Ứng dụng của than đá nhập khẩu trong công nghiệp và sản xuất điện năng

Kinh tế Việt Nam đang phát triển với tốc độ vũ bão, nhu cầu về năng lượng cho sản xuất và sinh hoạt ngày càng trở thành một bài toán cấp thiết. Giữa bức tranh năng lượng đa dạng với thủy điện, năng lượng tái tạo và điện hạt nhân, nhiệt điện than vẫn đóng một vai trò không thể phủ nhận, và nguồn cung cấp nguyên liệu chính cho nó – than đá nhập khẩu – đã trở thành yếu tố sống còn đối với an ninh năng lượng và sự ổn định của nhiều ngành công nghiệp trọng điểm.

Bài viết này sẽ đi sâu phân tích một cách toàn diện về các ứng dụng của than đá nhập khẩu, làm rõ vai trò “xương sống” của nó trong hai lĩnh vực cốt lõi: sản xuất điện năng và sản xuất công nghiệp. Đồng thời, chúng ta cũng sẽ nhìn nhận những thách thức và xu hướng phát triển trong tương lai của nguồn năng lượng quan trọng này.

Tổng Quan Về Than Đá Nhập Khẩu Tại Việt Nam: Tại Sao Phải Nhập Khẩu?

Trong nhiều thập kỷ, Việt Nam tự hào là một quốc gia có trữ lượng than đá đáng kể, đặc biệt là than Antraxit (Anthracite) ở bể than Quảng Ninh. Tuy nhiên, thực tế này đang dần thay đổi, dẫn đến sự phụ thuộc ngày càng lớn vào nguồn than nhập khẩu.

Sự Mất Cân Đối Giữa Cung và Cầu

Nhu cầu tăng vọt: Tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhanh chóng kéo theo nhu cầu điện năng tăng trưởng trung bình 10-12% mỗi năm. Các nhà máy công nghiệp nặng như xi măng, luyện kim, hóa chất cũng tiêu thụ một lượng than khổng lồ.
Nguồn cung trong nước hạn chế: Than Antraxit trong nước, mặc dù chất lượng tốt cho một số ngành, nhưng lại không phải là loại than lý tưởng cho công nghệ lò hơi của phần lớn các nhà máy nhiệt điện hiện nay. Các mỏ than chất lượng cao dễ khai thác đang dần cạn kiệt, chi phí khai thác ngày càng tăng cao, và việc mở rộng khai thác gặp nhiều thách thức về môi trường và xã hội.

Sự chênh lệch này tạo ra một “khoảng trống năng lượng” mà chỉ có than đá nhập khẩu mới có thể bù đắp một cách hiệu quả và kịp thời.

Đa Dạng Hóa Chủng Loại Than Phù Hợp Công Nghệ

Phần lớn các nhà máy nhiệt điện lớn ở Việt Nam được thiết kế để sử dụng các loại than có nhiệt trị cao, độ bốc (lượng chất dễ cháy) lớn và hàm lượng lưu huỳnh thấp như than Bitum (Bituminous) và than Á-bitum (Sub-bituminous). Đây là những loại than mà trữ lượng trong nước rất hạn chế.

Than Bitum: Có nhiệt trị cao, hàm lượng carbon lớn, là loại than lý tưởng cho sản xuất điện và luyện cốc trong ngành thép.
Than Á-bitum: Nhiệt trị thấp hơn Bitum nhưng cao hơn than non, hàm lượng ẩm cao hơn nhưng cháy ổn định, phù hợp với công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) hiện đại.

Việc nhập khẩu các loại than này không chỉ đáp ứng nhu cầu về số lượng mà còn đảm bảo sự tương thích về mặt kỹ thuật, giúp các nhà máy hoạt động ổn định và đạt hiệu suất tối ưu.

Các Nguồn Cung Than Đá Nhập Khẩu Chính Của Việt Nam

Để đảm bảo an ninh năng lượng, Việt Nam đã và đang đa dạng hóa các nguồn cung than đá từ khắp nơi trên thế giới. Ba nhà cung cấp lớn và ổn định nhất hiện nay là:

Indonesia: Là nguồn cung lớn nhất, chủ yếu cung cấp than Á-bitum có nhiệt trị trung bình và thấp, giá cả cạnh tranh, rất phù hợp cho các nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ lò CFB.
Úc (Australia): Nổi tiếng với trữ lượng than Bitum chất lượng cao, nhiệt trị vượt trội, hàm lượng tro và lưu huỳnh thấp. Đây là nguồn cung ưa thích cho các nhà máy nhiệt điện yêu cầu hiệu suất cao và các lò luyện cốc.
Nga: Một nguồn cung chiến lược với trữ lượng dồi dào, chất lượng than tốt và ổn định. Vị trí địa lý tuy xa hơn nhưng lại là một phương án quan trọng để tránh phụ thuộc vào một khu vực địa lý duy nhất.

