Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

>> Hướng tới sản xuất xi măng không phát thải CO2 (P2)

>> Hướng tới sản xuất xi măng không phát thải CO2 (P1)

Năng lượng mới và phương pháp đốt  

Việc sử dụng các vật liệu thay thế làm nhiên liệu cho nhà máy xi măng để tránh chôn lấp một cách lãng phí, đồng thời giảm chi phí sản xuất và giảm phát thải CO₂ sẽ mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất xi măng. Những lợi thế này đã khiến các loại nhiên liệu thay thế chiếm được vị thế ở nhiều nước châu Âu và ở Bắc và Nam Mỹ, với mức độ thấp hơn, đồng thời đang có chỗ đứng ở hầu hết các khu vực châu Á, Trung Đông và châu Phi.  

Tuy nhiên, tỷ lệ nhiên liệu hóa thạch được sử dụng bởi 21% nhà sản xuất xi măng gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu GNR của GCCA vào năm 2018 vẫn ở mức cao, 81,5%. Trong đó, than chiếm 69,4% nhiệt năng được sử dụng. Các vật liệu thay thế dựa trên hóa thạch, ví dụ nhựa phế thải và dầu, chiếm 12,1%, nhiên liệu sinh khối chỉ đóng góp 6,4% nhiệt năng cần thiết. Rõ ràng vẫn còn rất nhiều điều cần đạt được khi sử dụng đòn bẩy truyền thống này.  

Nhiên liệu thay thế  

Ngay cả khi một nhà máy đạt được tỷ lệ thay thế nhiên liệu thay thế là 100%, vẫn có thể còn nhiều việc phải làm để giảm lượng khí thải CO₂. Do đó, một số phương pháp tiếp cận đang được phát triển để tối ưu hóa quá trình đốt hoặc thay thế nó bằng một quá trình khác, khi vẫn sản xuất sản phẩm là clinker. Một số phương pháp đặt mục tiêu loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải CO2 dựa trên nhiên liệu, một số phương pháp đặt mục tiêu làm sạch dòng khí để tạo ra CCS rẻ hơn và dễ dàng hơn (thông tin thêm về điều này được trình bày ở phần sau của bài viết). Các ví dụ nổi bật bao gồm:  

Loại có sử dụng nhiên liệu:  

Catch4Climate là một dự án bao gồm bốn nhà sản xuất xi măng: công ty con của Buzzi Unicem là Dyckerhoff, HeidelbergCement, Schwenk Zement và Vicat. Tập đoàn dự định xây dựng và vận hành nhà máy trình diễn oxyfuel của riêng mình ở quy mô bán công nghiệp. Quá trình đốt cháy bằng nhiên liệu oxy sử dụng không khí được làm giàu O₂, thay vì không khí tự nhiên, để tăng hiệu quả đốt và đơn giản hóa việc thu giữ CO₂. Trong tương lai, CO₂ thu được sẽ được sử dụng để sản xuất cái gọi là ‘reFuels’, nhiên liệu tổng hợp trung tính với khí hậu như dầu hỏa cho giao thông hàng không, với sự trợ giúp của năng lượng điện tái tạo. Dự án hiện đang lên kế hoạch xây dựng nhà máy thí điểm tại nhà máy xi măng Schwenk Zement’s Mergelstetten. 

Học viện Nghiên cứu Xi măng Châu Âu (ECRA) đã chọn nhà máy HeidelbergCement’s Colleferro ở Ý và nhà máy LafargeHolcim’s Retznei ở Áo làm nhà máy trình diễn cho hai dự án đốt oxy nhiên liệu. Chi phí của giai đoạn thử nghiệm sẽ vào khoảng 80 triệu Euro.  

Nhà máy Hanson Cement’s Ribblesdale ở North Yorkshire, Vương quốc Anh, là đối tượng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh khối và hydro do Hiệp hội Sản phẩm Khoáng sản (MPA) điều phối, với mục đích hoạt động mà không sử dụng nhiên liệu hóa thạch 100%. Dự án Euro7m, sẽ hoàn thành vào cuối tháng 3 năm 2021, đang được tài trợ bởi Bộ Kinh doanh, Năng lượng và Chiến lược Công nghiệp Vương quốc Anh (BEIS) và đã được trao giải thông qua KBTB. Dự án này là bước tiếp theo của một nghiên cứu khả thi do BEIS tài trợ vào năm 2019, cho thấy rằng sự kết hợp của 70% sinh khối, 20% hydro và 10% năng lượng plasma có thể được sử dụng để loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải CO₂ từ nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất xi măng.  

