhiên liệu hóa thạch, một
mặt đã tạo nên những bước phát triển to lớn, nhưng mặt khác cũng gây nên những hậu
quả nghiêm trọng mà con người phải giải quyết trong thế kỷ XXI.
Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường không chỉ do các hoạt động tiêu thụ năng lượng mà
còn do các hoạt động khai thác và sản xuất ra chúng. Ngày nay, mức độ sử dụng năng
lượng của con người vẫn không ngừng tăng theo xu hướng phát triển, vì vậy việc đảm
bảo an ninh năng lượng và đảm bảo an toàn môi trường sống là cấp thiết hơn bao giờ
hết. Đã có nhiều ràng buộc, và thỏa thuận giữa các quốc gia nhằm giảm lượng phát khí
thải và khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng thay thế. Bên cạnh đó, ý thức
sử dụng và tiết kiệm năng lượng của mỗi cá nhân cũng được xem như một nhân tố tích
cực trong việc giữ gìn và bảo vệ thiên nhiên.
2.1 Sử dụng năng lượng và các vấn đề môi trường
Mục tiêu chính của việc chuyển hóa và sử dụng năng lượng là cung cấp những phương
tiện, dịch vụ nhằm cải thiện chất lượng đời sống và nâng cao năng suất lao động của con
người. Theo các số liệu thống kê của BP cho thấy, mức năng lượng tiêu thụ được phân
chia cho mọi lĩnh vực của xã hội, trong đó năng lượng dùng cho mục đích phát điện chiếm
hơn 1/3, kế đó là năng lượng sử dụng trong các hoạt động công nghiệp, giao thông vận
tải, và các mục đích khác.
Bên cạnh đó, kết quả của việc sử dụng năng lượng cũng gây ra những vấn đề cần giải
quyết. Năng lượng được lấy từ thiên nhiên, sau khi khai thác, chuyển hóa và sử dụng,
16

22. 2.1. Sử dụng năng lượng và các vấn đề môi trường 17
Hình 2.1: Mức sử dụng năng lượng theo các lĩnh vực từ năm 1990-2011 (Mtoe) [26]
các vật chất mang năng lượng hay các thành phần sinh ra từ việc đốt các nhiên liệu sẽ
được trả lại cho thiên nhiên dưới dạng các chất thải và nhiệt. Đó là nguồn gốc của vấn
đề ô nhiễm môi trường xuất phát từ việc sử dụng năng lượng. Người ta đã thống kê được
những xâm phạm đến môi trường có nguyên nhân từ việc sử dụng năng lượng đó là:
- Ô nhiễm không khí.
- Ô nhiễm nguồn nước.
- Ô nhiễm biển và đại dương.
- Ô nhiễm cảnh quan.
- Bức xạ hạt nhân.
- Giảm chất lượng nước, không khí.
- Mưa acid.
- Phá vỡ tầng ozone.
- Biến đổi khí hậu.
Trong các tác động trên, sự phát thải CO2 do đốt cháy nhiên liệu là mối quan tâm
hàng đầu trong việc sử dụng năng lượng. Lượng phát thải CO2 ra khí quyển luôn tăng
theo tỉ lệ thuận với mức độ sử dụng năng lượng. CO2 là khí nhà kính chính làm biến đổi
khí hậu và gia tăng nhiệt độ trái đất. Các vấn đề môi trường gây ra bởi các nguồn năng
lượng được trình bày như trong bảng 2.1.
Cuối cùng, các tác động đến môi trường đều gây nên những ảnh hưởng đến một số
khía cạnh đời sống và xã hội của con người như sức khỏe, văn hóa và giáo dục. Chất
lượng không khí giảm do việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch để đốt cháy, là nguyên

23. 2.2. Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch 18
Bảng 2.1: Các vấn đề môi trường từ việc sử dụng các nguồn năng lượng [4]
Nguồn năng lượng Các vấn đề môi trường
Năng lượng hóa thạch Tạo CO2
Năng lượng hạt nhân Chất thải hạt nhân
Thủy điện Sử dụng đất
Sinh khối hiện đại Dành đất lương thực
Sinh khối truyền thống Ô nhiễm không khí
Địa nhiệt Ô nhiễm nguồn nước
Điện mặt trời Sản xuất gây độc
Năng lượng từ biển Tác động đến bờ biển, đất liền
Hình 2.2: Mức năng lượng tiêu thụ và lượng CO2 phát thải từ năm 1965-2012 [25]
nhân gây ra các bệnh tật hay làm suy yếu sức khỏe. Biến đổi khí hậu, làm thay đổi các
quy luật thời tiết ảnh hưởng đến việc cung cấp lương thực và nguồn nước. Hiện tượng
trái đất ấm dần lên gây tan băng ở các địa cực, làm mực nước biển dâng cao ảnh hưởng
đến cuộc sống của các dân cư vùng ven biển.
2.2 Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu
thụ nhiên liệu hóa thạch
Nhiên liệu hóa thạch gồm có than, dầu mỏ, và khí thiên nhiên. Bản thân là tập hợp
những chất có khả năng gây ô nhiễm môi trường. Các mỏ than đang khai thác là một
điển hình về ô nhiễm do bụi than gây ra. Dầu mỏ thì chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc
hại có thể lan tỏa ra môi trường đất, môi trường nước, và môi trường không khí. Do vậy,
trong quá trình khai thác, vận chuyển và tàng trữ nhiên liệu hóa thạch dù ở bất kỳ trạng
thái nào cũng tồn tại những rủi ro tiềm tàng đối với môi trường. Các sự cố tràn dầu ngoài
biển, trôi dạt vào các hệ sinh thái ven bờ và phá hủy hệ sinh thái là không ít.

