Than đá

Đối với các định nghĩa khác, xem Than (định hướng).

Một viên than đá

Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâu đen hoặc đen có thể đốt cháy (flammable) và thường xuất hiện trong các tầng đá gồm nhiều lớp hoặc lớp khoáng chất hay còn gọi là mạch mỏ. Một loại than cứng như than anthracit, có thể liên quan đến đá biến chất bởi vì sự tác động lâu dài về nhiệt độ và áp suất. Thành phần chính của than là cacbon, cùng với sự đa dạng về số lượng của các nguyên tố, chủ yếu là hydro, lưu huỳnh, oxy, và nitơ(nitrogen).^[1] Than là một dạng nhiên liệu hóa thạch, được hình thành từ thực vật bị chôn vùi trải qua các giai đoạn từ than bùn, và dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non (lignit), và thành than bán bitum, sau đó thành than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal), và cuối cùng là biến đổi thành than đá (anthracit). Quá trình biến đổi này là quá trình phức tạp của cả sự biến đổi về sinh học và cả quá trình biến đổi của địa chất. Đặc biệt, quá trình biến đổi về địa chất là cả một quãng thời gian được tính bằng hàng triệu năm, nên việc hình thành mỏ than đá là rất lâu.^[2]

Là một nhiên liệu hóa thạch được đốt để lấy nhiệt, than cung cấp khoảng một phần tư năng lượng cơ bản của thế giới và là nguồn năng lượng lớn nhất để sản xuất điện.^[3] Một số quy trình sản xuất sắt thép và các quy trình công nghiệp khác cũng đốt than.

Việc khai thác và sử dụng than đá gây ra nhiều cái chết sớm và nhiều bệnh tật.^[4] Than hủy hoại môi trường; bao gồm cả sự thay đổi khí hậu vì đây là nguồn carbon dioxide nhân tạo lớn nhất, 14 tỷ tấn năm 2016^[5], chiếm 40% tổng lượng phát thải nhiên liệu hóa thạch.^[6] Là một phần của quá trình chuyển đổi sang sử dụng các dạng năng lượng sạch trên toàn thế giới, nhiều quốc gia đã ngừng sử dụng hoặc sử dụng ít than hơn.

Quốc gia tiêu dùng và nhập khẩu than lớn nhất là Trung Quốc. Trung Quốc chiếm gần một nửa sản lượng khai thác than đá của thế giới, tiếp theo là Ấn Độ với khoảng một phần mười. Úc chiếm khoảng một phần ba xuất khẩu than thế giới, tiếp theo là Indonesia và Nga.^[7]

Mỏ than lộ thiên ở Garzweiler, Đức. Toàn cảnh độ phân giải cao.

Ứng dụng

Đi qua lịch sử lâu đời của nhân loại, than đã được xem như là một nguồn năng lượng, đơn giản đó là nguồn nguyên liệu để đốt và nhận được sản phẩm đáp ứng nhu cầu về điện sưởi ấm, và nó còn được dùng cho cả mục đích về công nghiệp, chẳng hạn như là dùng để chế biến kim loại. Than là nguồn năng lượng lớn nhất cho sự phát triển của ngành công nghiệp điện và dẫn đầu cho thế hệ điện sau này của toàn thế giới. Nguồn gốc của việc sử dụng than đá đó chính là mục đích tìm nguyên liệu đốt liên quan đến môi trường và sức khỏe bao gồm: biến đổi khí hậu^[8]

Nguồn gốc

Than là một dạng nhiên liệu hóa thạch, được hình thành từ thực vật bị chôn vùi trải qua các giai đoạn từ than bùn, và dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non (lignit), và thành than bán bitum, sau đó thành than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal), và cuối cùng là biến đổi thành than đá (anthracit). Quá trình biến đổi này là quá trình phức tạp của cả sự biến đổi về sinh học và cả quá trình biến đổi của địa chất. Đặc biệt, quá trình biến đổi về địa chất là cả một quãng thời gian được tính bằng hàng triệu năm.

Ứng dụng ngày nay

Than được dùng như nhiên liệu, năng lượng

Xem thêm thông tin: Sản xuất điện năng, Công nghệ than đá sạch, Ấm lên toàn cầu, và List of coal power stations

Than được sử dụng hầu hết để làm nhiên liệu rắn cho quá trình sản xuất điện và quá trình đốt cháy. Theo như EIA cho biết, lượng than tiêu thụ trên toàn thế giới được dự báo rằng sẽ tăng từ năm 2012 đến năm 2040 với tốc độ trung bình là 0,6% / năm, và từ 153 nghìn tỷ Btu là 36.000.000 tấn than) trong năm 2012 lên đến 169 nghìn tỷ Btu vào năm 2020 và đến tận 180 nghìn tỷ Btu vào năm 2040. Việc nỗ lực thay đổi về nguồn nguyên liệu sử dụng đã đưa ra ý tưởng về việc dùng khí tự nhiên để thay thế cho than.

Trung Quốc khai thác được 3,47 tỷ tấn than đá vào năm 2011. Ấn Độ sản xuất vào khoảng 578 triệu tấn trong năm 2011. Và gần như 69% điện của Trung Quốc đến từ than đá. Hoa Kỳ tiêu thụ khoảng 13% của tổng số thế giới trong năm 2010, tức là khoảng 951 triệu tấn, và sử dụng 93% sản lượng điện và nghiên cứu cho thấy 46% tổng công suất phát sinh ở Mỹ là bắt nguồn từ việc sử dụng than. Cục Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ ước tính trữ lượng than ở mức 948 × 109 tấn (860 Gt). Một ước tính cho tài nguyên là 18.000 Gt^[9].