AC2OCem, là dự án do Đại học Stuttgart điều phối, sẽ tiến hành các thí nghiệm quy mô thí điểm và nghiên cứu phân tích để nâng cao các thành phần chính của nhà máy xi măng oxyfuel với mục đích giảm thời gian đưa công nghệ oxyfuel vào thị trường trong lĩnh vực xi măng. Thời gian tài trợ hiện tại của nó kéo dài từ tháng 11 năm 2019 đến mùa thu năm 2022.  

Dự án hydro xanh Westküste100 dự định sản xuất hydro xanh, vận chuyển chúng trong mạng lưới khí đốt, sử dụng trong công nghiệp và liên kết các chu trình vật liệu khác nhau trong cơ sở hạ tầng hiện có ở Đức. Liên minh này quy tụ 10 đối tác, gồm: Holcim Deutschland, EDF Deutschland, OGE, Ørsted Deutschland, Raffinerie Heide, Heide’s city citytility, Thüga và ThyssenKrupp Industrial Solutions, cùng với cơ quan phát triển vùng Heide và Đại học Khoa học Ứng dụng Westküste.  

“Một nhà máy điện phân có công suất 700MW. Đây là tầm nhìn của chúng tôi và là cột mốc quan trọng tiếp theo trong việc thực hiện các mục tiêu phát triển trong chiến lược hydro quốc gia đến năm 2030” Jürgen Wollschläger, giám đốc điều hành của Raffinerie Heide và điều phối viên của dự án Westküste100 cho biết.  

Loại không sử dụng nhiên liệu  

Cemex đã thông báo về việc ký kết thỏa thuận hợp tác với Synhelion chuyên gia về nhiên liệu thay thế có trụ sở tại Thụy Sĩ vào tháng 10 năm 2020. Mục tiêu của các bên là phát triển việc sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn nhiệt thay thế cho nhiên liệu trong sản xuất clinker. Trong quy trình của Synhelion, một cấu hình tháp năng lượng mặt trời cổ điển tập trung bức xạ vào một điểm duy nhất từ một số lượng lớn các tấm phản xạ, ở đó, nó làm nóng hỗn hợp khí CO₂ và H₂O được giữ trong một buồng kín, làm nóng hỗn hợp đến 1550°C. Trong dự án với Cemex, hỗn hợp khí nóng này sẽ được đưa vào calciner, tại đó nó sẽ nung nóng bột liệu giống như khi đốt nhiên liệu, trường hợp này, không sử dụng nhiên liệu. Dự kiến thử nghiệm công nghệ của Synhelion sẽ được thực hiện tại một nhà máy Cemex, tuy nhiên chưa được công bố cụ thể trước cuối năm 2022.  

Heliogen, có trụ sở tại California, Hoa Kỳ, đã phát triển các nhà máy nhiệt mặt trời tập trung (Solar - thermal Plants - CSPs) với khả năng tập trung ánh sáng mặt trời để tạo ra nhiệt độ trên 1000°C bằng các gương vi điều chỉnh sử dụng công nghệ máy tính. Hiện nay, công ty đã hợp tác với Parsons Corporation để lắp đặt các mảng CSP hệ thống Preheaters. Nhiệt độ yêu cầu là 900°C, nhiệt độ này đại diện cho quá trình phân giải CO₂. Giám đốc điều hành Heliogen Bill Gross nói rằng, việc lắp đặt hệ thống này sẽ giúp việc thu giữ và bảo quản CO₂ (CO₂ Captrure and Stored - CCS) còn lại từ quá trình chuyển hóa đá vôi thành vôi dễ dàng hơn do loại bỏ các chất ô nhiễm khác. Heliogen hiện đang nhắm mục tiêu 1500°C từ các CSP của mình, điều này sẽ cho phép họ thay thế nhiên liệu xi măng trong lò nung.  

