Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang là thách thức môi trường cấp bách nhất hiện nay, đe dọa trực tiếp đến an ninh năng lượng và sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch không ngừng gia tăng nhằm phục vụ tăng trưởng kinh tế, dẫn đến việc hình thành các công trình công nghiệp trọng điểm quốc gia. Dự án Khu Liên hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn được xây dựng tại Khu kinh tế Nghi Sơn, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa với quy mô nhập khẩu và chế biến 10 triệu tấn dầu thô mỗi năm. Dự án được thiết kế để cung cấp ra thị trường 2,1 triệu tấn xăng Mogas, 2,7 triệu tấn dầu Diesel, 1,4 triệu tấn khí hóa lỏng LPG cùng nhiều sản phẩm hóa dầu giá trị cao, đáp ứng tới 50% nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu của toàn quốc khi kết hợp cùng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là quá trình san lấp, xây dựng trên diện tích mặt bằng 328 ha và vận hành một tổ hợp hóa dầu tầm cỡ quốc tế tất yếu sẽ phát sinh khối lượng khí nhà kính rất lớn như CO2, CH4 và N2O. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận văn là thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu kiểm kê phát thải toàn diện cho dự án, đồng thời ứng dụng công cụ tính toán của Liên Hợp Quốc nhằm lượng hóa tổng phát thải quy đổi theo từng giai đoạn. Phạm vi nghiên cứu bao quát diện tích 394 ha trên bờ và 259 ha ngoài khơi trong giai đoạn thi công từ tháng 11 năm 2009 đến năm 2011 cùng kịch bản vận hành thực tế. Ý nghĩa nghiên cứu mang lại giá trị định lượng thực tiễn với chỉ số tấn CO2 tương đương được xác lập chuẩn xác, tạo tiền đề vững chắc cho việc quản lý dấu chân carbon và thúc đẩy các mục tiêu giảm phát thải theo cam kết quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết biến đổi khí hậu nền tảng gắn liền với Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi khí hậu và Nghị định thư Kyoto, một văn bản pháp lý quốc tế có hiệu lực từ năm 2005 ràng buộc các quốc gia công nghiệp phát triển cắt giảm trung bình 5,2% lượng phát thải so với mức năm 1990. Nghiên cứu tích hợp mô hình chuẩn mực kiểm kê khí nhà kính của Viện Tài nguyên Thế giới phối hợp với Hội đồng Doanh nghiệp Thế giới vì sự Phát triển Bền vững, phân loại nguồn thải thành ba phạm vi cụ thể: Phạm vi 1 là phát thải trực tiếp từ đốt nhiên liệu tại chỗ và thiết bị thuộc quyền kiểm soát; Phạm vi 2 là phát thải gián tiếp từ điện năng tiêu thụ mua ngoài; Phạm vi 3 là phát thải gián tiếp khác từ chuỗi cung ứng vật liệu và vận tải bên ngoài.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm Tiềm năng nóng lên toàn cầu, chỉ số đo lường mức độ hấp thụ nhiệt của một loại khí nhà kính so với CO2 với giá trị quy ước của CO2 bằng 1, và đương lượng CO2 là đơn vị chuẩn quốc tế để quy đổi tổng hợp tác động của các chất khí như CH4 và N2O. Đồng thời, nghiên cứu tiếp cận Sáng kiến Trung hòa Khí hậu của Liên Hợp Quốc nhằm xây dựng mô hình kiểm kê phát thải đồng bộ và minh bạch.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 100% danh mục phương tiện cơ giới thi công, định mức tiêu thụ nhiên liệu dầu mỏ thực tế tại công trường trong 12 tháng thi công liên tục và toàn bộ thông số kỹ thuật tiêu hao năng lượng thiết kế cho giai đoạn vận hành thương mại. Dữ liệu khí tượng thủy văn được tổng hợp trong giai đoạn 5 năm từ 2004 đến 2008 với nhiệt độ trung bình 24,10 °C và lượng mưa trung bình năm 544,6 mm.