Khi con người bắt đầu dùng than để sản xuất điện năng, theo truyền thống, than thường được nghiền thành bột và sau đó đốt trong lò hơi. Nhiệt độ của lò nung chuyển đổi nước trong lò hơi thành hơi nước, sau đó hơi nước được sử dụng để quay các tuabin(turbine) và làm hoạt động các máy phát điện để sinh ra điện. Hiệu quả mà nhiệt động lực học của quá trình này mang lại đã được cải thiện theo thời gian; một số trạm điện đốt than cũ có hiệu suất nhiệt trong vùng lân cận chỉ tầm 25% trong khi các tuabin hơi hiện đại nhất hoạt động ở nhiệt độ trên 600 °C và áp suất trên 27 MPa^[10] (trên 3900 psi), có thể đạt được hiệu suất nhiệt vượt quá 45% (cơ sở LHV) sử dụng nhiên liệu anthracite, hoặc khoảng 43% (cơ sở LHV) ngay cả khi sử dụng nhiên liệu than non dù ở cấp thấp hơn. Các cải thiện và cải tiến hiệu suất nhiệt ngoài ra còn có thể đạt được bằng cách làm khô trước (đặc biệt là có liên quan với nhiên liệu có độ ẩm cao như than non hoặc sinh khối) và công nghệ làm mát.

Có một phương pháp cho việc thay thế sử dụng than trong công nghiệp sản xuất điện với hiệu suất được cải thiện đáng kể đó là nhà máy điện chu trình hỗn hợp khí hóa (IGCC) tích hợp. Thay vì bằng việc nghiền than và đốt trực tiếp thành nhiên liệu trong lò hơi, than được khí hóa để tạo ra khí tổng hợp, được đốt trong tuabin khí để tạo ra điện (giống như khí tự nhiên được đốt cháy trong một tuabin). Khí thải nóng từ tuabin được sử dụng để tăng hơi nóng trong máy phát hơi nước và thu hồi nhiệt, cung cấp năng lượng cho tuabin hơi để bổ sung. Hiệu suất nhiệt của các nhà máy điện IGCC hiện tại dao động từ khoảng 39% đến 42% (HHV) hoặc ≈42-45% (cơ sở LHV) đối với than bitum và giả sử sử dụng công nghệ khí hóa chủ đạo (Shell, GE Gasifier, CB & I). Các nhà máy điện IGCC hoạt động tốt hơn các nhà máy sản xuất nhiên liệu than nghiền thông thường đặc biệt là về lượng khí thải ô nhiễm và cho phép thu giữ carbon tương đối dễ dàng.

Có ít nhất 40% nguồn nguyên liệu điện của thế giới bắt nguồn từ than đá. Trong năm 2016, 30% nguồn năng lượng điện của Hoa Kỳ đến từ than đá, đã giảm từ khoảng 49% năm 2008. Tính đến năm 2012 tại Hoa Kỳ, việc sử dụng than để sản xuất ra điện đã giảm, vì nguồn cung cấp từ khí thiên nhiên dồi dào thu được do các nghiên cứu về sự phá vỡ thủy lực của các thành tạo đá phiến sét có mức giá khá thấp.

Ở Đan Mạch, hiệu suất điện lưới > 47% đã đạt được tại nhà máy CHB Nordjyllandsværket bằng việc đốt than và hiệu suất nhà máy tổng thể lên đến 91% so với sự đồng phát điện và sưởi ấm của khu vực. Nhà máy CHED Avedøreværket CHP được khai thác nhiều năng lượng ngay tại khu vực bên ngoài Copenhagen có thể đạt được hiệu suất điện lưới cao tới 49%. Hiệu quả nhà máy tổng thể so với đồng phát điện và sưởi ấm của khu vực có thể đạt tới 94%.

Một hình thức đốt than khác được dùng để thay thế đó là nhiên liệu than bùn (CWS), được phát triển ở Liên bang Xô viết Liên Xô. Các cách khác để sử dụng than đó chính là sự kết hợp nhiệt và đồng phát điện.

Tổng số nhiên liệu gửi đã biết có thể thu hồi được bằng các công nghệ hiện đại, bao gồm các loại than có hàm lượng ô nhiễm thấp, ví dụ, than non, bitum, là đủ trong nhiều năm. Tiêu thụ ngày càng tăng và sản lượng tối đa có thể đạt được trong nhiều thập kỷ. trữ lượng than thế giới. Mặt khác, có nhiều tài nguyên cần phải được để lại trong lòng đất để tránh sự biến đổi khí hậu.

Khí đốt tự nhiên - sự chuyển biến

Sản lượng khí tự nhiên được sử dụng trên toàn thế giới đã tăng từ 740 TW năm 1973 lên 5140 TW vào năm 2014, tạo ra được 22% tổng điện năng của thế giới, bằng một nửa so với số lượng than đá được đốt để phát điện. Ngoài việc tạo ra điện, khí tự nhiên cũng phổ biến ở một số nước với mục đích dùng để để sưởi ấm, đun nấu và làm nhiên liệu ô tô.

Việc sử dụng than ở Vương quốc Anh đã bị suy giảm do sự phát triển về số lượng khai thác dầu ở Biển Bắc và sự xuất hiện của số lượng mỏ khí đốt ở Dash tiếp theo từ những năm 1990 đến 2000.