24. 2.2. Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch 19
Tuy nhiên, việc tiêu thụ hay đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch mới là nguy cơ to
lớn, gây ô nhiễm môi trường trên phạm vi toàn cầu nhiều hơn. Vì là vật liệu chứa cacbon
nên khi đốt cháy, nhiên liệu hóa thạch tạo ra lượng khí thải CO2 rất đáng kể. Trong các
dạng năng lượng này, than là vật liệu chứa cacbon cao nhất, vì vậy khi sử dụng làm nhiên
liệu sẽ phát thải CO2 nhiều nhất.
2.2.1 Than
Trước đây, một tỉ lệ khá lớn than được sử dụng cho các động cơ tàu hỏa, tàu thủy và
cả ô tô, nhưng dần dần các sản phẩm dầu mỏ đã thay thế than trong phạm vi sử dụng
cho các phương tiện giao thông. Việc ô nhiễm do đốt than gây ra hiện nay chủ yếu từ các
nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, các nhà máy luyện kim, hay các nhà máy sản xuất
bê tông lấy than làm vật liệu sinh nhiệt cho quá trình sản xuất.
Trong quá trình khai thác, đối với các vỉa than lộ thiên, việc khai thác sẽ làm ảnh
hưởng đến cấu trúc ban đầu của lớp trên đỉnh, hệ sinh thái tại chỗ, bề mặt đất, hệ thống
nước ngầm và cảnh quan khu vực. Đó là các tác động: xóa sổ hoàn toàn thảm thực vật,
làm gia tăng xói mòn đất cũng như mất đi nơi trú ngụ của nhiều loài sinh vật. Nước tháo
ra từ những mỏ khai thác chứa acid và các khoáng chất độc có thể gây ô nhiễm nguồn
nước, và môi trường đất.
Đối với các mỏ than dưới sâu, việc khai thác đối mặt với hai vấn đề quan trọng
là thải đất đào và khả năng làm sụt đất. Trung bình sản xuất một tấn than thương phẩm
phải thải một nửa tấn đất, nếu khai thác nhiều năm thì vấn đề tìm bãi chứa đất thải
cũng rất khó khăn. Còn sụt đất gây ra tác hại từ nhẹ đến nghiêm trọng, vì sụt đất có thể
gây ảnh hưởng đến các đường quốc lộ, các đường ống dẫn nước, dẫn khí và thủy văn của
địa phương.
Trong khâu chế biến than, lưu huỳnh và các kim loại độc hại như thủy ngân cũng
phải được loại ra và thu hồi. Đây đều là những chất có khả năng gây ô nhiễm khi phát
tán vào môi trường.
Than khi đốt cháy phát thải ra nhiều chất gây ô nhiễm môi trường khí, các chất
ô nhiễm như: CO2, SO2, NOx,. . . được thải ra từ quá trình đốt than nhiều hơn so với các
nhiên liệu hóa thạch khác nếu cùng tính trên một đơn vị nhiệt lượng phát ra. Như vậy,
việc đốt than đã góp phần vào quá trình biến đổi khí hậu, làm suy thoái môi trường toàn
cầu, nổi bật là hiện tượng trái đất ấm dần lên và mưa acid.
Để hạn chế những tác nhân gây ô nhiễm do đốt than gây ra, người ta có thể sử
dụng nhiều biện pháp về mặt kỹ thuật sản xuất cũng như xử lý ô nhiễm như: làm sạch
nguyên liệu đầu vào, sử dụng thiết bị lọc rửa bụi và khí thải, hay cải thiện lò đốt.

25. 2.2. Các tác động môi trường từ việc khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch 20
2.2.2 Dầu và khí thiên nhiên
Dầu và khí thiên nhiên là nguyên liệu hóa thạch có nhiều ứng dụng nhất, các sản
phẩm từ dầu mỏ có thể được dùng để làm nhiên liệu hoặc phục vụ trong các lĩnh vực
khác. Tuy nhiên, do nguồn gốc của mình nên trong các công đoạn tạo ra sản phẩm và sử
dụng các sản phẩm đó đều phát sinh nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, đối với
việc sử dụng sản phẩm từ dầu mỏ làm nhiên liệu.
Trong quá trình thăm dò dầu khí, các giếng khoan thăm dò cũng góp phần làm
gia tăng lượng phát thải CO2 ra môi trường do sử dụng chính nhiên liệu hóa thạch để vận
hành máy móc và thiết bị. Bên cạnh đó, một lượng CO2 cũng sẽ được giải phóng trong
lúc thử vỉa hay đốt các thành phần dầu thô bị phun trào lên bề mặt. Những khía cạnh
khác về mặt môi trường cũng bị ảnh hưởng do các hoạt động thăm dò dầu khí là sự thay
đổi môi trường sống cục bộ xung quanh khu vực thăm dò, sự cố phun trào dầu ra môi
trường và sự cố cháy nổ giàn khoan.
Giai đoạn khai thác và vận chuyển dầu, trong quá trình khai thác dầu khí, ngoài
khả năng phát thải CO2 nói trên còn có một lượng đáng kể CO2 được sinh ra do hoạt
động đốt các khí đồng hành, trong trường hợp một mỏ dầu có lượng khí đồng hành không
có hiệu quả kinh tế để thu hồi. Việc vận chuyển dầu lại đối mặt với rủi ro tràn dầu1
ra
môi trường, gây ô nhiễm và tác động lên hệ sinh thái của khu vực.
Việc vận hành nhà máy lọc dầu, và các nhà máy chế biến khí cũng phát thải ra
nhiều tác nhân ô nhiễm khác ngoài CO2 như: SO2, NOx, các hạt bụi, dầu thải, các chất
rắn lơ lửng, và một vài kim loại nặng,. . . . Các hợp phần này nếu không được thu gom và
xử lý cũng sẽ gây những tác hại đến môi trường.
Khí thiên nhiên được khai thác cùng với dầu hoặc từ các mỏ chỉ chứa khí, thành
phần của khí thiên nhiên là các hydrocacbon từ nặng tới nhẹ mà chiếm đa số là metan
(CH4), và một số rất ít các hợp chất của ni-tơ, lưu huỳnh và oxy. Vì vậy, so với dầu và
than thì khí thiên nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch sạch khi đốt cháy. Quá trình
vận chuyển khí thiên nhiên từ nơi khai thác đến các nhà máy chế biến thường bằng hệ
thống các đường ống ngầm dưới biển hoặc trên mặt đất. Do đó, nguy cơ trong việc khai
thác khí thiên nhiên là do các sự cố rò rỉ và vỡ đường ống dẫn khí. Mặt khác, để đưa khí
thiên nhiên đi tiêu thụ, người ta phải tiến hành hóa lỏng khí và tồn chứa trong các bình
chứa chịu được áp lực cao. Việc vận chuyển cũng có khả năng gây ra đỗ vỡ và cháy nổ.
2.2.3 Các sản phẩm cháy của nhiên liệu hóa thạch
Nhiên liệu hóa thạch được sử dụng ở cả ba trạng thái: rắn, lỏng, khí và được tiêu thụ
chủ yếu dưới dạng đốt cháy nhiên liệu. Khi tiêu thụ, sẽ phát sinh khí CO2, và một vài
hợp phần ô nhiễm khác. Sản phẩm cháy của nhiên liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành
1
Năm 2001, tại vịnh Gành Rái, Bà Rịa – Vũng Tàu, đã xẩy ra sự cố tràn dầu lớn do tàu chở hàng
Forrmosa, tải trọng 17.000 tấn, đâm vào tàu chở dầu Petrolimex 01 trọng tải trên 20.000 tấn đang neo
đậu, làm tàu này bị thủng hầm chứa dầu, khiến trên 900m3
dầu diesel tràn ra vùng biển Vũng Tàu. Sự cố
này gây thiệt hại nghiêm trọng cho môi trường sinh thái, rừng ngập mặn, sinh vật biển cũng như ngành
du lịch và thủy sản trên địa bàn.

