1. TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN.

   1. Các loại khoáng sản trên thế giới.

   2. Các loại khoáng sản ở Việt Nam.

   3. Tương lai của tài nguyên khoáng sản.

2. TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG.

   1. Lược sử về sự sử dụng năng lượng.

   2. Sử dụng năng lượng trên thế giới và Việt Nam.

   3. Năng lượng mới.

Khoáng sản và năng lượng đều là nguồn nguyên liệu tự nhiên có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ, tuyệt đại bộ phận nằm trong lòng đất và quá trình hình thành có liên quan mật thiết đến quá trình lịch sử phát triển của vỏ trái đất trong một thời gian dài hàng nghìn năm, có khi hàng triệu năm.

Trong quá trình phát triển của xã hội loài người từ giai đoạn mông muội ban đầu đến giai đoạn văn minh hiện nay thì sự hiểu biết và sử dụng khoáng sản, năng lượng ngày nhiều hơn và đa dạng hơn.

Vỏ trái đất có phần lục địa chiếm khoảng 50% khối lượng toàn bộ của vỏ trái đất tương đương với 2, 9% khối lượng của trái đất. Phần lớn vỏ trái đất được cấu tạo bởi các nham thạch bị nóng chảy, nguội dần và kết tinh. Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên vỏ trái đất được biết nhưng chưa đầy đủ vì những khảo cứu chỉ mới được thực hiện trên lục địa mà thôi. Hơn nữa trên lục địa cũng có những vùng không khảo cứu được vì nơi nầy có lớp trầm tích quá dày.

Bảng 1. Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên vỏ trái đất (Masson - 1966)

Trong sự phát triển của nền kinh tế hiện đại, những kim loại có nhu cầu lớn và có nhiều trong vỏ trái đất như nhôm, sắt và cả những kim loại có ít hơn như đồng, chì, kẻm... đều bị khai thác triệt để, tất nhiên chỉ khai thác được chúng khi chúng tập trung thành quặng*, mỏ **. Những kim loại hiếm như thiếc, thủy ngân, titan...và các kim loại quý như vàng, bạc, bạch kim...có trử lượng rất ít và phân tán nên khó xác định được chính xác.

* Quặng là tập hợp các khoáng sản trong đó hàm lượng các thành phần có ích (kim loại, hợp chất của kim loại...) đạt yêu cầu công nghiệp, có thể khai thác sử dụng có hiệu quả kinh tế.

* Mỏ là một bộ phận của vỏ trái đất, nơi tập trung tự nhiên các khoáng sản do kết quả của mộtquá trình địa chấtnhất định tạo nên.

Tùy theo đặc điểm và tính chất của mỗi loại khoáng sản, người ta phân chúng ra làm hai loại: khoáng sản kim loại và khoáng sản phi kim loại; mỗi loại lại được phân thành nhiều nhóm khác nhau tùy theo công dụng.

- Khoáng sản kim loại bao gồm tất cả các kim loại được biết hiện nay, những kim loại thường gặp như nhôm, sắt, mangan, magnesium, crom... và các kim loại hiếm như đồng, chì, kẻm, thiếc, tungsten, vàng, bạc, bạch kim, uranium, thủy ngân, molypden...

- Khoáng sản phi kim loại như chlorua natri, carbonat calci, silic, thạch cao, nước biển, nước ngầm...

Trong những chỉ số về phát triển kinh tế xã hội ở mỗi quốc gia , người ta thường quan tâm đến ba chỉ số: tăng trưởng dân số, tăng trưởng sản xuất công nghiệp và tăng tổng sản lượng thu hoạch; vì sự gia tăng các chỉ số này luôn gắn liền với nhu cầu ngày càng cao về năng lượng và khoáng sản.

Làm cơ sở cho sự phát triển công nghiệp hiện nay bao gồm một số kim loại chủ yếu như sắt, đồng, nhôm, chì, kẻm...Ở nhiều quốc gia có nền công nghiệp phát triển thì nhu cầu về các kim loại nầy chiếm tỉ lệ 80% - 90% tổng lượng kim loại sử dụng trên thế giới. Ngoài ra nhu cầu về khoáng sản phi kim loại cũng tăng lên, chủ yếu được sử dụng để làm phân bón, sử dụng trong xây dựng và dùng làm nguyên liệu cho một số ngành công ngiệp.

Sau đây chỉ đề cập đến một số khoáng sản kim loại chủ yếu được khai thác sử dụng:

a. Quặng sắt

Ðây là loại khoáng sản thường gặp và khá phổ biến trong vỏ trái đất, gồm bốn loại quặng có tầm quan trọng trong thương mại là: Fe3O4 (magnetit), Fe2O3 (Hematit), FeO2 (limonit) và FeCO3 (Siderit). Các loại quặng này có chứa khá nhiều tạp chất nên tỷ lệ kim loại trong quặng giảm.