Sản Xuất Điện Năng – “Trái Tim” Của Hệ Thống Điện Quốc Gia

Đây là lĩnh vực tiêu thụ than đá nhập khẩu lớn nhất và có vai trò quan trọng nhất. Nhiệt điện than, với nguồn nguyên liệu chủ yếu từ nhập khẩu, hiện đang cung cấp hơn 50% tổng sản lượng điện của cả nước, đóng vai trò là nguồn điện nền không thể thiếu.

Vai Trò Của Điện Nền

Khác với các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời (chỉ có vào ban ngày) hay điện gió (chỉ có khi có gió), nhiệt điện than có khả năng vận hành liên tục 24/7 với công suất ổn định. Đặc tính này gọi là cung cấp điện nền. Nó đảm bảo hệ thống điện quốc gia luôn có một mức công suất tối thiểu để đáp ứng nhu cầu cơ bản của xã hội, từ chiếu sáng sinh hoạt, vận hành bệnh viện, trung tâm dữ liệu cho đến hoạt động của các dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Nếu không có nguồn điện nền vững chắc từ nhiệt điện than, lưới điện sẽ trở nên mất ổn định, dễ xảy ra sự cố sập lưới khi các nguồn năng lượng khác biến động.

Quy Trình Hoạt Động Của Một Nhà Máy Nhiệt Điện Than

Để hiểu rõ hơn về ứng dụng của than, chúng ta hãy cùng xem xét quy trình biến “vàng đen” thành điện năng trong một nhà máy nhiệt điện hiện đại:

Quy trình hoạyt động nhà máy than đá nhiệt điện

Hệ thống tiếp nhận và vận chuyển than: Than đá từ các tàu vận tải lớn được bốc dỡ tại cảng chuyên dụng và đưa vào kho chứa bằng hệ thống băng tải.
Nghiền than: Trước khi đốt, than được đưa vào các máy nghiền lớn để nghiền thành dạng bột mịn như bột xi măng. Quá trình này làm tăng diện tích tiếp xúc, giúp than cháy nhanh và triệt để hơn.
Lò hơi (Boiler): Bột than được phun vào buồng đốt khổng lồ của lò hơi và đốt cháy ở nhiệt độ cực cao (lên tới 1.300 – 1.700°C). Năng lượng nhiệt sinh ra sẽ đun sôi nước trong một hệ thống ống dẫn phức tạp, biến nước thành hơi nước có nhiệt độ và áp suất rất cao (hơi quá nhiệt).
Tua-bin (Turbine): Hơi nước áp suất cao được dẫn qua các đường ống tới làm quay các cánh quạt của tua-bin. Về bản chất, đây là quá trình chuyển hóa nhiệt năng của hơi nước thành cơ năng.
Máy phát điện (Generator): Tua-bin được nối đồng trục với một máy phát điện. Khi tua-bin quay, nó làm quay roto của máy phát điện trong một từ trường, tạo ra dòng điện xoay chiều. Đây chính là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.
Hệ thống ngưng tụ và làm mát: Sau khi ra khỏi tua-bin, hơi nước sẽ được dẫn tới bộ ngưng tụ, nơi nó được làm mát để ngưng tụ trở lại thành nước và quay trở lại chu trình của lò hơi. Quá trình làm mát thường sử dụng nước từ sông, biển.
Hệ thống xử lý khí thải: Khí thải từ lò hơi trước khi thoát ra ống khói sẽ đi qua các hệ thống xử lý phức tạp để loại bỏ bụi (bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP), khử oxit lưu huỳnh (SOx, bằng hệ thống FGD) và oxit nitơ (NOx, bằng công nghệ Low-NOx burner), nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường.

Lợi Thế Cạnh Tranh Của Than Nhập Khẩu Trong Sản Xuất Điện

Chi phí cạnh tranh: Mặc dù giá than thế giới có biến động, nhưng so với các nguồn năng lượng ổn định khác như khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), chi phí sản xuất điện từ than nhập khẩu vẫn ở mức cạnh tranh hơn, góp phần giữ ổn định giá điện cho nền kinh tế.
Công nghệ đã được kiểm chứng: Công nghệ nhiệt điện than đã phát triển và hoàn thiện qua nhiều thập kỷ, đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất cao. Các công nghệ mới như Lò hơi siêu tới hạn (Supercritical – SC) và trên siêu tới hạn (Ultra-Supercritical – USC) đang được áp dụng tại Việt Nam, giúp nâng cao hiệu suất, giảm tiêu thụ than và giảm phát thải trên mỗi kWh điện sản xuất.

