Giảm hệ số clinker thúc đẩy sản xuất xanh và phát triển kinh tế tuần hoàn

Giảm hệ số clinker là giải pháp trọng tâm để cắt giảm phát thải CO₂ trong ngành xi măng. Tại Đức, quá trình này đang được thúc đẩy đồng thời bởi đổi mới sản phẩm, hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và sự tham gia của thị trường. Cách tiếp cận này không chỉ giúp giảm phát thải mà còn mở ra hướng phát triển bền vững cho toàn ngành, trong đó có nhiều điểm tương đồng với điều kiện tại Việt Nam.

Cơ cấu sản phẩm thay đổi, xi măng ít clinker lên ngôi

Hệ số clinker trong xi măng tại Đức hiện giảm xuống khoảng 67%, mức thấp nhất trong lịch sử. Điều đáng chú ý là mức giảm này đạt được trong bối cảnh tổng cơ cấu sản phẩm không thay đổi đột biến, mà chủ yếu đến từ sự gia tăng của các dòng xi măng có hàm lượng clinker thấp hơn.

Trong đó, nổi bật là các loại xi măng có nhiều thành phần chính ngoài clinker, thường được gọi là xi măng ternary. Đây là các loại xi măng trong đó ngoài clinker còn sử dụng đồng thời hai loại phụ gia khoáng như xỉ lò cao, tro bay, đá vôi hoặc vật liệu tự nhiên. Nhờ kết hợp nhiều thành phần, loại xi măng này giúp giảm đáng kể lượng clinker mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.

Sự phát triển cơ cấu sản phẩm xi măng và hệ số clinker tại Đức từ năm 1999 - 2024.

Từ sau năm 2003, các dòng xi măng dạng này bắt đầu xuất hiện tại Đức và ngày càng chiếm tỷ trọng lớn. Đặc biệt, nhóm xi măng CEM II/M đã tăng thị phần từ 6,5% năm 2019 lên khoảng 16% vào năm 2024. Trong đó, khoảng 790.000 tấn là các sản phẩm CEM II/C-M có hàm lượng clinker tối thiểu 50%.

Song song với đó, xi măng portland truyền thống CEM I đã giảm mạnh thị phần, từ hơn 60% vào cuối những năm 1990 xuống còn khoảng 24% hiện nay. Ngược lại, các dòng xi măng composite CEM II và xi măng xỉ CEM III ngày càng phổ biến nhờ khả năng giảm phát thải và tận dụng vật liệu thay thế.

Mục tiêu dài hạn của ngành là tiếp tục hạ hệ số clinker xuống khoảng 53% vào năm 2045. Tuy nhiên, thách thức lớn nằm ở nguồn cung các vật liệu thay thế phù hợp như đất sét nung, đá vôi và vật liệu tái chế từ bê tông, gạch xây.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và phê duyệt thúc đẩy sản phẩm xanh

Sự phát triển của xi măng ít clinker tại Đức gắn chặt với vai trò của hệ thống tiêu chuẩn và cơ chế quản lý xây dựng. Tiêu chuẩn bê tông DIN 1045-2:2023 đã bổ sung các quy định mới về phạm vi sử dụng, giúp các loại xi măng có hàm lượng clinker thấp dễ dàng tiếp cận thị trường hơn.

Bên cạnh đó, số lượng các phê duyệt kỹ thuật riêng cho từng loại xi măng tăng mạnh trong giai đoạn 2024 - 2025. Không chỉ các sản phẩm CEM II/C-M, mà cả xi măng xỉ đá vôi với hàm lượng clinker rất thấp và xi măng thế hệ mới CEM VI cũng đã được cho phép sử dụng trong các điều kiện nhất định.

Các phê duyệt này đặc biệt quan trọng trong những trường hợp chưa có quy định cụ thể trong tiêu chuẩn, chẳng hạn như môi trường chịu băng giá hoặc tác động của muối khử băng. Khi đó, doanh nghiệp cần chứng minh khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật thông qua các thử nghiệm và đánh giá độc lập.