26. 2.3. Các tác động môi trường từ nhà máy nhiệt điện 21
phần, tính chất nhiên liệu, và điều kiện đốt,. . . . Bảng 2.2 trình bày các sản phẩm cháy
phát thải ra môi trường của một số nhiên liệu hóa thạch.
Bảng 2.2: Thành phần các sản phẩm cháy của một số nhiên liệu hóa thạch [2]
Khí sản phẩm CO2 H2O SO2 O2 N2 Nhiệt trị Lượng sản phẩm
(%) (%) (%) (%) (%) (kcal/kg) (m3
/kg)
Than đá 13,99 4,85 0,26 4,08 76,82 7,17 10,18
Khí hóa lỏng (LPG) 11,30 14,35 - 0,95 73,40 24,50∗
30,86∗∗
Dầu diesel (DO) 13,19 9,62 0,03 1,82 75,34 10,05 12,23
Dầu nhiên liệu (FO) 12,63 9,19 0,17 1,61 75,40 9,32 12,34
*: kcal/m3
, **: m3
/m3
2.3 Các tác động môi trường từ nhà máy nhiệt điện
Các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá, khí thiên nhiên
để đốt cháy, tạo ra nhiệt năng để sản xuất hơi nước, rồi dẫn hơi nước này qua tua-bin
để làm quay máy phát điện. Tùy vào loại nhiên liệu để làm chất đốt, thành phần chất ô
nhiễm cũng như hàm lượng chất ô nhiễm thải ra từ các nhà máy sẽ khác nhau. Ngoài các
nhiên liệu hóa thạch dùng để sản xuất điện, các nhà máy nhiệt điện còn sử dụng các loại
dầu (dầu nhớt, dầu máy biến thế,. . . ) dùng cho động cơ, nước làm mát thiết bị, hệ thống
vận tải tro xỉ, nước sinh hoạt và các loại hóa chất khác. Tất cả những chất này, ở dạng
chất thải đều có nguy cơ gây nên ô nhiễm cho khu vực xung quanh nhà máy.
Hình 2.3: Sơ đồ hoạt động của một nhà máy nhiệt điện chạy bằng than
Ô nhiễm không khí
Khói thải từ các nhà máy nhiệt điện đều được xử lý qua các bộ phận lọc bụi và khí

27. 2.3. Các tác động môi trường từ nhà máy nhiệt điện 22
thải, tuy nhiên các thành phần bụi rắn có kích thước nhỏ hay các sản phẩm khí sau khi
đốt nhiên liệu như CO2, NO, SO2 và một số khí khác có nồng độ ít hơn như HCl, NO2,
SO3 đều có khả năng phát ra ngoài khí quyển. Các chất này đều gây nguy hại đến môi
trường.
Bụi thoát ra từ các ống khói thường có kích thước rất nhỏ khoảng vài trăm mi-
cromét và phát tán đi xa khoảng vài chục kilômét, do đó rất dễ xâm nhập vào đường hô
hấp của người dân sống xung quanh các nhà máy nhiệt điện. Trong bụi còn chứa một số
kim loại độc hại như chì, arsenic, đồng, kẽm,. . . . Bụi còn làm mất vẻ đẹp cảnh quan, làm
giảm tầm nhìn dễ gây tai nạn. Bụi phủ lên lá cây làm giảm khả năng quang hợp, giảm
năng suất cây trồng, có thể còn làm cây khô héo và chết.
Khói thải chứa các khí acid bao gồm SOx, NOx, CO2, khí clo, khí gây mùi khó chịu
và tác động lên thần kinh H2S. Các khí này góp phần gây mưa acid và tạo hiệu ứng nhà
kính. Nhiều dự báo cho rằng hiện tượng ấm lên toàn cầu là do các nhà máy nhiệt điện sử
dụng nhiên liệu hóa thạch thải ra, với lượng thải chiếm tới 30% tổng sản lượng CO2 thải
vào khí quyển.
Ô nhiễm nguồn nước
Nước thải của các nhà máy nhiệt điện gồm có nước thải tro–xỉ, nước thải xử lí hóa
chất và nhiên liệu, nước làm mát thiết bị. Tuy đã được xử lí, song trong nước thải vẫn
còn thành phần rắn lơ lửng, các chất hóa học hòa tan mà nhiều chất có hại cho sức khỏe
con người và sinh vật, ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng quang hợp của thực vật dưới
nước làm giảm số lượng và số loài.
Nhiệt độ của nước sau khi làm mát các thiết bị có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi
trường từ 7–10◦
C. Tác động của nhiệt độ nước tới môi trường trước hết là làm giảm
lượng oxy hòa tan trong nước, gây ảnh hưởng tới sự phát triển của vi sinh và sinh vật.
Đặc biệt các sinh vật có tác dụng xử lý nước sẽ bị giảm khả năng oxy hóa lẫn sự hoạt
động. Nếu nhiệt độ của vùng nhập lưu quá cao so với nhiệt độ thân thiện của một số loài
có thể hạn chế khả năng sinh sản của chúng hoặc thậm chí gây tử vong.
Nước làm mát cho hệ thống dầu bôi trơn cũng ít nhiều bị nhiễm dầu, ngoài ra nước
mưa, nước thải từ các khu chứa nhiên liệu, dầu mỡ không được xử lí sẽ nhiễm vào nguồn
nước dưới đất, làm mất khả năng sử dụng làm nước sinh hoạt. Mặt khác, màng dầu trên
bề mặt nước còn ngăn cản sự tiếp xúc giữa không khí và nước, giảm khả năng oxy hòa
tan vào nước, do đó ảnh hưởng tới tính chất hóa lí của nước, ảnh hưởng tới sinh vật.
Ô nhiễm đất
Đất trồng trọt ở khu vực xung quanh nhà máy là đối tượng được quan tâm trước tiên,
nếu như xỉ than, nước thải có nhiều kim loại nặng độc hại và lẫn nhiều dầu nhiễm vào
đất. Các thành phần khí acid có trong khói thải từ nhà máy nhiệt điện cũng làm ô nhiễm
đất trồng do gây mưa acid. Xói mòn đất có thể xẩy ra trong quá trình xây dựng nhà
máy, vì chặt phá cây xanh, đào xúc, san lấp mặt bằng mà không có sự quan tâm đúng mức.