Phương pháp chọn mẫu toàn bộ được áp dụng dựa trên hồ sơ máy móc thi công mặt bằng và đội tàu biển chuyên dụng ngoài khơi do Ban Quản lý Dự án cung cấp, loại bỏ hoàn toàn sai số ước lượng ngẫu nhiên. Phương pháp phân tích định lượng sử dụng phần mềm tính toán khí nhà kính chuyên dụng của Liên Hợp Quốc kết hợp với hệ số phát thải chuẩn của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ yêu cầu phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn môi trường của Ngân hàng Thế giới và Tổ chức Tài chính Quốc tế, bảo đảm tính so sánh quốc tế và tính tương thích cao trong cơ chế đo đạc, báo cáo và thẩm định. Timeline nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt từ cuối năm 2009 đến năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, trong giai đoạn hoàn thiện mặt bằng nhà máy, tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu diesel của các máy móc thi công san gạt trên diện tích 328 ha đã tạo ra lượng phát thải khí nhà kính tập trung chủ yếu ở Phạm vi 1. Các phương tiện vận tải hạng nặng và máy đào xúc đất chiếm tỷ trọng hơn 70% tổng mức tiêu hao nhiên liệu công trường, quy đổi ra hàng chục nghìn tấn CO2 tương đương mỗi năm.

Thứ hai, giai đoạn thi công ngoài khơi bao gồm hoạt động lắp đặt phao rót dầu không bến và tuyến đường ống dẫn dầu thô ngầm dài hàng chục kilomet ghi nhận cường độ phát thải trên mỗi giờ hoạt động cao hơn 25% so với thi công trên cạn. Nguyên nhân do các tàu kéo chuyên dụng, tàu rải ống và trạm phát điện nổi phải vận hành liên tục dưới tác động của dòng chảy hải văn có vận tốc lên tới 0,8 m/s và điều kiện sóng biển phức tạp.

Thứ ba, kịch bản tính toán cho giai đoạn vận hành chính thức với công suất chế biến 10 triệu tấn dầu thô mỗi năm chỉ ra rằng nguồn phát thải trực tiếp từ các lò đốt gia nhiệt công nghệ, tháp chưng cất và hệ thống đuốc loe chiếm tới 85% tổng lượng CO2 tương đương của toàn bộ tổ hợp lọc hóa dầu. Lượng phát thải gián tiếp từ việc tiêu thụ điện lưới chỉ chiếm khoảng 15% còn lại.

Thứ tư, cơ cấu phát thải theo chủng loại khí cho thấy khí CO2 chiếm tỷ trọng áp đảo trên 92% tổng lượng phát thải quy đổi, tiếp đến là khí CH4 phát sinh từ quá trình rò rỉ đường ống công nghệ và N2O sinh ra từ các phản ứng cháy ở nhiệt độ cao.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  CƠ CẤU PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH DỰ KIẾN                  |
|                                                                         |
|  [Phát thải trực tiếp - Scope 1]  ███████████████████████████ 85%       |
|  [Phát thải gián tiếp - Scope 2]  █████ 15%                             |
|                                                                         |
|  [Khí Carbon Dioxide (CO2)]       ███████████████████████████████ 92%   |
|  [Khí Methane & Nitrous Oxide]    ███ 8%                                |
+-------------------------------------------------------------------------+

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự chênh lệch phát thải giữa các công đoạn bắt nguồn từ đặc thù công nghệ hóa dầu, nơi các phản ứng cracking xúc tác và reforming đòi hỏi nguồn năng lượng nhiệt khổng lồ để duy trì nhiệt độ và áp suất cao. Hơn nữa, vị trí dự án nằm gần đới đứt gãy Sông Mã có chiều dài 400 km và cách nhà máy khoảng 12 km, cùng điều kiện địa chất phức tạp đòi hỏi cao trình tôn nền mặt bằng từ +4,5m đến +6m, làm gia tăng khối lượng thi công cơ giới ban đầu.

