Sử dụng năng lượng SVIP

I. VÒNG NĂNG LƯỢNG TRÊN TRÁI ĐẤT

Mặt Trời phát ra khoảng 3,8.10²⁶ J năng lượng mỗi giây; một phần trong đó truyền đến Trái Đất. Ngoài ra, Trái Đất còn có các nguồn năng lượng riêng: địa nhiệt, thủy triều và nhiên liệu hạt nhân.

Các quá trình tự nhiên và nhân tạo trên Trái Đất đều cần năng lượng và có sự chuyển hóa năng lượng giữa các dạng. Dưới đây là một số quá trình chuyển hóa diễn ra lặp đi lặp lại.

Vòng tuần hoàn của nước

Khoảng 23% năng lượng mặt trời chiếu xuống Trái Đất tạo nên vòng tuần hoàn của nước. 

Vòng tuần hoàn của nước

Năng lượng mặt trời làm nước ở sông, hồ, biển và đại dương bốc hơi thành hơi nước. Hơi nước gặp điều kiện thích hợp sẽ ngưng tụ tạo thành mưa. Nước mưa chảy qua dòng chảy bề mặt và mạch nước ngầm quay trở lại đại dương.

Như vậy, năng lượng từ Mặt Trời khởi động chu trình nước và chuyển hóa thành:

• Năng lượng gió.
• Năng lượng dòng chảy.
• Năng lượng sóng biển.
• Năng lượng dòng biển.

Vòng tuần hoàn của carbon

Carbon tồn tại chủ yếu trong khí quyển dưới dạng khí CO₂.

Vòng tuần hoàn của carbon

Thực vật hấp thụ CO₂ qua quá trình quang hợp, tổng hợp chất hữu cơ và tích lũy năng lượng ánh sáng dưới dạng năng lượng hóa học. Động vật ăn thực vật, sử dụng chất hữu cơ để sinh năng lượng duy trì sự sống. Sinh vật chết bị vùi lấp, trải qua thời gian dài biến đổi thành nhiên liệu hóa thạch. Hô hấp của sinh vật và đốt nhiên liệu hóa thạch của con người làm giải phóng CO₂ trở lại khí quyển. Chu trình này đảm bảo sự tuần hoàn liên tục của carbon trong tự nhiên.

Như vậy, năng lượng trong vòng tuần hoàn carbon đến từ Mặt Trời.

❓Em có biết

Các nghiên cứu đã chỉ ra tỉ lệ sử dụng năng lượng mặt trời cùng với năng lượng của Trái Đất cho các quá trình biến đổi cơ bản được mô tả trong sơ đồ sau:

Năng lượng trên Trái Đất

II. NĂNG LƯỢNG HÓA THẠCH

1. Nguồn gốc và đặc điểm của năng lượng hóa thạch

Nguồn gốc

Năng lượng hóa thạch là năng lượng được dự trữ trong các nhiên liệu hóa thạch như than mỏ, dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu.

Các loại nhiên liệu hóa thạch

Đặc điểm

Con người đốt cháy nhiên liệu hóa thạch để khai thác năng lượng hóa học chứa trong đó. Đây là nguồn năng lượng được dùng nhiều nhất hiện nay.

Năng lượng hóa thạch chiếm tỉ lệ cao nhất trong các dạng năng lượng được con người sử dụng hiện nay.

Ưu điểm:

• Dễ khai thác và sử dụng.
• Chi phí không quá cao.

Hạn chế:

• Không tái tạo nhanh: mất hàng triệu năm để hình thành nhưng bị tiêu thụ nhanh chóng, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt.
• Gây ô nhiễm: phát thải khí độc hại (CO₂, CO, NO₂, NO, SO₂,…) và chất thải rắn → ảnh hưởng sức khỏe và môi trường.
• Tăng hiệu ứng nhà kính: làm tan băng, biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai nghiêm trọng hơn.
• Phá hủy hệ sinh thái và đe dọa đến sự sống trên Trái Đất.

2. Khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch

Than mỏ

Hiện nay, than mỏ được sử dụng làm nhiên liệu trong công nghiệp nhiệt điện, luyện kim, hóa chất,...

Hình thức khai thác phổ biến:

• Khai thác lộ thiên: áp dụng cho mỏ than gần bề mặt đất. Chi phí khai thác và vận chuyển thấp.
• Khai thác hầm lò: áp dụng khi nguồn than bề mặt đã cạn. Yêu cầu công nghệ cao, chi phí khai thác lớn hơn.

Khai thác than mỏ trong hầm lò

Ưu điểm: 

• Có trữ lượng lớn.
• Dễ sử dụng, chi phí khai thác và giá thành không quá cao.

Nhược điểm:

• Tạo ra lượng lớn bụi than, nước thải chứa kim loại nặng gây ô nhiễm đất, nước.
• Khi đốt than mỏ phát thải các loại khí độc như SO₂, CO, NO₂,... và bụi mịn gây ô nhiễm môi trường; gây hại cho phổi, tim và hệ thần kinh của con người.

Dầu mỏ

Dầu mỏ còn được gọi là dầu thô, tạo ra nhiều nhiên liệu như khí hóa lỏng, xăng, dầu,... qua quá trình chế biến.

Quy trình khai thác dầu mỏ:

• Thăm dò để xác định vị trí mỏ dầu.
• Khoan lỗ xuống lòng đất.
• Dùng ống dẫn hút dầu từ mỏ vào bể chứa riêng.

Giàn khoan khai thác dầu thô trên mỏ Bạch Hổ

Ưu điểm:

• Trữ lượng dồi dào.
• Từ dầu thô có thể chế biến ra nhiều loại nhiên liệu và sản phẩm dẫn xuất.
• Ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực: giao thông vận tải, nông nghiệp, dược phẩm, dệt may,...

Nhược điểm:

• Phát thải khí độc hại (carbon monoxide, hydrocarbon, nitrogen oxide, bụi mịn) từ các phương tiện sử dụng xăng dầu.
• Ô nhiễm môi trường trong quá trình chế biến (ô nhiễm dầu, phát tán kim loại nặng).
• Thăm dò và khai thác ngoài khơi gây xáo trộn hệ sinh thái biển.
• Sự cố tràn dầu gây hậu quả nghiêm trọng cho môi trường tự nhiên.

Khí thải độc hại từ các phương tiện giao thông

Khí thiên nhiên và khí mỏ dầu

Khí thiên nhiên và khí mỏ dầu là hỗn hợp khí cháy được, thường tìm thấy ở mỏ khí riêng biệt hoặc cùng mỏ với dầu mỏ. Được dùng làm nhiên liệu trong sinh hoạt và công nghiệp.

Quy trình khai thác:

• Thăm dò – xác định vị trí mỏ.
• Khoan giếng sâu vào tầng chứa khí.
• Kết nối với hệ thống ống dẫn để vận chuyển khí ra khỏi mỏ.
• Xử lí khí để đạt chất lượng và áp suất yêu cầu trước khi phân phối.

Ưu điểm:

• Hiệu suất cháy cao.
• Khi cháy, phát thải ít CO₂ hơn so với các nhiên liệu hóa thạch khác.

Nhược điểm:

• Có thể phát thải CO và methane – gây hiệu ứng nhà kính mạnh.
• Nguy cơ rò rỉ gây cháy nổ, ảnh hưởng đến an toàn con người và tài sản.

Sự cố rò rỉ khí thiên nhiên