Vùng Siberia (Liên Xô cũ) là vùng có trử lượng sắt được xem như lớn nhất thế giới. Công nghiệp sản xuất thép trên thế giới ngày càng tăng theo sự phát triển của nền công nghiệp, năm 1965 sản xuất trên toàn thế giới là 370 triệu tấn đến năm 1980 sản xuất được gần 1 tỉ tấn.

b. Quặng đồng

Mặc dù trử lượng đồng trên thế giới ít hơn nhưng nhu cầu sử dụng cũng gia tăng. Năm 1965 sản xuất đồng trên toàn thế giới là 6, 6 triệu tấn và với nhịp điệu gia tăng hàng năm từ 3, 4% - 5, 8%. Dự kiến nhu cầu về đồng đến năm 2.000 khoảng từ 16,8 triệu St đến mức tối đa là 34, 9 triệu St ( St = Shortton = 907,2 kg ), như vậy so với năm 1965 ở mức thấp thì tăng gấp 2,6 lần.

Vấn đề đặt ra hiện nay trong công nghiệp đồng là nhu cầu về đồng càng tăng trong khi đó phẩm chất của quặng lại giảm nên giá thành của sản xuất đồng càng ngày càng tăng lên. Vì thê,ú những công cụ truyền thống vốn làm bằng đồng dần dần được thay thế bằng nhôm hoặc bằng chất dẻo.

c. Quặng nhôm

Nhôm không được gặp ở trạng thái đơn chất trong tự nhiên mặc dù nó chiếm đến 8,13% trọng lượng vỏ trái đất. Bauxit chứa hydroxyd nhôm là quặng chính thường được khai thác để lấy nhôm.

Năm 1948 sản xuất nhôm toàn thế giới chỉ đạt 0, 5 triệu tấn, đến năm 1968 đã lên tới 8 triệu tấn và nhu cầu về nhôm càng ngày càng cao hơn rất nhiều. Hiện nay, hai ngành xây dựng và giao thông vận tải sử dụng nhôm nhiều nhất. Hơn nữa do tính chất bền và chắc của hợp kim nhôm nên ngành kỹ thuật hàng không và hàng không vũ trụ ngày càng tiêu thụ nhiều nhôm hơn.

Bảng 2. Nhu cầu về một số kim loại chính được sử dụng trên toàn thế giới (Mc.Hale)

(đơn vị Triệu St; 1 St = 907, 2 kg)

d. Một số khoáng sản khác

- Quặng thiếc: trử lượng thiếc rất hạn chế và tập trung ở một số nước Ðông Nam Á như Thái Lan, Mã Lai, Indonesia, Trung Quốc và một số quốc gia khác ở Châu Phi như Nigeria, Congo...Thiếc mềm và dể dát mỏng nên được sử dụng để làm thùng và hộp chứa thực phẩm khô (60%), trong kỹ nghệ hàn (20%) và một số các công việc khác. Do tính chất dể bị han gỉ của thiếc nên ngày nay nhôm và chất dẽo dần dần thay thế vị trí của thiếc trong việc sản suất các thùng chứa thực phẩm

- Nikel (kền): chủ yếu khai thác ở Canada (chiếm 80% toàn thế giới) ngoài ra còn có ở Liên Xô cũ, Cuba...

- Chì: chì thì mềm, nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp, không bị han gỉ và nặng hơn cả trong số các kim loại thông thường. Trong thời gian qua thì nhu cầu chì ngày càng tăng nhất là Liên Xô và một số nước ở Châu Á, một phần do phát triển sản xuất ô tô ở khu vực nầy.

- Phân bón: Nông nghiệp ngày càng phát triển nên nhiều nước sử dụng càng nhiều phân hóa học để tăng thu hoạch mùa màng. Công nghiệp phân hóa học càng phát triển, kỹ thuật chế tạo phân bón không phức tạp nó đòi hỏi số nguyên liệu để cố định đạm và xử lý phosphat. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân bón là P205, K20 và N2 dồi dào trong lớp vỏ quả đất nên giá thành trở nên hạ.  

Nền công nghiệp và nông nghiệp Việt Nam đang từng bước phát triển với tốc độ ngày càng tăng đòi hỏi càng nhiều khoáng sản hơn.

a. Các khoáng sản kim loại chính

- Quặng sắt: Trử lượng 700 triệu tấn phân bố rải rác từ Bắc bộ đến Nam trung bô. Những mỏ đạt trử lượng công nghiệp không nhiều và tập trung ở Bắc bộ, trong đó mỏ Thạch Khê (Nghệ Tỉnh) có trử lượng ước tính khoảng 500 triệu tấn, chất lượng quặng tốt . Năm 1979 mới tiến hành khai thác ở mỏ Thái Nguyên và đã luyện được 100.000 tấn thép, năm 1980 chỉ khai thác được 60.000 tấn, đến năm 1989 được 75.000 tấn, năm 1995 khai thác khoảng 150.000 - 175.000 tấn.

- Quặng đồng: Trử lượng ước tính 600.000 tấn, hầu hết tập trung ở Tây Bắc bộ như ở Tạ Khoa (Sơn La) và Sinh Quyền ( íLào Cai ). Hiện nay sự khai thác thủ công với sản lượng 2.000kg/ năm.

- Quặng nhôm: Quặng bauxit chứa hydroxyd nhôm có trử lượng đạt yêu cầu công nghiệp tập trung ở Ðông Bắc bộ và khu 4 cũ, ở Tây nguyên, Lâm Ðồng... ước tính có 4 tỉ tấn, chất lượng quặng tốt, hàm lượng quặng từ 40 - 43%. Tuy nhiên, việc khai thác vẫn chưa phát triển vì còn thiếu năng lượng và cơ sở hạ tầng. Tương lai ngành khai thác bauxit để lấy nhôm có nhiều triển vọng.