“Xương Sống” Của Các Ngành Công Nghiệp Nặng

Ngoài sản xuất điện, than đá nhập khẩu còn là nguồn năng lượng và nguyên liệu không thể thay thế cho hàng loạt các ngành công nghiệp nền tảng của Việt Nam.

Ngành Công Nghiệp Xi Măng

Sản xuất xi măng là một quá trình tiêu tốn cực kỳ nhiều năng lượng. Than đá đóng vai trò là nhiên liệu chính để nung clinker – thành phần cốt lõi của xi măng.

Quá trình: Trong các lò quay khổng lồ, hỗn hợp đá vôi, đất sét và các phụ gia khác được nung ở nhiệt độ lên tới 1.450°C. Để đạt được nhiệt độ này, người ta sử dụng bột than được phun trực tiếp vào lò và đốt cháy.
Yêu cầu về than: Ngành xi măng thường sử dụng than có nhiệt trị cao và hàm lượng tro phù hợp để đảm bảo quá trình nung luyện diễn ra hiệu quả, tạo ra clinker có chất lượng tốt nhất. Than nhập khẩu từ Indonesia và Úc hoàn toàn đáp ứng được các tiêu chí khắt khe này.

Sự ổn định của nguồn cung than nhập khẩu có ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và năng lực sản xuất của toàn bộ ngành xi măng Việt Nam

Ngành Luyện Kim (Đặc biệt là sản xuất thép)

Trong ngành luyện kim, than đá không chỉ là nhiên liệu mà còn là nguyên liệu và chất khử không thể thay thế trong quy trình sản xuất gang, thép từ quặng sắt.

Sản xuất than cốc (Coke): Một loại than Bitum đặc biệt, gọi là than mỡ (Coking Coal), được nhập khẩu và đưa vào các lò luyện cốc. Tại đây, than được nung trong môi trường yếm khí ở nhiệt độ trên 1.000°C để loại bỏ các chất bốc và tạp chất, tạo thành than cốc. Than cốc có độ cứng cao, độ xốp và hàm lượng carbon gần như tinh khiết.
Vai trò của than cốc trong Lò cao (Blast Furnace):
- Nguồn nhiệt: Than cốc cháy trong lò cao, tạo ra nhiệt lượng khổng lồ cần thiết để làm nóng chảy quặng sắt.
- Chất khử: Quan trọng hơn, khí CO sinh ra từ quá trình cháy của than cốc sẽ “khử” (lấy đi oxy) từ các oxit sắt (Fe₂O₃, Fe₃O₄) trong quặng, giải phóng ra kim loại sắt (Fe) ở dạng lỏng, tức là gang.
- Chất tạo độ rỗng: Cấu trúc cứng của than cốc giúp tạo ra các khoảng trống trong lò, cho phép khí nóng lưu thông đều và quá trình luyện kim diễn ra thuận lợi.

Không có than cốc, không thể vận hành lò cao theo phương pháp truyền thống. Do đó, than mỡ nhập khẩu là yếu tố sống còn của các đại dự án thép như Formosa Hà Tĩnh hay Hòa Phát Dung Quất.

Ngành Hóa Chất và Phân Bón

Than đá còn là nguyên liệu đầu vào quan trọng cho ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt là sản xuất phân đạm (urea).

Công nghệ khí hóa than (Coal Gasification): Than được cho tác dụng với oxy và hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra một hỗn hợp khí gọi là khí tổng hợp (Syngas), chủ yếu bao gồm Carbon Monoxide (CO) và Hydro (H₂).
Sản xuất Amoniac (NH₃) và Urea: Từ khí tổng hợp, người ta tách lấy khí Hydro. Khí Hydro này sau đó được kết hợp với Nitơ (lấy từ không khí) để tổng hợp ra Amoniac (NH₃) theo quy trình Haber-Bosch. Amoniac tiếp tục được sử dụng để sản xuất phân đạm urea, thuốc nổ và nhiều hóa chất khác.

Các nhà máy Đạm Hà Bắc, Đạm Ninh Bình là những ví dụ điển hình về việc ứng dụng công nghệ khí hóa than để sản xuất phân bón, góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.

Các Ngành Công Nghiệp Khác

Bên cạnh ba “gã khổng lồ” trên, than đá nhập khẩu còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành khác để cung cấp nhiệt cho các quá trình sản xuất:

Công nghiệp giấy: Dùng để đốt lò hơi tạo ra hơi nước sấy bột giấy và giấy thành phẩm.
Công nghiệp dệt may: Cung cấp hơi nước cho các công đoạn nhuộm, sấy, hoàn tất vải.
Chế biến thực phẩm: Lò hơi đốt than cung cấp nhiệt cho các quá trình thanh trùng, cô đặc, sấy khô sản phẩm.

