Khí đá phiến sét (Shale gas)

Khí đá phiến sét là khí thiên nhiên được tìm thấy trong các thành hệ đá phiến sét. Đá phiến sét là một loại đá trầm tích hạt mịn, giàu chất hữu cơ, được hình thành từ bùn và đất sét nén chặt qua hàng triệu năm. Không giống như khí thiên nhiên thông thường tích tụ trong các vỉa đá xốp, khí đá phiến sét bị mắc kẹt bên trong các lỗ nhỏ li ti và các vết nứt của đá phiến sét.

Sự hình thành

Khí đá phiến sét được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật nhỏ bé, chủ yếu là thực vật và động vật phù du, bị chôn vùi trong các lớp trầm tích. Dưới áp suất và nhiệt độ cao trong lòng đất, chất hữu cơ này chuyển hóa thành kerogen. Khi nhiệt độ tăng lên (thường trên 100°C), kerogen tiếp tục chuyển hóa thành dầu mỏ và khí thiên nhiên, bao gồm cả khí đá phiến sét. Một phần khí có thể di chuyển vào các vỉa đá xốp hơn và hình thành các mỏ khí thông thường, nhưng phần lớn khí vẫn bị giữ lại trong đá phiến sét, trở thành khí đá phiến sét.

Thành phần

Khí đá phiến sét chủ yếu bao gồm metan ($CH_4$), một hydrocarbon đơn giản nhất. Ngoài ra, nó cũng có thể chứa một lượng nhỏ các hydrocarbon khác như etan ($C_2H_6$), propan ($C_3H_8$), butan ($C4H{10}$), cũng như một số tạp chất như carbon dioxide ($CO_2$), hydrogen sulfide ($H_2S$) và nước ($H_2O$).

Khai thác

Do khí đá phiến sét nằm phân tán trong đá phiến sét với độ thấm thấp, việc khai thác nó đòi hỏi các kỹ thuật đặc biệt, chủ yếu là khoan ngang và bẻ gãy thủy lực (fracking).

Khoan ngang: Sau khi khoan thẳng xuống độ sâu cần thiết, giếng khoan được chuyển hướng theo phương ngang, song song với lớp đá phiến sét chứa khí. Điều này giúp tăng diện tích tiếp xúc với lớp đá phiến sét và tối ưu hóa việc thu hồi khí.
Bẻ gãy thủy lực (fracking): Kỹ thuật này bơm một hỗn hợp nước, cát và các chất phụ gia hóa học xuống giếng khoan với áp suất cao để tạo ra các vết nứt trong đá phiến sét. Cát giúp giữ cho các vết nứt này mở, cho phép khí thoát ra và di chuyển lên bề mặt. Quá trình này gây ra nhiều tranh cãi về tác động môi trường.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm

Nguồn năng lượng dồi dào: Khí đá phiến sét là một nguồn năng lượng dồi dào, giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ và than đá.
Góp phần phát triển kinh tế và tạo việc làm: Ngành công nghiệp khai thác khí đá phiến sét tạo ra nhiều việc làm trong lĩnh vực khoan, vận chuyển và các dịch vụ liên quan.

Nhược điểm

Ô nhiễm nguồn nước: Quá trình fracking có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm do rò rỉ hóa chất hoặc nước thải.
Động đất: Việc bơm nước áp suất cao xuống lòng đất có thể gây ra các trận động đất nhỏ.
Ô nhiễm không khí: Quá trình khai thác và vận chuyển khí đá phiến sét có thể phát thải khí metan, một loại khí nhà kính mạnh.
Sử dụng nhiều nước: Fracking tiêu tốn một lượng nước lớn, có thể gây khan hiếm nước ở một số khu vực.

Tình hình khai thác trên thế giới

Khai thác khí đá phiến sét đã phát triển mạnh mẽ ở Bắc Mỹ, đặc biệt là Mỹ và Canada, biến khu vực này thành một trong những nhà sản xuất khí tự nhiên hàng đầu thế giới. Việc khai thác khí đá phiến sét cũng đang được xem xét và phát triển ở nhiều quốc gia khác.