28. 2.4. Các tác động môi trường từ nhà máy thủy điện 23
Một nhà máy nhiệt điện đốt than công suất cỡ 2.000MW có thể sinh ra 2.000 tấn
tro mỗi ngày, thường ở dạng nghiền thành bột mịn. Tro này có thể sử dụng để làm vật
liệu làm đường, xây dựng, số còn lại là phế thải có thể chứa các nguyên tố gây ung thư
như polycilic hydrocacbon.
Ô nhiễm tiếng ồn và độ rung
Tiếng ồn và độ rung thường sinh ra trong các khu vực máy nghiền than, các tua-bin,
hệ thống bơm, quạt,. . . . Các tác nhân này tác động trực tiếp lên hệ thần kinh, thính giác
của những người vận hành máy.
Ô nhiễm nhiệt
Phần lớn các nhà máy nhiệt điện lấy nước sông, nước biển để đưa vào hệ thống làm
mát, sau đó đưa lượng nước này trở lại sông, biển. Nhiệt độ nước sau khi qua hệ thống
làm mát thường cao hơn nhiệt độ nước ban đầu từ 8–9◦
C. Do vậy, việc xả nước làm mát
có thể gây ô nhiễm nhiệt nước sông, do làm tăng nhiệt độ, gây tác động đến hệ sinh thái
nước như thay đổi cấu trúc thành phần các loài phiêu sinh, sự di trú của cá, ảnh hưởng
đến bãi sinh sản của cá, gây chết trứng, cá con,. . . . Một tác động khác nghiêm trọng hơn
đối với nguồn lợi thủy sản là việc lấy nước làm mát với lưu lượng lớn sẽ cuốn theo các
sinh vật sống dưới nước khác như cá, tôm.
Ảnh hưởng đến cảnh quan
Sự hoạt động của các nhà máy nhiệt điện với các cột khói chất thải, bụi, nước, tiếng
ồn làm ảnh hưởng tới các công trình văn hóa, di tích lịch sử, cảnh quan khu vực xung
quanh, và dân cư ở các vùng lân cận nếu như không có sự quy hoạch đúng mức.
2.4 Các tác động môi trường từ nhà máy thủy điện
Thủy năng là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng và chủ yếu trên
thế giới. Nguồn năng lượng này dồi dào, và luôn được bổ sung nhờ chu trình tuần hoàn
nước trong khí quyển. Các dòng nước thiên nhiên như sông, suối trên mặt đất mang năng
lượng ở dạng cơ năng, nhà máy thủy điện biến đổi cơ năng của dòng nước thành điện
năng. Khoảng 16% lượng điện trên thế giới được sản xuất từ các nhà máy thủy điện (số
liệu năm 2010 theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế – IEA).
Thủy điện là nguồn năng lượng sạch, trong quá trình sản xuất không gây ô nhiễm
không khí, không tạo ra hiệu ứng nhà kính, không làm thay đổi khí hậu, không gây ra
các hiện tượng làm ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế – xã hội – dân sinh trong phạm vi khu
vực và toàn cầu như viêc đốt nhiên liệu hóa thạch. Do đó vì lợi ích môi trường, thủy điện
đã được nhiều tổ chức trên thế giới thảo luận và cam kết phát triển như một phương án
năng lượng bền vững, không gây tổn hại đến môi trường và giảm đói nghèo. Tuy nhiên,
ở quá trình xây dựng và vận hành các nhà máy thủy điện, đặc biệt là hồ chứa nước, gây

