Hồi chuông báo tử cho than và các nhiên liệu hóa thạch, trước khi chúng phá hủy hành tinh của chúng ta. Đây là một phần trong Tuyên bố của Tổng Thư ký Liên Hiệp Quốc António Guterres khi trình bày báo cáo vừa mới được công bố từ các nhà khoa học thuộc Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) [1].
Từ hơn 14.000 nghiên cứu khoa học, báo cáo của IPCC cung cấp một bức tranh đầy đủ nhất và chi tiết nhất về việc biến đổi khí hậu đang làm thay đổi thế giới tự nhiên như thế nào - và điều gì vẫn có thể xảy ra ở phía trước. Báo cáo của Reuters [2] đã đưa ra những thông điệp cảnh báo: Báo cáo cho biết, trừ khi hành động ngay lập tức, nhanh chóng và với quy mô lớn để giảm bớt phát thải, nhiệt độ trung bình toàn cầu có thể sẽ đạt hoặc vượt ngưỡng nóng lên 1,5°C trong vòng 20 năm. Những cam kết cắt giảm phát thải đã được thực hiện cho đến nay vẫn không đủ để bắt đầu giảm bớt mức khí hiệu ứng nhà kính - chủ yếu là carbon dioxide (CO2) từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch - tích tụ trong bầu khí quyển.
![]()
Thậm chí ngay gần quê hương tôi Duisburg Ruhrort ở Đức - chỉ cách 60km - toàn bộ các thị trấn đã bị ngập nước, trong khi các đoàn tầu hỏa và các con đường bị cuốn trôi đi bởi lũ quét, cướp đi sinh mạng của ít nhất 173 người.
Cháy rừng sau những đợt nắng nóng ở khu vực Địa Trung Hải, ở Nga, Canada tỏa ra ánh sáng gay gắt lên khu vực dễ bị tổn thương trước các tác động của sự ấm lên toàn cầu và gây sức ép tới việc thay đổi các chính sách khí hậu.
Trong khi đó, ngành khai thác than đặc biệt là ở Hoa Kỳ và Trung Quốc lại ăn mừng khi đạt trở lại tốc độ tăng trưởng hai con số so với năm 2020. Các công ty khai thác mỏ như Peabody, Glencore, hoặc Whitehaven tăng giá trị của họ lên đến 40% [3]. Giá than đã tăng gấp ba lần so với mức giá trước khi xảy ra Covid-19.
Tôi không biết, tôi nên nghĩ thế nào về những sự tăng trưởng này. Chúng ta biết chính xác điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta liên tục bằng cách này gây ô nhiễm cho Trái đất của chúng ta. Chúng ta biết chính xác chúng ta có thể làm gì để chống lại sự biến đổi khí hậu. Nhưng, ngoài những cụm từ chính trị và những sáng kiến làm sạch từ ngành công nghiệp thì không có gì xảy ra.
Chúng ta phải bắt đầu ngay từ bây giờ để thay đổi hành vi của chúng ta và gây sức ép tới các chính phủ để chuyển đổi xã hội và ngành nghề của chúng ta. Sử dụng các nhiên liệu thay thế là giải pháp dễ dàng nhất đối với ngành của chúng ta.
Hãy tưởng tượng, mức thay thế trong ngành Xi măng toàn cầu hiếm khi đạt mức dự kiến 5%. Ở hầu hết 195 quốc gia trên toàn thế giới, không có nhiên liệu thay thế nào được sử dụng trong ngành công nghiệp.
Kể cả ở các nước phát triển, mức thay thế trung bình đạt thấp khoảng 40 - 60%. Vấn đề đặt ra hiện nay là tại sao ngành Xi măng không thúc đẩy nhanh hơn để gia tăng sử dụng nhiên liệu thay thế hoặc nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải?
Phát thải CO2 trong ngành xi măng
![]()
Sản xuất xi măng toàn cầu đã tăng lên rất nhanh trong những năm gần đây, và sau nhiên liệu hóa thạch và thay đổi sử dụng đất, thì đây là nguồn phát thải carbon dioxide lớn thứ ba do con người gây ra [5].
