Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực i Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Thị Lệ Thủy, người đã định
hướng và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Những kiến thức
và kinh nghiệm nhận được từ cô đã giúp tôi hoàn thành đồ án với những mục tiêu
ban đầu đề ra.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ
môn Lọc-Hóa dầu, trường Đại học Mỏ-Địa chất đã giúp tôi trang bị những kiến
thức cơ bản của ngành học, tạo nền tảng kiến thức mà tôi có thể phát triển thêm sau
này. Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong tập thể lớp Lọc Hóa Dầu A-
K53 đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẽ những kiến thức để tôi hoàn thành đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, tôi kính
mong nhận được những ý kiến đóng góp và chia sẻ kinh nghiệm của thầy cô và các
bạn để đồ án thêm hoàn thiện.
Hà Nội, 12/06/2013
Nguyễn Văn Lực
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực ii Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH VẼ vi
DANH MỤC BẢNG viii
CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ix
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO
2
3
1.1. Nguồn phát thải CO
2

3
1.1.1. Các nguồn CO
2
tự nhiên 3
1.1.2. Các nguồn CO
2
nhân tạo 4
1.1.2.1. Giao thông vận tải 5
1.1.2.2. Sử dụng các dạng năng lượng 5
1.1.2.3. Sản xuất công nghiệp 6
1.2. Lượng khí thải CO
2
ở Việt Nam và trên thế giới 7
1.2.1. Lượng khí thải CO
2
trên thế giới 7
1.2.2. Lượng khí thải CO
2
ở Việt Nam 9
1.3. Những ảnh hưởng của sự phát thải khí CO
2
11
1.4. Các hướng sử dụng CO
2
12
1.4.1. Sử dụng trực tiếp CO
2
13
1.4.2.
Chuyển hóa CO

2
thành sản phẩm có ích 14
CHƯƠNG 2: THU HỒI VÀ LƯU TRỮ CO
2
16
2.1. Thu hồi khí CO
2
16
2.1.1. Những nguồn có thể thu hồi CO
2
16
2.1.1.1. Sản xuất xi măng 17
2.1.1.2. Sản xuất sắt và thép 17
2.1.1.3. Lọc dầu 17
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực iii Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
2.1.1.4. Sản xuất hydro và ammoniac 17
2.1.1.5. Tinh chế khí tự nhiên 18
2.1.1.6. Sản xuất các chất mang năng lượng không chứa cacbon 18
2.1.2. Công nghệ tách CO
2
18
2.1.2.1. Tách với các chất hấp phụ/các dung môi 19
2.1.2.2. Tách bằng màng 20
2.1.2.3. Tách bằng chưng cất một dòng khí đã hóa lỏng và làm lạnh 20
2.1.3. Hệ thống thu hồi CO
2
21
2.1.3.1. Thu hồi CO
2

từ các dòng quá trình trong công nghiệp 21
2.1.3.2. Thu hồi sau khi đốt 22
2.1.3.3. Thu hồi trước khi đốt 23
2.1.3.4. Thu hồi bằng cách đốt cháy nhiên liệu bằng oxi 24
2.2. Vận chuyển CO
2
24
2.2.1. Giới thiệu 24
2.2.2. Các hệ phương pháp vận chuyển CO
2
25
2.2.2.1. Vận chuyển bằng đường ống 25
2.2.2.2. Vận chuyển bằng tàu biển 26
2.2.3. Đánh giá phương pháp vận chuyển CO
2
27
2.3. Các dạng lưu trữ CO
2
29
2.3.1. Lưu trữ địa chất CO
2
30
2.3.1.1. Giới thiệu 30
2.3.1.2. Cơ chế lưu trữ trong các thành hệ địa chất 35
2.3.1.3. Lưu trữ CO
2
trong các mỏ dầu và khí 37
2.3.1.4. Các thành hệ (bể) chứa nước mặn sâu 39
2.3.1.5. Các vỉa than 40
2.3.1.6. Các môi trường địa chất khác 41

2.3.1.7. Các ảnh hưởng của tạp chất tới khả năng lưu trữ 43
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực iv Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
2.3.1.8. Đánh giá các phương pháp lưu trữ địa chất CO
2
44
2.3.1.9. Một số dự án lưu trữ địa chất CO
2
đã được triển khai 46
2.3.2. Lưu trữ trong đại dương 48
2.3.2.1. Giới thiệu 48
2.3.2.2.
Hướng tiếp cận để đưa CO
2
(đã được thu giữ và được nén) vào trong
đại dương
49
2.3.2.3. Lưu trữ CO
2
bằng cách hòa tan các khoáng chất cacbonat trong đại
dương 52
2.3.2.4. Các hướng tiếp cận khác để lưu trữ CO
2
trong đại dương 54
2.3.2.5. Ảnh hưởng của CO
2
tới tính chất hóa lý của đại dương 55
2.3.2.6. Đánh giá phương pháp lưu trữ CO
2
dưới đại dương 56

2.3.2.7. Một số dự án lưu trữ CO
2
trong đại dương 57
2.3.3. Cacbonat hóa khoáng chất 58
2.3.3.1. Giới thiệu 58
2.3.3.2. Phản ứng cacbonat hóa khoáng chất 60
2.3.3.3. Các nguồn của oxit kim loại
60
2.3.3.4. Kỹ thuật cacbonat hóa khoáng chất 61
2.3.3.5. Xử lý và sử dụng sản phẩm cacbonat hóa 63
2.3.3.6. Sự tác động tới môi trường 63
2.3.3.7. Đánh giá phương pháp lưu trữ CO
2
bằng cách cacbonat hóa khoáng
chất 64
CHƯƠNG 3: CHUYỂN HÓA CO
2
THÀNH SẢN PHẨM CÓ ÍCH 66
3.1. Giới thiệu 66
3.2. Các phương pháp chuyển hóa CO
2
thành sản phẩm có ích 68
3.2.1. Chuyển hóa hóa học 68
3.2.1.1. Quá trình chuyển hóa hóa học CO
2
68
3.2.1.2. Hệ thống chuyển hóa hóa học CO
2
74
3.2.2. Chuyển hóa điện hóa học 76