Khí đá phiến sét là một nguồn năng lượng tiềm năng, có thể đóng góp đáng kể vào nhu cầu năng lượng toàn cầu. Tuy nhiên, việc khai thác nó cần được thực hiện một cách có trách nhiệm, cân nhắc kỹ lưỡng các tác động đến môi trường và xã hội.

Các vấn đề môi trường liên quan đến khai thác khí đá phiến sét

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích kinh tế, khai thác khí đá phiến sét cũng đặt ra một số thách thức về môi trường cần được quan tâm và giải quyết. Dưới đây là một số vấn đề chính:

Ô nhiễm nguồn nước: Đây là một trong những mối quan tâm lớn nhất. Quá trình bẻ gãy thủy lực sử dụng một lượng lớn nước cùng với các hóa chất phụ gia. Nếu không được quản lý chặt chẽ, các chất này có thể rò rỉ vào nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải sau quá trình fracking cũng là một vấn đề cần được quan tâm.
Ô nhiễm không khí: Khai thác khí đá phiến sét có thể phát thải các chất ô nhiễm vào không khí, bao gồm metan ($CH_4$), một loại khí nhà kính mạnh gấp nhiều lần so với $CO_2$, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và các oxit nitơ (NOx). Những chất này có thể góp phần vào biến đổi khí hậu và gây ra các vấn đề về sức khỏe hô hấp.
Động đất: Việc bơm nước áp suất cao vào lòng đất trong quá trình fracking có thể làm tăng áp suất trong các tầng địa chất, kích hoạt các đứt gãy và gây ra các trận động đất nhỏ, hay còn gọi là động đất cảm ứng. Mặc dù hầu hết các trận động đất này có cường độ yếu, một số trường hợp đã ghi nhận động đất có cường độ đủ lớn để gây thiệt hại.
Sử dụng đất và ảnh hưởng đến cảnh quan: Các hoạt động khai thác khí đá phiến sét đòi hỏi sử dụng một diện tích đất lớn cho giếng khoan, đường ống dẫn và các cơ sở hạ tầng khác. Điều này có thể ảnh hưởng đến cảnh quan, môi trường sống của động vật hoang dã và sử dụng đất cho nông nghiệp.
Tiêu thụ nước: Fracking tiêu tốn một lượng nước rất lớn. Ở những khu vực khan hiếm nước, việc khai thác khí đá phiến sét có thể gây áp lực lên nguồn nước và cạnh tranh với các nhu cầu sử dụng nước khác.

Quản lý và giảm thiểu tác động môi trường

Để giảm thiểu tác động môi trường của khai thác khí đá phiến sét, cần áp dụng các biện pháp quản lý chặt chẽ, bao gồm:

Đánh giá tác động môi trường: Thực hiện đánh giá tác động môi trường toàn diện trước khi bắt đầu các dự án khai thác.
Giám sát chặt chẽ: Giám sát chặt chẽ quá trình khoan và fracking để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố rò rỉ.
Xử lý nước thải: Áp dụng các công nghệ xử lý nước thải hiệu quả để loại bỏ các chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường.
Giảm thiểu phát thải khí metan: Áp dụng các công nghệ và biện pháp để giảm thiểu phát thải khí metan trong quá trình khai thác và vận chuyển.
Tái sử dụng nước: Nghiên cứu và áp dụng các phương pháp tái sử dụng nước thải sau quá trình fracking để giảm thiểu lượng nước tiêu thụ.

Tương lai của khí đá phiến sét

Tương lai của khí đá phiến sét phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giá năng lượng, sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo, các quy định về môi trường và sự chấp nhận của xã hội. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ khai thác an toàn và bền vững hơn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vai trò của khí đá phiến sét trong tương lai năng lượng của thế giới.

