Mối quan tâm toàn cầu sẽ sớm tập trung vào việc khử carbon công nghiệp trong thời gian diễn ra Hội nghị Liên Hợp Quốc về Biến đổi khí hậu năm 2021. Hội nghị này sẽ diễn ra trong tháng 11/2021 ở Glassgow, Scotland, UK. Một số nhà sản xuất xi măng đã tiên phong đi trước thông qua một số dự án thu gom và tồn trữ CO2 dài hơi và một loạt các dự án mới đã công bố trong tháng 9/2021. Trong bài viết này, Global Cement đề cập tới các dự án đó hiện đang được tiến hành.
Những thách thức về kinh tế, kỹ thuật và dịch vụ hậu cần trong việc thu gom, sử dụng và/hoặc tồn trữ CO2 (CCU/S) đã cho thấy là rất khó để áp dụng rộng rãi ngoài các thử nghiệm công nghiệp và sự tò mò, bất chấp sự gia tăng các mục tiêu giảm CO2 toàn cầu kể từ Nghị Định thư Kyoto năm 1997. Điều này có nghĩa rằng, khi COP26 đang đến gần, vẫn không có nơi nào trên thế giới có dây chuyền sản xuất clinker quy mô lớn đi vào hoạt động mà tự thu gom toàn bộ phát thải CO2 quá trình. Một số dây chuyền đang thu gom một số phát thải thì hoặc đang vận hành các dự án thử nghiệm hoặc đang thực hiện trên quy mô từng phần.
Các nhà sản xuất đều đã biết rằng ngành xi măng đang đóng góp khoảng 8% vào phát thải CO2 toàn cầu. Tuy nhiên, khoảng 60% sự gia tăng này là từ phát thải quá trình khi đá vôi được nung để sản xuất clinker. Vì phát thải quá trình là thực chất để sản xuất Xi măng Portland Thường, đến nay, các nhà sản xuất nói chung đều đã tập trung vào việc xử lý lượng phát thải dễ khử giảm hơn từ việc đốt các nhiên liệu hoá thạch hoặc trực tiếp hoặc để sản xuất điện, hoặc bằng cách giảm hệ số clinker trong sản phẩm của họ.
Việc thực hiện CCU/S của lĩnh vực xi măng đã dần lấy lại được động lực trong thập kỷ qua khi nghiên cứu trở thành các nghiên cứu thử nghiệm. Một vài trong số các nghiên cứu này trở thành các công trình lắp đặt lớn hơn. Hầu hết các nghiên cứu này đều được hưởng lợi từ kinh phí nghiên cứu hoặc tài trợ của chính phủ. Đến nay, các nghiên cứu mới đây chỉ thu gom được một phần phát thải CO2 từ các lò nung có nguồn phát thải từ khí thải ống khói. Thường thì có quá nhiều CO2 cho các nghiên cứu sử dụng. Vì vậy mà, hiện tại sẽ tập trung vào đường ống dẫn khí để đưa CO2 tới các cơ sở chiết tách carbon, cũng như các dự án thu gom mới có liên quan tới các cơ sở sản xuất hydro ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Giải thưởng của CCU/S hoàn chỉnh đầu tiên đã đi vào vận hành tại một nhà máy xi măng có khả năng sẽ được nhà máy Norcem/HeidelbergCement Brevik ở Na Uy trao trong tháng 9/2024 khi nhà máy này thu gom được toàn bộ phát thải CO2 từ một trong số hai lò nung của nhà máy. Trong thời gian này, tiến trình thực hiện vẫn đang tiếp tục diễn ra.
Giờ bài viết này sẽ xem xét chi tiết hơn một số dự án CCU/S hiện tại đang thực hiện. Bảng 1 trình bày một bản danh sách dài các dự án này. Xin lưu ý rằng rất nhiều dự án thử nghiệm đã được hoàn thành trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, các dự án này vẫn chưa được đề cập đến trong bài viết này.
