Những khái niệm cơ bản về khí tự nhiên

Khí tự nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch, có cấu tạo chủ yếu bởi hydrocarbon

Khí tự nhiên (hay còn gọi là khí đốt) là hỗn hợp chất khí có thể cháy được, được cấu tạo bởi phần lớn các hydrocarbon. Khí tự nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch, chủ yếu là khí metan và etan, cùng nhiều hợp chất khác. 

Khí tự nhiên được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Khí tự nhiên chủ yếu được tìm thấy ở dưới lòng đất hoặc.  

Khí tự nhiên được thường được đo lường bằng đơn vị đặc biệt – mmBtu (triệu đơn vị nhiệt Anh). 1 mmBtu = 26.8 mét khối.

Khí tự nhiên được sử dụng làm nhiên liệu đốt cháy

Khí tự nhiên được sử dụng làm nhiên liệu gia dụng, được sử dụng để đốt trong các bếp gas, các lò gas giúp các gia đình nấu nướng, sưởi ấm và sấy khô. 

Đây cũng là một loại nhiên liệu dùng trong công nghiệp, loại khí này được đốt trong các lò gạch, lò gốm và lò cao để sản xuất gạch và xi măng. Khí tự nhiên còn được sử dụng trong các tuabin nhiệt điện để tạo ra điện cũng như các lò sản xuất thủy tinh, luyện kim và chế biến thực phẩm.

Ngoài mục đích đốt cháy, khí tự nhiên còn được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào trong ngành hóa dầu để tạo ra các chất hóa dầu. Các chất hóa dầu này sử dụng làm sản phẩm cho quá trình sản xuất phân đạm, bột giặt, chất dẻo, dược phẩm và rất nhiều loại sản phẩm hóa dầu khác. 

Khí tự nhiên cũng có thể được sử dụng để tạo ra khí hydro qua phương pháp tinh luyện hydro, đây là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp hóa chất, là một nguyên liệu không thể thiếu trong các nhà máy lọc dầu và là nguồn nguyên liệu cơ bản trong các phương tiện sử dụng khí hydro.

Bên cạnh những mục đích sử dụng nói trên, khí tự nhiên còn có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng điện. Nhà máy điện là nơi sử dụng khí tự nhiên nhiều nhất với tốc độ cao trong nhiều năm trở lại đây. 

Các nhà máy này tạo ra điện bằng khí tự nhiên sẽ thân thiện với môi trường hơn so với các nhà máy chạy bằng than hoặc dầu. Một số nhà máy điện khí tự nhiên hoạt động quanh năm, trong khi những nhà máy khác hoạt động có tính mùa vụ.

Khí tự nhiên đã được con người sử dụng từ rất lâu

Trung Quốc là nơi đầu tiên loài người biết tới, khai thác và sử dụng khí tự nhiên. Theo các nhà nghiên cứu, người Trung Quốc đã sử dụng khí tự nhiên vào khoảng năm 500 TCN tại tỉnh Tứ Xuyên, họ đã tìm ra cách để vận chuyển khí thoát ra khỏi mặt đất bằng các đường ống dẫn được làm bằng tre đến nơi sử dụng để đun sôi nước muối để trích xuất các muối. 

Khí tự nhiên được sử dụng để sưởi ấm, thậm chí chiếu sáng ở miền Bắc nước Ý. Ở Hoa Kỳ, khí tự nhiên lần đầu được tìm thấy ở Fredonia, thành phố New York vào năm 1825. Và cũng gần khoảng thời điểm đó, người Nga phát hiện ra khí tự nhiên và bắt đầu sử dụng chúng. 

Do khí tự nhiên ở dạng khí (có mật độ phân tử thấp) khó có thể vận chuyển bằng các phương tiện thông thường, trong quá khứ khí tự nhiên chỉ được sử dụng ở các gần khu vực mỏ khí. Khí tự nhiên của Nga lần đầu được vận chuyển tới châu Âu ngay sau Thế chiến II.

Từ năm 1946,  loại năng lượng thô này bắt đầu đến Ba Lan. Sau đó, vào những năm 1950, Ba Lan tham gia nhóm các đồng minh của Nga, cộng đồng các quốc gia định hướng xã hội chủ nghĩa.