Cementa, công ty con của HeidelbergCement Thụy Điển, và nhà cung cấp tiện ích Vattenfall đã báo cáo về kết quả giai đoạn thử nghiệm của dự án CemZero của họ vào tháng 2 năm 2019. Báo cáo này chỉ ra rằng, có các điều kiện tiên quyết kỹ thuật tiên quyết để sản xuất xi măng bằng điện thông qua thế hệ plasma nhiệt độ cao. Nghiên cứu bật đèn xanh cho việc nghiên cứu xây dựng một nhà máy thí điểm.

Thu giữ CO₂  

Tất cả các lộ trình được thảo luận trong phần giới thiệu công khai cho thấy thực tế là cần phải có "công nghệ mới" để đạt được mục tiêu ngành xi măng không có CO₂. Trong khi một số đã được thảo luận trong các phần trước, phần lớn nhiệm vụ này tập trung vào thu thập và sử dụng/lưu trữ CO₂ (CCU/S). Công nghệ như vậy hiện đang rất đắt, nhưng chúng sẽ có sức cạnh tranh và mở rộng quy mô theo thời gian.

Thu giữ và sử dụng CO₂ (CCU)  

CCU là, ở đâu có phát thải CO₂, ở đó chúng được thu giữ được sử dụng để tạo thành các sản phẩm có thể được sử dụng cho nhà máy xi măng hoặc bán cho người dùng khác. Ví dụ bao gồm:  

Nhà máy xi măng Buzzi Unicem’s Vernasca đã chứng kiến lễ khánh thành nhà máy thí điểm cho dự án Cleanker vào tháng 10 năm 2020. Nhà máy sử dụng công nghệ vòng lặp canxi, ở đó CO₂ được thu giữ làm nguyên liệu chế tạo chất hấp thụ.  

Carmeuse đã ký một thỏa thuận phát triển chung với chuyên gia chuyển đổi năng lượng ENGIE có trụ sở tại Pháp và công ty Hoa Kỳ - John Cockerill cho một dự án CCU ở Bỉ. Ở đây, CO₂ từ một lò nung vôi mới được tập hợp và kết hợp với hydro để tạo ra 'e-methane', có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp hoặc làm nhiên liệu cho ngành vận tải. Việc xây dựng dự kiến sẽ bắt đầu vào năm 2022, sau đó sẽ đưa vào vận hành vào năm 2025.  

CarbonCure là một công ty nổi tiếng của Canada, bán công nghệ bơm CO₂ tái chế vào bê tông tươi, giúp khoáng hóa vĩnh viễn CO₂, đồng thời làm tăng cường độ cho bê tông. Nguồn cung cấp CO₂ từ nhà máy Cementos Argos Roberta ở Georgia, Hoa Kỳ.

Carbicrete, có trụ sở tại Canada, bơm trực tiếp CO₂ vào hỗn hợp bê tông ướt sử dụng GGBS, quá trình này được gọi là hoạt hóa cacbonat. CO₂ được cô lập vĩnh viễn.

Cemex tham gia vào một nhóm làm việc tìm cách triển khai sử dụng cốt liệu FastCarb vào sản xuất bê tông. Được quản lý bởi Ủy ban Nghiên cứu và Trao đổi Quốc tế có trụ sở tại Hoa Kỳ, FastCarb đang phát triển quy trình chế tạo cốt liệu từ bê tông tái chế có chứa CO₂ thải.  

Vicat bắt đầu sử dụng hệ thống CO₂ ntainer do Carbon8 Systems có trụ sở tại Vương quốc Anh cung cấp cho nhà máy xi măng MontalieuVercieu của mình vào tháng 11 năm 2020. Hệ thống này sử dụng CO₂ thu được từ khí thải nhà máy xi măng để các bô nát hóa, chế tạo ra cốt liệu.  

Cemex đang làm việc với công ty Công nghệ nâng cấp cacbon có trụ sở tại Canada để cải thiện đặc tính kết dính của các chất thải như tro bay và xỉ thép bằng cách xử lý vật lý để chúng trở thành các vật liệu nano hoạt tính hơn bằng cách sử dụng CO₂ được thu giữ.  

Solidia là một công nghệ được cấp bằng sáng chế, công nghệ này kết hợp giữa việc giảm nhiệt độ phản ứng và sử dụng CO₂ để bảo dưỡng bê tông.  