Có hai nguồn gây ra phát thải CO2 trong quá trình sản xuất xi măng. Trước hết là phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình tạo ra các thành phần nguyên liệu chính cho clinker, như các carbonate (chủ yếu là đá vôi, CaCO3) được phân hủy thành các ôxit (chủ yếu là vôi, CaO) và CO2 bằng cách bổ sung thêm nhiệt. Phép tính hợp thức trực tiếp cho biết lượng CO2 được giải phóng ra cho một lượng nhất định CaO sản xuất ra: 1 tấn đá vôi nguyên chất giải phóng ra 440 kg CO2 và 560 kg CaO, hoặc, khi nói đến 1 tấn CaO, 785 kg CO2 được phát thải ra. Đây là các phát thải liên quan tới quá trình và không thể giảm thiểu được.
Nguồn phát thải thứ hai là từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch để tạo ra lượng năng lượng đáng kể cần thiết để nung luyện nguyên liệu tới trên 1450°C, và các phát thải ‘năng lượng’ này, bao gồm cả các phát thải từ nguồn điện mua về, có thể bổ sung thêm 60% trên lượng phát thải quá trình [5].
Theo báo cáo của một nhóm chuyên gia nghiên cứu (6) “Trên toàn cầu, sản xuất xi măng phát ra nhiều phát thải khí hiệu nhà kính hơn so với bất kỳ sản phẩm đơn lẻ nào khác - Khoảng 3 tỷ tấn mỗi năm, hoặc 8% tổng lượng phát thải toàn Thế giới”.
Tuy nhiên, hãy xem ngành Xi măng có thể làm gì ngay lúc này để giảm bớt phát thải carbon có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thach. Hiện tại, công suất sản xuất clinker trên toàn thế giới đạt khoảng 4 tỷ tấn clinker/năm.
Trung quốc sản xuất ra xi măng nhiều nhất trên toàn cầu với tỷ suất lợi nhuận rất lớn, ước tính khoảng 2,2 tỷ tấn trong năm 2020, tiếp theo là Ấn Độ đạt 340 triệu tấn trong cùng năm đó. Trung Quốc hiện sản xuất ra hơn một nửa lượng xi măng toàn Thế giới. Sản xuất xi măng trên toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 3,27 tỷ tấn vào năm 2010 lên 4,83 tỷ tấn vào năm 2030. [7]
Sử dụng các nhiên liệu thay thế hoặc các nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải là “giải pháp tốt nhất” trong ngành xi măng, về cơ bản, các đặc tính của chính quá trình nung luyện clinker cho phép áp dụng các ứng dụng tái chế nguyên liệu và chuyển hóa rác thải thành năng lượng có lợi cho môi trường. Các đặc tính công nghệ cần thiết cho sử dụng rác thải có thể được tóm tắt như sau [8]:
- Nhiệt độ cao nhất xấp xỉ 2000°C (hệ thống đốt chính, nhiệt độ ngọn lửa) trong các lò quay.
- Thời gian lưu khí đốt là khoảng 8 giây ở nhiệt độ trên 1200°C trong các lò quay.
- Nhiệt độ nguyên liệu là khoảng 1450°C ở zôn nung trong lò quay.
- Oxi hóa khí đốt trong lò quay.
- Thời gian lưu khí đốt trong hệ thống đốt thứ cấp là hơn 2 giây ở nhiệt độ trên 850°C; trong thiết bị tiền nung, thời gian lưu kéo dài tương ứng và nhiệt độ cao hơn.
- Nhiệt độ liệu rắn là 850°C trong hệ thống đốt thứ cấp và/hoặc trong calciner.
- Các điều kiện cháy ổn định cho các tải trọng dao động do nhiệt độ cao với thời gian lưu đủ lâu.
- Tiêu hủy bất kỳ chất ô nhiễm hữu cơ nào do nhiệt độ cao với thời gian lưu đủ lâu.
- Hấp thụ các thành phần khí như HF, HCl, SO2 trên các chất phản ứng kiềm.
- Khả năng lưu giữ cao đối với các kim loại “nặng” liên kết hạt.
- Thời gian lưu ngắn của khí thải trong dải nhiệt độ được biết là sẽ dẫn đến "tổng hợp denovo" PCDD/F.
- Sử dụng toàn bộ tro nhiên liệu làm thành phần clinker và do vậy, đồng thời tái chế các nguyên liệu (nghĩa là cũng làm thành phần của nguyên liệu) và thu hồi năng lượng.