- Quặng thiếc: có trử lượng 70.000 tấn phân bố ở 3 khu vực: khu vực đông bắc Bắc bộ (Cao Bằng, Tuyên Quang); khu vực Bắc trung bộ (Nghệ An, Hà Tỉnh); khu vực Nam Trung bộ ( Lâm đồng, Thuận Hải). Hiện khai thác không đều, dự kiến năm 1995 khai thác được 1.000 tấn.

- Quặng cromit: trử lượng chung khoảng 10 triệu tấn phân bố rải rác ở các khu vực phía Bắc chất lượng quặng không cao, trử lượng lớn tập trung ở Thanh Hóa ước tính khoảng 3,2 triệu tấn, hàm lượng 46%. Việc khai thác được tiến hành từ lâu song sản lượng chưa nhiều, hy vọng trong tương lai gần sẽ đưa sản lượng lên khoảng 15.000 - 20.000 tấn / năm.

- Các kim loại khác: vàng, titan, kẻm, nikel, mangan...phân bố rộng rải nhiều nơi từ vùng núi đến các bải biển. Việc khai thác các quặng này còn hạn chế và nhà nước chưa có biện pháp hữu hiệu để quản lý nguồn tài nguyên này nên việc khai thác bừa bải làm hao hụt tài nguyên và còn ảnh hưởng xấu đến môi trường.

b. Phân bón

- Apatit: trử lượng trên 1 tỉ tấn tập trung ở Cam Ðường (Lào Cai) và Qùy Châu (Nghệ An) trong đó quặng có chất lượng cao chỉ khoảng 70 triệu tấn, số còn lại kém chất lượng. Sản lượng khai thác hiện nay là 1, 5 triệu tấn / năm, từ đó chế biến khoảng 500.000 tấn phân lân. Năm 1995 sản xuất được 1 triệu tấn phân lân, số phân này chỉ đáp ứng 50% nhu cầu trong nước.

- Ðá vôi: là nguồn nguyên liệu đáng kể. Trử lượng lớn phân bố ở Bắc bộ và Trung bộ và một số ít ở vùng Kiên Giang. Ðá vôi là nguyên liệu để làm xi măng và một số ít được dùng để bón ruộng. Hiện nay, sản xuất xi măng có thể đáp ứng được cho nhu cầu trong nước và một số ít được xuất khẩu.  

a. Tương lai của tài nguyên khoáng sản trên thế giới

Tài nguyên khoáng sản không phải là vô tận, một số lại rất hạn chế, nhất là với sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại thì sự cạn kiệt nguồn tài nguyên khoáng sản đang là mối đe dọa đối với nhiều quốc gia và nói chung là đối với cả nhân loại.

Theo đánh giá của các nhà chuyên môn về tình hình trử lượng một số loại khoáng sản như sau: Sắt, nhôm, titan, crom, magnesium, platin...trử lượng còn khá nhiều chưa có nguy cơ cạn kiệt; Bạc, thủy ngân, đồng, chì, kẻm, thiếc, molypden...còn ít và đang báo động; Fluorit, grafit, barit, mica...trử lượng còn ít, đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt.

Tuy nhiên, cũng có những ý kiến lạc quan hơn, đặt hy vọng vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong tương lai và dựa vào nguồn tài nguyên khoáng sản chưa được khai thác ở các đại dương bên cạnh nguồn tài nguyên còn lại trên lục địa, người ta cho rằng:

- Với tiến bộ của khoa học kỹ thuật thì tương lai có thể phát hiện và tạo nên những nguyên liệu mới đảm bảo cho nhu cầu của con người.

- Tận dụng khai thác phần khoáng sản còn lại trên lục địa, khi cần thì đào sâu hơn và thu nhận cả những khoáng sản nghèo hơn.

- Sự phát triển của ngành Hải dương học (oceanography) và ngành địa chất hải dương (marine geology) hy vọng rằng sẽ phát hiện được một kho tàng phong phú và khai thác để sử dụng.

b. Tương lai của tài nguyên khoáng sản ở Việt Nam

Tiềm năng về khoáng sản kim loại và phi kim loại ở Việt Nam tương đối lớn, các quặng mỏ đã dần dần được xác định và một kế hoạch khai thác tài nguyên khoáng sản có hiệu quả đang từng bước được thực hiện. Tuy nhiên, để thực hiện được kế hoạch này, có những khó khăn cần được khắc phục như:

- Lựa chọn giữa việc mở công trường khai thác khoáng sản với việc sử dụng đất với mục đích khác sau cho có hiệu quả hơn.

- Các hoạt động khai thác cố tránh hoặc hạn chế thấp nhất làm thay đổi địa hình, gây nên sự nhiễm bẩn không khí, nước, đất và ảnh hưởng xấu đến cảnh quang.

- Tránh mọi tổn thất tài nguyên trong khâu thăm dò khai thác, chế biến sử dụng.

