Người ta thường nói rằng quá trình sản xuất xi măng gây ra phát thải CO2 không thể tránh khỏi từ quá trình khử carbon trong đá vôi. Khẳng định này thường được sử dụng làm tiền đề cho các lập luận về áp dụng thu gom, sử dụng và tồn trữ CO2 (CCUS) và cho những người gièm pha trong ngành khi tranh luận về việc áp dụng các vật liệu xây dựng khác. Có rất nhiều giải pháp cho khử giảm phát thải CO2 từ các sản phẩm kết dính, rất nhiều trong số đó đã được đề cập đến. Việc kết hợp cùng với mục tiêu sử dụng CCUS sẽ trải qua một chặng đường dài để khử carbon trong ngành Xi măng nói chung.
>> Hóa chất xi măng thay thế (P1)
6. Geopolyme/ các chất kết dính hoạt hóa kiềm
Geopolyme, cũng được biết đến là các chất kết dính hoạt hóa kiềm (AAB) đạt được cường độ từ phản ứng hóa học giữa nguồn kiềm (chất hoạt hóa bazơ hòa tan) và các vật liệu giàu aluminat. Một số cũng có thể được phân loại theo Mục 5 (ở trên).
Geopolyme bao gồm TernoCem của Heidelberg Materials,18 có dấu chân CO2 ít hơn khoảng 3,5 lần so với OPC. Nó dựa vào thành phần hóa học belite calcium-sulphoaluminate ternesite mang lại nhiệt độ nung thấp hơn khoảng 1150 - 1250°C, với lượng phát thải CO2 thấp hơn OPC khoảng 30%. Các thử nghiệm bê tông đầu tiên với TernoCem đã được thực hiện ở Đức vào năm 2014, với các thử nghiệm khác nhau trong các ứng dụng khác nhau trong suốt những năm 2010.
Các ví dụ khác bao gồm E-Crete từ Zeobond19 của Úc và Earth Friendly Concrete của Wagners (Bê tông thân thiện với trái đất),²º mà theo báo cáo đã tiết kiệm được 250 kg phát thải CO2/m³ so với bê tông thông thường. Nu-rock,²¹ một sản phẩm khác nữa của Úc, thu được CO2 trong quá trình sử dụng, trong khi banahCEM có trụ sở ở UK lại tuyên bố giảm được 80% phát thải CO2.²²
Cũng có thể sử dụng SCMs thông thường như xỉ và tro bay, để tạo thành geopolymer. Các công ty nổi tiếng trong lĩnh vực này bao gồm Hoffmann Green Cement có trụ sở ở Pháp sản xuất xi măng không clinker H-UKR.²³ Bao gồm một hỗn hợp xỉ, đất sét và thạch cao, nó sử dụng chất hoạt hóa hóa học không gia nhiệt để sản xuất sản phẩm xi măng với phát thải CO2 bằng 1/6 nguyên liệu gốc OPC tương đương, khoảng 150 kg/t.
Một công ty khác áp dụng giải pháp này là Ecocem của Ai-len đã sản xuất các loại xi măng ‘thế hệ mới’ trong hơn 20 năm qua.24 Sản phẩm 100% GGBS của công ty có thể được sử dụng trong các công thức bê tông lên đến 70%. Ecocem cũng sản xuất loại GGBS ‘siêu mịn’ (Superfine) cho bê tông hiệu suất siêu cao và sản phẩm CEM III/ A 42.5N có chứa 50% GGBS.
7. Xi măng sinh học
Một số giải pháp tiếp cận mới bắt chước sự kết tủa tự nhiên của các vật liệu kết dính. Quá trình Calera sử dụng một hệ thống phỏng sinh trong đó CO2 thải ra đi qua nước có nồng độ các muối canxi và magiê cao. Điều này khuyến khích sự hình thành các muối không hòa tan mà tạo ra trước dung dịch.25 500kg CO2 được che-lát hóa cho mỗi 1 tấn xi măng Calera sản xuất ra.
![]()
Prometheus Materials đã phát triển ra các sản phẩm xi măng sử dụng quá trình thấp nhiệt độ, thấp CO2 dựa vào vi tảo. Nguồn: Prometheus Materials.
