Nhiên liệu hóa thạch là gì? Vai trò và tác động đến môi trường

Nhiên liệu hóa thạch, được hình thành từ sự phân hủy của các sinh vật hữu cơ trong lòng đất qua hàng triệu năm, là nguồn năng lượng quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng quá mức nhiên liệu hóa thạch đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường và đe dọa sự bền vững của hành tinh. Để hiểu rõ hơn về nguồn năng lượng này cũng như những tác động của nó, mời các bạn cùng khám phá bài viết chi tiết dưới đây cùng LabTrường Lê Hồng Phong.

1. Nhiên liệu hóa thạch là gì?

Thông qua quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật bị chôn vùi hàng trăm triệu năm trước, nhiên liệu hóa thạch được hình thành. Chứa số lượng lớn:

• Hợp chất hydrocarbon
• Cacbon

Khái niệm nhiên liệu hóa thạch

Nhiên liệu hóa thạch tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, từ khí, lỏng đến rắn. Thành phần của chúng cũng khác nhau, từ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như metan (CH₄) với tỷ lệ carbon và hydro thấp, đến các chất rắn chủ yếu chứa carbon như than đá. Sự đa dạng này tạo ra nhiều loại nhiên liệu hóa thạch khác nhau, phục vụ nhu cầu năng lượng của con người như:

• Khí tự nhiên
• Dầu
• Than…

2. Quá trình hình thành nhiên liệu hóa thạch

Quá trình hình thành nhiên liệu hóa thạch là một hành trình địa chất kéo dài hàng triệu năm. Nó bắt đầu với các sinh vật phù du giống như những động vật và thực vật nhỏ bé chết đi và lắng xuống đáy biển hoặc hồ. Trong môi trường thiếu oxy và dưới áp lực của các lớp trầm tích, sinh vật này phân hủy yếm khí, dần dần chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ phức tạp.

Trải qua thời gian dài, các hợp chất hữu cơ này trộn lẫn với bùn, cát và các khoáng chất khác, chôn sâu dưới lòng đất. Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao bên trong Trái đất, các hợp chất hữu cơ trải qua những biến đổi hóa học phức tạp, hình thành nên nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta biết ngày nay.

• Dầu mỏ: Được hình thành từ sinh vật phù du biển, kerogen (một loại chất hữu cơ) trong đá phiến dầu bị nung nóng và phân hủy tạo thành hydrocarbon lỏng.
• Khí tự nhiên: Cũng được hình thành từ quá trình tương tự như dầu mỏ nhưng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao hơn, tạo ra hydrocarbon ở dạng khí.
• Than: Được hình thành từ thực vật trên cạn bị chôn vùi và phân hủy trong điều kiện thiếu oxy.

Để hình dung quy mô của quá trình này, các nhà khoa học ước tính cần khoảng 23,5 tấn sinh khối (sinh vật hữu cơ) lắng đọng dưới đáy biển để sản xuất chỉ 1 lít dầu thô. Điều này cho thấy nguồn gốc hữu cơ của nhiên liệu hóa thạch và thời gian hình thành khổng lồ của chúng.

Thống kê cho thấy lượng nhiên liệu hóa thạch được nhân loại tiêu thụ vào năm 1997 tương đương với lượng sinh khối tích lũy ở các đại dương và bề mặt Trái đất trong hơn 422 năm. Điều này cho thấy tốc độ khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch của con người đang diễn ra nhanh chóng, vượt xa quá trình hình thành chúng một cách tự nhiên.

Nguồn gốc của nhiên liệu hóa thạch

3. Một số nhiên liệu hóa thạch phổ biến hiện nay

Hiện nay, căn cứ vào nguồn gốc và đặc điểm khác nhau, nhiên liệu hóa thạch được chia thành nhiều loại chính như sau:

3.1 Than

Than, nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ tàn tích thực vật qua hàng triệu năm, từ lâu đã được coi là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất. So với các loại nhiên liệu hóa thạch khác, than có nhiều ưu điểm vượt trội:

• Dễ khai thác, chế biến: Quá trình khai thác than thường đơn giản hơn các loại nhiên liệu khác, việc chuẩn bị than để sử dụng không đòi hỏi công nghệ phức tạp.
• Dễ dàng vận chuyển, buôn bán: Than có thể được vận chuyển bằng nhiều phương tiện khác nhau, từ đường bộ, đường thủy đến đường sắt, thuận tiện cho việc phân phối với quy mô lớn.
• Công nghệ đốt đơn giản: Các nhà máy nhiệt điện đốt than có thiết kế tương đối đơn giản, dễ vận hành, cho phép sản xuất điện ở quy mô lớn.

