Nhiên liệu hóa thạch là các hợp chất được tạo thành từ rất lâu đời, hàng trăm triệu năm trước nằm sâu trong lòng đất, đá. Nhiên liệu hóa thạch đóng vai trọng trong cuộc sống. Tuy vậy chúng cùng gây những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng đang dần cạn kiệt, đặt ra vấn đề lớn cho con người cần tìm những nguồn nguyên liệu thay thế phục vụ đời sống và sản xuất của con người.
1. Nhiên liệu hóa thạch là gì?
Nhiên liệu hóa thạch là các loại nhiên liệu được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí các sinh vật bị chôn vùi cách đây hơn 300 triệu năm. Các loại nhiên liệu này có chứa một lượng lớn cacbon và các hợp chất hydrocacbon.
Vi dụ về các nhiên liệu hóa thạch phổ biến, rất quen thuộc với đời sống con người như than đá, dầu mỏ, khí đốt tự nhiên… Chúng được tạo ra từ các loại tàn tích động thực vật hóa thạch khi chịu áp suất và nhiệt độ cao trong vỏ Trái Đất hàng triệu năm. Các nhiên liệu hóa thạch tồn tại ở cả thể khí, lỏng rắn. Chúng thay đổi từ các chất dễ bay hơi với tỷ số cacbon: hydro thấp như khí CH4, dầu hỏa đến các chất rắn, hoàn toàn chỉ chứa cacbon như than đá.
2. Nguồn gốc nhiên liệu hóa thạch
Các nguồn nhiên liệu hóa thạch hiện nay đều chứa cacbon, đều được hình thành từ quá trình phân hủy trong điều kiện thiếu khí oxy của các loài tảo, sinh vật, thực vật sâu trong lớp vỏ Trái Đất có niên đại từ trước cả Kỷ Devon, 419,2 triệu – 358,9 triệu năm trước.
Với dầu mỏ chúng có nguồn gốc từ mảnh vụn của các loài sinh vật sống dưới nước như ở biển, đầm phá. Chúng lắng đọng xuống đáy biển với số lượng lớn. Dưới áp lực của vỏ Trái Đất và nhiệt độ cao chúng biến đổi thành các hidrocacbon. Các loài thực vật bị vùi sâu trong đất liền có xu hướng tạo thành than. Một vài mỏ than được xác định là có niên đại vào kỷ Phấn trắng.
3. Một số loại nhiên liệu hóa thạch phổ biến
Có nhiều loại nhiên liệu hóa thạch được khai thác hiện nay, trong đó có 4 loại phổ biến hơn cả, đó là:
- Dầu mỏ: Dầu mỏ hay còn gọi là dầu thô, là một chất lỏng sánh có màu vàng trong suốt hay màu đen đặc tùy vào hàm lượng lưu huỳnh có bên trong. Dầu mỏ tồn tại trong các lớp đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất, được hình thành từ các sinh vật phù du bị nén chặt trong lòng đất biến đổi thành dầu. Mỗi mỏ dầu thô đều có thành phần và tỷ lệ các hydrocacbon riêng biệt.
- Khí đốt tự nhiên: Được khai từ các mỏ dầu dưới dạng khí đốt. Chúng cũng có nguồn gốc từ các sinh vật phù du giống dầu mỏ nhưng dưới tác động của áp suất và nhiệt độ cao hơn. Thành phần chính của khí đốt tự nhiên chủ yếu là khí metan.
- Than đá: Có nguồn gốc từ các hóa thạch thực vật. Than đá được ví như “vàng đen”, được sử dụng làm nguyên liệu chính để cung cấp năng lượng. Chúng được khai thác từ các hầm mỏ trên đất liền.
- Đá phiến cát và đá phiến dầu: Đá phiến dầu là 1 loại đá trầm tích chứa các chất hữu cơ và 1 lượng lớn kerogen có thể chiết tách được các hydrocacbon lỏng.
Một số loại nhiên liệu hóa thạch phổ biến
4. Vai trò của nhiên liệu hóa thạch trong cuộc sống
Nhiên liệu hóa thạch có vai trò rất quan trọng trong việc phục vụ đời sống con người và trong các ngành công nghiệp. Dầu mỏ, khí đốt, than đá được dùng làm chất đốt, là nguồn cung cấp năng lượng chính, đem lại giá trị kinh tế rất cao. Trong đó than đá được sử dụng làm nguyên liệu từ rất lâu trong lịch sử.
- Than đá là nguyên liệu chính giúp vận hành nhà máy nhiệt điện. Than đá cũng được dùng chế tạo than làm chất đốt trong các hộ gia đình. Trong lịch sử, than đá là nguồn nhiên liệu để chạy các động cơ bằng hơi nước như đầu máy tàu hỏa… Trong nền công nghiệp luyện kim, than đá được sử dụng để nấu chảy quặng để đúc thành các vật liệu mới.
- Dầu mỏ được khai thác bắt đầu từ thế kỷ 19 để làm chất đốt thay thế cho dầu có nguồn gốc từ động vật. Dầu mỏ sau khi khai thác trải qua quá trình chưng cất phân đoạn để tạo ra các sản phẩm khác nhau. Ví dụ như xăng, dầu diesel, dầu nhiên liệu làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, động cơ đốt trong. Nhựa đường chiết xuất từ dầu thô được sử dụng làm vật liệu để rải đường trong xây dựng…
- Khí thiên nhiên cũng được khai thác từ các mỏ dầu, là một nguồn nguyên liệu và nhiên liệu quan trọng trong tổng hợp hóa chất. Nó được dùng làm nhiên liệu đốt của bếp gas, đốt các lò gạch, gốm; trong các tuabin điện để phát điện,… Đồng thời khí thiên nhiên được sử dụng để tạo các nguyên liệu cơ sở cho việc sản xuất chất dẻo, phân bón…. cũng như nhiều loại hóa chất khác.