Trong khi đó, Prometheus Materials đã phát triển một giải pháp tiếp cận không OPC cho sản xuất xi măng sử dụng vi tảo.26 Khi các vi tảo này được nạp vào theo chế độ CO2 trong một môi trường nước giàu canxi với sự có mặt của các giá thể sinh học (bio-scaffolds), chúng kết tủa thành canxi carbonat có cấu trúc. Kết tủa này có thể được chuyển hóa thành xi măng sinh học và bê tông, với phát thải CO2 vào khoảng 90% thấp hơn các vật liệu dựa vào OPC khi được sử dụng trong các khối xây bằng bê tông tương đương.
![]()
Bất kỳ việc thay thế xi măng nào đều cần phải phù hợp với thực tế thi công hiện tại, hoặc đối mặt với sự hấp thụ hạn chế.
Kết luận
Phần trình bày ở trên cho thấy sự đơn giản hóa quá mức cần thiết của các loại xi măng đã chọn và cách thức so sánh chúng với các vật liệu dựa vào OPC. Rất nhiều giải pháp tiếp cận không OPC tiềm tàng cho sản xuất xi măng đang trong quá trình phát triển, với một số giải pháp hiện đang ngày càng trở nên vững chắc. Giữa các loại khác nhau gần như không có sự khác biệt là bao, và là điểm mà một hỗn hợp trở thành ‘không OPC’ đang gây ra tranh cãi.
Trong khi các nguy cơ rủi ro vẫn còn đối với việc đưa ra các công thức xi măng mới, thị trường có vẻ dễ tiếp nhận khái niệm thay thế hơn là khi tiến hành khảo sát ngành trước đây của Global Cement được đề cập đến vào năm 2011.14 Khi đó, người ta đã kết luận rằng ‘bất kỳ sản phẩm kế thừa thấp CO2 nào cho OPC ban đầu sẽ là sản phẩm thay thế đắt tiền.’ Điều này đã sai khi xem xét đến chi phí nhiên liệu đang ngày càng gia tăng và ở những thị trường nhất định - CO2 trong thập kỷ tới, cùng với các hiện tượng khí hậu cực đoan liên tục xảy ra do hoạt động của con người mang lại. Không chỉ những giải pháp thay thế bền vững cho OPC đang trở nên hiệu quả hơn nhiều, chúng đã trở nên cần thiết trong mắt của các nhà sản xuất xi măng lớn nhất. Bài viết năm 2011 cũng đã sai lầm khi xem xét các chiến lược tiếp thị của các nhà sản xuất xi măng mới, mà đã mong muốn bán các sản phẩm của họ ‘với mức giá bán hiện hành.’ Do chi phí nhiên liệu thấp hơn, điều này có thể giúp họ kiếm được một khoản lợi nhuận hợp lý.
Bài viết năm 2011 của Global Cement cũng nói về nhu cầu đối với việc tiêu chuẩn hóa cho các hỗn hợp mới nếu chúng trở thành hàng hóa. Điều này vẫn đúng ở trên nhiều thị trường, cho dù các bước thực hiện hướng tới các tiêu chuẩn dựa vào hiệu quả ở Châu Âu và Bắc Mỹ có thể cho thấy một trở ngại lớn mà sẽ được xóa bỏ trong 1 - 2 năm tới.
Tuy nhiên, vẫn có những cạm bẫy sẵn sàng cho những người tham gia thiếu thận trọng vào cuộc đua hướng tới thuần bằng không. Ví dụ, sẽ là quan trọng để chỉ ra rằng, trong khi việc giảm hệ số clinker của một hỗn hợp nhất định sẽ giảm bớt phát thải CO2 từ clinker đó, rất nhiều hóa chất khác sản sinh ra phát thải CO2 của chính chúng. Thực vậy, nếu ai đó muốn trở thành vô dụng, thì phát thải này cũng có thể được dán nhãn là ‘không thể tránh khỏi. Thực vậy, vẫn có sự tương quan chút ít giữa sự mới lạ hoặc sự phức tạp của quá trình và phát thải CO2 của chính quá trình. Chỉ vì cái gì đó không có OPC, thì không vì đó mà nó tự động xanh hơn. Thậm chí các công ty sản xuất xi măng mới có thể bị cáo buộc tội ‘tẩy rửa xanh.