Tóm tắt về Khí đá phiến sét

Khí đá phiến sét, một dạng khí thiên nhiên được tìm thấy trong đá phiến sét, đã nổi lên như một nguồn năng lượng quan trọng. Việc khai thác nó đòi hỏi các kỹ thuật tiên tiến như khoan ngang và bẻ gãy thủy lực (fracking). Fracking, mặc dù hiệu quả, lại gây ra nhiều tranh cãi do các tác động môi trường tiềm ẩn.

Một trong những mối quan tâm chính là ô nhiễm nguồn nước. Quá trình fracking sử dụng một lượng lớn nước, cùng với cát và các hóa chất phụ gia. Sự rò rỉ của các chất này vào nguồn nước ngầm có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng. Việc xử lý và tái sử dụng nước thải từ quá trình fracking cũng là một thách thức lớn.

Ô nhiễm không khí cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Khai thác khí đá phiến sét có thể phát thải khí metan ($CH_4$), một khí nhà kính mạnh, cũng như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs). Việc giảm thiểu phát thải khí metan là rất quan trọng để hạn chế tác động đến biến đổi khí hậu.

Ngoài ra, hoạt động fracking còn có liên quan đến động đất cảm ứng. Việc bơm nước áp suất cao xuống lòng đất có thể kích hoạt các đứt gãy địa chất, gây ra động đất. Mặc dù hầu hết các trận động đất này có cường độ yếu, chúng vẫn có thể gây ra thiệt hại và lo ngại cho cộng đồng.

Cuối cùng, việc khai thác khí đá phiến sét đặt ra câu hỏi về sự cân bằng giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường. Cần có các quy định chặt chẽ và giám sát chặt chẽ để đảm bảo rằng việc khai thác được thực hiện một cách có trách nhiệm và bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Tương lai của khí đá phiến sét phụ thuộc vào khả năng giải quyết các thách thức môi trường này.

Tài liệu tham khảo:

U.S. Energy Information Administration (EIA). (Various years). Annual Energy Outlook.
International Energy Agency (IEA). (Various years). World Energy Outlook.
Vengosh, A., Jackson, R. B., Warner, N., Darrah, T. H., & Kondash, A. (2014). A critical review of the risks to water resources from unconventional shale gas development and hydraulic fracturing in the United States. Environmental Science & Technology, 48(15), 8334-8348.

Câu hỏi và Giải đáp

Ngoài metan ($CH_4$), còn những thành phần nào khác có trong khí đá phiến sét và chúng có ảnh hưởng gì đến môi trường không?

Trả lời: Ngoài metan, khí đá phiến sét còn có thể chứa các hydrocarbon khác như etan ($C_2H_6$), propan ($C_3H_8$), butan ($C4H{10}$) và một số tạp chất như carbon dioxide ($CO_2$), hydrogen sulfide ($H_2S$), và nước ($H_2O$). Một số tạp chất, đặc biệt là $H_2S$, có thể gây ô nhiễm không khí và nguồn nước nếu không được xử lý đúng cách. Các hydrocarbon khác, mặc dù không độc như $H_2S$, vẫn góp phần vào biến đổi khí hậu khi bị đốt cháy.

Làm thế nào để đánh giá tác động môi trường của một dự án khai thác khí đá phiến sét một cách toàn diện?

Trả lời: Đánh giá tác động môi trường toàn diện cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm: chất lượng nước mặt và nước ngầm, chất lượng không khí, động đất cảm ứng, sử dụng đất, tác động đến hệ sinh thái, tiếng ồn, giao thông, và tác động đến cộng đồng địa phương. Quá trình này cần phải có sự tham công chúng và minh bạch thông tin.

So sánh ưu điểm và nhược điểm của khí đá phiến sét so với các nguồn năng lượng khác như than đá và năng lượng tái tạo.

Trả lời: Khí đá phiến sét ít phát thải khí nhà kính hơn than đá khi đốt cháy, nhưng vẫn phát thải nhiều hơn năng lượng tái tạo. Năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió là sạch hơn nhưng lại phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Khí đá phiến sét có thể cung cấp một nguồn năng lượng ổn định hơn, nhưng lại gây ra các rủi ro môi trường liên quan đến quá trình khai thác.