So sánh với các nghiên cứu kiểm kê tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất và các tổ hợp lọc dầu tương đương trong khu vực Đông Nam Á, chỉ số phát thải trên một đơn vị sản phẩm của Nghi Sơn nằm ở mức trung bình tiên tiến nhờ ứng dụng các dây chuyền chế biến sâu hiện đại. Về mặt trình bày trực quan, dữ liệu kiểm kê được biểu diễn trực quan và hiệu quả nhất thông qua biểu đồ cột chồng nhiều tầng thể hiện cơ cấu phát thải theo từng phạm vi qua các năm, kết hợp cùng bảng ma trận hệ số phát thải chi tiết đối với từng loại nhiên liệu như dầu FO, dầu DO và khí đốt công nghiệp. Điều này giúp các nhà quản trị môi trường dễ dàng nhận diện điểm nóng phát thải để ưu tiên nguồn lực giảm thiểu.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa hiệu suất nhiệt của hệ thống lò đốt công nghệ. Ban Quản lý Năng lượng của nhà máy cần tiến hành lắp đặt hệ thống thu hồi nhiệt thải từ khói lò của các phân xưởng chưng cất khí quyển và cặn chân không, đặt mục tiêu giảm từ 8% đến 10% lượng nhiên liệu đốt tiêu hao, hoàn thành lộ trình nâng cấp trong vòng 18 tháng kể từ khi tiếp quản vận hành.

Thứ hai, thiết lập hệ thống quan trắc và kiểm kê khí nhà kính tự động định kỳ. Phòng Quản lý An toàn Môi trường phối hợp cùng các đơn vị tư vấn độc lập tích hợp phần mềm tính toán tự động CO2 tương đương theo chuẩn của Liên Hợp Quốc, bảo đảm độ chính xác của cơ sở dữ liệu đạt trên 95% và tiến hành lập báo cáo phát thải định kỳ 6 tháng một lần theo quy chuẩn của Ngân hàng Thế giới.

Thứ ba, triển khai chương trình kiểm soát và phát hiện rò rỉ khí cho toàn bộ phụ kiện đường ống. Đội ngũ bảo dưỡng cơ khí cần áp dụng công nghệ quang học tiên tiến để kiểm tra định kỳ hơn 100.000 van, mặt bích và mối nối, hướng tới mục tiêu giảm tối thiểu 15% lượng phát thải khí CH4 và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ra môi trường trong khung thời gian 12 tháng.

Thứ tư, đầu tư chuyển đổi năng lượng sạch cho các hoạt động phụ trợ. Hội đồng Quản trị liên doanh xem xét phê duyệt dự án lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời công suất từ 5 đến 10 MW trên mái các nhà kho và xưởng cơ khí, nhằm bù trừ khoảng 6.000 tấn CO2 tương đương phát sinh từ điện năng tiêu thụ mỗi năm trong lộ trình 3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, kỹ sư an toàn môi trường và chuyên viên quản lý năng lượng tại các nhà máy lọc hóa dầu, xí nghiệp chế biến khí và nhà máy điện: Tài liệu cung cấp biểu mẫu phân loại nguồn thải chuẩn hóa và phương pháp luận đo đạc trực quan để xây dựng báo cáo kiểm kê khí nhà kính theo quy định của pháp luật và tiêu chuẩn quốc tế.

Thứ hai, các nhà quản lý dự án và chuyên gia tư vấn lập báo cáo Đánh giá tác động môi trường cho các công trình hạ tầng công nghiệp quy mô lớn: Luận văn cung cấp toàn bộ định mức tiêu hao nhiên liệu và hệ số phát thải chi tiết của hàng chục loại phương tiện thi công trên diện tích 328 ha trên cạn và 259 ha ngoài khơi.

Thứ ba, cán bộ quản lý nhà nước thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Cục Biến đổi khí hậu và Bộ Công Thương: Nghiên cứu là cơ sở thực tiễn giá trị phục vụ xây dựng hướng dẫn kiểm kê khí thải chuyên ngành dầu khí, hỗ trợ phân bổ hạn ngạch phát thải carbon quốc gia một cách công bằng và khoa học.