Cuối cùng, bài viết năm 2011 kết luận rằng, ở một điểm nào đó, áp lực môi trường gia tăng sẽ đè nặng lên các công ty sản xuất OPC và họ sẽ phải có tầm nhìn xa hơn các biện pháp hiệu quả và các nhiên liệu thay thế. Các công ty sản xuất xi măng như chúng ta đã biết họ có thể sẽ trở thành các nhà cung cấp vật liệu kết dính ít đặc biệt hơn, hơn là các công ty sản xuất OPC. Năm 2022, chúng ta có vẻ như đã đạt tới điểm này, hoặc ít nhất là một điều trong đó các công ty sản xuất xi măng đang biến thành các công ty sản xuất vật liệu xây dựng. Với yêu cầu hướng tới thuần bằng 0, các hóa chất mới sẽ hỗ trợ, nhưng giống như những thứ khác, chúng sẽ chỉ là một phần của giải pháp.
(Hết)
Ghi chú & Tài liệu tham khảo
Cảm ơn John Kline, Công ty Tư vấn Kline và Gigi Winder, Chuyên gia Nghiên cứu, đã tạo ra bảng tính các loại xi măng thay thế để bài viết này có căn cứ dựa vào.
1. Interview with Barkan, T.: ‘Graphene: A next level additive?; in Global Cement Magazine, November 2020.
2. Scrivener, K.: ‘Eco-efficient cements: No magic bullet needed’ in Global Cement Magazine, September 2019.
3. https://lowcarboncement.com.
4. Yearsley, B. & Lake, D: ‘TerraCO2: Make your own SCM,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
5. https://www.solidiatech.com/
6. https://www.mdpi.com.
7. https://www.cementirholding.com/en/our-business/innovation/futurecem.
8. https://www.carboncure.com.
9. https://www.carbon8.co.uk.
10. https://www.blueplanetsystems.com.
11. https://fastcarb.fr/en/home.
12. Belite generic reference.
14. Edwards, P.; ‘Future Cement – Looking beyond OPC’, in Global Cement Magazine – February 2011.
15. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.9b00702.
16. ‘Cementos Molins – Sant Vincenç dels Horts plant: Spain’s most efficient cement plant,’ in Global Cement Magazine – February 2017.
17. ‘Karbonite: Low-CO2 magnesium-based concrete,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
18. https://www.heidelbergmaterials.com/en/sustainable-construction.
19. https://www.zeobond.com/products-e-crete.html.
20. https://www.zeobond.com/products-e-crete.html.
21. https://nu-rock.com.
22. https://geopolymer.org/fichiers/gpcamp-2013/McIntosh%20-%20Develoment%20of%20BanahCEM.pd.
23. https://www.ciments-hoffmann.com/technologies/hoffmann-green-h-ukr.
24. https://www.ecocem.ie/product-range.
25. https://www.nextbigfuture.com/2008/10/calera-cement-process-details-and.html.
26. ‘Bio-cement from algae,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
6. Geopolyme/ các chất kết dính hoạt hóa kiềm
Geopolyme, cũng được biết đến là các chất kết dính hoạt hóa kiềm (AAB) đạt được cường độ từ phản ứng hóa học giữa nguồn kiềm (chất hoạt hóa bazơ hòa tan) và các vật liệu giàu aluminat. Một số cũng có thể được phân loại theo Mục 5 (ở trên).
Geopolyme bao gồm TernoCem của Heidelberg Materials,18 có dấu chân CO2 ít hơn khoảng 3,5 lần so với OPC. Nó dựa vào thành phần hóa học belite calcium-sulphoaluminate ternesite mang lại nhiệt độ nung thấp hơn khoảng 1150 - 1250°C, với lượng phát thải CO2 thấp hơn OPC khoảng 30%. Các thử nghiệm bê tông đầu tiên với TernoCem đã được thực hiện ở Đức vào năm 2014, với các thử nghiệm khác nhau trong các ứng dụng khác nhau trong suốt những năm 2010.
Các ví dụ khác bao gồm E-Crete từ Zeobond19 của Úc và Earth Friendly Concrete của Wagners (Bê tông thân thiện với trái đất),²º mà theo báo cáo đã tiết kiệm được 250 kg phát thải CO2/m³ so với bê tông thông thường. Nu-rock,²¹ một sản phẩm khác nữa của Úc, thu được CO2 trong quá trình sử dụng, trong khi banahCEM có trụ sở ở UK lại tuyên bố giảm được 80% phát thải CO2.²²
Cũng có thể sử dụng SCMs thông thường như xỉ và tro bay, để tạo thành geopolymer. Các công ty nổi tiếng trong lĩnh vực này bao gồm Hoffmann Green Cement có trụ sở ở Pháp sản xuất xi măng không clinker H-UKR.²³ Bao gồm một hỗn hợp xỉ, đất sét và thạch cao, nó sử dụng chất hoạt hóa hóa học không gia nhiệt để sản xuất sản phẩm xi măng với phát thải CO2 bằng 1/6 nguyên liệu gốc OPC tương đương, khoảng 150 kg/t.