Norcem Brevik
Công ty con Norcem của HeidelbergCement ở Na Uy hiện đang chuẩn bị xây dựng một tổ hợp thiết bị thu gom và tồn trữ carbon (CCS) tại nhà máy Xi măng Brevik. Aker Solutions đã nhận được hợp đồng trị giá 50 triệu Euro để xây dựng tổ hợp này vào cuối tháng 12/2020 sau khi chính phủ Na Uy xác nhận đầu tư vào dự án này. Nó sẽ sử dụng công nghệ tẩy rửa dung môi amin của Aker để hấp thụ CO2 từ khí thải nhà máy xi măng. FLSmidth cũng đã nhận được hợp đồng thực hiện công việc cải tạo tại nhà máy xi măng qua việc thực hiện các điều chỉnh đối với quá trình sản xuất và loại bỏ các phần tử hạt ra khỏi khí thải. Tổ hợp này được dự kiến sẽ đi vào vận hành vào cuối năm 2024. Tại thời điểm này, khoảng 400.000 tấn CO2/năm sẽ được thu gom từ một trong hai dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng.
CO2 từ Brevik sẽ được chiết tách bên dưới Biển Bắc như là một phần của dự án Đèn Phương Bắc (Northern Lights) được chính phủ Na Uy hậu thuẫn. Aker cũng đã giành được một hợp đồng từ cơ quan năng lượng Equinor trong tháng 12/2020 để cung cấp CO2 hoá lỏng được vận chuyển bằng tầu từ nhà máy xi măng tới bến tiếp nhận Øygarden, bên ngoài Bergen. Tại đây, CO2 sẽ được tồn trữ không liên tục trước khi được phun vào các cấu trúc địa chất dưới biển qua một đường ống dẫn dưới biển.
LEILAC (Vôi và xi măng có mức phát thải thấp)
Giai đoạn thứ hai của dự án LEILAC (Vôi và xi măng có mức phát thải thấp) đang chuẩn bị đi vào hoạt động vào năm 2023, với việc chạy thử nghiệm đến năm 2025. Đầu năm 2021, Liên danh điều hành chương trình đã lựa chọn nhà máy Hannover của HeidelbergCement ở Đức và báo cáo thiết kế kỹ thuật sơ bộ (Pre-FEED) của nhà máy chỉ định đã được công bố trong tháng 9/2021. Nhà máy chỉ định sẽ phân tách 20% phát thải CO2 quá trình của nhà máy, khoảng 100.000 tấn/năm và thử nghiệm công nghệ trên quy mô lớn hơn so với thử nghiệm trước đây tại nhà máy Lixhe ở Bỉ. Dự án sử dụng công nghệ phân tách trực tiếp của Calix mà sẽ nung nóng đá vôi qua lò phản ứng bằng thép đặc biệt và cho phép thu gom CO2 "thuần khiết".
Các công ty thành viên sản xuất xi măng và đá vôi của liên danh cho giai đoạn hai bao gồm HeidelbergCement, Lhoist, Cimpor và Cemex. IKN là nhà cung cấp thiết bị cho máy xi măng có trụ sở ở Đức cũng là một trong số các đối tác. Giai đoạn hai đã nhận được 16 triệu Euro từ nguồn quỹ chương trình nghiên cứu và đổi mới Horizon 2020 của Liên minh Châu Âu. Thêm 18 triệu Euro nữa đã được cam kết bởi HeidelbergCement, Cimpor, Lhoist và Calix.
Các nhà sản xuất đều đã biết rằng ngành xi măng đang đóng góp khoảng 8% vào phát thải CO2 toàn cầu. Tuy nhiên, khoảng 60% sự gia tăng này là từ phát thải quá trình khi đá vôi được nung để sản xuất clinker. Vì phát thải quá trình là thực chất để sản xuất Xi măng Portland Thường, đến nay, các nhà sản xuất nói chung đều đã tập trung vào việc xử lý lượng phát thải dễ khử giảm hơn từ việc đốt các nhiên liệu hoá thạch hoặc trực tiếp hoặc để sản xuất điện, hoặc bằng cách giảm hệ số clinker trong sản phẩm của họ.