- Không tạo ra các chất thải sản phẩm cụ thể do sử dụng hoàn toàn nguyên liệu trong ma trận clinker; tuy nhiên, một số nhà máy xi măng lại thải bỏ bụi bypass.
- Sự kết hợp khoáng - hóa của các thành phần không bay hơi vào trong ma trận clinker.
(Còn nữa)
Dirk Lechtenberg
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Co-Processing Magazine of Alternative Fuels & Raw Materials số tháng 2/2021
ximang.vn
Hình 1: Xu hướng sản xuất than trên toàn cầu [4].
Những đợt nắng nóng chết người, những cơn bão lớn, và những hiện tượng thời tiết khắc nghiệt khác đã đang diễn ra sẽ càng trở nên khắc nghiệt hơn.Thậm chí ngay gần quê hương tôi Duisburg Ruhrort ở Đức - chỉ cách 60km - toàn bộ các thị trấn đã bị ngập nước, trong khi các đoàn tầu hỏa và các con đường bị cuốn trôi đi bởi lũ quét, cướp đi sinh mạng của ít nhất 173 người.
Cháy rừng sau những đợt nắng nóng ở khu vực Địa Trung Hải, ở Nga, Canada tỏa ra ánh sáng gay gắt lên khu vực dễ bị tổn thương trước các tác động của sự ấm lên toàn cầu và gây sức ép tới việc thay đổi các chính sách khí hậu.
Trong khi đó, ngành khai thác than đặc biệt là ở Hoa Kỳ và Trung Quốc lại ăn mừng khi đạt trở lại tốc độ tăng trưởng hai con số so với năm 2020. Các công ty khai thác mỏ như Peabody, Glencore, hoặc Whitehaven tăng giá trị của họ lên đến 40% [3]. Giá than đã tăng gấp ba lần so với mức giá trước khi xảy ra Covid-19.
Tôi không biết, tôi nên nghĩ thế nào về những sự tăng trưởng này. Chúng ta biết chính xác điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta liên tục bằng cách này gây ô nhiễm cho Trái đất của chúng ta. Chúng ta biết chính xác chúng ta có thể làm gì để chống lại sự biến đổi khí hậu. Nhưng, ngoài những cụm từ chính trị và những sáng kiến làm sạch từ ngành công nghiệp thì không có gì xảy ra.
Chúng ta phải bắt đầu ngay từ bây giờ để thay đổi hành vi của chúng ta và gây sức ép tới các chính phủ để chuyển đổi xã hội và ngành nghề của chúng ta. Sử dụng các nhiên liệu thay thế là giải pháp dễ dàng nhất đối với ngành của chúng ta.
Hãy tưởng tượng, mức thay thế trong ngành Xi măng toàn cầu hiếm khi đạt mức dự kiến 5%. Ở hầu hết 195 quốc gia trên toàn thế giới, không có nhiên liệu thay thế nào được sử dụng trong ngành công nghiệp.
Kể cả ở các nước phát triển, mức thay thế trung bình đạt thấp khoảng 40 - 60%. Vấn đề đặt ra hiện nay là tại sao ngành Xi măng không thúc đẩy nhanh hơn để gia tăng sử dụng nhiên liệu thay thế hoặc nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải?
Phát thải CO2 trong ngành xi măng
Sản xuất xi măng toàn cầu đã tăng lên rất nhanh trong những năm gần đây, và sau nhiên liệu hóa thạch và thay đổi sử dụng đất, thì đây là nguồn phát thải carbon dioxide lớn thứ ba do con người gây ra [5].
Có hai nguồn gây ra phát thải CO2 trong quá trình sản xuất xi măng. Trước hết là phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình tạo ra các thành phần nguyên liệu chính cho clinker, như các carbonate (chủ yếu là đá vôi, CaCO3) được phân hủy thành các ôxit (chủ yếu là vôi, CaO) và CO2 bằng cách bổ sung thêm nhiệt. Phép tính hợp thức trực tiếp cho biết lượng CO2 được giải phóng ra cho một lượng nhất định CaO sản xuất ra: 1 tấn đá vôi nguyên chất giải phóng ra 440 kg CO2 và 560 kg CaO, hoặc, khi nói đến 1 tấn CaO, 785 kg CO2 được phát thải ra. Đây là các phát thải liên quan tới quá trình và không thể giảm thiểu được.