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực v Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
3.2.2.1. Quá trình chuyển hóa điện hóa 77
3.2.2.2. Hệ thống chuyển hóa điện hóa 79
3.2.3. Chuyển hóa quang hóa 80
3.2.4. Chuyển hóa sinh hóa 81
3.2.4.1. Quá trình chuyển hóa sinh hóa 82
3.2.4.2. Hệ thống chuyển hóa sinh hóa 82
3.2.5. Đánh giá 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực vi Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
DANH MỤC HÌNH VẼ
STT
Số hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
1
Hình 1.1
Sự phát thải khí nhà kính toàn cầu
4
2
Hình 1.2
Các lĩnh vực chính sử dụng nhiên liệu hóa thạch
5
3
Hình 1.3
Mức độ phát thải khí CO
2

trên thế giới trong giai
đoạn 1990-2000
8
4
Hình 1.4
Mức độ phát thải khí CO
2
trên thế giới trong giai
đoạn 2001-2010
9
5
Hình 1.5
Các hướng sử dụng có thể giảm được lượng lớn CO
2
phát thải vào khí
13
6
Hình 2.1
Các sơ đồ chung của các quá trình tách thích hợp
đối với việc thu hồi CO
2
19
7
Hình 2.2
Các hệ thống thu hồi CO
2
22
8
Hình 2.3
Thu giữ sau khi đốt từ một nhà máy năng lượng dựa

trên việc đốt than đá
23
9
Hình 2.4
Hệ thống thu hồi trước khi đốt trong một nhà máy
năng lượng IGCC
23
10
Hình 2.5
Sơ đồ khối quá trình thu giữ CO
2
bằng đốt cháy
nhiên liệu bằng Oxi
24
11
Hình 2.6
Các phương pháp lưu trữ CO
2
29
12
Hình 2.7
Những địa điểm lưu trữ và đề xuất lưu trữ CO
2
31
13
Hình 2.8
Sự thay đổi tỷ trọng của CO
2
với độ sâu
32

14
Hình 2.9
Những sự lựa chọn để lưu trữ CO
2
trong các dạng
địa chất ở sâu dưới lòng đất
32
15
Hình 2.10
Hiệu quả lưu trữ của các cơ chế bẫy CO
2
35
16
Hình 2.11
Sơ đồ bơm CO
2
để tăng hệ số thu hồi dầu
38
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực vii Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
17
Hình 2.12
Sơ đồ dự án khí In Salah
46
18
Hình 2.13
Sơ đồ đơn giản của dự án lưu trữ CO
2
Sleipner
47

19
Hình 2.14
Sơ đồ minh họa một số quá trình lưu trữ đại dương
được đề xuất
48
20
Hình 2.15
Sự lưu trữ CO
2
trong đại dương
49
21
Hình 2.16
Cân bằng vật chất và năng lượng của quá trình
cacbonat hóa khoáng chất trong nhà máy sản xuất
điện
59
22
Hình 2.17
Sơ đồ đề xuất của hệ thống cacbonat hóa khoáng
chất không tại chỗ
59
23
Hình 3.1
Các ví dụ về các phản ứng bao gồm CO
2
và hướng
trung gian trong tổng hợp trong công nghiệp
66
24

Hình 3.2
Ứng dụng của CO
2
trong hóa học tổng hợp
67
25
Hình 3.3
Sơ đồ thử nghiệm cho sản xuất DMC thương mại
72
26
Hình 3.4
Thu hồi CO
2
từ khí thải để sản xuất metanol
75
27
Hình 3.5
Thu hồi CO
2
từ khí thải để sản xuất DME
76
28
Hình 3.6
Thu hồi CO
2
từ khí thải để sản xuất nhiên liệu lỏng
76
29
Hình 3.7
Sơ đồ khái niệm cho hệ thống đề xuất

78
30
Hình 3.8
Sơ đồ đề xuất của hệ thống điện hóa
79
31
Hình 3.9
Sự vận chuyển điện tích được gây ra bởi ánh sáng
với các phức chất của kim loại chuyển tiếp
81
32
Hình 3.10
Sơ đồ chuyển hóa CO
2
thành methanol sử dụng
enzym
82
33
Hình 3.11
Sơ đồ đề xuất của hệ thống chuyển hóa sinh hóa CO
2
83
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực viii Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
DANH MỤC BẢNG
STT
Số hiệu bảng
Tên bảng
Trang
1

Bảng 1.1
Năng lượng điện được sản xuất từ quá trình
đốt cháy nhiên liệu hóa thạch
6
2
Bảng 1.2
Lượng phát thải khí CO
2
trên thế giới giai
đoạn 1990-2000
7
3
Bảng 1.3
Lượng phát thải khí CO
2
trên thế giới giai
đoạn 2001-2010
8
4
Bảng 2.1
Những nguồn CO
2
cố định lớn trên toàn thế
giới phát thải hơn 0,1 triệu tấn CO
2
/năm
16
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực ix Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

- BO: butylen oxit
- CCS (
carboncapture
and storage): thu hồi và lưu trữ CO
2
- CO
2
– ECBM (CO
2
- Enhanced coal bed methane): tăng hệ số thu hồi
metan trong vỉa than bằng CO
2
- DBU: 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene
- DMC: dimetyl cacbonat
- DME: dimetyl ete
- ECBM (enhanced coal bed methane): tăng hệ sô thu hồi metan ở vỉa than
- EGR (enhanced gas recovery): tăng hệ số thu hồi khí
- EJ = 10
18
J
- EO: etylen oxit
- EOR (enhanced oil recovery): tăng hệ số thu hồi dầu
- FT: Fischer-Tropsch
- F
ald
DH: formaldehyde dehydrogenase
- F
ate
DH: formate dehydrogenase
- GTL (gas to liquid): chuyển hóa khí thành lỏng

- IGCC (Integrated coal Gasification Combined Cycle: chu trình hỗn hợp
kết hợp khí hóa than
- IPCC: ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu
- LPG: khí dầu mỏ hóa lỏng
- LNG: khí tự nhiên hóa lỏng
- MTBE: methyl tert-butyl ether
- NBS: n-bromosuccinimide
- NADH: nicotinamide adenine dinucleotide
- PO: propylen oxit
- SO: styren oxit
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực x Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
- TBHP: tert-butyl hydroperoxit
- TBAB: tert-butylamoni bromua
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 1 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống luôn yêu cầu năng lượng để tồn tại. Tất cả các hoạt động sống đều
tiêu thụ nhiên liệu, sản sinh ra năng lượng cần thiết và phát sinh các chất thải. Xã
hội của chúng ta không khác gì một cơ thể đơn bào nhỏ nhất mà trong đó chúng ta
tìm kiếm nhiện liệu và tiêu thụ chúng để sản sinh năng lượng chúng ta cần để tồn
tại. Nguồn nhiện liệu ban đầu có nguồn gốc cacbon được sử dụng nhiều nhất và chất
thải chủ yếu là CO
2
. Khi xã hội của chúng ta phát triển, nó cần có nguồn năng lượng
lớn hơn. Trải qua 150 năm, chúng ta đã tiêu thụ lượng nhiên liệu có nguồn gốc
cacbon khổng lồ trong sự phát triển của nền văn minh của chúng ta. Thêm vào đó,
xã hội cùng với những hoạt động của nó bắt đầu có những tác động lên trái đất và
để duy trì sự phát triển thì những tác động này vẫn tiếp diễn.
Thế kỉ 21 được đặc trưng bởi sự phát triển cùng với một nghị trình hoạt động