Vì vậy, để giải quyết các vấn đề trên, trong thời gian tới cần đẩy mạnh công tác kế hoạch thăm dò, khai thác và chế biến sử dụng kết hợp với việc bảo vệ tài nguyên trong lòng đất và môi trường chung quanh, chống ô nhiễm trong quá trình khai thác, phục hồi các hệ sinh thái vùng mỏ, giảm bớt sự tổn thất tài nguyên trong quá trình thăm dò, khai thác, chế biến sử dụng, đây là vấn đề cần được quan tâm.  

II. TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG

Thời cổ xưa, con người nguyên thủy chỉ dùng sức mạnh của cơ bắp đề sản sinh ra năng lượng cho cuộc sống, năng lượng nầy do thức ăn cung cấp; ở giai đoạn hái lượm vào khoảng 2.000 kcalo/người /ngày. Sau khi phát hiện ra lửa và cải biến công cụ săn bắt các thú lớn thì năng lượng mà con người tiêu thụ được từ thức ăn đã tới 4.000 - 5.000 kcalo/ngày (khoảng 100.000 năm trước công nguyên), đến cuộc cách mạng nông nghiệp vào thời đại đồ đá mới (5.000 năm trước công nguyên) thì năng lượng tự nhiên bắt đầu được khai thác là sức nước và sức gió, đốt than củi để lấy nhiệt năng.

Vào đầu thế kỷ thứ 15 sau công nguyên, năng lượng tiêu thụ theo đầu người một ngày là 26.000 kcalo. Ðến thế kỷ 18 với cuộc cách mạng công nghiệp ra đời, sự phát minh ra máy hơi nước đầu tiên đẩy bằng piston, sau đó là vận động bằng tourbine; loại năng lượng mới nầy đã tăng cường gấp bội khả năng của con người trong sản xuất và trong lưu thông phân phối. Vì thế năng lượng tiêu thụ theo đầu người ở đầu thế kỷ thứ 19 ước tính khoảng 70.000 kcalo / ngày.

Từ đầu thế kỷ thứ 19 trở về trước thì năng lượng cung cấp do than, củi, rơm, rạ chiếm 50% trong cơ cấu sử dụng nhiên liệu của nhân loạivà sau đó dần dần được thay thế bằng than đá trong suốt nửa đầu thế kỷ 20.

Ðến khi sự phát minh ra động cơ đốt trong thì dầu mỏ trở thành nguồn nhiên liệu chính thay thế dần than đá trong công nghiệp. Năng lượng tính theo đầu người vào năm 1970 ở các nước phát triển là 200.000 kcalo/ ngày. Từ nay đến năm 2000 nguổn năng lượng chủ yếu mà con người sử dụng là dầu mỏ và khí đốt.

a. Sử dụng năng lượng trên thế giới

* Than đá

Từ thế kỷ 20 trở về trước, trong hàng ngàn năm, nguồn năng lượng được con người sử dụng cho cuộc sống hằng ngày chủ yếu lấy từ gỗ củi, rơm rạ, thân lá thực vật. Than đá được khai thác vào thế kỷ thứ 10 ở Ðức nhưng không được con người ưa chuộng vì khó cháy và lại tỏa nhiều khí độc khi đốt.

Ðến thế kỷ 15, ngành công nghiệp luyện kim ra đời và ngày một phát triển, nhất là đến đầu thế kỷ 19 vơí sự ra đời của các nhà máy nhiệt điện thì nhu cầu sử dụng than đá chiếm tỷ trọng ngày một lớn. Tuy nhiên, cho đến những năm 60 của thế kỷ 19 thì lượng than đá khai thác và sử dụng mới chỉ chiếm từ 23% - 27 %trong tổng năng lượng được sử dụng, còn khí đốt và dầu mỏ thì coi như không đáng kể.

Từ đầu thế kỷ 20 thì cơ cấu thành phần nhiên liệu sử dụng có sự thay đổi lớn, tỷ lệ dùng than đá, dầu mỏ và khí đốt tăng cao, theo số liệu của năm 1965 thì tỷ lệ đó là 40%, 33,5% và 16,3%. Tuy nhiên, đối với từng khu vực và từng quốc gia, cơ cấu năng lượng sử dụng phụ thuộc vào trình độ phát triển của nền kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia, chẳng hạn như Ấn Ðộ vào năm 1965 thì năng lượng cung cấp do than đá chiếm 40% trong khi đó năng lượng cung cấp từ điện năng, dầu mỏ, khí đốt... chỉ đạt 7%. Tuy nhiên trong thời gian qua xu hướng sử dụng năng lượng từ than đá có sự giảm sút rõ rệt vì dầu mỏ và khí đốt được khai thác ngày càng nhiều nên giá thành hạ. Trong những năm gần đây, một xu hướng mới lại xuất hiện ở nhiều nước, trước tình hình dầu mỏ và khí đốt có hạn, giá lại tăng nhanh nên người ta quay trở lại sử dụng than đá đồng thời cải tiến kỷ thuật đốt cháy nhanh hơn và giảm được sự ô nhiểm môi trường do khí độc thoát ra.

Bảng 3. Nhu cầu sử dụng than đá trên thế giới (Liêm, 1990).

