Than đá chứa nhiều carbon hơn dầu hoặc khí đốt. Khi chúng ta đốt các nhiên liệu này, lượng carbon cao hơn trong than đá phản ứng để tạo thành CO2, trong khi tỷ lệ hydro cao hơn trong dầu và khí đốt khiến chúng tạo thành H2O cùng với CO2.
Hầu hết các sinh vật sống đều được cấu tạo chủ yếu từ các phân tử gốc carbon—vì vậy nhiên liệu hóa thạch, được tạo ra từ những sinh vật từng sống, cũng vậy. Nhưng than đá “chứa nhiều carbon hơn” so với dầu hoặc khí đốt, theo Gregory Stephanopoulos, giáo sư kỹ thuật hóa học tại MIT. “Cường độ carbon” của mỗi loại nhiên liệu quyết định lượng CO2, hay carbon dioxide, mà mỗi loại tạo ra.
Than đá, dầu và khí đốt được tạo ra qua hàng thiên niên kỷ khi vật chất hữu cơ bị chôn vùi phân hủy.
Than đá ngày nay bắt nguồn từ thực vật mọc trong và gần đầm lầy hàng triệu năm trước, chúng chết đi và bị nước bao phủ. Bị cô lập khỏi oxy, thực vật từ từ phân hủy, và vi khuẩn và hóa chất trong nước phản ứng để tạo ra một chất gọi là than bùn.
Khi địa chất thay đổi, nước và trầm tích bao phủ than bùn, chôn vùi nó dưới các lớp đất và khoáng chất, đồng thời tạo áp lực.
“Khi vật chất hữu cơ bị chôn vùi trong trầm tích, nó sẽ bị ‘nấu’ ở nhiệt độ cao hơn”, Shuhei Ono, giáo sư địa hóa học tại MIT, cho biết. Nhiệt này hỗ trợ các phản ứng hóa học và phá vỡ các phân tử, đẩy hydro và oxy ra ngoài và để lại tỷ lệ carbon cao hơn. Do đó, than bùn trở thành than đá.
Nói chung, than đá càng chịu nhiều áp lực và nhiệt khi hình thành, thì nó càng chứa nhiều carbon—từ than “lignite” trẻ hơn (khoảng 25% carbon) đến than “anthracite” (lên đến 97% carbon).
Dầu và khí đốt không hình thành trong đầm lầy, mà trong đại dương, khi các loài thực vật và động vật nhỏ gọi là sinh vật phù du chết và chìm xuống đáy đại dương, trộn lẫn với các vật chất hữu cơ khác. Giống như than bùn trong đầm lầy, vật liệu này bị chôn vùi và chịu áp lực và nhiệt dưới đáy đại dương, tạo ra một vật liệu gọi là kerogen. Với nhiệt độ và áp suất tăng lên, kerogen từ từ mất đi các nguyên tử hydro, thải chúng đầu tiên dưới dạng các chuỗi carbon và hydro dài (dầu), và cuối cùng là CH4 (methane, hoặc khí đốt). Carbon nguyên chất bị bỏ lại dưới lòng đất, trong khi dầu và khí đốt giàu hydro có thể được khai thác và đốt làm nhiên liệu.
Cuối cùng, Ono nói, “methane chỉ chứa liên kết C-H, và than đá [chủ yếu] là C-C. Dầu nằm giữa hai loại.”
Khi con người đốt bất kỳ loại nhiên liệu hóa thạch nào, phản ứng hóa học sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. “Đây là năng lượng chúng ta sử dụng để phát điện hoặc di chuyển xe hơi, và làm tất cả những việc chúng ta làm với nhiên liệu hóa thạch”, Stephanopoulos nói. Khi nhiên liệu cháy, oxy trong không khí phản ứng với carbon, tạo thành CO2, hoặc với hydro, tạo thành H2O, hoặc hơi nước. Khi than đá cháy, tỷ lệ phân tử carbon cao hơn của nó tạo ra nhiều CO2 hơn trên một đơn vị năng lượng. Đối với dầu và khí đốt, “chủ yếu là hydro sẽ cháy và tạo ra năng lượng, chứ không phải carbon”, Stephanopoulos nói.
Mặc dù đốt than đá có cường độ carbon cao hơn, cả dầu và khí đốt vẫn tạo ra CO2 làm nóng khí hậu. Và khí tự nhiên phần lớn được tạo thành từ CH4, một chất ô nhiễm khí hậu tồn tại trong thời gian ngắn, làm ấm hành tinh thậm chí còn hơn cả CO2.
Vậy, liệu chúng ta có nên sử dụng khí đốt thay vì đốt than đá? Mặc dù khí đốt tạo ra ít CO2 hơn so với than đá khi đốt, nhưng nó vẫn là một nhiên liệu hóa thạch góp phần vào biến đổi khí hậu. Hơn nữa, khí tự nhiên chủ yếu bao gồm methane (CH4), một loại khí nhà kính mạnh hơn nhiều so với CO2 trong thời gian ngắn. Do đó, việc chuyển đổi từ than đá sang khí đốt có thể mang lại một số lợi ích ngắn hạn về giảm phát thải CO2, nhưng nó không phải là một giải pháp lâu dài cho vấn đề biến đổi khí hậu.
Để thực sự giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, chúng ta cần chuyển sang các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng địa nhiệt. Những nguồn năng lượng này không tạo ra khí nhà kính và có thể cung cấp năng lượng sạch và bền vững cho tương lai. Bên cạnh đó, việc tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng và phát triển các công nghệ thu giữ carbon cũng là những bước quan trọng để giảm lượng khí thải nhà kính và bảo vệ hành tinh của chúng ta.