môi trường mà đã được biểu lộ rõ sự liên quan của xã hội đối với không khí và
nước sạch, các vấn đề về giảm thiểu chất thải và phát triển các nguồn tái sinh, kiểm
soát các chất thải hóa học và phóng xạ, và phòng ngừa các loại gây nguy hiểm.
Những mối liên quan này có ảnh hưởng mạnh lên cuộc sống và công việc kinh
doanh của chúng ta. Khi sự hiểu biết của chúng ta về nghị trình này được đầy đủ,
những mối liên quan khác với những tác động lớn hơn lên thế giới đã xuất hiện.
Biến đổi khí hậu, chặt phá rừng, khả năng sử dụng được của nguồn nước uống
phong phú, sự đa dạng sinh học, và những tương tác giữa chúng có thể là những vấn
đề về môi trường cần được xác định rõ trong thế kỉ 21.
Những vấn đề về biến đổi khí hậu đã trở thành một chủ đề thiết thực cho cả
cuộc tranh luận về chính trị và khoa học trong suốt thập kỉ trước. Hiện nay, nhiều
nhà khoa học trên thế giới đang đánh giá giá trị của những số tiền bồi thường biến
đổi khí hậu, thảo luận các phương thức làm giảm, và phát triển những kế hoạch và
sự lựa chọn cho việc làm giảm sự biến đổi. Giới chính trị đang phát triển những
chính sách hợp lý để chia sẻ gánh nặng về việc giảm thiểu biến đổi khí hậu đối với
người dân trên thế giới. Các kết quả nghiên cứu của nhà khoa học như là cơ sở cho
việc đưa ra những quyết định mà sẽ ảnh hưởng tới cuộc sống và kế sinh nhai của
hàng tỷ người.
CO
2
là một trong những “thủ phạm” được nhắc đến nhiều nhất trong vấn đề
biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu hiện nay. Đặc biệt là nguồn CO
2
nhân tạo
được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch. Việc giảm thiểu lượng phát thải
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 2 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
CO
2
vào khí quyển là một biện pháp quan trọng và cần thiết để ngăn chặn và hạn

chế sự biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu hiện nay.
Đồ án “Nghiên cứu các phương pháp thu hồi và sử dụng khí CO
2
góp
phần giảm biến đổi khí hậu và nâng cao hiệu quả kinh tế ” sẽ trình bày những
phương án, cách thức để giảm thiểu những lượng lớn nguồn CO
2
nhân tạo phát thải
vào khí quyển.
Đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thu hồi và lưu trữ CO
2
Chương 3: Chuyển hóa CO
2
thành sản phẩm có ích
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 3 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO
2
1.1. Nguồn phát thải CO
2
CO
2
được phát sinh từ hai nguồn: nguồn tự nhiên và nhân tạo [1,2]. Các
nguồn tự nhiên lớn hơn nhiều so với các nguồn nhân tạo, tuy nhiên, trải qua các thời
kì địa chất (hàng tỉ năm), các nguồn tự nhiên đã đạt đến sự cân bằng để sự sống có
thể tồn tại như ngày nay. Duy trì sự cân bằng này là vai trò của chu trình cacbon [1].
Việc thay đổi sự cân bằng cacbon là một vấn đề lớn.
1.1.1. Các nguồn CO

2
tự nhiên
Các nguồn tự nhiên của cacbon dioxit trong khí quyển bao gồm khí thoát ra
từ núi lửa, sự đốt cháy của chất hữu cơ, cháy rừng, các quá trình hô hấp của các cơ
thể sống và đại dương [1,2]. Khí CO
2
cũng được sinh ra bởi các vi sinh vật khác
nhau từ quá trình lên men và hô hấp của tế bào [2].
Động vật sản sinh CO
2
thông qua quá trình hô hấp và thực vật sử dụng CO
2
trong suốt quá trình quang hợp. Thực vật tập trung cacbon từ CO
2
. Nguồn cacbon
này được con người giải phóng qua quá trình đốt các loại thực vật. Thực vật trải qua
thời gian cũng được chuyển hóa thành các nhiên liệu hóa thạch, thứ mà con người
đã đốt cháy rất nhiều và làm cho không khí bị ô nhiễm đáng kể [1].
Đại dương là những bể chứa cacbon dioxit khổng lồ. CO
2
liên tục được trao
đổi từ bề mặt của đại dương tới không khí bên trên và sau đó từ không khí bên trên
trở lại vào bên trong đại dương. Khả năng hấp thụ CO
2
của đại dương phụ thuộc
vào lượng CO
2
có sẵn trong nước, nhiệt độ của nước, sự trộn lẫn…
Các núi lửa là những nguồn CO
2

đầu tiên trong chu trình cacbon của hàng tỉ
năm về trước [1,2]. Những khối đá và các chất lắng giàu cacbon đang nhúng chìm
bên trong lớp bao phủ nóng được giải phóng CO
2
thông qua núi lửa. Điều này vẫn
đang xảy ra. Hiện nay, hoạt động của núi lửa chỉ giải phóng khoảng 130-230 triệu
tấn CO
2
mỗi năm [3], số lượng này ít hơn rất nhiều (nhỏ hơn 1%) so với lượng phát
thải của các hoạt động của con người (xấp xỉ 29000 triệu tấn) [4].
Hầu hết các nguồn phát thải CO
2
là nguồn tự nhiên, và được cân bằng tới các
mức độ khác nhau bởi các bể chứa CO
2
tự nhiên, các quá trình vật lý và sinh học
loại bỏ cacbon dioxit từ khí quyển. Chẳng hạn như, quá trình phân hủy tự nhiên của
các chất hữu cơ trong các khu rừng và các đồng cỏ và các kết quả của hoạt động
cháy rừng đã giải phóng khoảng 439 tỉ tấn CO
2
mỗi năm, trong khi đó toàn bộ các
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 4 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
hoạt động phát triển mới để chống lại hay trung hòa ảnh hưởng này hấp thụ khoảng
450 giga tấn/năm [5]. Một phần CO
2
được loại bỏ trực tiếp từ khí quyển bởi thực
vật trên mặt đất cho quá trình quang hợp và nó được hòa tan trong nước hình thành
nên axit cacbonic. Hiện nay, khoảng 57% lượng CO
2