Tại Canada, có nhiều nhà máy chuyển hóa than như đã dường như dừng việc sản xuất than để chuyển sang phương án dùng khí tự nhiên

Tại Hoa Kỳ, 27 GW công suất phát điện có nguồn gốc từ ​​các nhà máy phát điện đốt than, Mỹ được dự kiến ​​sẽ rút 175 nhà máy điện dùng than của Mỹ từ năm 2012 đến năm 2016. Khí tự nhiên được ví như một bước nhảy tương ứng, tăng 1/3 so với năm 2011. Tỷ lệ sản xuất điện bằng than của Mỹ giảm xuống còn hơn 36%. Do sự nổi lên của khí đá phiến, sản lượng tiêu thụ than đã giảm từ năm 2009. Khí tự nhiên chiếm 81% sản lượng điện _ một nguyên liệu mới ở Mỹ từ năm 2000 đến năm 2010. Khi than được đốt, nó thải ra ngoài khoảng gấp đôi lượng carbon dioxide - khoảng 2.000 pound cho mỗi megawatt giờ được tạo ra - so với điện được tạo ra bằng cách đốt khí thiên nhiên, ở mức 1.100 pound khí nhà kính mỗi megawatt giờ. Khi hỗn hợp nhiên liệu ở Hoa Kỳ đã thay đổi để giảm lượng than đốt và tăng khí đốt tự nhiên, lượng khí thải carbon dioxide đã giảm đột ngột. Những số liệu được đo trong quý đầu tiên của năm 2012 là mức thấp nhất trong số quý được ghi nhận trong quý đầu tiên của năm kể từ năm 1992.

Than đá và việc sử dụng than đá

Than cốc là một dạng cặn cacbon rắn có nguồn gốc từ than luyện cốc (một loại than bitum ít lưu huỳnh, còn được gọi là than luyện kim), được sử dụng trong sản xuất thép và các sản phẩm từ sắt khác. Than cốc được làm từ than cốc bằng cách nướng trong lò nướng không oxy ở nhiệt độ cao tới 1.000 °C (1.832 °F), đẩy các thành phần dễ bay hơi và nung nóng chảy cùng với cacbon cố định và phần tro còn lại. Than luyện kim được sử dụng làm nhiên liệu và làm chất khử trong quặng sắt nấu chảy trong lò luyện kim. Kết quả là gang, và quá giàu carbon hòa tan, vì vậy nó cần phải được xử lý thêm để tạo ra thép.

Trữ lượng than cốc có ít tro, nguyên tố lưu huỳnh và nguyên tố phosphor, do đó chúng không di chuyển đến kim loại. Dựa trên tỷ lệ tro, than cốc có thể được chia thành nhiều loại khác nhau. Các loại này là:

• Thép hạng I (có hàm lượng tro không vượt quá 15%)
• Thép hạng II (có vượt 15% nhưng không quá 18%)
• Washery hạng I (có vượt 18% nhưng không quá 21%)
• Washery hạng II (có vượt 21% nhưng không quá 24%)
• Washery hạng III (có vượt 24% nhưng không quá 28%)
• Washery hạng IV (có vượt 28% nhưng không quá 35%)

Than cốc phải đủ mạnh để chống lại trọng lượng của tải nạp trong lò cao, đó là lý do tại sao than cốc đóng vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất thép bằng cách sử dụng các phương pháp thông thường. Tuy nhiên, phương pháp thay thế là sắt có thể khử một cách trực tiếp, nơi mà bất kỳ nhiên liệu chứa cacbon nào có thể được sử dụng để sản xuất sắt xốp hoặc sắt viên. Than cốc có màu xám, cứng, xốp và có giá trị gia nhiệt 24,8 triệu Btu/tấn (29,6 MJ/kg). Một số quy trình sản xuất than cốc sản xuất các phụ phẩm có giá trị, bao gồm armonia, dầu nhẹ và khí than. Than cốc dầu (pet coke) là chất cặn rắn thu được thông qua quá trình tinh chế dầu, tương tự như than cốc, nhưng chứa quá nhiều hợp chất có hại trong các ứng dụng luyện kim.

Công nghệ khí hóa

Bài chi tiết: Khí hóa than đá và Khí hóa than đá dưới lòng đất

Việc khí hóa than có thể được sử dụng để sản xuất khí tổng hợp, hỗn hợp khí (CO) và khí hydro (H2). Thông thường khí tổng hợp được sử dụng chính để đốt tuabin khí để sản xuất điện, nhưng tính linh hoạt của khí tổng hợp cũng phần nào cho phép nó được chuyển đổi thành nhiên liệu vận chuyển, chẳng hạn như xăng và dầu diesel, thông qua quá trình Fischer-Tropsch; Ngoài ra, khí tổng hợp còn có thể được chuyển đổi thành metanol, có thể được trộn trực tiếp thành nhiên liệu hoặc chuyển đổi thành xăng qua quá trình chuyển hóa methanol thành xăng. Khí hóa kết hợp với công nghệ ^[11] hiện đang được sử dụng bởi công ty hóa chất Sasol của Nam Phi để chế tạo nhiên liệu xe cơ giới từ than đá và khí tự nhiên. Ngoài ra, khí hydro thu được từ khí hóa có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau, chẳng hạn như cung cấp năng lượng cho nền kinh tế dùng khí hydrogen, chế tạo ammonia, hoặc nâng cấp nhiên liệu hóa thạch.

Trong quá trình khí hóa, than được hòa trộn lẫn với khí oxygen và hơi nước trong khí và sau đó được làm nóng và điều áp. Trong phản ứng, các phân tử oxy và phân tử nước chuyển hóa than thành khí carbon monoxide (CO), đồng thời giải phóng khí hydro (H2). Quá trình này đã được thực hiện ở cả các mỏ than nằm sâu dưới lòng đất và đặc biệt trong quá trình sản xuất khí, nguồn khí được sản xuất đã cung cấp cho thị trấn và được bán lại cho khách hàng với nhiều mục đích sử dụng như để đốt, để chiếu sáng, hay để sưởi ấm và cả nấu nướng.