29. 2.4. Các tác động môi trường từ nhà máy thủy điện 24
Hình 2.4: Mô hình hoạt động của một nhà máy thủy điện
nhiều tác động đến một bộ phận dân cư và hệ sinh thái của khu vực như di chuyển chỗ
ở, ngập nước ở lòng hồ và khô cạn ở vùng hạ lưu.
Tác động đến môi trường tự nhiên, trong quá trình hoạt động, các nhà máy thủy
điện không sinh ra các loại khí thải như SOx, NOx, hay khí độc hại khác, không sinh ra
chất thải rắn. Nhưng, việc hình thành hồ chứa nước làm thay đổi chế độ dòng chảy và
thay đổi chất lượng nước sông sau hồ chứa, mất nơi cư trú cho các loài động vật hoang
dã trên mặt đất, ngăn chặn sự di cư dọc dòng sông của nhiều loài cá. Bên cạnh đó, việc
thải CO2 ra môi trường do sinh khối phân hủy trong hồ chứa nước cũng là một vấn đề
cần được lưu ý.
Tác động đến kinh tế – xã hội, khi xây dựng các nhà máy thủy điện, dung tích nước
hồ chứa làm ngập diện tích đất nông nghiệp, lâm nghiệp, đất thổ cư, các công trình hạ
tầng, tài nguyên khoáng sản trong lòng hồ. Vì vậy cần phải di chuyển một bộ phận lớn
dân cư đến vùng định cư mới, làm thay đổi tập quán, môi trường sống và văn hóa của
họ. Ngân hàng Thế giới đã rút ra 8 nguy cơ dẫn đến đói nghèo do việc tái định cư gây
ra khi xây dựng nhà máy thủy điện như sau: không đất canh tác, thất nghiệp, thu nhập
kinh tế giảm, không nhà ở, bệnh tật, lương thực không ổn định, mất cơ hội sử dụng tài
sản xã hội chung, và sự phân tán về mặt xã hội.
Vấn đề an toàn nhà máy thủy điện, các hồ chứa nước của nhà máy thủy điện luôn
phải đối mặt với nguy cơ vỡ đập khi xẩy ra lũ lụt, hay các biến cố về thiên tai như động
đất và các biến động thời tiết bất thường. Việc vỡ đập gây ra những hậu quả khủng khiếp
đối với con người và môi trường ở khu vực hạ lưu2
.
2
Trong lịch sử, việc vỡ đập đã xẩy ra ở một số nước trên thế giới, năm 1975, đập Bản Triều ở Trung
Quốc bị vỡ làm chết 85.000 người. Nếu so với dung tích của hồ chứa nhà máy thủy điện Hòa Bình thì
dung tích hồ chứa Bản Triều nhỏ hơn 20 lần, so với hồ chứa của nhà máy thủy điện Sơn La thì hồ chứa
Bản Triều nhỏ hơn 50 lần.

30. 2.5. Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt nhân 25
2.5 Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt
nhân
Điện năng sản xuất từ năng lượng hạt nhân dựa vào quá trình phân hạch uranium,
khi bị phân hạch, uranium sẽ giải phóng ra một năng lượng lớn hơn rất nhiều lần so với
khi sản xuất điện từ các dạng nhiên liệu hóa thạch. Khi một nguyên tử cacbon bị đốt
cháy bởi một phân tử oxy sinh ra một năng lượng có giá trị 7×10−19
J nhưng khi phân
hạch một phân tử uranium sinh ra một năng lượng có giá trị 3,2×10−11
J, lớn hơn 45×106
lần. Xét về khối lượng, khi phân hạch một tấn uranium có thể sinh một năng lượng tương
đương với việc đốt cháy 2,7×106
tấn than.
Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân
Chính vì vậy, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng năng lượng nguyên tử để sản xuất
điện năng, vì phương pháp này có những ưu điểm như: tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với
nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ít gây ô nhiễm môi trường, diện tích xây dựng
nhà máy được giảm bớt do không cần bãi chứa nguyên liệu, vị trí xây dựng không nhất
thiết phải gần các trung tâm hay đường giao thông.
Ngoài ra, điện hạt nhân giúp tăng cường an ninh năng lượng cho quốc gia, trong
khi các tài nguyên hóa thạch phân bố không đồng đều trên thế giới, việc cung cấp nguồn
nguyên liệu có thể không được liên tục do căng thẳng hay xung đột ở các quốc gia giàu
dầu mỏ.
Điện hạt nhân còn được đánh giá là giải pháp năng lượng sạch tối ưu, khi không
thải ra các chất độc hại như ở các nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên liệu hóa thạch.
Tuy nhiên, do nguồn gốc sử dụng nguyên liệu phóng xạ, nên luôn tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ,

31. 2.5. Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt nhân 26
thải vật liệu phóng xạ ra môi trường, và sự cố khi vận hành các lò phản ứng. Những nguy
cơ này gây nên những tác động có hại đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Dưới đây
là các ảnh hưởng và rủi ro có thể xẩy ra trong quá trình khai thác, chế biến nguyên liệu
và vận hành nhà máy điện hạt nhân:
Hình 2.6: Quy trình khai thác, chế biến và xử lý nhiên liệu hạt nhân
Trong quá trình khai thác mỏ uranium, nguy hiểm về phóng xạ đối với công nhân khai
thác, trước hết gây ra ung thư phổi do hít phải radon (Rn) hay các sản phẩm của radon,
tia gamma và bụi phóng xạ.
Trong quá trình tinh chế và chế biến nhiên liệu, quá trình làm giàu uranium cũng
gây ra tác động môi trường, chất thải có thể làm ô nhiễm nguồn nước nếu đổ ra sông,
biển.
Trong quá trình vận chuyển các chất phóng xạ, nhiên liệu và chất thải, rủi ro vẫn
có thể xẩy ra trong quá trình vận chuyển các chất phóng xạ. Các thùng chứa hay bình
chứa nhiên liệu, chất thải phải tuân thủ các quy định thiết kế, phải có bề dày đảm bảo
để tránh làm rò rỉ, tránh va đập làm bức xạ các phóng xạ.
Trong quá trình tái sản xuất nhiên liệu đã sử dụng, các nhiên liệu đã sử dụng được
đưa vào các nhà máy tái sản xuất để phục hồi nhằm tận dụng lại cho các lò phản ứng
nhiệt và lò phản ứng nhanh. Các vật liệu nhiên liệu, kim loại hay acid được hòa tan trong
acid nitric mạnh và nóng, lúc đó có thể bốc ra một số khí dễ bay hơi như cacbon-14,
CO2, tritium,. . . . Vì vậy, đối với các nhà máy tái sản xuất nhiên liệu phải có biện pháp
an toàn cao hơn các nhà máy hóa chất vì chứa acid mạnh, dễ cháy và dễ thoát ra các khí
độc hại. Ngoài ra, sau khi tái sản xuất các chất thải ra khỏi nhà máy phải đảm bảo các
tiêu chuẩn an toàn cho môi trường và cộng đồng xung quanh nhà máy.