do con người phát sinh ra
được loại bỏ bởi sinh quyển và đại dương [6].
1.1.2. Các nguồn CO
2
nhân tạo
Từ sau cuộc cách mạng công nghiệp, các hoạt động của con người như đốt
cháy dầu, than và khí, cũng như tàn phá rừng đã làm tăng nồng độ CO
2
trong khí
quyển lên rất nhiều. Trong đó, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch với những lượng
lớn đã và đang được nhắc đến như là nguyên nhân lớn nhất gây ra sự phát thải ngày
càng nhiều CO
2
vào khí quyển. Như có thể thấy ở đồ thị hình 1 [7], phần lớn CO
2
gây hiệu ứng nhà kính đến từ việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch.
Hình 1.1. Sự phát thải khí nhà kính toàn cầu
Các loại nhiên liệu hóa thạch được sử dụng nhiều nhất bao gồm than, khí tự
nhiên và dầu mỏ. Khi các nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy, cacbon được lưu giữ
trong đó sẽ được giải phóng hầu như hoàn toàn thành CO
2
[1,8].
Có 3 lĩnh vực chính sử dụng các nhiên liệu hóa thạch [9].
 Giao thông
 Sử dụng các dạng năng lượng (năng lượng, dầu, khí…)
 Sản xuất công nghiệp
Khí chứa Flo 1,1%
CO
2
(sử dụng

nhiên liệu hóa
thạch) 56,6%
CO
2
(khác) 2,8%
CO
2
( cháy rừng,
biomass,…)17,3%
CH
4
,14,3%
N
2
O, 7,9%
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 5 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ thị hình 1.2 [9] thể hiện tỉ lệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh
vực của nước Mỹ (một trong những nước phát thải CO
2
nhiều nhất trên thế giới hiện
nay, chỉ sau Trung Quốc)
Hình 1.2. Các lĩnh vực chính sử dụng nhiên liệu hóa thạch
Căn cứ vào đồ thị hình 1.2 có thể thấy, các lĩnh vực liên quan tới điện năng
tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch nhiều nhất, tiếp đó là giao thông vận tải và công
nghiệp.
1.1.2.1. Giao thông vận tải
Các nguồn phát thải CO
2
quan trọng nhất trên phạm vi thế giới được gây ra

bởi giao thông, vận tải hàng hóa và con người. Các nguồn phát thải được gây ra bởi
sự di chuyển của con người chẳng hạn như di chuyển bằng ô tô, máy bay, tàu hỏa…
Theo ước tính, 95% năng lượng được sử dụng cho việc di chuyển của con
người và vận tải hàng hóa trên toàn thế giới đến từ việc đốt cháy các nhiên liệu hóa
thạch [7].
Sự tác động của các phương tiện giao thông của con người và vận tải hàng
hóa lên sự phát thải các khí nhà kính và biến đổi khí hậu là rất lớn, nó lớn hơn sự
phát thải từ tấ cả các quá trình sản xuất công nghiệp. Xu hướng này bắt đầu từ
những năm 1990 và tiếp tục cho tới ngày nay.
1.1.2.2. Sử dụng các dạng năng lượng
Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch để sản xuất năng lượng, đặc biệt là năng
lượng điện đang là một trong những nguyên nhân gây phát thải những lượng lớn khí
CO
2
. Các nguồn điện được sử dụng trong gia đình và ở nơi làm việc được xem như
Khác (không đốt cháy
nhiên liệu hóa thạch)
Điện
Giao thông vận
tải
Công nghiệp
Khu dân cư và
thương mại
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 6 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
có tác động tới việc phát thải khí nhà kính. Bảng 1.1 [10] đưa ra các mức sử dụng
các nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện của các quốc gia G8.
Bảng 1.1. Năng lượng điện được sản xuất từ quá trình đốt cháy nhiên liệu
hóa thạch
Các quốc gia

G8
Điện được sản xuất từ nhiên liệu
hóa thạch (tỷ KW/h)
Tổng lượng điện
(tỷ KW/h)
Tỷ lệ
(%)
Canada
154,55
569,41
27,1
Pháp
52,23
535,45
9,8
Đức
354,78
561,57
63,2
Italy
223,16
268,18
83,2
Nhật Bản
640,17
982,76
65,1
Nga
569,72
869,07

65,6
Anh
278,21
373,26
74,5
Mỹ
2,758,65
3,891,72
70,9
Dựa vào bảng 1.1 có thể thấy, tất cả các quốc gia công nghiệp hóa (trừ
Canada và Pháp) đều có phần lớn (khoảng 60-80%) nguồn điện được sản xuất từ
quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch.
1.1.2.3. Sản xuất công nghiệp
Các quá trình sản xuất và sản xuất công nghiệp đều liên quan tới việc sản
sinh ra những lượng lớn mỗi loại khí nhà kính nhưng với số lượng đặc biệt lớn là
khí CO
2
do hai nguyên nhân. Thứ nhất, nhiều thiết bị sản xuất trực tiếp sử dụng các
nhiên liệu hóa thạch để tạo ra nhiệt và dòng hơi nước cần thiết cho các giai đoạn
khác nhau của quá trình sản xuất. Thứ hai, các hoạt động đòi hỏi nhiều năng lượng
của các quá trình sản xuất cần phải sử dụng nhiều điện hơn các lĩnh vực khác, do
đó, chúng là nguyên nhân gây phát thải lượng lớn CO
2
, trừ khi chúng sử dụng các
nguồn năng lượng tái tạo.
Về phía sản xuất công nghiệp, có thể chủ yếu nói về sản xuất, xây dựng, khai
thác mỏ và nông nghiệp. Sản xuất là lĩnh vực lớn nhất trong bốn lĩnh vực trên và có
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 7 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
thể được chia thành năm loại: sản xuất giấy, thực phẩm, lọc hóa dầu, sản xuất hóa

chất, và sản xuất kim loại/khoáng chất. Những quá trình sản xuất này là nguyên
nhân chủ yếu của việc sử dụng và phát thải CO
2
trong lĩnh vực sản xuất [11,12].
1.2. Lượng khí thải CO
2
ở Việt Nam và trên thế giới
1.2.1. Lượng khí thải CO
2
trên thế giới
Thế giới hiện nay đang chứng kiến sự phát thải CO
2
vào khí quyển với tốc độ
ngày càng lớn. Bảng 1.2 [13] đưa ra lượng khí CO
2
được phát thải trên toàn thế giới
trong giai đoạn 1990-2000.
Bảng 1.2. Lượng phát thải khí CO
2
trên thế giới giai đoạn 1990-2000
Năm
Quốc gia
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997

1998
1999
2000
Mỹ
4,99
4,96
5,04
5,18
5,26
5,26
5,44
5,58
5,65
5,69
5,87
EU
4,35
4,28
4,13
4,05
4,04
4,09
4,16
4.,08
4,09
4,02
4,08
Nhật Bản
1,16
1,17

