Những áp dụng tương lai của
lò hơi hạt nhân
Phương pháp cấtđaứng dùng nhiệt năng ởnhiệtđộ dưới 100 C và
phương pháp cất chớpđa cấp, có hiệu suất cao hơn, dùng nhiệt năng ở
120/125 C. Hai phương pháp này cầnđến 200 kW-h nhiệt năng cho mỗi mét
khối nhưng thích ứng với những nhà máy có công suất lớn. Phương pháp ép
hơi dùng nhiệt năng ởkhoảng 50/80 C cho bộcấtđầu tiên và điện cho máy
nén hơi nước cuảnhững bộcất tiếp theo. Phương pháp này cầnđến 20 kW-h
vừa nhiệt năng vừađiện năng để xửlý một mét khối nước và thích ứng với
những nhà máy công suất lớn và trung bình. Phương pháp thấm thấu ngược,
thích ứng với những nhu cầu nhỏ(một gia đình đến một chung cư), chỉdùng
điệnđể chạy máy nén nước và cầnđến chừng 6 kW-h để xửlý mỗi mét khối
nước.
Nhưvới những mạng nhiệt năng, một lò hơi hạt nhân có thểcung cấp
năng lượng cho một nhà máy khửmuối công suất 100.000 mét khối nước
mỗi ngày hay cao hơn. Tốt nhất là lò hơiđó dùng để sản xuấtđiện và lấy
nhiệt năng của bộngưng để khửmuối. Tốt hơn nữa, nhiệt năng của bộngưng
dùng để khửmuối và để cung cấp mạng nhiệt năng.
Sản xuất khí hydrogen
Khí hydrogen đã được sản xuấtđại tràng từ đầu kỷnguyên công nghiệp
hóa học. Sản lượng toàn cầu của khí hydrogen là 10 triệu tấn mỗi năm, gia
tăng 10 phần trăm mỗi năm. Một nửa lượng khí hydrogen dùng để sản xuất
phân bón có nitrogen và nửa kia dùng để giảm hàm lượng lưu huỳnh trong
nhiên liệu hydrogen cácbua ởnhững nhà máy lọc dầu.
Trong tương lai, khí hydrogen sẽcó thêm một thịtrường vĩ đại. Đó là
thịtrường giao thông vận tải. Những phương tiện vận tải hiện nay thải ra khí
carbon mono-oxyd và những loại khí làm ô nhiễm môi trường khác. Để giải
quyết vấnđề, có ý kiến dùng khí hydrogen làm nhiên liệu cho những phương
tiện vận tải : đốt khí hydrogen chỉthải ra có hơi nước. Nhưng cho tới nay
chưa có thực hiện nào đáng kểvì nhiều vấnđề kỹthuật vềdựtrữ, vận
chuyển và phân bốkhí hydrogen chưađược giải quyếtổn thỏa.
Sản xuất khí hydrogen có hai phương pháp được phổbiến : điện phân
nướcởnhiệtđộ xung quanh và cải hóa khí tựnhiên bằng hơi nước (steam
reforming of natural gas). Những phương pháp phân tách hơi nướcởnhiệt
độ trên 1.000 C ở điện thếcao hay phân tách hơi nướcởnhiệtđộ trên
1.000 C qua một sốgiai đoạn phảnứng hóa học vẫn còn ởgiai đoạn thử
nghiệm. Phương pháp thịnh hành nhất là phương pháp cải hóa khí tựnhiên.
Hiện nay, 95 phần trăm khí hydrogen được sản xuất theo phương pháp này
vì nó cho phép sản xuấtđại tràng.
Nhưng phương pháp cải hóa khí tựnhiên sinh ra khí carbon di-oxyd,
một khí gây ra hiệuứng nhà kính. Vấnđề đó chưađặt ra vì tổng sốkhối
lượng khí hydrogen đang được sản xuất hãy còn tương đối ít. Nhưng vấnđề
sẽ đặt ra khi những phương tiện giao thông vận tải phải chuyển sang dùng
khí hydrogen. Lúc đó, những lò hơi cổ điển khó mà có thể đạtđược nhiệtđộ
1.000 C cho những phương pháp phân tách hơi nước. Những lò hơi hạt nhân
chạyởnhững nhiệtđộ khoảng đó thì mớiđang được nghiên cứu nên chưa ai
biết sẽthực hiệnđược không.
Vậy chỉcòn phương pháp sản xuất khí hydrogen bằng phương pháp
điện phân nước. Mặc dù phương pháp này đã được khám phá từhơn hai thế
kỷnay, có hiệu suất năng lượng cao và dễ được vận dụng nhưng cho tới nay
ít được áp dụng vì không thích ứng vớiđòi hỏi của sản xuất khí ởquy mô lớn.