32. 2.5. Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt nhân 27
Trong quá trình vận hành lò phản ứng, rủi ro cho môi trường và cộng đồng vẫn
có thể xẩy ra trong lúc vận hành bình thường hay khi có sự cố. Hơn 99% lượng phóng
xạ nằm bên trong lõi lò phản ứng, nên phải đề phòng sự rò rỉ thoát ra giữa các kết
cấu chứa nhiên liệu và vỏ lò phản ứng. Thường quanh lò phản ứng có các tường bê
tông dày bao quanh để che chắn sự rò rỉ. Trong quá trình vận hành nếu để xẩy ra hiện
tượng các nhiên liệu bị quá nhiệt do thiếu chất làm mát và thiếu sót trong việc kiểm tra
hoạt động trong lò phản ứng hoặc các hệ thống tự động, có thể gây ra nổ và rò rỉ phóng xạ.
Trong quá trình loại bỏ các phế thải, chất thải phóng xạ chính là những thanh nhiên
liệu đã được sử dụng nhưng vẫn còn phát ra phóng xạ. Đây chính là những chất thải
nguy hại nhất đối với con người, vì tính nguy hiểm và thời gian tồn tại lâu dài của nó
trong hàng ngàn năm tùy thuộc vào chu kỳ phân hủy của chúng. Yêu cầu đặt ra là chúng
phải được cách ly tuyệt đối với môi trường xung quanh bằng cách tồn trữ trong những
nơi riêng biệt, ổn định về địa chất và không có nguồn nước ngầm.
Ngoài ra còn có các rủi ro bên ngoài tác động vào nhà máy như thiên tai: động
đất, triều cường, lũ lụt, sóng thần3
,. . . và một số tan nạn ngẫu nhiên khác không lường
trước được. Tất cả các rủi ro này phải được xem xét kỹ và có biện pháp phòng ngừa khi
thiết kế và xây dựng nhà máy điện hạt nhân.
Kết luận
Việc sử dụng năng lượng, một mặt luôn nhằm mục đích cải thiện chất lượng cuộc sống
và nâng cao năng suất lao động của con người; mặt khác nó cũng gây nên những xâm
phạm đến môi trường như: ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí, bức xạ hạt nhân,
mưa acid, phá vỡ tầng ozone, và biến đổi khí hậu. Trong đó, biến đổi khí hậu có quy mô
trên toàn cầu và ảnh hưởng to lớn nhất đến mọi khía cạnh đời sống của con người, biến
đổi khí hậu làm thay đổi các quy luật thời tiết, ảnh hưởng đến việc cung cấp lương thực,
nguồn nước, và nơi sinh sống của con người.
Sự phát thải CO2 do đốt cháy nhiên liệu là nguy cơ hàng đầu trong việc sử dụng
năng lượng hóa thạch, CO2 là khí nhà kính chính làm biến đổi khí hậu và gia tăng nhiệt
độ trái đất. Trong các loại nhiên liệu hóa thạch thì than là nguồn gây ô nhiễm nhiều nhất
cả trong quá trình khai thác và sử dụng, khí thiên nhiên ít gây ô nhiễm hơn trong khi các
tác động đến môi trường của dầu mỏ thường xẩy ra do sự cố cháy nổ giàn khoan và tràn
dầu trong lúc vận chuyển.
Hiện nay, hơn 1/3 năng lượng tiêu thụ được dùng cho mục đích phát điện, do vậy
về khía cạnh môi trường, nguồn ô nhiễm từ các nhà máy điện luôn được xem xét đầu
tiên. Các nhà máy nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch gây tác động lớn do phát
thải nhiều CO2 ra môi trường. Các nhà máy thủy điện chủ yếu ảnh hưởng đến các hoạt
động kinh tế – xã hội và môi sinh, do thay đổi tập quán và môi trường sống của dân cư
trong khu vực cũng như hệ sinh thái ở vùng hạ lưu, bên cạnh đó, sự an toàn của các đập
3
Năm 2011, một sự cố nhà máy điện hạt nhân do thiên tai đã xẩy ra ở Nhật Bản, khi tổ hợp nhà máy
Fukushima bị ảnh hưởng từ động đất và sóng thần, sự cố được đánh giá 7/7 theo Thang sự cố hạt nhân
Quốc tế – INES, mức độ tai nạn rất nghiêm trọng.

33. 2.5. Các tác động môi trường từ nhà máy điện hạt nhân 28
chắn nước thủy điện cũng là mối nguy lớn khi xẩy ra lũ lụt hay các biến cố về thiên tai
khác. Bức xạ hạt nhân trong quá trình khai thác, chế biến và vận hành nhà máy điện hạt
nhân gây ra những tác động to lớn đến sức khỏe của con người cũng như môi trường khu
vực xung quanh nhà máy, các tác động này đa phần do các sự cố cháy nổ lò phản ứng
trong lúc vận hành nhà máy hay do các nguyên nhân thiên tai như động đất, sóng thần
làm rò rỉ phóng xạ ra môi trường.
Câu hỏi gợi ý
Các vấn đề môi trường đối với việc sử dụng năng lượng là gì? Vấn đề nào mang tính
toàn cầu và đang được quan tâm nhiều nhất? Hậu quả của vấn đề trên đối với môi
trường sống trên trái đất?
Nguy cơ lớn nhất của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đối với môi trường là gì?
Các biện pháp để hạn chế và kiểm soát nguy cơ này?
So sánh các tác động đến môi trường của việc phát điện từ nhà máy nhiệt điện chạy
bằng nhiên liệu hóa thạch, nhà máy thủy điện và nhà máy điện hạt nhân?
Những ưu điểm và nhược điểm của nhà máy thủy điện?
Sự an toàn của nhà máy điện hạt nhân đang bị thách thức, hãy thống kê những sự
cố do nhà máy điện hạt nhân gây ra trên thế giới và hậu quả?