1,18
1,18
1,23
1,25
1,26
1,26
122
1,26
1,27
Other Annex II
0,83
0,82
0,85
0,85
0,87
0,89
0,92
0,96
0,99
1,01
1,03
Liên bang Nga
2,44
2,3
2,08
1,99
1,76
1,75
1,72
1,59

1,57
1,62
1,66
Other Annex I -EIT*
1,59
1,5
1,33
1,16
0,99
0,94
0,87
0,84
0,85
0,82
0,82
Trung Quốc
2,51
2,65
2,78
3,02
3,18
3,52
3,62
3,58
3,65
3,57
3,56
Những nước đang phát
triển lớn khác***
1,83

1,91
1,99
2,03
2,15
2,24
2,35
2,46
2,53
2,6
2,69
Các nư ớc đang phát
triển còn lại
2,32
2,42
2,51
2,65
2,77
2,95
3,14
3,28
3,26
3,38
3,53
Vận tải quốc tế
0,66
0,66
0,69
0,68
0,69
0,72

0,73
0,76
0,78
0,82
0,83
Tổng
22,7
22,7
22,6
22,8
22,9
23,6
24,2
24,4
24,6
24,8
25,3
* Bao gồm các quốc gia khác của liên bang xô viết và Thổ Nhĩ Kì
** Những con hổ châu á = Indonesia, Singapo, Malaysia, Thái Lan, Hàn Quốc và Đài Loan
*** Những nước đang phát triển lớn khác = Brazil, Mexico, Nam Phi, Saudi Arabia, Ấn
Độ và Iran
Trong giai đoạn này, Mỹ liên tục là nước phát thải CO
2
nhiều nhất, lần lượt
chiếm 21,98% và 23,2% lượng phát thải CO
2
toàn cầu tương ứng vào năm 1990 và
2000. Cũng trong hai năm 1990 và 2000, lượng khí CO
2
do Trung Quốc phát thải

chỉ chiếm tương ứng 11,06 % và 14,07 %. Tuy nhiên, giai đoạn này lượng phát thải
của Trung Quốc đã bắt đầu gia tăng không ngừng. Năm 1990, lượng phát thải của
Trung Quốc chỉ bằng 50,3% so với Mỹ nhưng tới năm 2000, con số này đã lên tới
60,65%.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 8 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Hình 1.3 đưa ra mức độ phát thải khí CO
2
trên thế giới trong giai đoạn 1990-
2000. Trung bình mỗi năm trong giai đoạn 1990-2000, thế giới phát thải vào môi
trường 0,236 tỉ tấn CO
2
.
1990 1992 1994 1996 1998 2000
23
24
25
26
Nam
Luong khi CO
2
phat thai (ti tan)
23
24
25
26
Hình 1.3: Mức độ phát thải khí CO
2
trên thế giới trong giai đoạn 1990-2000
Bảng 1.3 [13] đưa ra lượng khí CO

2
phát thải hàng năm của thế giới trong
giai đoạn 2001-2010.
Bảng 1.3. Lượng phát thải khí CO
2
trên thế giới giai đoạn 2001-2010
Năm
Quốc gia
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Mỹ
5,75
5,82
5,87
5,94
5,93
5,84
5,91
5,46
5,04
5,25
EU

4,14
4,13
4,24
4,25
4,21
4,23
4,16
4,11
3,94
4,05
Nhật Bản
1,25
1,3
1,3
1,3
1,31
1,29
1,32
1,25
1,09
1,16
Other Annex II
1,03
1,05
1,08
1,09
1,12
1,11
1,14
1,13

1,09
1,07
Liên bang Nga
1,67
1,66
1,72
1,73
1,72
1,78
1,81
1,8
1,67
1,75
Other Annex I -EIT*
0,83
0,86
0,9
0,9
0,86
0,89
0,94
0,95
0,89
0,93
Trung Quốc
3,63
3,92
4,5
5,28
5,85

6,5
7
7,77
8,1
8,94
Những nước đang phát tri ển
lớn khác***
2,71
2,81
2,9
3,08
3,19
3,37
3,55
3,53
3,67
3,91
Các nư ớc đang phát triển
còn lại
3,6
3,69
3,81
4,03
4,16
4,3
4,47
4,57
4,68
4,89
Vận tải quốc tế

0,8
0,83
0,84
0,92
0,95
1
1,04
1,04
1
1,03
Tổng
25,4
26,1
27,2
28,5
29,3
30,3
31,4
31,6
31,2
33
* Bao gồm các quốc gia khác của liên bang Xô Viết và Thổ Nhĩ Kì
** Những con hổ châu Á = Indonesia, Singapo, Malaysia, Thái Lan, Hàn Quốc và Đài
Loan
*** Những nước đang phát triển lớn khác = Brazil, Mexico, Nam Phi, Saudi Arabia, Ấn
Độ và Iran
Năm
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 9 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Căn cứ vào các số liệu trong bảng 1.3 có thế thấy rằng, từ năm 2001, lượng

khí CO
2
thải ra ngoài môi trường của Trung Quốc đã tăng lên mạnh và tới năm
2006 đã vượt mức phát thải của Mỹ để trở thành “cường quốc” hàng đầu trong việc
phát thải CO
2
. Thậm chí tới năm 2010, lượng khí CO
2
phát thải của Mỹ chỉ bằng
58,72% so với Trung Quốc. Đồ thị hình 1.4 đưa ra cái nhìn rõ nét hơn về mức tăng
lượng phát thải khí CO
2
hàng năm trên thế giới.
2000 2002 2004 2006 2008 2010
26
28
30
32
34
Nam
Luong khi CO
2
phat thai (ti tan)
26
28
30
32
34
Hình 1.4. Mức độ phát thải khí CO
2

trên thế giới trong giai đoạn 2001-2010
Sau khi có sự suy giảm đáng kể vào năm 2009 do tác động của cuộc khủng
hoảng kinh tế, tài chính, lượng khí CO
2
thải ra môi trường bắt đầu tăng trở lại, năm
2010 đã đạt 33,0 tỷ tấn. Trong giai đoạn 2001-2010, trung bình mỗi năm thế giới
phát thải thêm vào môi trường 0,76 tỉ tấn CO
2
(gấp 3,22 lần so với giai đoạn 1990-
2000).
Theo số liệu mới nhất từ Dự án carbon toàn cầu (Global Carbon Project),
lượng phát thải carbon dioxide (CO
2
) toàn cầu đang tiếp tục tăng lên trong năm
2011 và 2012, đạt lần lượt là 33,9 tỉ tấn và 35,6 tỷ tấn [14, 15]. Nếu lượng khí CO
2
tiếp tục được thải ra môi trường với tốc độ như hiện nay, vào năm 2020 sẽ tăng
thêm 20%, khi đó bầu khí quyển sẽ tiếp nhận trên 40 tỷ tấn khí thải độc hại này.
1.2.2. Lượng khí thải CO
2
ở Việt Nam
Việt Nam có nền kinh tế tăng trưởng nhanh, góp phần vào giảm đáng kể đói
nghèo, mặc dù bất bình đẳng đang gia tăng. Trong tương lai, Việt Nam có khả năng
Năm
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 10 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
sẽ gia tăng nhanh tốc độ tiêu thụ và các lượng phát thải khí nhà kính có liên quan,
đặc biệt tại các trung tâm đô thị.
Theo ước tính, tổng mức phát thải của Việt Nam chắc chắn tăng hơn gấp đôi
trong giai đoạn 2000-2020, đặc biệt là phát thải từ ngành năng lượng [16]. Việt