Thứ tư, giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Kinh tế Năng lượng: Luận văn là một case study mẫu mực về ứng dụng công cụ kiểm kê của Liên Hợp Quốc trong bối cảnh công nghiệp hóa tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần tiến hành kiểm kê khí nhà kính ngay từ giai đoạn chuẩn bị và thi công mặt bằng?

Giai đoạn thi công của các siêu dự án lọc hóa dầu tiêu thụ lượng nhiên liệu cơ giới khổng lồ trên diện tích hàng trăm hecta. Việc kiểm kê sớm giúp nhà thầu quản lý định mức máy móc, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu thừa và thiết lập đường cơ sở phát thải chuẩn xác cho toàn bộ vòng đời dự án.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa phát thải Phạm vi 1 và Phạm vi 2 trong dự án lọc dầu là gì?

Phát thải Phạm vi 1 bao gồm toàn bộ khí thải phát sinh trực tiếp từ việc đốt nhiên liệu tại lò đốt, lò hơi và máy móc thuộc sở hữu dự án. Trong khi đó, phát thải Phạm vi 2 là lượng khí nhà kính phát sinh tại các nhà máy điện bên ngoài do cung ứng điện năng cho tổ hợp sử dụng.

Phương pháp tính toán phát thải của Liên Hợp Quốc có ưu thế gì vượt trội?

Công cụ tính toán của Liên Hợp Quốc dựa trên hướng dẫn của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu, cung cấp hệ số phát thải đã được kiểm chứng toàn cầu. Phương pháp này bảo đảm tính minh bạch, nhất quán và được các tổ chức tài chính quốc tế như IFC công nhận trong thẩm định tín chỉ carbon.

Điều kiện tự nhiên tại khu vực Nghi Sơn ảnh hưởng như thế nào đến mức độ phát thải của dự án?

Nền nhiệt độ trung bình 24,10 °C, lượng mưa lớn cùng điều kiện địa chất nằm cách đứt gãy Sông Mã 12 km đòi hỏi kết cấu nền móng tôn cao từ +4,5m đến +6m. Điều này làm tăng thời gian vận hành của máy móc cơ giới hạng nặng, trực tiếp đẩy cao lượng phát thải trong giai đoạn thi công.

Cơ sở dữ liệu kiểm kê khí nhà kính của luận văn có ý nghĩa gì đối với việc tham gia thị trường carbon?

Dữ liệu định lượng CO2 tương đương chi tiết là điều kiện tiên quyết giúp doanh nghiệp xác định chính xác hạn ngạch phát thải dư thừa hoặc thiếu hụt. Từ đó, chủ đầu tư có thể chủ động tham gia mua bán tín chỉ carbon theo cơ chế Nghị định thư Kyoto nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác lập thành công hệ thống dữ liệu kiểm kê khí nhà kính toàn diện cho Tổ hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn với công suất chế biến 10 triệu tấn dầu thô mỗi năm.
  • Luận văn lượng hóa đầy đủ lượng phát thải quy đổi CO2 tương đương cho cả hai giai đoạn thi công mặt bằng trên cạn diện tích 328 ha và lắp đặt đường ống ngoài khơi.
  • Kết quả chứng minh phát thải trực tiếp thuộc Phạm vi 1 chiếm trên 85% tổng lượng khí nhà kính trong giai đoạn vận hành thương mại của nhà máy.
  • Đóng góp quan trọng của luận văn là hoàn thiện quy trình kiểm kê phát thải chuẩn hóa theo phương pháp của Liên Hợp Quốc, có khả năng nhân rộng cho các công trình dầu khí tương tự.
  • Đề xuất lộ trình kỹ thuật chi tiết từ 12 đến 36 tháng nhằm tối ưu hóa hiệu suất lò đốt, kiểm soát rò rỉ khí CH4 và tích hợp năng lượng tái tạo.

Để hiện thực hóa mục tiêu giảm dấu chân carbon và đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường khắt khe của các định chế tài chính quốc tế, các đơn vị quản lý dự án lọc hóa dầu và các tổ hợp công nghiệp nặng cần khẩn trương áp dụng khung kiểm kê phát thải khoa học này vào quy trình vận hành thực tế ngay hôm nay.