» Các nhà khoa học tại Hoa Kỳ đang đề xuất hướng sản xuất xi măng portland từ đá bazan thay cho đá vôi truyền thống nhằm cắt giảm đáng kể lượng khí CO₂ phát thải và tiêu thụ năng lượng trong ngành xi măng. Nghiên cứu cho thấy công nghệ này có thể giảm hơn 80% lượng phát thải carbon, đồng thời mở ra tiềm năng đồng sản xuất các vật liệu công nghiệp như xi măng, alumina và các hợp chất chứa sắt từ cùng một nguồn nguyên liệu khoáng.
Ngành xi măng hiện là một trong những lĩnh vực công nghiệp phát thải carbon lớn nhất thế giới khi chiếm khoảng 4,4% tổng lượng khí nhà kính toàn cầu. Áp lực giảm phát thải đang thúc đẩy các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu tìm kiếm vật liệu thay thế đá vôi cũng như các giải pháp công nghệ mới nhằm giảm cường độ carbon trong sản xuất xi măng portland.
Đá bazan mở ra hướng sản xuất xi măng carbon thấp
Nhóm nghiên cứu từ Đại học California, Santa Barbara (UC Santa Barbara) phối hợp với công ty công nghệ vật liệu Brimstone Energy cho biết các loại đá silicat giàu canxi như bazan và gabbro có thể thay thế đá vôi trong quá trình sản xuất xi măng portland.
Theo nhóm nghiên cứu, nguyên nhân chính khiến ngành xi măng phát thải lớn nằm ở bản chất của đá vôi. Loại nguyên liệu này chứa hàm lượng carbon cao và sẽ giải phóng CO₂ khi được nung ở nhiệt độ trên 1.500°C để tạo ra vôi sống là thành phần quan trọng trong sản xuất clinker.
Các nhà khoa học cho biết trung bình mỗi tấn xi măng sản xuất theo công nghệ truyền thống phát thải khoảng 500 kg CO₂ từ phản ứng hóa học của đá vôi, chưa bao gồm lượng phát thải từ nhiên liệu sử dụng cho lò nung.
Trong khi đó, đá bazan và các loại đá silicat giàu canxi chứa rất ít carbon nội sinh nên có thể loại bỏ đáng kể nguồn phát thải ngay từ nguyên liệu đầu vào. Kết quả nghiên cứu cho thấy sản xuất xi măng từ silicat có thể chỉ cần dưới 60% năng lượng so với quy trình dùng đá vôi truyền thống.
Nếu sử dụng khí tự nhiên làm nguồn năng lượng, lượng CO₂ phát thải có thể giảm từ khoảng 609 kg/tấn xi măng xuống chỉ còn khoảng 50 kg/tấn xi măng tùy theo loại đá được sử dụng. Ngay cả khi áp dụng công nghệ hiện có và dùng điện lưới thông thường, quy trình này vẫn có thể giúp giảm hơn 25% lượng phát thải carbon so với phương pháp sản xuất hiện nay.
Jeff Prancevic, nhà địa chất học tại UC Santa Barbara nhận định lượng phát thải từ ngành xi măng hiện tương đương tổng phát thải của toàn bộ ô tô chở khách trên thế giới. Theo ông, việc thay đổi nguồn cung canxi từ đá vôi sang đá bazan có thể tạo ra tác động lớn đối với mục tiêu giảm phát thải toàn cầu.
Tiềm năng ứng dụng công nghiệp và thách thức thương mại hóa
Ngoài lợi ích giảm phát thải, nghiên cứu còn cho thấy đá bazan có thể mang lại hiệu quả sử dụng tài nguyên cao hơn nhờ chứa đồng thời canxi, sắt và nhôm.
Các nhà nghiên cứu cho biết tỷ lệ canxi và sắt trong đá bazan gần tương đương nhu cầu tiêu thụ xi măng và thép của xã hội hiện nay. Điều này mở ra khả năng khai thác đồng thời nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp từ cùng một loại đá. Hàm lượng nhôm trong đá bazan cũng cao hơn khoảng 20 lần so với nhu cầu tiêu thụ hiện tại, tạo thêm cơ hội phát triển chuỗi vật liệu công nghiệp tích hợp.
Nhóm nghiên cứu cũng đánh giá trữ lượng đá bazan trên bề mặt Trái đất đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất xi măng toàn cầu trong hàng trăm nghìn năm theo mức tiêu thụ hiện nay. Dù không phải mọi mỏ bazan đều dễ khai thác, các nhà khoa học nhận định nguồn canxi từ bazan gần như không giới hạn. Tuy nhiên, quá trình thương mại hóa công nghệ này được dự báo sẽ đối mặt nhiều thách thức do ngành xi măng hiện đã tối ưu hóa quanh đá vôi và xi măng portland trong hơn một thế kỷ.
Theo Jeff Prancevic, toàn bộ chuỗi xây dựng từ thiết kế, thi công đến bảo trì đều được phát triển dựa trên xi măng portland truyền thống nên mọi thay đổi tiêu chuẩn kỹ thuật thường diễn ra rất chậm.
Điểm đáng chú ý là công nghệ mới vẫn tạo ra xi măng portland tiêu chuẩn thay vì một loại xi măng hoàn toàn khác. Điều này giúp quy trình có khả năng tích hợp vào hệ thống sản xuất và chuỗi cung ứng hiện hữu mà không cần thay đổi lớn về kỹ thuật thi công hay tiêu chuẩn xây dựng.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Communications Sustainability. Các tác giả cho biết công trình này là cơ sở để thúc đẩy thêm nhiều nghiên cứu và thử nghiệm mới nhằm đẩy nhanh quá trình giảm phát thải trong ngành xi măng toàn cầu.
Việc sử dụng đá bazan thay thế đá vôi trong sản xuất xi măng portland được đánh giá là hướng đi tiềm năng nhằm giảm phát thải CO₂, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên khoáng sản. Nếu được thương mại hóa thành công, công nghệ này có thể góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi xanh trong ngành xi măng và các ngành công nghiệp nặng liên quan.