Việc thực hiện CCU/S của lĩnh vực xi măng đã dần lấy lại được động lực trong thập kỷ qua khi nghiên cứu trở thành các nghiên cứu thử nghiệm. Một vài trong số các nghiên cứu này trở thành các công trình lắp đặt lớn hơn. Hầu hết các nghiên cứu này đều được hưởng lợi từ kinh phí nghiên cứu hoặc tài trợ của chính phủ. Đến nay, các nghiên cứu mới đây chỉ thu gom được một phần phát thải CO2 từ các lò nung có nguồn phát thải từ khí thải ống khói. Thường thì có quá nhiều CO2 cho các nghiên cứu sử dụng. Vì vậy mà, hiện tại sẽ tập trung vào đường ống dẫn khí để đưa CO2 tới các cơ sở chiết tách carbon, cũng như các dự án thu gom mới có liên quan tới các cơ sở sản xuất hydro ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Giải thưởng của CCU/S hoàn chỉnh đầu tiên đã đi vào vận hành tại một nhà máy xi măng có khả năng sẽ được nhà máy Norcem/HeidelbergCement Brevik ở Na Uy trao trong tháng 9/2024 khi nhà máy này thu gom được toàn bộ phát thải CO2 từ một trong số hai lò nung của nhà máy. Trong thời gian này, tiến trình thực hiện vẫn đang tiếp tục diễn ra.
Giờ bài viết này sẽ xem xét chi tiết hơn một số dự án CCU/S hiện tại đang thực hiện. Bảng 1 trình bày một bản danh sách dài các dự án này. Xin lưu ý rằng rất nhiều dự án thử nghiệm đã được hoàn thành trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, các dự án này vẫn chưa được đề cập đến trong bài viết này.
Norcem Brevik
Công ty con Norcem của HeidelbergCement ở Na Uy hiện đang chuẩn bị xây dựng một tổ hợp thiết bị thu gom và tồn trữ carbon (CCS) tại nhà máy Xi măng Brevik. Aker Solutions đã nhận được hợp đồng trị giá 50 triệu Euro để xây dựng tổ hợp này vào cuối tháng 12/2020 sau khi chính phủ Na Uy xác nhận đầu tư vào dự án này. Nó sẽ sử dụng công nghệ tẩy rửa dung môi amin của Aker để hấp thụ CO2 từ khí thải nhà máy xi măng. FLSmidth cũng đã nhận được hợp đồng thực hiện công việc cải tạo tại nhà máy xi măng qua việc thực hiện các điều chỉnh đối với quá trình sản xuất và loại bỏ các phần tử hạt ra khỏi khí thải. Tổ hợp này được dự kiến sẽ đi vào vận hành vào cuối năm 2024. Tại thời điểm này, khoảng 400.000 tấn CO2/năm sẽ được thu gom từ một trong hai dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng.
CO2 từ Brevik sẽ được chiết tách bên dưới Biển Bắc như là một phần của dự án Đèn Phương Bắc (Northern Lights) được chính phủ Na Uy hậu thuẫn. Aker cũng đã giành được một hợp đồng từ cơ quan năng lượng Equinor trong tháng 12/2020 để cung cấp CO2 hoá lỏng được vận chuyển bằng tầu từ nhà máy xi măng tới bến tiếp nhận Øygarden, bên ngoài Bergen. Tại đây, CO2 sẽ được tồn trữ không liên tục trước khi được phun vào các cấu trúc địa chất dưới biển qua một đường ống dẫn dưới biển.