${\displaystyle {\ce {3C + O2 + H2O -> H2 + 3CO}}}$

Nếu các nhà máy lọc dầu muốn sản xuất xăng, thì khí tổng hợp được thu thập ở trạng thái này và sau đó được chuyển thành phản ứng Fischer-Tropsch. Tuy nhiên, nếu Hydro là sản phẩm cuối mong muốn, thì khí tổng hợp được đưa vào phản ứng dịch chuyển khí nước, nơi có nhiều hydro hơn.

${\displaystyle {\ce {CO + H2O -> CO2 + H2}}}$

Hóa lỏng

Xem thêm thông tin: Than hóa lỏng

Than cũng có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu tổng hợp tương đương với xăng hoặc dầu diesel bằng một số quy trình trực tiếp khác nhau (không thực sự yêu cầu khí hóa hay yêu cầu chuyển đổi gián tiếp). Trong các quá trình hóa lỏng trực tiếp, than được hydro hóa hoặc cacbon hóa. Quá trình hydro hóa là quá trình Bergius, các quy trình SRC-I và SRC-II (Dùng dung môi để tinh chế than), quá trình hydro hóa NUS Corporation và một số quy trình một giai đoạn và hai giai đoạn khác. Trong quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp, than được nghiền nhỏ ở nhiệt độ từ 360 đến 750 °C (680 và 1,380 °F). Ở vào những nhiệt độ này có thể tối ưu hóa được việc sản xuất các tars than phong phú hơn trong hydrocarbon nhẹ hơn khi so với nhựa than thông thường. Than đá sau đó được chế biến thành nhiên liệu. Tổng quan về hóa lỏng than và tiềm năng tương lai của nó có sẵn.

Các phương pháp hóa lỏng than liên quan đến lượng khí thải carbon dioxide (CO2) trong quá trình chuyển đổi. Nếu hóa lỏng than được thực hiện mà không sử dụng công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) hoặc hỗn hợp sinh khối, thì kết quả là dấu chân khí nhà kính trong vòng đời thường lớn hơn so với việc khai thác và tinh luyện sản xuất nhiên liệu lỏng từ dầu thô. Nếu công nghệ CCS được sử dụng, giảm 5–12% có thể đạt được trong các nhà máy Than đá (CTL) và giảm tới 75% là có thể đạt được khi than đồng hóa với mức sinh khối được chứng minh thương mại (30% trọng lượng sinh khối) trong các nhà máy than / sinh khối đến chất lỏng. Đối với các dự án nhiên liệu tổng hợp trong tương lai, việc hấp thụ carbon dioxide được đề xuất để tránh được việc thải khí CO2 vào khí quyển. Việc bổ sung thêm vào chi phí sản xuất.

Than tinh chế

Than đá tinh chế là sản phẩm của công nghệ nâng cấp than giúp loại bỏ đi độ ẩm và các chất gây ô nhiễm nhất định từ các loại than có hàm lượng thấp như than bitum và than non (nâu). Nó là một dạng của một số phương pháp xử lý trước và quá trình đốt than làm thay đổi các đặc điểm của than trước khi nó được đốt cháy. Mục tiêu của công nghệ than tiền xử lý là tăng hiệu quả và giảm phát thải khi khi than bị cháy. Tùy thuộc vào tình hình, công nghệ tiên tiến để xử lý có thể được sử dụng thay cho công nghệ sau khi đốt để kiểm soát khí thải từ các lò hơi đốt than.

Quy trình công nghệ hóa

Than bitum được nghiền mịn, quy trình này được đề cập đến trong ứng dụng này đó là than biển, là một thành phần của cát đúc. Trong khi kim loại nóng chảy ở trong khuôn, than được đốt cháy chậm, giải phóng khí để giảm áp suất, do đó ngăn chặn kim loại xâm nhập vào những khoảng trống của cát. Nó cũng được chứa trong khuôn, một chất nhão hoặc chất lỏng có chức năng tương tự được áp dụng cho khuôn trước khi đúc. Than biển có thể được trộn lẫn với lớp lót đất sét được sử dụng cho đáy lò nung. Khi bị nung nóng, than bị phân hủy và thân trở nên nhầy, làm giảm quá trình phá vỡ các lỗ hở để khai thác kim loại nóng chảy.

Sản phẩm của chất hóa học

Than là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất một loạt các loại phân bón hóa học và các sản phẩm hóa học khác. Phương pháp sản xuất chính của các sản phẩm này là khí hóa than để sản xuất khí tổng hợp. Các hóa chất chính được sản xuất trực tiếp từ khí tổng hợp bao gồm methanol, hydro và carbon monoxide, là các khối cấu tạo hóa học mà toàn bộ các hóa chất phái sinh được sản xuất, bao gồm olefin, axit axetic, formaldehyde, amonia, và các chất khác. Tính linh hoạt của khí tổng hợp như tiền thân của hóa chất chính và các sản phẩm phái sinh có giá trị cao cung cấp tùy chọn sử dụng than tương đối rẻ tiền để sản xuất một loạt các mặt hàng có giá trị.

Trong lịch sử, sản xuất hóa chất từ ​​than đá đã được sử dụng từ những năm 1950 và đã được thành lập trên thị trường. Theo Cơ sở dữ liệu khí hóa trên toàn thế giới năm 2010, đã có một cuộc khảo sát các nhà máy khí hiện tại và kế hoạch, từ năm 2004 đến năm 2007, sản xuất hóa chất tăng tỷ lệ sản phẩm khí hóa từ 37% lên 45%. Từ năm 2008 đến năm 2010, 22% các thiết bị bổ sung khí hóa mới được sử dụng cho sản xuất hóa chất.