Tập đoàn Mitsubishi đang nghiên cứu bơm CO₂ vào bê tông trong một dự án cùng với Kajima Corporation và Chugoku Electric Power. Họ nhắm tới việc phát triển công nghệ này cho việc đúc cấu kiện bê tông tại hiện trường.  

Sumitomo Osaka Cement đang thực hiện dự án nghiên cứu khoáng hóa CO₂ với Đại học Yamaguchi, Đại học Kyushu và Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới. Các đối tác đang phát triển một quy trình thu hồi khí thải CO₂ từ các nhà máy xi măng và điện, sau đó khoáng hóa nó cùng với các vật liệu thải có chứa canxi, mục tiêu là thương mại hóa kết quả vào năm 2030.

Lafarge Zementwerke, OMV, Verbund và Borealis đã ký một biên bản ghi nhớ về việc lập kế hoạch chung và xây dựng một nhà máy quy mô đầy đủ để thu giữ CO₂ và xử lý nó thành nhiên liệu tổng hợp, nhựa hoặc các hóa chất khác vào năm 2030. Là một phần của 'Carbon2ProductAustria' (C2PAT), các công ty dự định xây dựng cơ sở tại nhà máy xi măng Mannersdorf tích hợp và thu hồi toàn bộ lượng CO₂ thải ra 0,7Mt / năm. Dự án nhằm mục đích sử dụng hydro do Verbund sản xuất để cho phép OMV chuyển hóa CO₂ thu được thành nhiều loại olefin, nhiên liệu và nhựa.  

Schwenk Zement đã công bố kế hoạch sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững từ CO₂ thải từ nhà máy Allmendingen ở Baden-Württemberg vào năm 2020.  

Dalmia Cement sẽ lắp đặt CCU quy mô lớn tại nhà máy Ariyalur ở Tamil Nadu, Ấn Độ, chậm nhất vào năm 2022. Một thỏa thuận đã được ký với Công ty TNHH Giải pháp sạch Carbon có trụ sở tại Vương quốc Anh để sử dụng công nghệ của mình cho một cơ sở 0,5 triệu tấn/năm vào năm 2019. Sự hợp tác đã nghiên cứu cách CO2 từ nhà máy có thể được sử dụng, bao gồm bán hàng trực tiếp cho các ngành công nghiệp khác và sử dụng CO₂ như tiền chất trong sản xuất hóa chất.

Thu giữ và lưu trữ CO₂ (CCS)  

CCS là nơi một lượng lớn CO₂ được lưu giữ vĩnh viễn dưới lòng đất. Những ví dụ bao gồm:  

Nhà máy HeidelbergCement’s Brevik ở Na Uy là nơi có dự án CCS nổi tiếng nhất trong lĩnh vực xi măng. Hiện đã phát triển được 10 năm, nhà máy 1,2 triệu tấn/năm sẽ được trang bị công nghệ CCS dựa trên amin của Aker Solutions để cô lập ~ 0,4Mt/năm CO₂ dưới đáy biển như một phần của dự án trình diễn Longship của đất nước và dự án Northern Lights cho lưu trữ lâu dài. Nó dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2024.  

LafargeHolcim và công ty công nghệ thu giữ CO₂ Svante đang phát triển một giải pháp CCS toàn diện tại nhà máy Holcim Portland ở Florence, Colorado, Hoa Kỳ, như một phần của dự án CO₂MENT. Svante đã sáng chế một khung hữu cơ kim loại có diện tích bề mặt cực cao (MOF), giúp giữ CO₂ trực tiếp từ các dòng khí thải công nghiệp. Dự kiến, dự án sẽ được vận hành vào năm 2024 - 2025. Các đối tác cũng đang phát triển công nghệ này tại nhà máy Lafarge Canada ở Richmond, British Columbia, Canada.  