Nam đang chứng kiến mức sử dụng nhiên liệu hoá thạch gia tăng trong các ngành
giao thông, sản xuất công nghiệp và phát điện. Một trong số đó là than đá, nguồn
nhiên liệu hóa thạch có rất nhiều ở Việt Nam [16].
Theo đánh giá của Tổng cục Năng lượng (Bộ Công Thương), cũng như các
nền kinh tế khác trên thế giới, nhiệt điện than là một trong các nguồn thải CO
2
chính
và lớn ở Việt Nam. Năm 1990, Việt Nam phát thải 21,4 triệu tấn CO
2
(không kể các
khí nhà kính khác). Năm 2004, phát thải 98,6 triệu tấn CO
2
, tăng gần 5 lần, bình
quân đầu người 1,2 tấn một năm (trung bình của thế giới là 4,5 tấn/năm, Singapo
12,4 tấn, Malaixia 7,5 tấn, Thái Lan 4,2 tấn, Trung Quốc 3,8 tấn, Inđônêxia 1,7 tấn,
Philippin 1,0 tấn, Myanma 0,2 tấn, Lào 0,2 tấn) [17]. Như vậy, sự phát thải các khí
CO
2
của Việt Nam tăng khá nhanh trong 15 năm qua, song vẫn ở mức rất thấp so
với trung bình toàn cầu và nhiều nước trong khu vực. Năm 2009, phát thải CO
2
từ
nhiên liệu hoá thạch ước tính tăng 113% so với năm 2000 [18]. Trong ngành năng
lượng, các nhà máy nhiệt điện than đóng góp 54% phát thải CO
2
, còn các nhà máy
nhiệt điện khí đóng góp 40%. Mỗi KW/h điện của Việt Nam đóng góp 0,52 kg CO
2
phát thải. Năm 2010, hơn 1/2 công suất trong hệ thống điện Việt Nam thuộc về
nhiệt điện. Trong đó, nhiệt điện than chiếm 18,5 %, nhiệt điện khí và dầu chiếm

36,6% [18].
Theo kịch bản trung bình, Bộ Tài Nguyên & Môi trường Việt Nam ước tính
phát thải khí nhà kính từ ngành năng lượng đến năm 2020 là 224 triệu tấn CO
2
. Các
ngành công nghiệp chủ yếu khác đóng góp khoảng 10 triệu tấn phát thải CO
2
/năm,
trong đó nhiều nhất là xi măng, thép, khai thác đá vôi [18].
Như vậy, trong những năm qua, Việt Nam phát triển tốt về kinh tế, xã hội.
Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường, trong đó có phát thải khí nhà kính, lượng
thải CO
2
cũng gia tăng đáng báo động. Đây là thời điểm quan trọng để Việt Nam
xem xét đổi mới công nghệ, ứng dụng công nghệ sạch vào sản xuất và đời sống.
Bên cạnh việc tạo ra những nguồn năng lượng mới, Việt Nam cần phát huy việc tái
chế nguồn năng lượng thải ra từ các nhà máy công nghiệp, nỗ lực hơn nữa trong
giảm khí thải CO
2
.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 11 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
1.3. Những ảnh hưởng của sự phát thải khí CO
2
Sự ấm lên toàn cầu tính trung bình và biến đổi khí hậu là hệ quả của “hiệu
ứng nhà kính” do con người gây ra [16]. Theo quan điểm đồng thuận chung giữa
các nhà khoa học hàng đầu trên thế giới cho rằng, sự biến đổi khí hậu đang diễn ra
và nó được liên hệ với sự tăng lên về nồng độ của các khí nhà kính trong khí quyển.
Cacbon dioxit là khí có ảnh hưởng đáng kể nhất trong các khí nhà kính, với nồng độ
trong khí quyển được tăng lên không ngừng từ sau cuộc Cách Mạng Công Nghiệp

[19].
Sự ấm lên toàn cầu được gây ra bởi các khí nhà kính mà trong đó CO
2
chiếm
72% trong tổng lượng khí phát thải, metan chiếm 18% và nito oxit (NO
x
) chiếm 9%
[20]. Do đó, sự phát thải khí CO
2
là nguyên nhân quan trọng nhất gây ra sự ấm lên
toàn cầu. Việc sử dụng các nhiện liệu hóa thạch với số lượng tăng chưa từng thấy,
cũng như do suy thoái từng là nguyên nhân chính gây nên sự phát thải khí nhà kính.
Sự tích lũy các khí nhà kính trong khí quyển trước đây và hiện nay chủ yếu đều do
các quốc gia công nghiệp gây nên. Tuy nhiên, các nước đang phát triển như Việt
Nam cũng đang góp phần ngày càng nhiều các mức phát thải khí nhà kính [16]. Với
đánh giá lần thứ tư của Uỷ ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) vào năm
2007, biến đổi khí hậu rõ ràng là mối đe doạ chính của thế kỷ này đối với phát triển
bền vững, cũng như biến đổi khí hậu là do con người gây ra [21].
Các dữ liệu khoa học về biến đổi khí hậu toàn cầu và các công trình nghiên
cứu mô hình hoá đều chứng minh, Việt Nam là một trong những nước đặc biệt bị
ảnh hưởng và dễ bị tổn thương nhất bởi những tác động bất lợi của biến đổi khí hậu
[16]. Ví dụ bao gồm các rủi ro ngày càng tăng về lũ lụt và hạn hán, mực nước biển
dâng và xâm mặn, cũng như gia tăng các rủi ro về sức khoẻ do các đợt nắng nóng
gay gắt, sốt xuất huyết và sốt rét [22]. Những rủi ro này đã cảm nhận được ở các
vùng ven biển đất thấp và các vùng cao, các khu vực nông thôn và thành thị– nhưng
theo các cách khác nhau. Các ảnh hưởng của biến đổi khí hậu bao gồm sự gia tăng
các sự kiện khí hậu cực đoan nguy hiểm và cũng ít khả năng có thể dự đoán hơn,
song lại tích tụ dần dần gây ra những áp lực căng thẳng khí hậu đối với các nguồn
tài nguyên và cộng đồng.
Những ảnh hưởng biến đổi khí hậu ở Việt Nam gồm các tai biến khí hậu