Bởi vì các sản phẩm hóa học có thể được chế tạo thông qua quá trình khí hóa than nói chung cũng sử dụng nguyên liệu có nguồn gốc từ khí thiên nhiên và dầu mỏ, ngành hóa chất có xu hướng sử dụng bất kỳ loại thức ăn nào có hiệu quả về chi phí nhất. Do đó, lãi suất sử dụng than có xu hướng tăng cho giá dầu và khí tự nhiên cao hơn và trong các giai đoạn tăng trưởng kinh tế toàn cầu cao có thể làm căng thẳng sản xuất dầu và khí đốt. Ngoài ra, sản xuất hóa chất từ ​​than là mối quan tâm cao hơn nhiều ở các nước như Nam Phi, Trung Quốc, Ấn Độ và Hoa Kỳ, là những nơi có nguồn tài nguyên than dồi dào. Sự phong phú của than kết hợp với việc thiếu các nguồn khí thiên nhiên ở Trung Quốc là sự khích lệ mạnh mẽ cho ngành công nghiệp hóa chất theo đuổi ở đây. Tại Hoa Kỳ, ví dụ tốt nhất của ngành là Công ty Hóa chất Eastman đã vận hành thành công nhà máy than hóa chất tại Kingsport, Tennessee từ năm 1983. Tương tự, Sasol đã xây dựng và vận hành các cơ sở than-hóa chất ở Nam Phi.

Than đá cho quá trình hóa học đòi hỏi lượng nước đáng kể. Tính đến năm 2013, phần lớn than để sản xuất hóa chất là ở Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa nơi mà quy định về môi trường và quản lý nước yếu.

Than - hàng hóa giao dịch

Tại Bắc Mỹ, các hợp đồng trong tương lai than miền Trung Appalachia hiện đang được giao dịch trên sàn giao dịch New York Mercantile Exchange. Đơn vị giao dịch là 1,550 tấn (1,410 t) cho mỗi hợp đồng và được tính bằng đô la Mỹ và xu cho mỗi tấn. Vì than là nhiên liệu chính để sản xuất điện tại Hoa Kỳ, các hợp đồng trong tương lai than cung cấp cho các nhà sản xuất than và ngành công nghiệp điện là một công cụ quan trọng để quản lý rủi ro và rủi ro.

Ngoài hợp đồng NYMEX, Sàn giao dịch liên lục địa (ICE) có tương lai than châu Âu Rotterdam< và Nam Phi Richards Bay có sẵn để giao dịch. Đơn vị giao dịch cho các hợp đồng này là 5.000 tấn (5.500 tấn) và cũng được tính bằng đô la Mỹ và xu cho mỗi tấn.

Giá than tăng từ khoảng 30 USD / tấn trong năm 2000 lên khoảng 150 USD / tấn ngắn tính đến tháng 9/2008. Tính đến tháng 10/2008, giá mỗi tấn ngắn đã giảm xuống còn 111,50 USD. Giá tiếp tục giảm xuống còn 71,25 USD tính đến tháng 10 năm 2010. Đầu năm 2015, nó đã được giao dịch gần $ 56 / tấn.

Sự ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe

Sự ảnh hưởng về sức khỏe

Việc sử dụng than làm nhiên liệu đốt và việc sử dụng nó như nguồn năng lượng chính đã gây ra các tác động vô cùng nguy hiểm cho sức khỏe của con người, nó có thể gây ung thư và dẫn đến cái chết.

Sương mù, thứ từng có thể làm chết người ở London vào thế kỷ 19 đã được gây ra chủ yếu là do việc sử dụng quá nhiều than đá. Tại Hoa Kỳ, các nhà máy điện đốt than được ước tính vào năm 2004, đã gây ra gần 24.000 ca tử vong nhỏ tuổi hàng năm, bao gồm cả 2.800 ca ung thư phổi. Chi phí y tế hàng năm ở châu Âu chữa trị do việc sử dụng than để sản xuất điện là 42,8 tỷ euro, tương đương 55 tỷ đô la. Tuy nhiên, gánh nặng bệnh tật và tỷ lệ tử vong của việc sử dụng than ngày nay đã giảm mạnh, nổi bật nhất là ở Trung Quốc.

Hít phải bụi than gây ra căn bệnh viêm phổi do than nổi tiếng có tên là "phổi đen", nó được gọi như vậy là vì bụi than theo nghĩa đen biến phổi thành màu đen thay vì màu hồng thông thường của chúng. Chỉ riêng ở Hoa Kỳ, ước tính có 1.500 nhân viên cũ của ngành than chết mỗi năm do ảnh hưởng của hơi thở trong bụi mỏ than.

Khoảng 10% than là tro, Tro than là chất độc hại và đặc biệt độc hại đối với con người và các sinh vật sống khác. Than tro chứa các nguyên tố phóng xạ Uranium và Thori. Than tro và các sản phẩm phụ đốt cháy khác được lưu trữ cục bộ và thoát ra bằng nhiều cách khác nhau để phơi bày những người sống gần các nhà máy than với các chất phóng xạ và môi trường.

Một lượng lớn tro than và các chất thải khác được sản xuất hàng năm. Năm 2013, riêng Mỹ đã tiêu thụ 983 triệu tấn than mỗi năm. Việc sử dụng than trên quy mô này tạo ra hàng trăm triệu tấn tro và các chất thải khác mỗi năm. Chúng bao gồm tro bay, tro đáy và bùn khử lưu huỳnh, chứa thủy ngân, urani, thori, asen và các kim loại nặng khác, cùng với các kim loại phi kim như selenium.