Nhà máy Lixhe của HeidelbergCement ở Bỉ là một bộ phận quan trọng của tập đoàn xi măng và vôi có độ phát thải thấp (LEILAC), đã thử nghiệm lò phản ứng tách trực tiếp (Direct Separation Reactor - DSR) của Calix kể từ năm 2018. DSR tách nhiên liệu và xử lý các dòng khí trong quá trình sản xuất xi măng. Điều này làm đơn giản hóa quá trình ngưng tụ và lưu trữ CO₂ của quá trình. Sau kết quả mạnh mẽ từ Lixhe, nhà máy trình diễn thứ hai, LEILAC 2, sẽ được lắp đặt tại nhà máy HeidelbergCement’s Hanover ở Đức. Phương pháp này sẽ chiếm 20% công suất của nhà máy xi măng, tương ứng với khoảng 100.000 tấn CO₂/năm. Bao gồm thiết kế, xây dựng, vận hành và thử nghiệm rộng rãi, dự kiến tổng thể dự án sẽ hoàn thành vào năm 2025. Cemex cũng là một thành viên tham gia liên danh.  

Lehigh Cement (HeidelbergCement) và Trung tâm Kiến thức CCS Quốc tế đang tiến hành nghiên cứu tính khả thi của CCS tại nhà máy xi măng Edmonton, Alberta, để tìm hiểu xem liệu việc thu giữ 90 - 95% CO₂ của nhà máy có khả thi hay không. Dự kiến hoàn thành nghiên cứu vào mùa thu năm 2021.  

Công ty con của Cemex là Cemex Ventures đang làm việc với chuyên gia CCS Carbon Clean có trụ sở tại Hoa Kỳ để phát triển giải pháp CCS với giá dưới 30 đô la Mỹ cho mỗi tấn CO₂ được thu giữ. Cemex cũng đang sử dụng màng lọc CCS của Công ty nghiên cứu công nghệ màng lọc tại nhà máy Balcones ở Texas, Hoa Kỳ.  

Oficemen, Hiệp hội xi măng Tây Ban Nha đã thông báo rằng họ đang làm việc với Nền tảng Công nghệ Tây Ban Nha (Spanish Technological Platform) về CO₂ (PTECO2) để xác định các vị trí tiềm năng để lưu trữ CO₂ thu được từ các nhà máy xi măng.

C-Capture, từ Vương quốc Anh, đã phát triển một dung môi nonamine để sử dụng trong CCS. Cơ chế mà nó hấp thụ và giải phóng CO₂ có nghĩa là nó ít bị phân hủy dễ dàng hơn so với các amin. C-Capture’s nói rằng công nghệ của họ sử dụng ít năng lượng hơn 40% so với các công nghệ hiện có khác.

Kết luận

Việc phát triển xi măng không có CO₂ ròng (Net-zero-CO₂) là một nhiệm vụ khó khăn, một nhiệm vụ sẽ tiếp tục lấp đầy các vấn đề của ấn phẩm này trong nhiều thập kỷ tới. Nhiều sản phẩm, dự án, nghiên cứu điển hình và cơ hội được thảo luận ở trên nêu bật hàng loạt các giải pháp sáng tạo mà ngành xi măng và các đối tác đang mang đến để chống lại biến đổi khí hậu... và chúng mới chỉ là bước khởi đầu. Không một quốc gia, công ty hoặc công nghệ nào có thể một mình đưa ra "câu trả lời". Trong nhiệm vụ hướng tới không có CO₂ ròng, các công ty phải phối hợp nỗ lực của mình và rút kinh nghiệm của nhau, một chiến lược đi ngược lại thực tiễn kinh doanh truyền thống trong nhiều thập kỷ. Về vấn đề này, các hiệp hội của ngành GCCA, WCA, Cembureau, PCA và các hiệp hội khác - sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối hợp tác về các vấn đề bền vững, đồng thời giữ cho các thành viên của họ tự do cạnh tranh trong kinh doanh bán xi măng. Các hiệp hội quốc tế cũng có vai trò quan trọng trong việc thông báo nhu cầu của ngành xi măng với các nhà hoạch định chính sách và điều phối các nỗ lực bền vững với các bên ngoài ngành. Các ví dụ trên cho thấy, sự hỗ trợ từ các nhà chế biến chất thải, các nhà sản xuất sắt thép, các chuyên gia xử lý khí đốt, năng lượng tái tạo, các nhà sản xuất pin và nhiều người khác sẽ cung cấp thông tin và định hình cho ngành xi măng trong tương lai.  
(Hết)
 

(TS. Lương Đức Long, TTK Hiệp hội Xi măng Việt Nam dịch)
ximang.vn