nghiêm trọng cũng như các thay đổi dần dần các biến số khí hậu, như nhiệt độ và
lượng mưa – nói cách khác, biến đổi khí hậu gây ra các mức độ căng thẳng bổ sung
khác nhau, ảnh hưởng đến cuộc sống và sinh kế. Tính dễ bị tổn thương trước biến
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 12 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
đổi khí hậu được định nghĩa ở đây là “mức độ mà một người, hộ gia đình, nhóm xã
hội, doanh nghiệp, tổ chức, địa phương hay một ngành, không có khả năng đối phó,
chống chịu được những ảnh hưởng bất lợi của các rối loạn và căng thẳng, kể cả tính
dễ biến đổi của khí hậu và các cực đoan của khí hậu gia tăng bởi biến đối khí hậu,
hoặc khả năng phục hồi sau đó” [16]. Các nhóm xã hội, các ngành khác nhau,
v.v…, đều dễ bị tổn thương ít hay nhiều trước các căng thẳng và rối loạn cụ thể. Ví
dụ như nguời già đặc biệt dễ bị tổn thương trước các đợt nắng nóng gay gắt, sản
xuất nông nghiệp là đặc biệt dễ bị tổn thương trước các đợt hạn hán và rét. Khả
năng chống chịu và phục hồi trước những rối loạn khí hậu khốc liệt (các tai biến
nghiêm trọng) và các áp lực căng thẳng (tức là các tai biến từ từ tăng dần hoặc “diễn
biến chậm”) là năng lực để phục hồi của cá nhân, cũng như cấp xã hội hay tập thể,
nhưng không chắc phục hồi lại như “trạng thái ban đầu”.
Như vậy, với vai trò là nguyên nhân quan trọng nhất gây nên hiện tượng ấm
lên toàn cầu và biến đổi khí hậu, sự phát thải khí CO
2
đang gây nên những ảnh
hưởng rất nghiêm trọng không chỉ với Việt Nam mà còn với toàn Trái Đất.
1.4. Các hướng sử dụng CO
2
CO
2
tuy là yếu tố quan trọng gây nên hiện tượng ấm lên toàn cầu và biến đổi
khí hậu nhưng mặt khác từ CO
2
có thể sản xuất vô số chất được con người và các

động vật sử dụng. Mục tiêu của một số quá trình công nghiệp là làm gia tăng công
dụng của CO
2
.
Hiện nay, có hai hướng cơ bản để sử dụng CO
2
là [23]: chuyển hóa và không
chuyển hóa CO
2
, theo đó, sẽ có ba con đường chính bao gồm: chuyển hóa CO
2
thành nhiên liệu, sử dụng CO
2
như nguyên liệu đầu để sản xuất các chất hóa học, và
sử dụng CO
2
không qua chuyển hóa (hình 1.5 [23]).
Cùng với các công nghệ ứng dụng khác nhau, có tiềm năng giảm lượng CO
2
phát thải mỗi năm khoảng 3.7 tỉ tấn (xấp xỉ 10% trong tổng lượng CO
2
phát thải
hằng năm), cả bằng cách trực tiếp và bằng cách giảm việc sử dụng các nhiên liệu
hóa thạch [23].
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 13 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Hình 1.5. Các hướng sử dụng có thể giảm được lượng lớn CO
2
phát thải vào khí
quyển

1.4.1.Sử dụng trựctiếp CO
2
Các hướng sử dụng trực tiếp CO
2
bao gồm [23]: sử dụng làm dung môi, lưu chất
hoạt động và chất vận chuyển nhiệt.
Việc sử dụng CO
2
không qua chuyển hóa, chẳng hạn như để tăng hệ số thu
hồi dầu và sử dụng làm dung môi có thể tiêu thụ lượng CO
2
khoảng 1,4 tỉ tấn/năm.
CO
2
cũng có thể được sử dụng trong các quá trình hóa học khác nhau mà không có
quá trình chuyển hóa thành các dạng chất hóa học khác. Sự bơm CO
2
siêu tới hạn
vào trong các giếng dầu đã cạn kiệt để thu hồi thêm dầu đã được nghiên cứu một
cách thích hợp (Chương 2). Hiện tại chỉ còn là vấn đề về tính khả thi trong phương
diện thương mại cho công nghệ thu hồi và lưu trữ CO
2
(
carbon capture
and
storage (CCS)). Theo ước tính, việc bơm CO
2
có thể làm tăng hệ số thu hồi dầu từ
một giếng lên khoảng 10 đến 20% dầu ban đầu [23]. Tương tự, CO
2

có thể được sử
dụng để thu hồi khí metan từ các vỉa than chưa khai thác (Chương 2). Theo ước tính
chỉ riêng nước Mỹ, 89 tỷ thùng dầu có thể được thu hồi bằng cách sử dụng CO
2
, dẫn
tới lưu trữ khoảng 16 tỉ tấn CO
2
/năm trong các bể chứa dầu đã cạn kiệt [30].
 Dung môi
 Lưu chất
hoạt động
 Truyền
nhiệt
Nước, hydro
Các chất hóa học
khác
Mặt trời, Gió,
Địa nhiệt, Thủy triều
Hydro, Nhiệt thải
Hạt nhân
Hóa học
Sinh hóa
Quang hóa
Điện hóa
CO
2
 CO
2
siêu tới hạn
 Tăng hệ số thu hồi dầu

(EOR)
 Lưu chất địa nhiệt
 Đồ uống
 Cacboxylat và lacton
 Cacbamat
 Urê, isocyanat
 Cacbonat vô cơ và hữu cơ
 Polymer có khả năng phân
hủy bởi vi sinh vật
 Nhiên liệu tái tạo
 Khí tổng hợp, metan,…
 Axit focmic, methanol,
DME
Không chuyển hóa
Chuyển hóa
Nguyên liệu
ban đầu
Lưu trữ năng
lượng
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 14 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Việc sử dụng CO
2
siêu tới hạn như một dung môi trong nhiều quá trình hóa
học cũng đã được đề cập đến nhiều. So với các lưu chất siêu tới hạn khác, CO
2
siêu
tới hạn thường được chọn làm dung môi trong các quá trình trích ly vì nó có nhiều
ưu điểm như không gây cháy, không gây độc và rẻ tiền. Các hướng sử dụng mới của
CO