Trử lượng than đá thế giới là 23.000 tỷ tấn trong đó khoảng 30% tập trung ở Liên Xô (cũ), Hoa Kỳ và Trung Quốc. Các nước có trử lượng than đá lớn hơn 20 tỉ tấn là: Liên Xô (4.122 tỉ tấn), Hoa Kỳ (1.100 tỉ tấn), Trung Quốc (1.011 tỉ tấn), Tây Ðức (70 tỉ tấn), Canada (61 tỉ tấn), Ba Lan (46 tỉ tấn), Nam Phi (26 tỉ tấn), Nhật Bản (20 tỉ tấn). Theo nhịp độ khai thác hiện nay thì việc khai thác thác than đá có thể tiến hành chừng 250 năm nữa.

Hình 1. Công trường khai thác than đá (Miller, 1988)

* Dầu mỏ

Từ nay đến năm 2000, năng lượng chủ yếu khai thác và sử dụng cho nhu cầu công nghiệp là dầu mỏ và khí đốt. Riêng dầu mỏ, trử lượng tính cho toàn cầu (trừ Liên Xô và các nước XHCN) là 65,3 tỉ tấn trên các lục địa và đến năm 1978 trử lượng nầy tăng lên 74,9 tỉ tấn do quá trình thăm dò khai thác ở biển và thềm lục địa. Không kể phần Liên Xô, thì khoảng 65% dự trử dầu mỏ tập trung ở các nước thuộc khối Ả Rập.

Từ nửa sau thế kỷ nầy thì nhu cầu về dầu mỏ ngày càng tăng và lượng dầu khai thác cũng tăng lên gấp đôi; theo ước tính với nhịp độ khai thác hiện nay thì trử lượng dầu sẽ cạn trong vòng 30 -35 năm nữa.

Bảng 4: Sản lượng dầu thô khai thác được trên thế giới từ năm 1900

Có mâu thuẫn là khu vực sản xuất dầu nhiều nhất lại là nơi không tiêu thụ nhiều dầu, nên phần lớn dầu khai thác được xuất sang các nước tư bản phát triển. Theo số liệu năm 1974 thì Tây Âu nhập 733,8 triệu tấn, Hoa Kỳ nhập 315,4 triệu tấn, Nhật nhập 268,1 triệu tấn.

Liên Xô là nước có nhịp độ khai thác dầu mỏ tăng nhanh và vượt xa Hoa Kỳ, theo số liệu thì trước đại chiến thế giới lần hai kết thúc thì 60% lượng dầu xuất khẩu trên toàn thế giới là của Hoa Kỳ, đến năm 1970 tỉ lệ nầy giảm xuống còn 22,3%, đến năm 1977 thì lượng dầu mà Hoa Kỳ sản xuất được chỉ đủ cung ứng 70 - 75% nhu cầu tiêu thụ trong nước nên phải nhập khẩu từ các nước Châu Phi và Trung Ðông. Còn Liên Xô, trước đại chiến thứ hai thì lượng dầu khai thác chỉ bằng 17% so với Hoa Kỳ, đến năm 1973 con số nầy là 83% và từ năm 1975 Liên Xô đứng đầu thế giới về lượng dầu khai thác hằng năm.

* Khí đốt thiên nhiên

Trong nửa sau thế kỷ 20, khí đốt là nguồn cung cấp quan trọng sau dầu mỏ. Trử lượng khí đốt ở độ sâu hiện đang khai thác (3.000 m) là 72,9 ngàn tỉ m3 trong đó có 20% nằm ở đại dương. Nếu tính ở độ sâu 5000 mét thì trử lượng khí đốt là 86 ngàn tỉ m3. Mức độ khai thác khí đốt cũng khác nhau tùy theo khu vực và từng nước là do nhu cầu thực tiển của sự phát triển kinh tế - xã hội của mỗi nước.

Nhu cầu về khí đốt 1980 là 1.700 tỉ m3 trong đó các nước tư bản 1.030 tỉ m3 (riêng Hoa Kỳ 680 tỉ m3). Do nhu cầu sử dụng càng tăng nên trử lượng ngày thu hẹp dần, năm 1972 ước tính còn 9,6 ngàn tỉ m3, đến năm 1976 chỉ còn 5,9 ngàn tỉ m3.

* Ðiện năng

Công nghiệp điện ra đời vào cuối thế kỷ 19 và phát triển rất nhanh chóng. Công nghiệp điện hiện nay bao gồm hai lĩnh vực chính là nhiệt điện và thủy điện. Cho đến nay, điện năng được sử dụng trên thế giới là do các nhà máy nhiệt điện sản xuất là chính, còn thủy điện cung cấp chỉ là 1 phần nhỏ chiếm tỉ lệ từ 3,5% - 5%.

Nhu cầu về điện năng càng ngày càng cao, trung bình trên thế giới thì bình quân mỗi đầu người là 1.600 kwh/năm, ước tính đến năm 2000 sẽ là 4.600 kwh / năm.

Theo bảng dưới đây, nếu tính trung bình 10 năm thì sản lượng điện tăng lên gấp đôi và nếu so sánh và mức tiêu thụ năng lượng điện từ nửa đầu thế kỷ 20 nầy bằng tổng năng lượng điện tiêu thụ của toàn bộ nhân loại trước đó.