Một công ty khác áp dụng giải pháp này là Ecocem của Ai-len đã sản xuất các loại xi măng ‘thế hệ mới’ trong hơn 20 năm qua.24 Sản phẩm 100% GGBS của công ty có thể được sử dụng trong các công thức bê tông lên đến 70%. Ecocem cũng sản xuất loại GGBS ‘siêu mịn’ (Superfine) cho bê tông hiệu suất siêu cao và sản phẩm CEM III/ A 42.5N có chứa 50% GGBS.
7. Xi măng sinh học
Một số giải pháp tiếp cận mới bắt chước sự kết tủa tự nhiên của các vật liệu kết dính. Quá trình Calera sử dụng một hệ thống phỏng sinh trong đó CO2 thải ra đi qua nước có nồng độ các muối canxi và magiê cao. Điều này khuyến khích sự hình thành các muối không hòa tan mà tạo ra trước dung dịch.25 500kg CO2 được che-lát hóa cho mỗi 1 tấn xi măng Calera sản xuất ra.
Prometheus Materials đã phát triển ra các sản phẩm xi măng sử dụng quá trình thấp nhiệt độ, thấp CO2 dựa vào vi tảo. Nguồn: Prometheus Materials.
Trong khi đó, Prometheus Materials đã phát triển một giải pháp tiếp cận không OPC cho sản xuất xi măng sử dụng vi tảo.26 Khi các vi tảo này được nạp vào theo chế độ CO2 trong một môi trường nước giàu canxi với sự có mặt của các giá thể sinh học (bio-scaffolds), chúng kết tủa thành canxi carbonat có cấu trúc. Kết tủa này có thể được chuyển hóa thành xi măng sinh học và bê tông, với phát thải CO2 vào khoảng 90% thấp hơn các vật liệu dựa vào OPC khi được sử dụng trong các khối xây bằng bê tông tương đương.
Bất kỳ việc thay thế xi măng nào đều cần phải phù hợp với thực tế thi công hiện tại, hoặc đối mặt với sự hấp thụ hạn chế.
Kết luận
Phần trình bày ở trên cho thấy sự đơn giản hóa quá mức cần thiết của các loại xi măng đã chọn và cách thức so sánh chúng với các vật liệu dựa vào OPC. Rất nhiều giải pháp tiếp cận không OPC tiềm tàng cho sản xuất xi măng đang trong quá trình phát triển, với một số giải pháp hiện đang ngày càng trở nên vững chắc. Giữa các loại khác nhau gần như không có sự khác biệt là bao, và là điểm mà một hỗn hợp trở thành ‘không OPC’ đang gây ra tranh cãi.
Trong khi các nguy cơ rủi ro vẫn còn đối với việc đưa ra các công thức xi măng mới, thị trường có vẻ dễ tiếp nhận khái niệm thay thế hơn là khi tiến hành khảo sát ngành trước đây của Global Cement được đề cập đến vào năm 2011.14 Khi đó, người ta đã kết luận rằng ‘bất kỳ sản phẩm kế thừa thấp CO2 nào cho OPC ban đầu sẽ là sản phẩm thay thế đắt tiền.’ Điều này đã sai khi xem xét đến chi phí nhiên liệu đang ngày càng gia tăng và ở những thị trường nhất định - CO2 trong thập kỷ tới, cùng với các hiện tượng khí hậu cực đoan liên tục xảy ra do hoạt động của con người mang lại. Không chỉ những giải pháp thay thế bền vững cho OPC đang trở nên hiệu quả hơn nhiều, chúng đã trở nên cần thiết trong mắt của các nhà sản xuất xi măng lớn nhất. Bài viết năm 2011 cũng đã sai lầm khi xem xét các chiến lược tiếp thị của các nhà sản xuất xi măng mới, mà đã mong muốn bán các sản phẩm của họ ‘với mức giá bán hiện hành.’ Do chi phí nhiên liệu thấp hơn, điều này có thể giúp họ kiếm được một khoản lợi nhuận hợp lý.