2
siêu tới hạn trong chế biến hóa học đang nổi lên, và đã làm tăng thêm lợi ích
cho việc giảm sử dụng nước. CO
2
siêu tới hạn ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong sản xuất công nghiệp. Trong công nghiệp thực phẩm, CO
2
siêu tới hạn dùng
để trích ky caffein từ trà và cafe nhằm tạo ra những sản phẩm trà và café có hàm
lượng caffein thấp. CO
2
siêu tới hạn cũng đang được nghiên cứu như một dung dịch
truyền nhiệt cho các ứng dụng địa nhiệt và nhiều ứng dụng thú vị khác.
Các phương pháp sử dụng CO
2
không chuyển hóa này đã góp phần đáng kể
vào việc giảm tổng lượng phát thải CO
2
. Đặc biệt, hiện nay công nghệ thu hồi và
lưu trữ CO
2
(CCS) đang được nhiều quốc gia nghiên cứu và phát triển, trong đó có
Việt Nam [18]. Công nghệ này được kì vọng sẽ giảm được một lượng lớn sự phát
thải khí CO
2
ra môi trường cũng như tăng thêm hiệu quả sử dụng CO
2
. Các nội
dung cụ thể của công nghệ thu hồi và lưu trữ CO
2

sẽ được trình bày chi tiết trong
chương 2.
1.4.2.
Chuyển hóa CO
2
thành sản phẩm có ích
Hình 1.5 cho thấy, có bốn các con đường để chuyển hóa CO
2
thành các sản
phẩm có ích (nguyên liệu ban đầu cho các quá trình hóa học, chất lưu trữ năng
lượng): chuyển hóa hóa học, chuyển hóa sinh hóa, chuyển hóa quang hóa và
chuyển hóa điện hóa.
Việc sử dụng CO
2
để chuyển hóa năng lượng mặt trời thành sinh khối và, từ
đó, thành các nhiên liệu tái tạo khác nhau đang nhận được hỗ trợ rộng rãi bởi công
nghiệp và các chính phủ như là biện pháp để đảm bảo cho nguồn cung cấp năng
lương trong tương lai, và làm giảm lượng khí CO
2
phát thải vào khí quyển. Trong
khi việc sử dụng các sản phẩm lương thực, chẳng hạn như ngũ cốc, là nguồn sản
xuất nhiên liệu sẽ giảm đáng kể trong tương lai, nhiên liệu tái tạo thế hệ thứ hai
hoặc thứ ba dựa trên cỏ hoặc tảo sẽ tăng lên về nguồn cung. Theo kỳ vọng, tới năm
2050, các ngồn dựa trên sinh khối sẽ cung cấp 200-500EJ/năm hoặc khoảng 50%
năng lượng yêu cầu của thế giới [24]. Trong tương lai, theo dự đoán, khoảng 5%
lượng sử dụng nhiên liệu lỏng của thế giới có thể xuất phát từ sinh khối, với phạm
vi giảm thiểu CO
2
thu được từ 20 tới 100%, so với các nhiên liệu truyền thống đối
với vòng đời của chúng [25]. Theo ước tính, tới năm 2035, thế giới sẽ phát sinh 15

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc-Hóa Dầu
Nguyễn Văn Lực 15 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
tỉ tấn/năm CO
2
từ việc đốt các nhiên liệu lỏng [26]. Do đó, việc thay thế khoảng 5%
nhiên liệu lỏng bằng nhiên liệu sinh học và giả sử giảm 50% vòng đời CO
2
phát thải
so với nhiên liệu từ dầu mỏ, có tiềm năng giảm lượng CO
2
phát thải khoảng 0,4 tỉ
tấn/năm.
Ngoài ra để tái sinh sinh khối, CO
2
có thể được chuyển hóa qua các quá trình
hóa học và điện hóa học để thành các chất hóa học chứa năng lượng, chẳng hạn như
khí tổng hợp, axit formic, metan, etylen, methanol, và dimetyl ete (DME) [27]. Mặc
dù việc sử dụng năng lượng điện có hiệu quả hơn so với việc sử dụng năng lượng
trực tiếp từ các nguồn năng lượng tái sinh, nhưng sự chuyển đổi chúng đặt ra một
vấn đề cho nhiều ngành công nghiệp. Hơn nữa, hạ tầng phân phối đối với nhiên liệu
hydrocacbon đã được thiết lập rõ ràng. Cuối cùng, các chất hóa học như axit formic
có thể là môi trường tồn chứa hiệu quả cho hydro mà có thể được sử dụng trong các
pin nhiên liệu hoặc được đốt cháy trực tiếp.
Một con đường khác là sử dụng CO
2
làm nguyên liệu hóa học ban đầu [23].
Toàn bộ các chất hóa học hàng hóa được sản xuất phổ biến từ một số các chất hóa
học cấu thành hoặc các chất hóa học nền. CO
2
có thể được sử dụng như là một

nguyên liệu đầu và có thể chuyển hóa thành một dãy các chất tương tự như các chất
hóa học cấu thành bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Việc chèn thêm
CO
2
vào các epoxit để sản xuất các vật liệu polyme khác nhau là một công nghệ thú
vị, nó không những sử dụng CO
2
mà còn tránh việc sử dụng nguyên liệu hóa thạch
và tránh phát thải CO
2
. Theo ước tính, các con đường chuyển hóa hóa học khác
nhau có thể tiêu thụ lượng CO
2
xấp xỉ 0,3 đến 0,7 tỉ tấn/năm [28].
Việc chuyển hóa CO
2
thành các khoáng chất vô cơ để sử dụng trong vật liệu
xây dựng đã được đề xuất bởi một số công ty [29]. Điều này bao gồm sự kết hợp
của các phản ứng điện hóa để sản sinh ra chất phản ứng kiềm và các phản ứng
khoáng hóa cần thiết. Các ước tính ban đầu cho rằng, nếu 10% các vật liệu xây
dựng của thế giới được thay thế bởi một nguồn như trên thì tiêu thụ khoảng 1,6 tỉ
tấn/năm CO
2
[28].
Các công nghệ này có tiềm năng và, nhưng có nhiều yếu tố cần phải được
giải quyết để đảm bảo khả năng sinh lợi trong thương mại. Hiện nay, trên thế giới
có rất nhiều báo cáo nghiên cứu về các phương pháp chuyển hóa CO
2
thành các sản
phẩm có ích, trong tương lai không xa, các phương pháp này có thể có tiềm năng

ứng dụng rất lớn. Những con đường chuyển hóa CO
2
thành các sản phẩm có ích sẽ
được nêu chi tiết trong chương 3.