Than đá (coal) là một trong những nguồn tài nguyên năng lượng và nguyên liệu quan trọng nhất trong lịch sử công nghiệp hóa. Dù đang đối mặt với áp lực chuyển đổi năng lượng xanh, than vẫn đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp nặng trên toàn cầu. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), than chiếm khoảng một phần tư năng lượng sơ cấp thế giới và là nguồn nhiên liệu chính cho sản xuất điện cũng như nhiều quy trình công nghiệp.
Bài viết này phân tích chi tiết các cách sử dụng than trong sản xuất công nghiệp, phân biệt giữa than nhiệt (thermal coal) dùng chủ yếu làm nhiên liệu và than cốc (metallurgical coal / coking coal) dùng làm nguyên liệu.
Sản xuất điện năng (Thermal Power Generation)
Đây là ứng dụng lớn nhất của than trên thế giới, chiếm khoảng 2/3 tổng tiêu thụ than toàn cầu.
- Quy trình: Than được nghiền mịn, đốt trong lò hơi để tạo ra hơi nước áp suất cao. Hơi nước quay tua-bin, từ đó sinh ra điện.
- Tầm quan trọng: Than cung cấp một lượng lớn điện ổn định, đặc biệt ở các nước đang phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ và Việt Nam.
- Tại Việt Nam: Than là nguồn nhiên liệu chính cho các nhà máy nhiệt điện (Phả Lại, Vĩnh Tân, Duyên Hải…). Than nội địa và than nhập khẩu (chủ yếu từ Australia, Indonesia) được sử dụng để đảm bảo an ninh năng lượng.
Sản xuất thép (Steel Industry) – Vai trò quan trọng của than cốc
Than metallurgical (than mỡ, than cốc) là nguyên liệu không thể thay thế dễ dàng trong luyện kim truyền thống.
- Quy trình chính:
- Than cốc được nung ở nhiệt độ cao (khoảng 1.000°C) trong môi trường thiếu oxy để tạo coke (than cốc luyện kim).
- Coke được dùng trong lò cao (blast furnace) để khử quặng sắt (Fe₂O₃) thành sắt nóng chảy.
- Sắt được tinh luyện thành thép.
- Tầm quan trọng: Ngành thép tiêu thụ khoảng 75% lượng than cốc toàn cầu. Mỗi tấn thép thường cần 0,5–0,7 tấn coke.
- Ứng dụng khác: Than được phun bột (PCI – Pulverized Coal Injection) trực tiếp vào lò cao để giảm lượng coke cần thiết.
Sản xuất xi măng (Cement Industry)
Than cung cấp khoảng 90% năng lượng cần thiết cho các nhà máy xi măng.
- Quy trình: Than được đốt trong lò quay (kiln) để tạo nhiệt độ cực cao (1.400–1.500°C), nung clinker từ đá vôi và các nguyên liệu khác.
- Tiêu thụ: Khoảng 200–450 kg than để sản xuất 1 tấn xi măng. Ngành xi măng toàn cầu tiêu thụ khoảng 4% sản lượng than.
- Lợi ích phụ: Tro bay (fly ash) từ việc đốt than là phụ gia quan trọng để cải thiện chất lượng xi măng.
Ngành hóa chất và phân bón (Coal-to-Chemicals)
Than được sử dụng làm nguyên liệu thô qua công nghệ khí hóa than (coal gasification).
- Sản phẩm chính:
- Khí tổng hợp (syngas: CO + H₂) dùng để sản xuất amoniac, methanol, urea (phân bón).
- Than lỏng (coal-to-liquids – CTL) để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, nhựa, sợi carbon, dược phẩm.
- Các sản phẩm phụ: nhựa đường, benzen, creosote, lưu huỳnh, axit nitric…
- Tầm quan trọng ở Trung Quốc: Trung Quốc dẫn đầu thế giới về công nghệ Coal-to-Chemicals, giúp giảm phụ thuộc vào dầu mỏ.
Các ngành công nghiệp khác
- Giấy và bột giấy: Than cung cấp nhiệt để nấu bột và sấy giấy.
- Nhôm (Alumina refineries): Than dùng trong luyện nhôm.
- Thủy tinh, gạch ngói, gốm sứ: Nguồn nhiệt ổn định và rẻ.
- Dệt may và thực phẩm: Sử dụng gián tiếp qua hơi nước và nhiệt.
- Sản xuất silicon, carbon hoạt tính: Dùng trong lọc nước, không khí, pin, vật liệu composite.
- Tình hình sử dụng than trong công nghiệp Việt Nam
- Tại Việt Nam, than chủ yếu phục vụ sản xuất điện (khoảng 50-60% nhu cầu) và một phần cho xi măng, phân bón, giấy. Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) cung cấp than cho các nhà máy nhiệt điện và xuất khẩu than cốc chất lượng cao. Việt Nam cũng nhập khẩu than để bù đắp thiếu hụt, đặc biệt than chất lượng cao cho luyện kim và nhiệt điện.
- Thách thức và xu hướng tương lai
- Mặc dù quan trọng, việc sử dụng than gây phát thải CO₂ lớn, dẫn đến áp lực chuyển đổi:
- Công nghệ sạch: CCUS (thu hồi và lưu trữ carbon), lò hơi siêu tới hạn (HELE), khí hóa than kết hợp CCUS.
- Thay thế: Thép xanh (hydrogen-based), xi măng thấp carbon, năng lượng tái tạo.
- Just Transition: Đảm bảo chuyển đổi công bằng cho lao động và cộng đồng phụ thuộc than.
- Than được sử dụng đa dạng trong sản xuất công nghiệp, từ vai trò nhiên liệu đốt trực tiếp đến nguyên liệu hóa học và luyện kim. Nó là nền tảng cho sự phát triển của thép, xi măng, hóa chất và điện năng – những ngành then chốt của nền kinh tế hiện đại. Tuy nhiên, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, ngành công nghiệp đang tìm cách giảm phụ thuộc vào than thông qua hiệu quả năng lượng, công nghệ sạch và đa dạng hóa nguồn cung.
- Hiểu rõ cách than được sử dụng giúp chúng ta đánh giá đúng vai trò của nó và định hướng chuyển đổi bền vững, đặc biệt đối với các nước như Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa mạnh mẽ