Nhờ những ưu điểm trên, than đã trở thành nguồn năng lượng chính trên toàn cầu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là sản xuất điện. Vì vậy, than thường được so sánh với “vàng đen” và đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của nhiều quốc gia.

3.2 Dầu khí

Dầu khí là kết quả của sự biến đổi địa chất kéo dài hàng triệu năm. Phần còn lại của sinh vật phù du sau khi bị chôn vùi dưới lớp trầm tích dày và dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao dưới lòng đất sẽ dần chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ phức tạp.

Thành phần chính của dầu mỏ là hydrocacbon, hợp chất hữu cơ có thành phần chủ yếu là cacbon và hydro. Sự đa dạng về cấu trúc và kích thước của các phân tử hydrocarbon tạo nên sự đa dạng về chủng loại dầu mỏ.

Dầu mỏ là một trong những nguồn nhiên liệu hóa thạch

Màu của dầu mỏ phụ thuộc vào lượng lưu huỳnh chứa trong đó. Dầu mỏ giàu lưu huỳnh thường có màu đen sẫm, trong khi dầu mỏ nghèo lưu huỳnh có màu vàng trong suốt.

Mật độ của dầu mỏ cũng rất khác nhau, từ nhẹ và loãng đến dày và nhớt. Sự khác biệt này chủ yếu là do tỷ lệ và thành phần các hydrocacbon có trong dầu. Dầu nhẹ thường chứa nhiều phân tử hydrocarbon chuỗi ngắn hơn, trong khi dầu nặng chứa nhiều phân tử chuỗi dài hơn và các hợp chất nặng hơn.

3.3 Khí tự nhiên

Khí tự nhiên, một dạng nhiên liệu hóa thạch, xuất phát từ những thay đổi địa chất phức tạp. Những tàn tích của sinh vật phù du sau khi bị chôn sâu trong lòng đất, dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao hàng triệu năm đã dần chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ.

Thành phần chính của khí tự nhiên là metan, hydrocarbon đơn giản và nhẹ nhất. Vì vậy, khí đốt thường có độ tinh khiết cao và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu hóa thạch khác như than đá hay dầu mỏ.

Thông thường, khí tự nhiên được khai thác cùng với dầu mỏ và thường được gọi là “khí đồng hành”. Tuy nhiên, ngày nay khí còn được khai thác từ các mỏ khí riêng biệt.

4. Tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch đối với đời sống con người

Nhiên liệu hóa thạch – nguồn năng lượng chủ yếu của nhân loại – có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Nhiên liệu hóa thạch phổ biến bao gồm:

• Than:
• Năng lượng: Dùng làm nhiên liệu chính cho các nhà máy nhiệt điện, cung cấp điện cho sinh hoạt và sản xuất.
• Công nghiệp: Là nguyên liệu trong quá trình luyện kim, sản xuất vật liệu xây dựng và hóa chất.
• Sinh hoạt: Dùng làm nhiên liệu trong các hộ gia đình và làm nguồn năng lượng cho các máy móc như đầu máy hơi nước.
• Dầu:
• Năng lượng: Sau khi trải qua quá trình lọc dầu, dầu mỏ cung cấp xăng và dầu diesel cho các phương tiện, máy móc.
• Vật liệu: Nhựa đường, sản phẩm của quá trình lọc dầu, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường bộ.
• Hóa chất: Dầu mỏ là nguyên liệu thô cơ bản để sản xuất nhiều loại hóa chất khác nhau, từ nhựa đến phân bón.
• Khí tự nhiên:
• Năng lượng: Dùng làm nhiên liệu cho các lò công nghiệp, bếp gas gia dụng và làm nguồn năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện.
• Nguyên liệu thô: Là nguyên liệu quan trọng trong ngành hóa chất, dùng để sản xuất phân bón, nhựa và các sản phẩm khác.