Thách Thức và Tương Lai Của Than Đá Nhập Khẩu

Mặc dù vai trò hiện tại là không thể tranh cãi, việc phụ thuộc vào than đá nhập khẩu cũng đặt ra nhiều thách thức lớn và đòi hỏi một lộ trình phát triển bền vững.

Những Thách Thức Phải Đối Mặt

Biến động giá và rủi ro chuỗi cung ứng: Giá than đá thế giới chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố địa chính trị, chính sách của các nước xuất khẩu, chi phí vận tải biển… Sự biến động này gây khó khăn cho việc hoạch định chi phí sản xuất điện và các sản phẩm công nghiệp. Bất kỳ sự gián đoạn nào trong chuỗi cung ứng (do xung đột, thiên tai…) đều có thể đe dọa trực tiếp đến an ninh năng lượng của Việt Nam.
Tác động môi trường: Quá trình đốt than phát sinh ra các khí thải nhà kính (CO₂), các chất gây ô nhiễm không khí (bụi mịn PM2.5, SOx, NOx) và tro xỉ. Đây là một trong những thách thức lớn nhất, đòi hỏi các nhà máy phải đầu tư chi phí khổng lồ cho các hệ thống xử lý môi trường hiện đại.
Áp lực từ xu hướng chuyển đổi năng lượng xanh: Tại Hội nghị COP26, Việt Nam đã đưa ra cam kết mạnh mẽ về việc đạt mức phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050. Cam kết này tạo ra áp lực rất lớn trong việc phải xây dựng một lộ trình giảm dần sự phụ thuộc vào nhiệt điện than và chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn.

Giải Pháp và Xu Hướng Tương Lai

Đối mặt với những thách thức đó, định hướng phát triển trong tương lai không phải là loại bỏ ngay lập tức mà là sử dụng than đá một cách hiệu quả, sạch hơn và có lộ trình chuyển đổi hợp lý.

Đa dạng hóa nguồn cung: Tiếp tục mở rộng tìm kiếm các nhà cung cấp mới, ký kết các hợp đồng dài hạn để giảm thiểu rủi ro về giá và gián đoạn nguồn cung.
Đầu tư vào công nghệ than sạch: Ưu tiên phát triển và áp dụng các công nghệ nhiệt điện than hiệu suất cao, phát thải thấp như USC (Trên Siêu tới hạn) và A-USC (Trên Siêu tới hạn Tiên tiến). Đồng thời, nghiên cứu và triển khai các công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) trong tương lai.
Tối ưu hóa vận hành và đồng đốt: Nâng cao hiệu quả vận hành của các nhà máy hiện hữu. Nghiên cứu công nghệ đồng đốt (co-firing), tức là trộn sinh khối (biomass) như dăm gỗ, trấu với than để đốt, giúp giảm phát thải CO₂.
Xây dựng lộ trình chuyển đổi năng lượng công bằng: Quy hoạch Điện VIII đã thể hiện rõ định hướng này. Theo đó, Việt Nam sẽ không xây dựng thêm các nhà máy nhiệt điện than mới sau năm 2030 và sẽ dần dần chuyển đổi các nhà máy cũ sang sử dụng nhiên liệu sạch hơn (như sinh khối hoặc amoniac) khi công nghệ cho phép và chi phí hợp lý. Than đá sẽ đóng vai trò là “nguồn năng lượng chuyển tiếp”, đảm bảo sự ổn định của hệ thống trong quá trình chờ đợi năng lượng tái tạo phát triển đủ mạnh.

Lời Kết

Than đá nhập khẩu, với những ứng dụng sâu rộng từ việc thắp sáng hàng triệu ngôi nhà đến việc vận hành những cỗ máy công nghiệp khổng lồ, đã và đang là một trụ cột không thể thiếu của nền kinh tế Việt Nam. Nó là “trái tim” đảm bảo nhịp đập ổn định cho an ninh năng lượng quốc gia và là “xương sống” nâng đỡ cho sự phát triển của các ngành công nghiệp nền tảng.

Tuy nhiên, hành trình phía trước không chỉ có cơ hội mà còn đầy thách thức, đặc biệt là bài toán cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. Tương lai của than đá nhập khẩu tại Việt Nam sẽ là một câu chuyện về sự chuyển đổi thông minh: tối ưu hóa hiệu quả, áp dụng công nghệ sạch hơn và từng bước dịch chuyển sang các dạng năng lượng bền vững theo một lộ trình được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo một tương lai năng lượng vừa an toàn, vừa xanh cho đất nước.