Vào thập niên 1960, vai trò của Nga với tư cách một cường quốc khí tự nhiên đã được gia tăng đáng kể với việc tìm kiếm và khai thác các mỏ khí tự nhiên lớn trên thế giới như mỏ Urengoy ở Tây Siberia. Các mạng lưới nhánh của đường ống dẫn khí tự nhiên với công suất lớn bắt đầu thâm nhập vào Châu Âu.

Các nước Tây Âu khi đó đã bước vào thời kỳ phát triển công nghiệp một cách chóng mặt, họ đặc biệt quan tâm đến các nguồn tài nguyên khí tự nhiên giá rẻ tại Nga. Họ bắt đầu coi Nga là  một đối tác thương mại ổn định hơn nhiều so với khu vực Trung Đông.

Khí tự nhiên được chia làm nhiều loại

Khí thiên nhiên được chiết xuất từ giếng dầu được gọi là khí vỏ. Ngành công nghiệp khí tự nhiên đã đang khai thác một lượng khí lớn các loại tài nguyên như: khí chua, khí nén, khí đá phiến và khí metan, khí than, khí tinh thể và khí biogas.

Trong đó, khí chua là loại khí tự nhiên có chứa một lượng lớn chất hydrogen sulfide (H2S).

Khí nén (tight gas) là khí tự nhiên được sản xuất từ đá chứa có độ thẩm thấu thấp đến mức cần phải có tác động bẻ gãy thủy lực mạnh để tạo ra các giếng khoan. Khí được nén kín trong những tảng đá cứng và không thấm nước. Những hồ chứa tạo ra loại khí tự nhiên khô này còn được gọi với cái tên "cát chặt".

Khí đá phiến là loại khí tự nhiên được được tạo ra từ đá phiến sét. Do đá phiến sét có độ thấm rất thấp nên khí không được lưu thông với số lượng lớn, các giếng khí đá phiến cần phải có các vết nứt trên bề mặt đá để cho khí thoát ra ngoài. 

Khí metan trong than đá (hay CBM), là một loại khí tự nhiên có trong than đá. Cũng như các loại khí tự nhiên khác, nó được sử dụng chủ yếu để đốt cháy nhưng loại khí này đặc biệt hơn vì được tìm thấy trong các vỉa than đá. Mó đã trở thành một nguồn năng lượng quan trọng ở Hoa Kỳ, Canada, Australia và nhiều quốc gia khác.

Khi than là một loại khí được tạo ra từ quá trình chưng cất phá hủy than đá. Đây là một loại kĩ thuật có từ lâu và cho tới nay, người ta không còn sử dụng vì nó đem lại ít hiệu quả kinh tế hơn các loại khí khác.

Khí tự nhiên tinh thể là khí tự nhiên ở dạng màng mỏng hay tinh thể dưới các lớp trầm tích trên các thềm lục địa ngoài khơi, đặc biệt là các vùng như Siberia.

Biogas là khí tự nhiên chứa nhiều metan được tạo ra bởi sự phân hủy của vật chất hữu cơ. Các nguồn chứa nhiều khí biogas bao gồm đầm lầy, các bãi chôn lấp, cũng như các chất thải như bùn hay phân bón bằng cách xử lý kỵ khí, ở trong quá trình lên men ruột, đặc biệt là lên men ruột bò. 

Khai thác và tinh chế khí tự nhiên là một quá trình tốn nhiều chi phí

Mỗi loại khí tự nhiên sẽ có quá trình khai thác riêng biệt. Khí tự nhiên chủ yếu được khai thác ngoài khơi bằng cách đặt các giàn khoan ngoài biển nên việc khai thác rất khó khăn và tốn nhiều chi phí.

Tính tới đầu tháng 5 năm 2023, tổng số lượng giàn khoan khí tự nhiên ngoài khơi còn hoạt động theo ước tính của công ty Baker Hughes là 748 giàn khoan, thấp hơn 327 giàn trước khi xảy ra dịch bệnh Covid-19 vào năm 2019. Do hoạt động tốn kém nên việc tăng hay giảm số lượng giàn khoan đều phải có sự cân nhắc kỹ càng từ các công ty tinh chế.

Sau khi được khai thác, khí tự nhiên thường sẽ được đưa tới các nhà máy để tinh chế. Khí tự nhiên được khai thác từ các giếng khoan sẽ được cô đọng lại và loại bỏ nước. Thành phẩm sau khi cô đọng sẽ được đưa vào quá trình lọc hóa dầu. 