Vai trò quan trọng của nhiên liệu hóa thạch trong đời sống

4. Nguy cơ cạn kiệt và nguyên liệu thay thế

Như chúng ta đã biết, nguồn nhiên liệu hóa thạch (dầu, than, khí tự nhiên) là nguồn không thể tái tạo và đang dần cạn kiệt với tốc độ tiêu thụ hiện nay. Dự báo cho thấy:

• Trên toàn cầu: Dầu có thể cạn kiệt trong khoảng 53 năm, than trong 113 năm và khí đốt tự nhiên trong 55 năm.
• Tại Việt Nam: Tình hình còn nghiêm trọng hơn với dự báo cạn kiệt dầu mỏ trong 34 năm, than chỉ trong 4 năm và khí đốt tự nhiên trong 63 năm.

Trước thực trạng này, việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là vô cùng cấp thiết. Những nguồn năng lượng mới này cần phải đáp ứng hai tiêu chí chính:

• Tái tạo: Có thể được sản xuất liên tục mà không bị cạn kiệt.
• Thân thiện với môi trường: Giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải nhà kính.

Một số nguồn năng lượng tiềm năng đang được nghiên cứu và phát triển bao gồm:

• Năng lượng gió: Biến đổi động năng của gió thành điện năng.
• Năng lượng mặt trời: Hấp thụ ánh sáng mặt trời để sản xuất điện.
• Năng lượng hạt nhân: Tận dụng năng lượng giải phóng từ phản ứng hạt nhân.
• Năng lượng thủy điện: Chuyển đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng.

Nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho các nguồn năng lượng mới này khá cao nhưng chúng mang lại hy vọng về một tương lai năng lượng bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

5. Tác động của nhiên liệu hóa thạch tới môi trường

Việc khai thác và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên quy mô lớn đang đẩy Trái đất đến bờ vực nóng lên toàn cầu. Hàng năm, nhân loại đốt một lượng than khổng lồ (khoảng 8 tỷ tấn) và dầu mỏ (khoảng 36,5 tỷ thùng). Quá trình đốt cháy này thải ra một lượng lớn khí thải độc hại vào khí quyển, chủ yếu là carbon dioxide. Sự gia tăng nồng độ carbon dioxide trong khí quyển làm tăng hiệu ứng nhà kính, khiến nhiệt độ Trái đất tăng lên đáng kể. Điều này gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và đời sống con người như biến đổi khí hậu, nước biển dâng, các hiện tượng thời tiết cực đoan…

Ảnh hưởng của nhiên liệu hóa thạch tới môi trường

5.1 Ô nhiễm khí quyển

Nhiên liệu hóa thạch khi đốt sẽ tạo ra axit:

• lưu huỳnh
• Cacbon
• Nitric….

Các axit này tạo thành mưa axit ảnh hưởng đến diện tích rộng lớn của khu vực tự nhiên. Phá hủy môi trường, phá hủy các tác phẩm điêu khắc làm từ đá vôi hoặc đá cẩm thạch rắn.

Nhiên liệu hóa thạch thải vào không khí sẽ tạo ra một số chất phóng xạ gây ô nhiễm không khí nặng nề. Theo thống kê năm 2000, đốt than thải ra môi trường khoảng:

• Uranium: 5 nghìn tấn
• Thorium: 12 nghìn tấn
• Xỉ
• Tro…

5.2 Ảnh hưởng đến môi trường đất và nước

Việc khai thác, sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường. Các hoạt động liên quan đến dầu mỏ, từ khai thác đến vận chuyển, chế biến đều tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm đất, nước và không khí.

Đặc biệt, hoạt động khai thác dầu trên biển gây ra những tác động tiêu cực không nhỏ. Tàu chở dầu với lượng lớn nhiên liệu hóa thạch không chỉ thải ra khí thải độc hại trong quá trình vận chuyển mà còn tiềm ẩn nguy cơ tràn dầu. Khi xảy ra sự cố tràn dầu, các chất độc hại trong dầu sẽ xâm nhập vào môi trường biển, gây hại cho sinh vật biển và làm giảm chất lượng nước biển.

Bên cạnh đó, việc khai thác dầu trên cạn cũng để lại những hậu quả không nhỏ. Chất thải từ khai thác, chế biến dầu có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, sông, hồ, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và các sinh vật sống trong nước.

Nhiên liệu hóa thạch ảnh hưởng đến môi trường nước

Để bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững, việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch là vô cùng cấp bách. Năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện… không chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính mà còn góp phần đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai. Đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ năng lượng sạch là giải pháp lâu dài và bền vững.