Đặc tính kỹ thuật và yêu cầu trong thi công bê tông

Việc giảm hàm lượng clinker làm thay đổi một số đặc tính của bê tông, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. Tính công tác của bê tông phụ thuộc vào sự tương tác giữa xi măng và phụ gia, ảnh hưởng đến độ sụt, độ ổn định và thời gian đông kết.

Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu và năng lượng không tái tạo trong sản xuất 1 tấn xi măng (giá trị trung bình tại Đức).

Theo quy định, để đảm bảo chất lượng, bê tông cần đáp ứng yêu cầu về hàm lượng hồ tối thiểu hoặc phải được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm ban đầu. Khi các điều kiện này được đảm bảo, các loại xi măng khác nhau vẫn có thể cho hành vi đông kết tương đương.

Một đặc điểm đáng chú ý là khi giảm hệ số clinker, cường độ sớm của bê tông có xu hướng giảm, trong khi cường độ dài hạn lại tăng. Điều này khiến thời gian dưỡng hộ trở thành yếu tố quan trọng và cần được tuân thủ nghiêm ngặt trên công trường.

Về độ bền lâu dài, các quy định tại châu Âu dựa trên nguyên tắc đảm bảo theo điều kiện sử dụng. Các loại xi măng được phân nhóm theo khả năng đáp ứng các môi trường khác nhau, từ kết cấu trong nhà đến công trình chịu tác động băng giá hoặc hóa chất.

Minh bạch phát thải với hệ thống phân loại carbon

Bên cạnh các giải pháp kỹ thuật, Đức cũng đẩy mạnh minh bạch thông tin môi trường thông qua hệ thống phân loại Cement Carbon Class. Hệ thống này chia xi măng thành các cấp từ gần bằng không đến các mức A đến E dựa trên lượng phát thải CO₂.

Việc phân loại dựa trên hệ số clinker và được kiểm định bởi tổ chức độc lập, giúp doanh nghiệp dễ dàng công bố thông tin trong đấu thầu và giao dịch. Đây được xem là công cụ quan trọng để thúc đẩy thị trường ưu tiên các sản phẩm có phát thải thấp.

Song song với đó, các bản công bố môi trường sản phẩm tiếp tục được sử dụng để cung cấp dữ liệu về vòng đời sản phẩm, bao gồm mức tiêu thụ năng lượng và tiềm năng gây nóng lên toàn cầu của từng loại xi măng.

Tiềm năng và thách thức trong việc giảm hệ số clinker

Ngành xi măng Việt Nam hiện đang đối mặt với yêu cầu ngày càng cao về giảm phát thải CO₂ và sử dụng hiệu quả tài nguyên khoáng sản. Kinh nghiệm từ Đức cho thấy việc giảm hệ số clinker có thể đạt được nhờ vào sử dụng vật liệu thay thế như tro bay và xỉ nhiệt điện, giúp giảm đáng kể tác động môi trường mà vẫn duy trì chất lượng sản phẩm.

Tại Việt Nam, tro bay và xỉ nhiệt điện đã bắt đầu được tận dụng trong sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng, với sản lượng hàng triệu tấn mỗi năm. Các doanh nghiệp xi măng như VICEM, FICO - YTL và Sông Đà Cao Cường đã chủ động ứng dụng tro bay, xỉ vào sản xuất xi măng phát thải thấp và các sản phẩm vật liệu xây dựng khác.

Tuy nhiên, việc mở rộng ứng dụng vẫn gặp phải một số thách thức như: chất lượng nguồn cung không đồng đều; chi phí vận chuyển cao, đặc biệt đối với các dự án xa khu vực phát sinh; tiêu chuẩn kỹ thuật vẫn đang trong quá trình hoàn thiện...

Để khắc phục, cần tiếp tục hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật, tạo ra cơ chế khuyến khích phù hợp và thúc đẩy sử dụng trong các dự án đầu tư công. Chính phủ có thể hỗ trợ doanh nghiệp trong việc giảm chi phí vận chuyển và xây dựng chính sách ưu đãi để thúc đẩy sử dụng vật liệu thay thế này.

Kết luận