34. Chương 3
Năng lượng sạch
3.1 Năng lượng mặt trời
Trong các nền văn hóa cổ xưa, loài người đã sùng bái và tôn thờ mặt trời dưới nhiều
hình thức khác nhau mà ngày nay dấu vết của các di tích vẫn còn để lại trên mặt đất.
Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho sự sống và tiến hóa trên địa cầu,
thông qua sự tiếp nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời thành các dạng sống và các
dạng vật chất khác. Bên cạnh đó, việc sử dụng năng lượng từ mặt trời để phục vụ cho các
nhu cầu thiết yếu hàng ngày cũng đã được con người tận dụng, dưới dạng quang năng và
nhiệt năng như chiếu sáng nhà cửa, hong khô lương thực và quần áo.
Các phát triển khoa học kỹ thuật hiện đại, đã đem đến những công nghệ tốt hơn
để có thể sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời như chuyển hóa thành điện năng
để sử dụng cho các mục đích hữu ích. Năng lượng mặt trời hiện diện ở khắp nơi trên trái
đất, và tỏ ra rất phù hợp với những nước đang phát triển, những khu vực nhiều nắng
nhưng ít tài nguyên thiên nhiên.
3.1.1 Các khái niệm cơ bản
Mặt trời là ngôi sao trung tâm của Thái dương hệ, năng lượng khổng lồ do mặt trời
phát ra là kết quả của các phản ứng nhiệt hạt nhân khác nhau mà chủ yếu là quá trình
tổng hợp hạt nhân của hai nguyên tử hydrogen (H2) thành một nguyên tử heli (He) với
tốc độ 8,6×1037
proton trong một giây, tạo ra một nhiệt độ khoảng 6.000◦
C trên bề mặt
và giải phóng một năng lượng khoảng 383×1024
W. Năng lượng này lan truyền trong vũ
trụ dưới dạng các sóng điện từ hay còn được gọi là các bức xạ điện từ với vận tốc ánh
sáng (3×108
m/s).
Năng lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất với cường độ khoảng 1.000W/m2
,
tuy nhiên vì thời gian nắng trong năm không đồng đều ở mọi nơi nên năng lượng thu được
trong năm thay đổi tùy theo từng vùng, ở Bắc Âu năng lượng ấy khoảng 800kWh/m2
một năm, trong khi ở các vùng sa mạc nhiệt đới, giá trị này lên đến 2.500kWh/m2
một
năm. Theo thống kê của các nhà khoa học, nếu sử dụng hết, năng lượng mặt trời có thể
đáp ứng đến 1.500 lần nhu cầu của con người, công suất bình quân đầu người mà năng
lượng mặt trời có thể cung cấp là 3MW, trong khi ở Mỹ nước có nhu cầu năng lượng cao
29

35. 3.1. Năng lượng mặt trời 30
Hình 3.1: Bản đồ năng lượng bức xạ mặt trời trung bình hàng năm ở các vùng trên thế
giới (kWh/m2
) [21]
nhất, công suất tiêu thụ bình quân chỉ là 10kW, còn ở các nước nghèo, người dân chỉ cần
100W, và mức tiêu thụ bình quân của mỗi người trên thế giới là 2kW .
Phổ bức xạ mặt trời và đặc trưng phân bố năng lượng
Phổ bức xạ mặt trời là các thành phần có bước sóng khác nhau trong toàn bộ năng
lượng điện từ do mặt trời phát ra, phần đến được bề mặt trái đất chỉ là một phần nhỏ
trong toàn bộ nguồn năng lượng trên. Năng lượng bức xạ mặt trời cao nhất khi bắt đầu
chạm vào lớp khí quyển và thấp hơn sau khi đi qua lớp khí quyển do các hiện tượng tán
xạ, hấp thụ và khuếch tán của các thành phần trong khí quyển và không khí.
Phổ bức xạ năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất chỉ gồm các sóng trải dài từ 3
đến 3.000nm. Phần có bước sóng ngắn dưới 3nm (tia X 0,03–3nm, tia gamma < 0,03nm)
không đến được bề mặt trái đất, bị tầng trên cùng của khí quyển hấp thu hoàn toàn.
Phần có bước sóng lớn hơn 3.000nm có năng lượng rất thấp cũng không đến được bề mặt
trái đất vì bị phản xạ hoàn toàn khi gặp lớp khí quyển.
Như vậy, phổ bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất bao gồm ba miền năng lượng
với các dải sóng tương ứng như sau: vùng bức xạ tử ngoại: có dải các bước sóng nằm
trong khoảng 200–400nm, là vùng không thấy được, nằm cạnh ánh sáng tím nên còn
được gọi là miền bức xạ cực tím. Vùng bức xạ khả kiến: là phần có thể nhìn thấy được
bằng mắt thường, gọi là ánh sáng hay ánh nắng mặt trời, là tổ hợp của bảy màu có các
bước sóng khác nhau từ tím (400nm) đến đỏ (700nm). Vùng bức xạ hồng ngoại: có dải
bước sóng từ 700–3.000nm, là vùng không thấy được nằm kề ánh sáng đỏ. Đặc trưng
phân bố năng lượng của các phổ bức xạ mặt trời khác nhau với các bước sóng khác nhau,