- Phiến sét dầu và các vật liệu tương tự là các loại đá trầm tích chứa kerogen khi bị nhiệt phân sẽ sinh ra dầu thô tổng hợp.
Nhiên liệu hóa thạch cung cấp năng lượng cho hoạt động sản xuất
5. Ảnh hưởng của nhiên liệu hóa thạch đối với môi trường
Mặc dù nhiên liệu hóa thạch là một phần không thể thiếu trong đời sống cũng như sản xuất của con người nhưng chúng lại gây những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
5.1 Gây ô nhiễm không khí
Khi đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ thải vào trong không khí các khí độc hại như NOx, CO2, SO2… Các loại khí này sẽ dẫn đến sự hình thành của mưa axit gây hại cho sức khỏe con người, cây trồng và đất đai. Ngoài ra trong nhiên liệu hóa thạch cũng chứa các nguyên tố phóng xạ như urani, thori… Khi chúng giải phóng vào môi trường sẽ gây nguy hiểm cho con người.
Một lượng lớn khói bụi, tro xỉ cũng được thải ra qua quá trình đốt than nên gây các đột sương mù, suy giảm chất lượng không khí, làm gia tăng tỉ lệ mắc các bệnh đối với con người nhất là trên hô hấp và tim mạch. Tiếp xúc với bụi than trong một thời gian dài làm tăng nguy cơ cao mắc bệnh phổi đen. Các đối tượng nhạy cảm như người già, trẻ nhỏ, phụ nữ có thai rất dễ bị ảnh hưởng.
Ngày nay nhiều nhà máy nhiệt điện đã áp dụng nhiều biện pháp như sử dụng thêm khí amoniac để giảm thiểu lượng khí độc sản sinh ra trong quá trình đốt than đá.
5.2 Tăng hiệu ứng nhà kính
Theo số liệu thống kê tại Hoa Kỳ, hơn 90% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính đến từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Mỗi năm khi đốt nhiên liệu hóa thạch sẽ tạo ra khoảng 21,3 tỉ tấn khí CO2, trong đó tự nhiên hấp thụ 1 nửa nên còn khoảng 10, 65 tỉ tấn khí CO2 thải vào trong bầu khí quyển. Đồng thời khi đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra nhiều chất ô nhiễm khác như oxit nitơ, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, các kim loại nặng… gây ô nhiễm không khí.
Sự cố tràn dầu gây ô nhiễm nguồn nước
5.3 Ô nhiễm nguồn đất và nước
Việc khai thác than đặc biệt là khai thác tại các mỏ lộ thiên khiến con người phải dùng các vật liệu để phá núi, phá rừng để khai thác, gây nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
Các hoạt động khai thác khí tự nhiên, dầu mỏ ở biển cũng tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến đời sống các loài sinh vật dưới biển. Các nhà máy lọc dầu cũng có những tác động tiêu cực đến môi trường như ô nhiễm nước và không khí. Việc khai thác dầu không chỉ tác động trực tiếp tới nước mặt mà nó còn tác động đến cả hệ thống nguồn nước ngầm. Các tàu chở dầu đôi khi xảy ra hiện tượng rò rỉ dầu trên biển làm ô nhiễm nguồn nước, giết chết các loài vật sinh sống dưới nước.
6. Nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt
Nguồn nhiên liệu hóa thạch là nguồn nhiên liệu có hạn, được gọi là nguồn nhiên liệu không thay thế, không thể tái tạo được nếu đã dùng hết. Hiện nay tốc độ tiêu thụ nguồn nhiên liệu hóa thạch quá nhanh khiến chúng đang ngày càng cạn kiệt. Đối với Việt Nam chúng ta nếu giữ nguyên tốc độ khai thác như bây giờ, trữ lượng dầu mỏ của chúng ta chỉ đủ khai thác trong khoảng 34 năm; khí thiên nhiên chỉ còn 63 năm còn than đá chỉ còn khoảng 4 năm. Còn trên thế giới theo ước tính với tốc độ sử dụng và khai thác như hiện nay thì lượng dầu mỏ còn đủ để khai thác trong 53 năm, trữ lượng khí tự nhiên còn 55 năm và than đá còn khoảng 113 năm nữa.
Cần tìm nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch
Nhìn vào thực tại trên ta thấy việc cấp thiết hiện nay là tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế để giải quyết nhu cầu năng lượng trên toàn cầu. Các nguồn năng lượng thay thế có ưu điểm là chúng sẽ giảm thải khí cacbon hơn hoặc thậm chí là không có khí thải. Một số nguồn năng lượng thay thế mà con người đang nghiên cứu và đã được áp dụng như là năng lượng từ mặt trời, năng lượng từ gió, sức nước, năng lượng hạt nhân… Mặc dù chi phí cho các nguồn nhiên liệu mới này khá cao và chưa phổ biến nhưng chúng mở ra một tương lai tốt đẹp cho con người về về ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu sẽ đổi mới và thân thiện với môi trường hơn, không để xảy ra tình trạng khủng hoảng năng lượng.