Nhưng hạn chếnày lại là một lợi thếkhi khí hydrogen được dùng đại tràng
làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải. Theo phương pháp điện phân
thì khí hydrogen có thể được sản xuất một cách phân cấp. Chúng ta có thể
biếnđổi những trạm xăng hiện nay thành những cơsở điện phân nướcđể
cung cấp khí hydrogen. Thậm chí mỗi tòa nhà cá nhân cũng có thểcó một bộ
điện phân. Nhưthế, việc cung cấp nhiên liệu sẽan toàn hơn nhờcó nhiều
đơn vịsản xuất nhỏ.
Nhưnói ởtrên, sản xuất khí hydrogen bằng phương pháp điện phân thì
không khó mấy. Thiết kếmột bộ điện phân cũng không có gì là khó. Vấnđề
chính, nhưng ngoài đề tài của bài này, là khai triển phương pháp dựtrữan
toàn khí hydrogen trên phương tiện vận tải. Điện cần thiết cho những đơn vị
sản xuất khí hydrogen bằng những bộ điện phân nhỏsẽdo mạng điện công
cộng cung cấp. Những mạng điện công cộng có thểdùng điện sản xuất từ
nhiều nguồn năng lượng cơbản khác nhau. Trong tương lai, năng lượng cơ
bản dùng để sản xuấtđiện của mạng điện Việt-Nam chủyếu sẽlà thủy năng
và năng lượng hạt nhân.
Khí hóa than
Trữlượng than trong lòng đất có thểcung cấp năng lượng trong hai
thếkỷnữa theo nhịp tiêu thụhiện nay của nhân loại. Nhưng đốt than thì làm
ô nhiễm môi trường vì tạo ra nhiều bụi, khí carbon di-oxyd, một khí gây ra
hiệuứng nhà kính, và khí sulphur di-oxyd, một khí gây ra mưa acid. Mặc dù
khí hóa than cũng sinh ra carbon di-oxyd nhưng lối dùng than kiểu này vừa
tiện lợi lại vừa ít làm hại cho môi trường : ít ra chúng ta giảm lượng bụi và
lượng khí sulphur di-oxyd. Ngoài ra, vận chuyển năng lượng dưới dạng khí
thì dễhơn vận chuyển dưới dạng than. Chúng ta có thểdùng khí sinh ra từ
quy trình khí hóa than để đápứng những nhu cầu gia dụng hay công nghiệp
cầnđến năng lượng.
Phương pháp khí hóa than dựa trên tương tác giữa nguyên tửcarbon
của than với hơi nước và khí oxygen. Phảnứng này sinh ra một hỗn hợp khí
hydrogen, khí carbon mono-oxyd, carbon di-oxyd và khí hydrogen có thể
dùng làm nguồn năng lượng. Phảnứng đã được áp dụng vào thếkỷXIX để
sản xuất khí đốt cho mạng khí đốt củađô thịtrong những lò ga và với than đã
được mang lên mặtđất.
Người ta sản xuất khí đốt nhưvậy trong một lò ga, với than bới từlòng
đất ra. Nhưng cũng có thểkhí hóa than tại chỗ, nghĩa là ởngay những lớp
than trong lòng đất mà không cần phải moi ra ngoài trời.
Dưới mặtđất có nhiều lớp than đá khai thác không có lợi vì lớp than
hoặc quá mỏng, hoặc quá vụn, hoặc quá sâu. Ởnhiều nước có những mỏthan
bây giờngưng hoạtđộng vì than còn lại không bõ khai thác nữa. Nhưng ở
lòng đất vẫn còn rất nhiều than. Tỷdụ ở Pháp, sau ba thếkỷkhai thác, tất cả
những mỏthan đều ngưng hoạtđộng, các hố đã bịlấp, nhưng trong lòng đất
vẫn còn những khối than khổng lồtản mác xung quanh những đường hầm và
những mạch khai thác cũ.Đấtđá ở những khu khai thác cũ đã bịrạn nứt khi
những thợmỏvà máy móc đếnđó đào bới. Lâu dần khí đốt, chủyếu là khí
methane, từthan đá còn lại tỏa ra. Có nhiều người dự định khoan một giếng
để khai thác khí đó nhưlà lấy khí đốt từmột túi khí tựnhiên. Nhưng năng
lượng mót được nhưvậy không đáng kểso với năng lượng của than còn tại
chỗ.
Từlâu đã có ý kiến khai thác tiềm năng năng lượng còn lạiđó bằng
phương pháp khí hóa than. Vào những năm 1930, Liên-Xô có thửkhí hóa
than tại chỗ. Người ta đào hai giếng ởhai nơi của vùng mỏ. Khí oxygen và hơi
nướcđược thổi vào một giếng. Khoảng cách giữa hai giếng có thể được coi là
một lò ga khổng lồ. Khí đốtđược lấy ra ởgiếng kia. Khí đó thường được
dùng để chạy một nhà máy điện. Phương pháp khí hóa than tại chỗbịbỏ
quên trong một thời gian. Gầnđây, với triển vọng khan hiếm năng lượng và
lo âu vềmôi trường tựnhiên, nhiều nước nhưHoa-Kỳ, Úc, Anh,... lại bắtđầu
chú ý đến.