Nguồn phát thải thứ hai là từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch để tạo ra lượng năng lượng đáng kể cần thiết để nung luyện nguyên liệu tới trên 1450°C, và các phát thải ‘năng lượng’ này, bao gồm cả các phát thải từ nguồn điện mua về, có thể bổ sung thêm 60% trên lượng phát thải quá trình [5].
Theo báo cáo của một nhóm chuyên gia nghiên cứu (6) “Trên toàn cầu, sản xuất xi măng phát ra nhiều phát thải khí hiệu nhà kính hơn so với bất kỳ sản phẩm đơn lẻ nào khác - Khoảng 3 tỷ tấn mỗi năm, hoặc 8% tổng lượng phát thải toàn Thế giới”.
Tuy nhiên, hãy xem ngành Xi măng có thể làm gì ngay lúc này để giảm bớt phát thải carbon có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thach. Hiện tại, công suất sản xuất clinker trên toàn thế giới đạt khoảng 4 tỷ tấn clinker/năm.
Trung quốc sản xuất ra xi măng nhiều nhất trên toàn cầu với tỷ suất lợi nhuận rất lớn, ước tính khoảng 2,2 tỷ tấn trong năm 2020, tiếp theo là Ấn Độ đạt 340 triệu tấn trong cùng năm đó. Trung Quốc hiện sản xuất ra hơn một nửa lượng xi măng toàn Thế giới. Sản xuất xi măng trên toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 3,27 tỷ tấn vào năm 2010 lên 4,83 tỷ tấn vào năm 2030. [7]
Sử dụng các nhiên liệu thay thế hoặc các nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải là “giải pháp tốt nhất” trong ngành xi măng, về cơ bản, các đặc tính của chính quá trình nung luyện clinker cho phép áp dụng các ứng dụng tái chế nguyên liệu và chuyển hóa rác thải thành năng lượng có lợi cho môi trường. Các đặc tính công nghệ cần thiết cho sử dụng rác thải có thể được tóm tắt như sau [8]:
- Nhiệt độ cao nhất xấp xỉ 2000°C (hệ thống đốt chính, nhiệt độ ngọn lửa) trong các lò quay.
- Thời gian lưu khí đốt là khoảng 8 giây ở nhiệt độ trên 1200°C trong các lò quay.
- Nhiệt độ nguyên liệu là khoảng 1450°C ở zôn nung trong lò quay.
- Oxi hóa khí đốt trong lò quay.
- Thời gian lưu khí đốt trong hệ thống đốt thứ cấp là hơn 2 giây ở nhiệt độ trên 850°C; trong thiết bị tiền nung, thời gian lưu kéo dài tương ứng và nhiệt độ cao hơn.
- Nhiệt độ liệu rắn là 850°C trong hệ thống đốt thứ cấp và/hoặc trong calciner.
- Các điều kiện cháy ổn định cho các tải trọng dao động do nhiệt độ cao với thời gian lưu đủ lâu.
- Tiêu hủy bất kỳ chất ô nhiễm hữu cơ nào do nhiệt độ cao với thời gian lưu đủ lâu.
- Hấp thụ các thành phần khí như HF, HCl, SO2 trên các chất phản ứng kiềm.
- Khả năng lưu giữ cao đối với các kim loại “nặng” liên kết hạt.
- Thời gian lưu ngắn của khí thải trong dải nhiệt độ được biết là sẽ dẫn đến "tổng hợp denovo" PCDD/F.
- Sử dụng toàn bộ tro nhiên liệu làm thành phần clinker và do vậy, đồng thời tái chế các nguyên liệu (nghĩa là cũng làm thành phần của nguyên liệu) và thu hồi năng lượng.
- Không tạo ra các chất thải sản phẩm cụ thể do sử dụng hoàn toàn nguyên liệu trong ma trận clinker; tuy nhiên, một số nhà máy xi măng lại thải bỏ bụi bypass.
- Sự kết hợp khoáng - hóa của các thành phần không bay hơi vào trong ma trận clinker.
(Còn nữa)
Dirk Lechtenberg
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Co-Processing Magazine of Alternative Fuels & Raw Materials số tháng 2/2021
ximang.vn