Hiệp hội bệnh Phổi Hoa Kỳ, Hiệp hội Y tế Hoa Kỳ, và các Bác sĩ về Trách nhiệm Xã hội đã công bố một báo cáo năm 2009, chi tiết ảnh hưởng bất lợi của ngành than đối với sức khỏe con người, bao gồm công nhân trong các mỏ và cá nhân sống trong cộng đồng và xem than là nguồn năng lượng. Báo cáo này cung cấp thông tin y tế liên quan đến thiệt hại cho phổi, tim và hệ thần kinh của người Mỹ do đốt than làm nhiên liệu. Thông tin chi tiết về tình trạng ô nhiễm không khí do khói thải khói là nguyên nhân gây ra hen suyễn, đột quỵ, giảm trí thông minh, tắc nghẽn động mạch, đau tim, suy tim sung huyết, rối loạn nhịp tim, ngộ độc thủy ngân, tắc động mạch và ung thư phổi.^[8]

Gần đây hơn, Trường đại học y tế công đồng Chicago đã phát hành một báo cáo tương tự.^[12]

Mặc dù việc đốt than đã ngày càng được thay thế bằng việc sử dụng khí tự nhiên ít độc hại trong những năm gần đây, một nghiên cứu năm 2010 của Lực lượng Không quân Sạch vẫn ước tính rằng "ô nhiễm không khí từ các nhà máy điện đốt than chiếm hơn 13.000 ca tử vong sớm, 20.000 cơn đau tim và 1,6 triệu ngày làm việc bị mất ở Mỹ mỗi năm. " Tổng chi phí tiền tệ của các tác động về sức khỏe này là hơn 100 tỷ USD mỗi năm. ^[13]

Một nghiên cứu năm 2017 trong Tạp chí Kinh tế phát hiện rằng đối với Anh trong giai đoạn 1851–1860, "một sự gia tăng độ lệch chuẩn trong việc sử dụng than làm tăng tỷ lệ tử vong trẻ sơ sinh lên 6-8% và việc sử dụng than công nghiệp như một nguyên nhân để giải thích cho việc khoảng một phần ba tỷ lệ tử vong đô thị được quan sát trong giai đoạn này." ^[14]

Ảnh hưởng đến môi trường

Khai thác than và đốt nhiên liệu than của nhà máy điện và các quá trình công nghiệp có thể gây ra thiệt hại lớn về môi trường.

Các hệ thống nước bị ảnh hưởng bởi việc khai thác than. Ví dụ, việc khai thác có thể ảnh hưởng đến mực nước ngầm và độ chua. Sự cố tro bay, chẳng hạn như vụ tràn bùn tro than của Nhà máy hóa thạch của Kingston, cũng có thể gây ô nhiễm đất và ô nhiễm mạch nước ngầm, và phá hủy nhà cửa. Các nhà máy điện đốt than cũng tiêu thụ một lượng lớn nước. Điều này có thể ảnh hưởng đến dòng chảy của các con sông, và có tác động hậu quả đến việc sử dụng đất khác.

Một trong những tác động sớm nhất của than trên chu trình nước là mưa axit. Khoảng 75 Tg / S mỗi năm của sulfur dioxide (SO2) được thải ra từ than đốt. Sau khi phát hành, sulfur dioxide bị oxy hóa thành H2SO2 khí phân tán bức xạ mặt trời, do đó sự gia tăng của nó trong khí quyển tạo ra một hiệu ứng làm mát về khí hậu. Điều này một cách hữu ích che giấu một số sự nóng lên do khí nhà kính gia tăng. Tuy nhiên, lưu huỳnh được kết tủa ra khỏi khí quyển như mưa axit trong vài tuần, trong khi carbon dioxide vẫn còn trong khí quyển trong hàng trăm năm. Việc giải phóng SO2 cũng góp phần vào sự axit hóa rộng rãi của các hệ sinh thái.

Các mỏ than bị lãng phí cũng có thể gây ra vấn đề. Sự cố lún có thể xảy ra trên các đường hầm, gây thiệt hại cho cơ sở hạ tầng hoặc đất trồng trọt. Khai thác than cũng có thể gây ra hỏa hoạn lâu dài và ước tính có hàng ngàn đám cháy trên vỉa than đang cháy vào bất kỳ thời điểm nào. Ví dụ, có một đám cháy than ở Đức đã cháy từ năm 1668, và vẫn đang cháy trong thế kỷ 21.

Một số tác động môi trường là khiêm tốn, chẳng hạn như bụi bẩn. Tuy nhiên, có lẽ ảnh hưởng lớn nhất và lâu dài nhất của việc sử dụng than là việc thải ra khí carbon dioxide, khí nhà kính gây ra biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu, theo IPCC và EPA. Than là đóng góp lớn nhất cho sự gia tăng CO2 do con người tạo ra trong khí quyển.

Việc sản xuất than cốc từ than tạo ra amonia, nhựa than và các hợp chất khí như các sản phẩm phụ nếu thải ra đất, không khí hoặc đường thủy có thể đóng vai trò là chất gây ô nhiễm môi trường. Các xưởng thép Whyalla là một ví dụ về một cơ sở sản xuất than cốc, nơi amonia lỏng được thải ra môi trường biển.