36. 3.1. Năng lượng mặt trời 31
Hình 3.2: Đặc trưng phổ bức xạ mặt trời ở trên đỉnh khí quyển và trên bề mặt trái đất
phần ánh sáng khả kiến có mức độ năng lượng cao hơn hẳn các phổ bức xạ khác.
Hằng số mặt trời
Năng lượng bức xạ mặt trời cao nhất khi bắt đầu chạm vào bề mặt khí quyển của trái
đất, các đo đạc cho thấy rằng mật độ năng lượng này có thể xem như không đổi, để xác
định giá trị không đổi này người ta định nghĩa hằng số mặt trời là phần năng lượng mặt
trời tính cho một đơn vị diện tích (m2
) khí quyển bao quanh trái đất vuông góc với các tia
mặt trời chiếu tới (W/m2
). Vì trái đất quay xung quanh mặt trời trên một quỹ đạo hình
elip nên khoảng cách giữa trái đất và mặt trời trong một chu kỳ quay 365 ngày hay một
năm có thay đổi chút ít, do đó hằng số mặt trời cũng thay đổi theo từ 1.412W/m2
vào đầu
tháng giêng xuống còn 1.321W/m2
vào giữa năm. Người ta lấy giá trị hằng số mặt trời
trung bình trong năm đo được nhờ vệ tinh là 1.368W/m2
[1] là hằng số mặt trời của trái
đất, mỗi hành tinh trong thái dương hệ đều có hằng số mặt trời riêng và không giống nhau.
Nếu gọi hằng số mặt trời của trái đất là ISC thì ta có thể xác định giá trị mật
độ năng lượng mặt trời bên ngoài khí quyển ở một ngày bất kỳ nào đó theo công thức
sau [3]:
ISC = ISC 1 + 0, 033 cos
360
365
n (3.1)
Trong đó n là số ngày trong năm tính từ đầu năm, n = 1 là ngày 01 tháng Một.
Bức xạ mặt trời khi vào khí quyển trái đất
Bức xạ mặt trời nhận được ở bề mặt trái đất đã bị suy giảm đáng kể so với bức xạ
ngoài khí quyển do các hiện tượng hấp thụ, tán xạ khi tia mặt trời đi qua các tầng khí
quyển. Các tác nhân gây ra hiện tượng này là ozone và hơi nước, ngoài ra còn có các

37. 3.1. Năng lượng mặt trời 32
phân tử khí khác như CO2, NO2, CO, O2, CH4,. . . và các hạt bụi. Do đó, một phần đáng
kể bức xạ mặt trời bị hấp thụ hoặc đi trở lại vũ trụ mà không đến được mặt đất.
Hình 3.3: Sơ đồ cân bằng bức xạ mặt trời khi vào trái đất
Về mây mù, khí quyển ở một địa phương nào đó trên mặt đất thường được phân thành
hai loại: khí quyển có mây và khí quyển trong sáng không mây. Cơ chế hấp thụ và tán xạ
là như nhau với hai loại khí quyển nói trên nhưng cường độ hấp thụ và tán xạ là khác
nhau phụ thuộc và độ dày của lớp mây, mây mỏng mức độ tán xạ khoảng 20% nhưng
mây dày và đậm đặc, mức độ tán xạ có thể lên đến 80%. Còn khả năng hấp thụ của mây
nhìn chung là ít, thậm chí lớp mây dày cũng chỉ dưới 10%.
Tóm lại, bức xạ mặt trời khi gặp khí quyển đã bị phản xạ lại hoàn toàn vào vũ
trụ khoảng 1/3 lượng bức xạ ban đầu, 2/3 lượng bức xạ còn lại đã được hấp thụ, tán xạ
và khuếch tán trước khi đến bề mặt trái đất. Như vậy, bức xạ mặt trời đến bề mặt trái
đất ở hai dạng: bức xạ trực tiếp (trực xạ) và bức xạ khuếch tán (tán xạ). Bức xạ trực tiếp
có cường độ cao nhất trong khi đó bức xạ khuếch tán có cường độ yếu hơn nhiều.
Khối lượng không khí
Một đại lượng quan trọng khác đặc trưng cho độ suy giảm của tia mặt trời khi đi qua
lớp khí quyển là khối lượng không khí (AM ), biểu thị sự ảnh hưởng của tầng khí quyển
tới ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất. Đại lượng này được đo bằng tỉ số giữa độ dài
của tia mặt trời đi qua lớp khí quyển và độ dày của lớp khí quyển.
Góc pháp tuyến tại điểm đo đạc và tia mặt trời gọi là góc Zenith φz, giá trị AM
phụ thuộc vào góc φz. Sau chữ AM có các số 0, 1, 2,. . . thể hiện độ dài của đường ánh
sáng theo một góc nghiêng nào đó. Quy ước khối lượng không khí "không", AM0, tương
ứng với bức xạ mặt trời tiêu chuẩn ngoài vũ trụ hay khi vừa mới chạm vào khí quyển trái

38. 3.1. Năng lượng mặt trời 33
đất, cường độ bức xạ lúc này bằng với hằng số mặt trời (1368W/m2
); AM1 tương ứng với
φz=0 là cường độ bức xạ mặt trời đo được lúc giữa trưa trời quang không mây; AM1,5
tương ứng với góc φz = 48.2o
được gọi là cường độ bức xạ mặt trời tiêu chuẩn ở bề mặt
trái đất, có giá trị khoảng 970W/m2
và thường được làm tròn thành 1.000W/m2
; AM2
ứng với góc φz = 60o
.
Bảng 3.1: Phân bố phổ năng lượng mặt trời ở bề mặt trái đất với AM1,5 [1]
Bức xạ Bước sóng (nm) Năng lượng (W/m2
) Tỉ lệ (%)
Cực tím UV-C < 280 0 0
Cực tím UV-B 280–320 5 0,5
Cực tím UV-A1 320–360 27 2,4
Cực tím UV-A2 360–400 36 3,2
Khả kiến 400–800 580 51,8
Hồng ngoại IR-A 800–1400 329 29,4
Hồng ngoại IR-B 1400–3000 143 12,7
Hồng ngoại IR-C > 3000 - -
Tổng cộng 1120 100
Hình 3.4: Xác định khối lượng không khí (Air Mass)
AM(AirMass) =
SO
ZO
=
1
cos φ
(3.2)
Như vậy, cường độ bức xạ mặt trời ở bề mặt đất chịu ảnh hưởng của khối lượng không
khí AM và giá trị mật độ năng lượng mặt trời khi vừa chạm khí quyển ISC. Do đó, cường
độ bức xạ mặt trời ở bề mặt đất sẽ thay đổi theo từng giờ trong ngày và theo từng ngày
trong năm tùy vào vị trí của trái đất đối với mặt trời.