Bảng 5: Sản lượng điện được sản suất trên toàn thế giới

Liên Xô có nền công nghiệp điện phát triển rất nhanh. Năm 1913 chỉ đạt sản lượng 1,3 tỉ kwh, năm 1935 đạt 26,288 tỉ kwh đứng hàng thứ tư sau Hoa Kỳ, Ðức và Anh. Tiềm năng thủy điện của Liên Xô còn rất lớn trong khi đó nhiều nước khác đã sử dụng hầu hết tiềm năng của họ như Na-uy (99,7%), Thụy Ðiển và Thụy Sĩ (90%), Ý và Pháp (50%)...

Hình 2. Trạm nhiệt điện

* Ðiện nguyên tử

Trong tình hình các nguồn năng lượng sơ cấp truyền thống cạn dần thì nền công nghiệp điện nguyên tử ra đời. Liên Xô là nước đầu tiên xây dựng thành công nhà máy điện nguyên tử (1954) với công suất 5.000 kwh, sau đó là Anh (1956), Hoa Kỳ (1957), Pháp (1959) và một số quốc gia khác như Ấn độ, Pakistan...

Sau 20 năm kể từ khi nhà máy điện nguyên tử đầu tiên ra đời, năm 1974 tổng công suất của các nhà máy điện nguyên tử trên thế giới đã đạt tới 55 triệu kwh và hiện nay các nước có nền công nghiệp điện nguyên tử phát triển mạnh là Hoa Kỳ và Nhật Bản và sau đó là Tây Ðức, Anh , Pháp.

Hình 3. Nhà máy điện nguyên tử ở California (Chiras, 1991)

Nguyên liệu sử dụng cho nhà máy điện nguyên tử là Uranium. Năng lượng nguyên tử có nhiều điểm ưu việt nên nó sẽ

thay thế dần các nguồn năng lượng cổ điển vào thế kỷ 21.

Một kg Uranium - 235 bị phân rả hoàn toàn phát ra một năng lượng là 23 triệu kwh tương đương với 2.600 tấn than đá. Vì thế nên nhà máy điện nguyên tử chiếm diện tích nhỏ, máy móc gọn nhẹ, tiêu thụ điện của bản thân nhà máy cũng ít, tránh được việc làm nhiễm bẩn môi trường như các nhà máy nhiệt điện. Nhưng ở đây có một vấn đề phải được đặc biệt quan tâm và phải giải quyết tốt là xử lý chất thải phóng xạ.

b. Tài nguyên năng lượng ở Việt Nam

* Than đá

Trử lượng được xác định là từ 3 đến 3,5 tỉ tấn, chủ yếu tập trung ở vùng Quảng Ninh, ngoài ra còn có ở 1 số nơi khác trử lượng ít. Than ở vùng Quảng Ninh là than đen có chất lượng tốt còn các nơi khác là than nâu có chất lượng xấu hơn. Hầu hết than được khai thác từ các mỏ lộ thiên.

Tình hình khai thác than đá ở Việt Nam từ năm 1955 đến 1995 được biết theo bảng 7 và hiện nay sản lượng khai thác ngày càng nhiều hơn đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu sang các nước khác.

* Dầu mỏ

Tìm kiếm và thăm dò dầu mỏ đã thực hiện từ lâu trong thời kỳ chiến tranh ở cả 2 miền Nam và Bắc; trong những năm đầu của thập niên 1960 - 1970 đã tìm thấy dầu và khí ở vùng châu thổ Sông Hồng song chưa xác định được dầu thương mại, còn ở miền Nam việc thăm dò chủ yếu ở thềm lục địa vào những năm cuối của thập niên 60, kết quả là phát hiện được 3 bồn trầm tich có khả năng có dầu khí quan trọng là: bồn Cửu Long, bồn Sài Gòn - Brunây và bồn vịnh Thái Lan; tháng 8 - 1973 chính quyền Sài gòn đã tổ chức đấu thầu và đã có 4 tổ hợp các công ty nước ngoài trúng thầu và bắt đầu tiến hành thăm dò tiềm kiếm vào năm 1974 đến tháng 4 - 1975 phải bỏ dở vì miền Nam hoàn toàn được giải phóng.

Bảng 7. Sản lượng than đã khai thác ở Việt Nam từ 1955

Sau đó đến tháng 12 -1983 chính phủ ta mới bắt đầu thăm dò tìm kiếm trở lại và đã phát hiện được dầu ở tầng Miocene hạ (5/ 1984) rồi ở tầng Oligocene (2 / 1986). Tấn dầu được khai thác đầu tiên ở mỏ Bạch Hổ (6/1986), tháng 9/1988 bắt đầu khai thác chính thức.

Bảng 8. Sản lượng dầu khai thác được ở Việt Nam

Khối lượng dầu đã được khai tác trên đây từ 3 mỏ lớn là Bạch Hổ, Rồng và Ðại Hùng với 133 giếng khai thác và 247 giếng thăm dò. Ngoài ra một đường ống dẩn khí dài trên 100 km từ mỏ Bạch Hổ đã được dẩn vào đất liền đến Bà Rịa từ ngày 1 -5 -1995 đã cung cấp 1 triệu m3/ngày đêm và dự kiến đến năm 2000 cung cấp từ 3 - 4 triệu m3/ ngày đêm. Ngày 15 - 12 - 2000 bắt đầu xây dựng đường ống dẩn khí đốt dài khoảng 300 km từ mỏ Lan Tây và Lan Ðỏ vào bờ.