Sau đó qua đường ống dẫn khí thô được chuyển tới khu vực tinh chế đặc biệt để loại bỏ các thành phần acid. Quá trình này bao gồm việc xử lý các amine, sulfinol và benfield trong khí. 

Thành phẩm thu được sẽ bao gồm khí chứa nhiều acid và khí tự nhiên có chứa nhiều hơi nước. Tiếp đó, khí chứa hơi nước lần lượt qua các quá trình như khử nước, loại bỏ lưu huỳnh và nitrogen để ra thành phẩm.

Tới nay, các phương thức vận chuyển khí tự nhiên rất đa dạng

Ngành công nghiệp dầu khí được mở rộng và phát triển vào khoảng thế kỷ XIX và thế kỷ XX. Khi đó khí tự nhiên được phát hiện trong quá trình khai thác dầu mỏ từ các mỏ đất ngầm. Khí tự nhiên lúc đó được xử lý như chất phụ phẩm phế thải và thường được đốt bỏ ngay gần khu vực giàn khoan. 

Cho tới nay, người ta đã phát minh ra nhiều phương thức để đưa loại năng lượng này tới những vùng đất cách xa nơi mà nó được khai thác. Khí tự nhiên được vận chuyển thông qua các mạng lưới đường ống dẫn khí rộng lớn hoặc được hóa lỏng hoặc nén vào các bình chứa và chở bằng tàu.

Các dòng khí tự nhiên được vận chuyển trực tiếp từ nhà máy tinh chế tới các nhà máy phân phối qua các đường ống dẫn khí. Các đường ống dẫn khí này có thể được nối dài tới hàng nghìn kilomet, thậm chí có thể được nối vượt biển để tới nơi tiêu thụ. 

Cụ thể, đường ống dẫn khí dài nhất được ghi nhận tính đến năm 2022 là đường ống dẫn khí Đông-Tây của Trung Quốc với tổng chiều dài lên tới hơn 8700 kilomet được nối từ đất nước Turkmenistan nằm tại Trung Á đến Trung Quốc. 

Đường ống dẫn khí này thuộc sở hữu của Công ty Dầu khí Trung Quốc (PetroChina). Bên cạnh đó, hai đường ống dẫn khí Nord Stream 1 và 2 cũng liên quan tới các vụ lùm xùm giữa Nga và Châu Âu. Vào cuối năm 2022, đã xảy có hai vụ rò rỉ cũng như cháy nổ tại hai đường ống này ở vùng Biển Baltic, dẫn tới nhiều tranh cãi trong khu vực.

Phương thức vận chuyển khí tự nhiên khác là hóa lỏng. Khí sau khi được loại bỏ các tạp chất, sẽ được làm lạnh sâu tới -162 độ C để chuyển sang thể lỏng (được gọi là khí tự nhiên hóa lỏng - LNG) và đựng trong các bình chứa. 

Các bình chứa này sẽ được vận chuyển tới các nhà máy phân phối bằng các tàu chở hàng, xe tải và tàu hỏa. Tuy nhiên, phương tiện chủ yếu để vận chuyển khí tự nhiên hóa lỏng vẫn là các tàu chở hàng với tải trọng từ 170,000 tới 260,000 mét khối. 

Sau khi được vận chuyển đến nơi tiêu thụ, LNG được chuyển trở lại trạng thái khí qua thiết bị xử lý tái hóa khí sau đó được khí sẽ được bơm vào đường ống vận chuyển đến các hộ tiêu thụ.

Trái Đất chứa một lượng khí tự nhiên khổng lồ

Tại Liên bang Nga, Công ty Năng lượng Gazprom đã bán khoảng 250 tỷ mét khối khí tự nhiên trong năm 2008. Năm 2013, họ đã khai thác và tinh chế 487.4 tỷ mét khối khí tự nhiên các loại khí tương tự. Gazprom đã xuất khẩu sang châu Âu khoảng 161.5 tỷ mét khối khí tự nhiên trong năm 2013.

Vào tháng 8 năm 2015, lượng khí tự nhiên lớn nhất trong lịch sử đã được phát hiện bởi công ty khí tự nhiên ENI của Ý. Công ty đã tìm thấy một khu vực chứa lượng khí tự nhiên rất lớn ở Biển Địa Trung Hải trong khoảng 100 kilomet vuông. ENI cho biết khu vực này có thể sản xuất lên tới 850 tỷ m³ khí tự nhiên.