Có những công nghệ nào đang được phát triển để giảm thiểu tác động môi trường của fracking?

Trả lời: Một số công nghệ đang được phát triển bao gồm: fracking không nước hoặc sử dụng các chất lỏng khác thay thế nước, tái sử dụng nước thải fracking, giảm thiểu việc sử dụng hóa chất phụ gia, và cải tiến kỹ thuật khoan và fracking để giảm thiểu rủi ro rò rỉ và ô nhiễm.

Vai trò của khí đá phiến sét trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu là gì?

Trả lời: Trong bối cảnh chuyển dịch sang năng lượng sạch, khí đá phiến sét có thể đóng vai trò như một nguồn năng lượng chuyển tiếp, giúp giảm sự phụ thuộc vào than đá và hỗ trợ quá trình phát triển năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, cần cân nhắc kỹ lưỡng các tác động môi trường và xã hội của việc khai thác khí đá phiến sét và ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo trong dài hạn.

Một số điều thú vị về Khí đá phiến sét

Đá phiến sét đã tồn tại từ rất lâu: Đá phiến sét, loại đá chứa khí đá phiến sét, đã hình thành qua hàng triệu năm từ bùn, đất sét và các chất hữu cơ bị nén chặt dưới áp suất và nhiệt độ cao. Một số mỏ đá phiến sét có niên đại lên đến hàng trăm triệu năm.
Khí đá phiến sét không phải là một khám phá mới: Mặc dù việc khai thác thương mại quy mô lớn mới chỉ diễn ra trong những thập kỷ gần đây, sự tồn tại của khí trong đá phiến sét đã được biết đến từ rất lâu. Giếng khí thương mại đầu tiên khai thác từ đá phiến sét được khoan vào năm 1821 tại Fredonia, New York, Hoa Kỳ.
Bẻ gãy thủy lực (fracking) cũng không phải là một công nghệ mới: Kỹ thuật fracking, sử dụng để giải phóng khí đá phiến sét, được phát triển từ những năm 1940. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa fracking và khoan ngang mới thực sự tạo ra bước đột phá trong việc khai thác khí đá phiến sét một cách hiệu quả về mặt kinh tế.
Một giếng khí đá phiến sét có thể dài hàng dặm: Các giếng khoan ngang được sử dụng trong khai thác khí đá phiến sét có thể kéo dài hàng dặm theo phương ngang bên trong lớp đá phiến sét, giúp tăng diện tích tiếp xúc và tối đa hóa sản lượng khí.
Khí đá phiến sét đã làm thay đổi bức tranh năng lượng toàn cầu: Sự bùng nổ khai thác khí đá phiến sét, đặc biệt là ở Mỹ, đã làm thay đổi đáng kể bức tranh năng lượng toàn cầu, góp phần làm giảm giá khí tự nhiên và tăng cường an ninh năng lượng của một số quốc gia.
Khai thác khí đá phiến sét vẫn còn gây tranh cãi: Mặc dù có tiềm năng lớn, việc khai thác khí đá phiến sét vẫn còn gây nhiều tranh cãi do các lo ngại về tác động môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước và động đất cảm ứng.
Khí đá phiến sét có thể được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới: Mặc dù hiện nay việc khai thác khí đá phiến sét chủ yếu tập trung ở Bắc Mỹ, nhiều quốc gia khác trên thế giới cũng có trữ lượng khí đá phiến sét đáng kể, bao gồm Trung Quốc, Argentina, và một số nước châu Âu.
Nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các kỹ thuật fracking thân thiện với môi trường hơn: Các nhà khoa học và kỹ sư đang nỗ lực nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật fracking sử dụng ít nước hơn, giảm thiểu việc sử dụng hóa chất và giảm thiểu tác động đến môi trường.