Năm 1999, lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu từ sử dụng than là 8.666 triệu tấn carbon dioxide. Năm 2011, tổng lượng phát thải từ than đá trên thế giới là 14.416 triệu tấn. Đối với mỗi megawatt giờ tạo ra, phát điện than phát ra khoảng 2.000 pound carbon dioxide, gần như gấp đôi khoảng 1100 pound carbon dioxide được phát hành bởi một nhà máy điện chạy bằng khí đốt tự nhiên. Bởi vì hiệu quả carbon cao hơn của việc tạo ra khí tự nhiên, vì thị trường ở Hoa Kỳ đã thay đổi để giảm than và tăng sự phát sinh khí thiên nhiên, lượng khí thải carbon dioxide có thể giảm. Những số liệu được đo trong quý đầu tiên của năm 2012 là mức thấp nhất trong số quý được ghi nhận trong quý đầu tiên của năm kể từ năm 1992. Trong năm 2013, người đứng đầu cơ quan khí hậu Liên Hợp Quốc khuyên rằng hầu hết trữ lượng than của thế giới nên được để lại trong lòng đất để tránh sự nóng lên toàn cầu.

Công nghệ chế biến than đá sạch

Công nghệ than "Sạch" là một tập hợp các loại công nghệ đang được phát triển với mục tiêu giảm thiểu các tác động bất lợii cho môi trường của việc tạo ra năng lượng than. Những công nghệ này đang được phát triển để loại bỏ hoặc giảm lượng khí thải gây ô nhiễm đến khí quyển. Một số kỹ thuật được sử dụng để thực hiện điều này bao gồm việc rửa sạch các khoáng chất và tạp chất từ ​​than, khí hóa, cải tiến công nghệ xử lý khí thải để loại bỏ các chất gây ô nhiễm đến mức độ ngày càng nghiêm ngặt và hiệu quả cao hơn. Công nghệ để thu giữ khí carbon dioxide từ khí thải và khử nước than thấp hơn (than nâu) để cải thiện giá trị nhiệt, và do đó hiệu quả của việc chuyển đổi thành điện. Các số liệu từ Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ cho thấy các công nghệ này đã tạo ra đội phát điện dựa trên than ngày nay là 77% sạch hơn trên cơ sở lượng khí thải quy định cho mỗi đơn vị năng lượng được sản xuất.

Công nghệ than sạch thường giải quyết các vấn đề khí quyển do đốt than. Về phương diện lịch sử, trọng tâm chính là SO2 và NOx, các loại khí quan trọng nhất gây ra mưa axit, và các hạt gây ô nhiễm không khí có thể nhìn thấy và các ảnh hưởng có hại đến sức khỏe con người. Trọng tâm gần đây hơn là về khí carbon dioxide (do tác động của nó lên sự nóng lên toàn cầu) và mối quan tâm về các loài độc hại như thủy ngân. Các mối quan tâm tồn tại liên quan đến khả năng kinh tế của các công nghệ này và khung thời gian giao hàng, chi phí kinh tế tiềm ẩn cao về thiệt hại xã hội và môi trường, và chi phí và khả năng xử lý carbon đã loại bỏ và các chất độc khác.

Một số phương pháp công nghệ khác nhau có sẵn cho mục đích thu giữ carbon theo yêu cầu của than sạch:

Đốt trước đốt - Điều này liên quan đến khí hóa của một nguyên liệu (như than) để tạo thành khí tổng hợp, có thể được dịch chuyển để tạo ra hỗn hợp khí H2 và CO2, từ đó CO2 có thể được thu giữ và phân tách, vận chuyển và cuối cùng được cô lập, công nghệ này thường được kết hợp với cấu hình quy trình kết hợp khí hóa tích hợp. Đốt sau đốt cháy - Điều này đề cập đến việc thu giữ CO2 từ khí thải của quá trình đốt cháy, thường sử dụng chất hấp phụ, dung môi hoặc tách màng để loại bỏ CO2 khỏi khí thải. Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch - Nhiên liệu hóa thạch như than được đốt cháy trong hỗn hợp khí thải và oxy thải, thay vì trong không khí, phần lớn loại bỏ nitơ từ khí thải cho phép thu giữ CO2 hiệu quả và chi phí thấp.

Dự án IGC của Kemper County, một nhà máy điện khí hoá than có công suất 582 MW, sẽ sử dụng khí CO2 đốt trước để thu giữ 65% CO2 mà nhà máy sản xuất, sẽ được sử dụng / cô lập trong các hoạt động phục hồi dầu tăng cường. Nếu công nghệ được sử dụng tại Dự án Kemper thành công, nó sẽ là nhà máy than sạch đầu tiên của Hoa Kỳ.

Dự án trình diễn bắt giữ và bắt giữ liên kết bắt nguồn từ trạm điện của Saskatchewan của Chính phủ sẽ sử dụng công nghệ chà sàn sau khi đốt cháy, dựa trên amin để thu được 90% lượng CO2 phát ra từ tổ máy số 3 của nhà máy điện; CO2 này sẽ được dẫn đến và được sử dụng để tăng cường thu hồi dầu trong các mỏ dầu Weyburn. Tuy nhiên, chỉ khoảng một nửa lượng CO2 này thực sự sẽ được lưu trữ vĩnh viễn, phần còn lại được thải vào khí quyển trong quá trình chụp và xử lý trong mỏ dầu.

Một ví dụ đầu tiên của một nhà máy than sử dụng công nghệ thu nhận carbon (nhiên liệu oxy) là nhà máy điện Schwarze Pumpe của Vattenfall ở Thụy Điển, nằm ở Spremberg, Đức, được xây dựng bởi công ty Siemens của Đức, hoạt động vào tháng 9 năm 2008. Cơ sở này thu giữ CO2 và mưa axit tạo ra các chất ô nhiễm, phân tách chúng và nén CO2 thành chất lỏng. Kế hoạch là đưa CO2 vào các mỏ khí thiên nhiên cạn kiệt hoặc các thành tạo địa chất khác. Vattenfall cho rằng công nghệ này được coi là giải pháp cuối cùng để giảm CO2 trong khí quyển, nhưng cung cấp một giải pháp có thể đạt được trong thời gian ngắn trong khi các giải pháp thay thế hấp dẫn hơn cho phát điện có thể được thực hiện về mặt kinh tế. Trong năm 2014 nghiên cứu và phát triển đã bị ngưng do chi phí cao làm cho công nghệ không đáng tin cậy.