Tới năm 2009, 66,000 tỷ m³ khí tự nhiên trong tổng số ước tính 850,000 tỷ m³ trữ lượng đã được tiêu thụ - chiếm khoảng 8% tổng trữ lượng ước tính. Dựa trên mức độ tiêu thụ ước tính vào năm 2015, toàn thế giới tiêu thụ khoảng 3,400 tỷ m³ khí mỗi năm và con số này ngày càng tăng lên. 

Tổng số trữ lượng khí có thể khai thác kinh tế ước tính còn lại sẽ kéo dài 250 năm với mức độ tiêu thụ như vậy. Tuy nhiên, mỗi năm lượng khí tự nhiên sử dụng tăng khoảng 2-3% có thể dẫn đến dự trữ trở nên ít hơn đáng kể, chỉ còn khoảng 80 - 100 năm.

Khí tự nhiên còn được biết tới như một công cụ tài chính phổ biến

Ngoài các đặc điểm trên, khí tự nhiên còn được giao dịch trên thị trường hàng hóa đối với các nhà đầu tư thế giới. Hiện nay, có các phương thức giao dịch khí tự nhiên phổ biến như giao thương hàng hóa thực, giao dịch hợp đồng giao ngay, giao dịch hợp đồng tương lai và giao dịch hợp đồng quyền chọn.

Khi giao dịch khí tự nhiên trên các thị trường tài chính, các nhà đầu tư nên thận trọng với việc giá có thể đột ngột “tăng trần” hoặc “giảm sàn” chỉ sau một đêm. Điều này diễn ra khá phổ biến trong thời kỳ xung đột Nga-Ukraine khi nguồn cung tại Nga không ổn định.

Chính vì vậy, việc đầu tư vào các mặt hàng năng lượng như khí tự nhiên có thể đem lại nhiều rủi ro tới các nhà đầu tư. Để tránh được những rủi ro không đáng có trên thị trường và hạn chế các khoản lỗ của mình, nhà đầu tư nên đặt các lệnh dừng lỗ phù hợp với số vốn cũng như khẩu vị rủi ro của bản thân.

Những yếu tố ảnh hưởng tới giá khí tự nhiên

Giá khí tự nhiên mang tính thời vụ

Khí tự nhiên được sử dụng chủ yếu với mục đích là đốt cháy nên nó thường được sử dụng trong các bếp gas hay hệ thống lò sưởi ở những nơi có khí hậu ôn đới như Châu Âu, Bắc Mỹ,… Chính vì vậy nên giá khí tự nhiên thường tăng mạnh do nhu cầu cao vào mùa đông và giảm xuống đáng kể trong mùa hè. Ở các vùng khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nhiệt độ tăng lên vào mùa hè, nhu cầu sử dụng điều hòa tăng kéo theo nhu cầu khí tự nhiên cũng tăng. 

Tuy nhiên, sự gia tăng này không ảnh hưởng gì nhiều tới giá khí tự nhiên thế giới. Đây có lẽ cũng là một yếu tố cho câu nói nổi tiếng “sell in May, go away”.

Số lượng giàn khoan cũng ảnh hưởng

Nguồn cung ảnh hưởng trực tiếp tới giá cả. Chính vì vậy, số lượng giàn khoan hoạt động ngoài khơi theo báo cáo của công ty công ty Baker Hughes hàng tuần sẽ ảnh hưởng tới giá cả. Trước khi xảy ra Đại dịch Covid-19, tháng 2/2019 vào cuối cùng đông tại khu vực Bắc Bán cầu, có tới 1083 giàn khoan khí tự nhiên hoạt động ngoài khơi, giá khí tự nhiên lúc này chỉ ở mức 2.5 – 2.8 USD/mmBtu.

Thời tiết là một nhân tố quan trọng 

Có thể nói, thời tiết đóng vai trò quan trọng cũng như khó lường trong việc dự đoán và định hướng giá khí tự nhiên. Có những khi thời tiết tại các vùng như Hoa Kỳ, Châu Âu lạnh bất chợt, giá khí tự nhiên tăng vọt 10% ngay từ lúc mở phiên. Giá sẽ tiếp tục tăng tới khi nào thời tiết trở nên ôn hòa và dễ chịu hơn.