Ngoài liên doanh dầu khí Việt Xô, hiện có hơn 10 công ty nước ngoài cũng đang tìm kiếm và thăm dò dầu khí ở các thềm lục địa phía Nam và phía Bắc.  

Do tính hạn hữu của nguồn năng lượng cổ điển truyền thống, nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới để có thể khai thác và sử dụng rộng rải trở nên cấp bách. Hiện nay, sự nghiên cứu, thăm dò tập trung chủ yếu vào ba lãnh vực: bức xạ mặt trời, địa nhiệt và năng lượng hạch nhân.

a. Năng lượng mặt trời

Mặt trời có đường kính chừng 1, 4 triệu km và cách xa trái đất 150 triệu km. Nguồn gốc của năng lượng mặt trời là do những phản ứng nhiệt hạch xảy ra liên tiếp bên trong lòng mặt trời ở nhiệt độ rất cao (15 - 20 triệu độ C), các phản ứng này phát ra năng lượng dưới các dạng bức xạ nhiệt, quang và các hạt mang điện...Năng lượng mặt trời mà trái đất nhận được là rất nhỏ, ước chừng 5 x 1024 J / năm (tương đương vớí 115.000 tỉ tấn than đá và gấp 10 lần toàn bộ trử lượng than đá, dầu mỏ, khí đốt trong lòng đất). Ưu thế của năng lượng này là vô tận, không đổi dạng và trong sạch nhưng nhược điểm là sự biến thiên của năng lượng nầy theo ngày và mùa, theo khí hậu và theo vị trí của trái đất đối với mặt trời; nên vấn đề được đặt ra là cần phải suy tính để sử dụng kinh tế nhất.

Người ta chia nguồn năng lượng của mặt trời ra làm hai dạng là năng lượng trực tiếp và năng lượng gián tiếp:

* Năng lượng trực tiếp

Là dòng năng lượng chiếu sáng trực tiếp và khuếch tán. Năng lượng này có thể sử dụng để sản xuất ra nhiệt hay một loại năng lượng thứ cấp như điện, nhiên liệu tổng hợp...Về kỹ thuật sử dụng năng lượng mặt trời được biết như sau:

- Cần sức nóng ở nhiệt độ thấp (<100oC): kỷ thuật sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời bằng hệ thống bản phẳng hứng bức xạ (capteurplans) gọi là giàn thu nhiệt. Hiện nay đã được sử dụng rộng rải để sưởi ấm và làm cho nước nóng.

- Cần sức nóng ở nhiệt độ cao (>100oC): thì phải có kỷ thuật hội tụ bức xạ gọi là Lò mặt trời (pour solaire) chẳng hạn như lò mặt trời Odeillo ở miền Tây Nam nước Pháp có thể đạt tới nhiệt độ 3.800oC. Với nhiệt độ cao như vậy nên cần thiết cho một số ngành công nghiệp như ngành chế tạo vật liệu xây dựng hoặc được chuyển đổi thành cơ năng hay điện năng.

- Một ứng dụng quan trọng nữa của dạng năng lượng trực tiếp là sự chuyển đổi quang điện nhờ những tế bào quang điện, hiện nay được sử dụng phổ biến trong các thiết bị vũ trụ.

* Năng lượng gián tiếp

Năng lượng gián tiếp của bức xạ mặt trời là gió, sóng biển, thủy triều và chuyển đổi năng lượng sinh học (bioconversion).

- Năng lượng gió: Người Ai Cập đã biết sử dụng cối xay gió trong nông nghiệp từ 3.000 năm trước Công nguyên. Sau này nhờ cải tiến kỷ thuật nên chế tạo được cối xay gió nhiều cánh và có khả năng hoạt động ngay cả khi tốc độ gió chỉ chừng 2, 5 - 3 m / giây. Trước khi có máy hơi nước ra đời thì năng lượng gió đã được sử dụng rộng rải nhiều nơi.

Hình 4. Cối xay gió (Chiras, 1991)

Hình 5. Cối xay gió hiện nay ở ven bờ biển California (Chiras, 1991)

- Năng lượng sóng biển. Năng lượng sóng biển bắt nguồn từ gió. Giá trị năng lượng do sóng biển tạo nên trên cả hành tinh ước chừng 2, 7.1012 kw (tương đương với 85.1018 J) rất nhỏ so với năng lượng mặt trời. Mục tiêu khai thác ở đây là tìm một biện pháp có hiệu quả để chuyển đổi một phần năng lượng trong vận động của sóng biển thành cơ năng, điện năng. Ðiều kiện địa lý và kinh tế phải được tính toán thận trọng khi khai thác nguồn năng lượng này.

- Năng lượng thủy triều. Thủy triều là do sức hút của mặt trăng và mặt trời kết hợp lại. Toàn bộ công suất thủy triều trên hành tinh khoảng 8.1012 kw (gấp 100 lần công suất của các nhà máy thủy điện của toàn thế giới cộng lại. Con người sử dụng năng lượng thủy triều không nhiều.