LEILAC (Vôi và xi măng có mức phát thải thấp)
Giai đoạn thứ hai của dự án LEILAC (Vôi và xi măng có mức phát thải thấp) đang chuẩn bị đi vào hoạt động vào năm 2023, với việc chạy thử nghiệm đến năm 2025. Đầu năm 2021, Liên danh điều hành chương trình đã lựa chọn nhà máy Hannover của HeidelbergCement ở Đức và báo cáo thiết kế kỹ thuật sơ bộ (Pre-FEED) của nhà máy chỉ định đã được công bố trong tháng 9/2021. Nhà máy chỉ định sẽ phân tách 20% phát thải CO2 quá trình của nhà máy, khoảng 100.000 tấn/năm và thử nghiệm công nghệ trên quy mô lớn hơn so với thử nghiệm trước đây tại nhà máy Lixhe ở Bỉ. Dự án sử dụng công nghệ phân tách trực tiếp của Calix mà sẽ nung nóng đá vôi qua lò phản ứng bằng thép đặc biệt và cho phép thu gom CO2 "thuần khiết".
Các công ty thành viên sản xuất xi măng và đá vôi của liên danh cho giai đoạn hai bao gồm HeidelbergCement, Lhoist, Cimpor và Cemex. IKN là nhà cung cấp thiết bị cho máy xi măng có trụ sở ở Đức cũng là một trong số các đối tác. Giai đoạn hai đã nhận được 16 triệu Euro từ nguồn quỹ chương trình nghiên cứu và đổi mới Horizon 2020 của Liên minh Châu Âu. Thêm 18 triệu Euro nữa đã được cam kết bởi HeidelbergCement, Cimpor, Lhoist và Calix.
Quang cảnh nhà máy Norcem Brevik, được cho là hiện trường của dự án CCS nổi tiếng nhất trong lĩnh vực xi măng.
LEILAC chỉ thử nghiệm phần thu gom thuộc CCU/S qua việc chứng minh công nghệ và quá trình. Bất kỳ việc lắp đặt từng phần hay hoàn chỉnh thiết bị phân tách trực tiếp Calix nào tại một nhà máy xi măng đều cần phải có kế hoạch cùng với các công việc cần làm đối với CO2 thu gom được.
CO2MENT
Các công ty con của Holcim ở Bắc Mỹ đã làm việc với Svante và Total về dự án CO2MENT tại các nhà máy ở Hoa Kỳ và Canada. Sáng kiến đã được thử nghiệm công nghệ chất hấp thụ rắn của Svante. Ở Canada, các đối tác đang thực hiện tại nhà máy Richmond ở British Colombia. Ở đây, dự án có ba giai đoạn: hạn chế, thu gom và tái sử dụng. Giai đoạn thu gom đã hoàn thiện trong năm 2020 với việc lắp đặt thiết bị thu gom thử nghiệm Svante có năng suất 1 tấn/ngày. Giai đoạn tái sử dụng đã bắt đầu vào đầu năm 2021 và sẽ thực hiện cho đến năm 2024. Giai đoạn này sẽ nghiên cứu tái sử dụng CO2 thu gom được trong sản xuất bê tông, lắp đặt thiết bị hoá lỏng CO2 và chuẩn bị đánh giá trường hợp kinh doanh để mở rộng hơn nữa trong toàn bộ doanh nghiệp.
Quang cảnh nhà máy Lafarge Canada Richmond ở British Columbia, mà đang tham gia vào dự án CO2MENT.
Ở Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia thuộc Bộ Năng lượng đã trao 1,5 triệu USD cho một dự án chị em tại nhà máy LafargeHolcim US Florence ở Colorado. Tương tự như với dự án của Canada, các thành phần tham gia chính là Svante và Total nhưng có bổ sung thêm Oxy Low Carbon Ventures, một công ty con của Occidental. Dự án này nhằm mục đích thu gom 2 triệu tấn CO2/năm từ nhà máy xi măng và tồn trữ nó dưới lòng đất với sự hỗ trợ của công ty dầu khí Occidental. Sau khi công bố vào tháng 9/2020, dự án đã được lập ra để thực hiện nghiên cứu khả thi.
>> Thu gom và tồn trữ CO2 (P2)
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Global Cement Magazine số tháng 11/2021
ximang.vn
ximang.vn