Ứng dụng

Than đá sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa. Sau đó, than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, ngành luyện kim. Gần đây than còn dùng cho ngành hóa học tạo ra các sản phẩm như dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo. Than chì dùng làm điện cực. Ngoài ra than còn được dùng nhiều trong việc sưởi ấm từ xa xưa nhưng khi cháy chúng tỏa ra rất nhiều khí CO₂ có thể gây ngộ độc nên cần sử dụng trong các lò sưởi chuyên dụng có ống khói dẫn ra ngoài cũng như có các biện pháp an toàn khi sử dụng chúng.

Than có tính chất hấp thụ các chất độc vì thế người ta gọi là than hấp thụ hoặc là than hoạt tính có khả năng giữ trên bề mặt các chất khí, chất hơi, chất tan trong dung dịch. Dùng nhiều trong việc máy lọc nước, làm trắng đường, mặt nạ phòng độc...

Điêu khắc

Than đá không chỉ là sản phẩm dành cho việc phát triển kinh tế, nguyên liệu máy móc và nhà máy, chất đốt... mà còn dùng làm điêu khắc, vẽ tranh mỹ nghệ đó là tác phẩm do những nghệ nhân giỏi nghệ thuật.

Phân bố và sản lượng

Trữ lượng than của cả thế giới vẫn còn cao so với các nguyên liệu năng lượng khác (dầu mỏ, khí đốt...). Được khai thác nhiều nhất ở Bắc bán cầu, trong đó 4/5 thuộc các nước sau: Hoa Kỳ, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc, Đức, Ba Lan,^[15]..., sản lượng than khai thác là 5 tỉ tấn/năm.

Tại Việt Nam, có rất nhiều mỏ than tập trung nhiều nhất ở các tỉnh phía Bắc nhất là tỉnh Quảng Ninh, mỗi năm khai thác khoảng 15 đến 20 triệu tấn. Than được khai thác lộ thiên là chính, còn lại là khai thác hầm lò.

Sản lượng than toàn thế giới
Năm	Sản lượng (triệu tấn)
1950	1820
1960	2630
1970	2936
1980	3770
1990	3387
2003	5300

Nhập khẩu than từng nơi 1/1/2010
Quốc gia	Sản lượng (triệu tấn)
Trung Quốc	900
Hàn Quốc	130
Thái Lan	61,9
Việt Nam	1,31
Nhật Bản	184
Philipine	20

Công nghệ

Than đá ngày nay được biến đổi, xử lý, để tạo ra than đá có hàm lượng CO₂ thấp nhưng sinh nhiều năng lượng, góp phần hạn chế làm ấm Trái Đất lên sau một thời gian ^[16]

Chú thích

1. Blander, M. “Calculations of the Influence of Additives on Coal Combustion Deposits” (PDF). Argonne National Laboratory. tr. 315. Lưu trữ (PDF) bản gốc ngày 28 tháng 5 năm 2010. Truy cập ngày 17 tháng 12 năm 2011.
2. “Coal Explained”. Energy Explained. US Energy Information Administration. ngày 21 tháng 4 năm 2017. Lưu trữ bản gốc ngày 8 tháng 12 năm 2017. Truy cập ngày 13 tháng 11 năm 2017.
3. “Global energy data”. International Energy Agency.
4. “Lignite coal – health effects and recommendations from the health sector” (PDF). Health and Environment Alliance (HEAL). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 11 tháng 12 năm 2018. Truy cập ngày 10 tháng 1 năm 2019.
5. “CO2 Emissions from Fuel Combustion 2018 Overview (free but requires registration)”. International Energy Agency. Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 11 năm 2020. Truy cập ngày 14 tháng 12 năm 2018.
6. “China's unbridled export of coal power imperils climate goals”. Truy cập ngày 7 tháng 12 năm 2018.
7. “Global energy data”. International Energy Agency.
8. ^ Coal Pollution Damages Human Health at Every Stage of Coal Life Cycle, Reports Physicians for Social Responsibility Lưu trữ 2015-07-31 tại Wayback Machine. Physicians for Social Responsibility. psr.org (ngày 18 tháng 11 năm 2009)
9. Viết tắt của "Gross Tonnage" (đơn vị đo tổng dung tích)
10. Viết tắt của Megapascal (1 đơn vị đo áp suất)
11. Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên Fischer-Tropsch
12. Burt, Erica; Orris, Peter and Buchanan, Susan (April 2013) Scientific Evidence of Health Effects from Coal Use in Energy Generation Lưu trữ 2015-07-14 tại Wayback Machine. University of Illinois at Chicago School of Public Health, Chicago, Illinois, US
13. Estimated health effects from U.S. coal-fired power plant emissions Lưu trữ 2015-07-21 tại Wayback Machine. Rocky Mountain Institute
14. Beach, Brian; Hanlon, W. Walker. “Coal Smoke and Mortality in an Early Industrial Economy”. The Economic Journal (bằng tiếng Anh): n/a–n/a. doi:10.1111/ecoj.12522. ISSN 1468-0297. Lưu trữ bản gốc ngày 9 tháng 9 năm 2017.
15. Canada
16. “Công nghệ than đá mới: thải ít CO2, tăng năng lượng”. Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 11 năm 2012. Truy cập ngày 18 tháng 3 năm 2010.

Liên kết ngoài