Các cú sốc dẫn tới giá khí tự nhiên tăng vọt

Giá khí tự nhiên đạt mức cao nhất là 14 USD/mmBtu vào năm 2006. Vào năm 2022, chiến tranh Nga-Ukraine nổ ra cũng khiến giá khí tự nhiên nhảy vọt lên 10 USD/mmBtu. Nga lúc này đóng vai trò là nước xuất khẩu khí tự nhiên lớn nhất thế giới, trả đũa các lệnh cấm vận châu Âu bằng cách hạn chế các dòng khí tự nhiên của mình tới đây.

Điều này khiến nguồn cung khí tự nhiên giảm nghiêm trọng, cùng với mùa đông kéo dài hơn trong năm 2022, khiến giá khí tự nhiên nhảy vọt. Các nước Châu Âu nhanh chóng nhập khẩu nhiều khí tự nhiên và dầu thô từ Nga để tiến hành cấm vận nhằm trừng phạt hành động của nước này và tích trữ khí tự nhiên cho mùa đông tiếp theo. 

Các nguy cơ đi kèm khi sử dụng khí tự nhiên

Nguy cơ ô nhiễm môi trường

Khí tự nhiên nhiên chủ yếu chứa metan. Sau khi thải ra bầu khí quyển, nó được loại bỏ bằng cách oxy hóa dần thành carbon dioxide, hình thành ở tầng đối lưu hoặc tầng bình lưu. Do đặc tính giữ nhiệt của khí tự nhiên trong khí quyển, năng lượng này được coi là một khí nhà kính có ảnh hưởng  mạnh hơn carbon dioxide. 

Ước tính năm 2009 của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA), khí metan toàn cầu đạt mức mức 85 km khối mỗi năm hay 3% sản lượng toàn cầu. Mỗi năm, khoảng 3.0 nghìn tỷ mét khối khí metan phát thải ra bầu khí quyển, chiếm 14.3% tổng lượng phát thải khí nhà kính nhân tạo toàn cầu vào năm 2004.

Khai thác khí tự nhiên cũng tạo ra các đồng vị phóng xạ, gây ảnh hưởng tới môi trường xung quanh cũng như người khai thác.

Nguy cơ mất an toàn

Một số mỏ khí  trong quá trình khai thác khí chua tạo ra khí hydrogen sulfide (H2S). Lượng khí này không được xử lý này rất độc hại. Để xử lý amine, quy trình loại bỏ các thành phần khí axit, thường được sử dụng để loại bỏ hydrogen sulfide khỏi khí tự nhiên thành phẩm.

Khai thác khí tự nhiên cũng dẫn đến việc giảm áp lực trong hồ chứa. Áp lực giảm này lần lượt có thể dẫn đến sụt lún trên mặt đất. Nó cũng có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, cống rãnh và hệ thống cấp nước,…

Các vụ nổ do rò rỉ khí tự nhiên xảy ra hàng năm. Các hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ thường bị ảnh hưởng nặng nề nhất khi các vụ rò rỉ diễn ra. Thông thường, rò rỉ khí tự nhiên có thể gây ra nổ lớn, đủ để gây thiệt hại đáng kể cho một tòa nhà. Khí tự nhiên thường dễ tan hơn trong điều kiện thời tiết ở ngoài trời.

Hệ thống sưởi bằng khí tự nhiên còn có thể gây ra ngộ độc khí carbon monoxide nếu không được thông hơi hoặc thông hơi yếu. Chính vì vậy trong các hộ gia đình ở phương Tây thường có ống khói để khí có thể thoát ra ngoài trời. 

Trong năm 2011, khí carbon monoxide được thải ra từ lò khí tự nhiên, máy sưởi không gian, máy nước nóng và bếp là nguyên nhân chính gây ra 11 ca tử vong tại Hoa Kỳ. 22 trường hợp tử vong khác là do các thiết bị chạy bằng khí tự nhiên hoá lỏng, và 17 trường hợp tử vong do loại khí không xác định.

Những cải tiến trong thiết kế của lò đốt khí tự nhiên đã làm giảm đáng kể mối lo ngại đến từ ngộ độc carbon monoxide. Các loại máy dò cũng được lắp đặt để cảnh báo có sự rò rỉ khí carbon monoxide và khí metan.