- Năng lượng do chuyển đổi sinh học. Ðây là dạng năng lượng gián tiếp được khai thác tương đối có hiệu quả là sự chuyển đổi khí sinh học từ các chất thải Ðộng vật và Thực vật. Lợi ích của sự chuyển đổi nầy có nhiều mặt: giảm sử dụng trực tiếp gổ củi, giảm tàn phá rừng, đảm bảo vệ sinh môi trường, phế liệu còn lại sau quá trình chuyển đổi dùng làm phân bón hữu cơ có chất lượng tốt.

b. Năng lượng địa nhiệt

Ðược sử dụng sớm nhất ở Ý từ đầu thế kỷ này, nhưng mãi cho đến nay mơí được chú ý do triển vọng của nó trong tương lai. Mọi người trong chúng ta đều biết khi sâu xuống mặt đất từ 30 m - 40 m thì nhiệt độ tăng lên 10C, như vậy sâu từ 30 km - 40 km nhiệt độ sẽ đạt tơí 100oC; ở những miền gần núi lửa thì có thể đạt tới 100oC ở mức cạn hơn nhiều. Trên thế giới, các vành đai địa nhiệt được xác định rõ là nhờ vào các hoạt động động đất liên tục và lịch sử phún xuất của núi lửa trong lịch sử từ xa xưa, vành đai địa nhiệt bao phủ chừng 10% diện tích của trái đất và sức nóng mà các vành đai này tạo ra phần lớn do sự phân rả dần những yếu tố phóng xạ tự nhiên có trong các lớp đá.

Tài nguyên địa nhiệt gồm có bốn dạng cơ bản:

- Dạng thủy nhiệt. Gặp trong các lớp đá có các lổ và kẻ thông nhau và chứa đầy nước, sự vận động của nước trong các đá này tải năng lượng nhiệt từ lớp đá mẹ dưới sâu từ nơi này đến nơi khác và có thể theo các kẻ nứt chảy tràn trên mặt đất.

- Dạng thủy nhiệt mà thành phần khí là chủ yếu. Ít gặp hơn dạng thủy nhiệt trên. Tuy nhiên, một vài quốc gia đã khai thác và sử dụng loại năng lượng này như nhà máy địa nhiệt Larderello ở Ý, nhà máy Geyser ở California, nhà máy Matsukawa ở Nhật Bản...

- Dạng thạch nhiệt. Ðá bị đun nóng ở thể rắn hoặc thể nóng chảy, loại này nằm rất sâu trong lòng đất. Hướng nghiên cứu là đưa nước lạnh tới các miền sâu này rồi khai thác nước nóng bằng các hệ thống giếng song song.

- Dạng địa áp nhiệt. Nằm sâu trong lòng đất, nước bị kẹp giữa các lớp sét, khi bị nén chặt nước đi vào các lớp đá kết (gres) kế cận với nhiệt độ cao trên vài trăm độ C. Trong nước nóng có khí methane hòa tan, có khi bảo hòa làm thành một nguồn hydrocarbur quan trọng. Hiện nay, chưa có một kỷ thuật nào khai thác được nguồn tài nguyên này.

c. Năng lượng nhiệt hạch

Ðã được nghiên cứu để khai thác chừng 30 năm qua và thành tựu thu được ngày càng sâu rộng hơn. Năng lượng nhiệt hạch được tạo ra từ những phản ứng hạt nhân được thực hiện giữa những nguyên tố nhẹ dùng làm nguyên liệu như các đồng vị của Hydrogen, Helium, Lithium, Bor...Hiện nay, việc sử dụng hai đồng vị phóng xạ của Hydrogen là Deuterium (D) và Tritium (T) đòi hỏi những điều kiện mà có khả năng thực hiện được. Nguyên liệu được nung nóng ở nhiệt độ rất cao (20 triệu độ C) sẽ bốc hơi tạo nên một trạng thái ion hóa cực mạnh (plasma) để xảy ra lượng nhiệt hạch. Trong lò phản ứng nhiệt hạch (hay trong bom H) xảy ra sự kết hợp hạt nhân giữa D2 (1proton và 1 neutron) với nhân T3 (có 1 proton và 2 neutron) sinh ra nhân helium (có 2 proton và 2 neutron) và phóng xạ 1 neutron, đồng thời giải phóng một năng lượng rất lớn bằng mấy chục tấn thuốc nổ. Trong lò phản ứng nguyên tử (hay trong bom nguyên tử) năng lượng được giải phóng là do phản ứng phân hạch phá vỡ các hạt nhân nặng của Uranium 235.

Deuterium khá phổ biến trong tự nhiên được lấy từ nước có trử lượng 46.1012 tấn. Tritium là chất phóng xạ nhân tạo từ Lithium, trong lò phản ứng nhiệt hạch chất đồng vị Li6 sẽ biến thành Tritium do hấp thu thêm các neutron nhanh:

3 Li⁶ + _o n¹ ---------> 2 He⁺ + T³ + Q

Lithium cũng có nhiều, nếu không kể phần hòa tan trong nước thì có chừng 106 tấn, nếu khai thác phần hòa tan trong nước biển thì trử lượng gần như vô tận là 184.109 tấn.