Bài viết năm 2011 của Global Cement cũng nói về nhu cầu đối với việc tiêu chuẩn hóa cho các hỗn hợp mới nếu chúng trở thành hàng hóa. Điều này vẫn đúng ở trên nhiều thị trường, cho dù các bước thực hiện hướng tới các tiêu chuẩn dựa vào hiệu quả ở Châu Âu và Bắc Mỹ có thể cho thấy một trở ngại lớn mà sẽ được xóa bỏ trong 1 - 2 năm tới.
Tuy nhiên, vẫn có những cạm bẫy sẵn sàng cho những người tham gia thiếu thận trọng vào cuộc đua hướng tới thuần bằng không. Ví dụ, sẽ là quan trọng để chỉ ra rằng, trong khi việc giảm hệ số clinker của một hỗn hợp nhất định sẽ giảm bớt phát thải CO2 từ clinker đó, rất nhiều hóa chất khác sản sinh ra phát thải CO2 của chính chúng. Thực vậy, nếu ai đó muốn trở thành vô dụng, thì phát thải này cũng có thể được dán nhãn là ‘không thể tránh khỏi. Thực vậy, vẫn có sự tương quan chút ít giữa sự mới lạ hoặc sự phức tạp của quá trình và phát thải CO2 của chính quá trình. Chỉ vì cái gì đó không có OPC, thì không vì đó mà nó tự động xanh hơn. Thậm chí các công ty sản xuất xi măng mới có thể bị cáo buộc tội ‘tẩy rửa xanh.
Cuối cùng, bài viết năm 2011 kết luận rằng, ở một điểm nào đó, áp lực môi trường gia tăng sẽ đè nặng lên các công ty sản xuất OPC và họ sẽ phải có tầm nhìn xa hơn các biện pháp hiệu quả và các nhiên liệu thay thế. Các công ty sản xuất xi măng như chúng ta đã biết họ có thể sẽ trở thành các nhà cung cấp vật liệu kết dính ít đặc biệt hơn, hơn là các công ty sản xuất OPC. Năm 2022, chúng ta có vẻ như đã đạt tới điểm này, hoặc ít nhất là một điều trong đó các công ty sản xuất xi măng đang biến thành các công ty sản xuất vật liệu xây dựng. Với yêu cầu hướng tới thuần bằng 0, các hóa chất mới sẽ hỗ trợ, nhưng giống như những thứ khác, chúng sẽ chỉ là một phần của giải pháp.
(Hết)
Ghi chú & Tài liệu tham khảo
Cảm ơn John Kline, Công ty Tư vấn Kline và Gigi Winder, Chuyên gia Nghiên cứu, đã tạo ra bảng tính các loại xi măng thay thế để bài viết này có căn cứ dựa vào.
1. Interview with Barkan, T.: ‘Graphene: A next level additive?; in Global Cement Magazine, November 2020.
2. Scrivener, K.: ‘Eco-efficient cements: No magic bullet needed’ in Global Cement Magazine, September 2019.
3. https://lowcarboncement.com.
4. Yearsley, B. & Lake, D: ‘TerraCO2: Make your own SCM,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
5. https://www.solidiatech.com/
6. https://www.mdpi.com.
7. https://www.cementirholding.com/en/our-business/innovation/futurecem.
8. https://www.carboncure.com.
9. https://www.carbon8.co.uk.
10. https://www.blueplanetsystems.com.
11. https://fastcarb.fr/en/home.
12. Belite generic reference.
14. Edwards, P.; ‘Future Cement – Looking beyond OPC’, in Global Cement Magazine – February 2011.
15. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.9b00702.
16. ‘Cementos Molins – Sant Vincenç dels Horts plant: Spain’s most efficient cement plant,’ in Global Cement Magazine – February 2017.
17. ‘Karbonite: Low-CO2 magnesium-based concrete,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
18. https://www.heidelbergmaterials.com/en/sustainable-construction.
19. https://www.zeobond.com/products-e-crete.html.
20. https://www.zeobond.com/products-e-crete.html.
21. https://nu-rock.com.
22. https://geopolymer.org/fichiers/gpcamp-2013/McIntosh%20-%20Develoment%20of%20BanahCEM.pd.
23. https://www.ciments-hoffmann.com/technologies/hoffmann-green-h-ukr.
24. https://www.ecocem.ie/product-range.
25. https://www.nextbigfuture.com/2008/10/calera-cement-process-details-and.html.
26. ‘Bio-cement from algae,’ in Global Cement Magazine – October 2022.
Peter Edwards
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Global Cement Magazine số tháng 11/2022
ximang.vn
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Global Cement Magazine số tháng 11/2022
ximang.vn
