Tận dụng tài nguyên rác trong sản xuất xi măng – Lời giải cho bài toán kinh tế và môi trường

Trong buổi Hội thảo khoa học về công nghệ đốt rác do Bộ Xây dựng chủ trì ngày 30/3/2021 vừa qua, các chuyên gia từ Đức đã có bài trình bày về giải pháp công nghệ buồng đốt bậc thang Prepol^®SC giúp nhà máy xi măng tận dụng rác thải sinh hoạt làm nhiên liệu thay thế và giảm sử dụng than trong quá trình sản xuất xi măng.

Theo báo cáo của Sở xây dựng thành phố Hà Nội - đơn vị quản lý chất thải rắn trên địa bàn thành phố, bãi rác Nam Sơn được xây dựng từ năm 1999 trên diện tích 157 ha và sau đó được UBND TP. Hà Nội cải tạo mở rộng thêm 73 ha vào năm 2011 để nâng công suất. Tuy vậy, với khối lượng 5.000 tấn rác mỗi ngày từ thành phố đổ về, khu chôn lấp rác thải Nam Sơn gần như không còn chỗ trống và ngày càng trở nên quá tải.

Phân tích của chuyên gia Đức về thành phần chất thải rắn tại khu liên hiệp xử lý rác Nam Sơn.

Qua các nghiên cứu về khối lượng và thành phần chất thải rắn sinh hoạt đổ về Nam Sơn, sau khi loại bỏ hợp phần hữu cơ, khoảng 35 - 40% chất thải rắn có hàm lượng nhiệt trị cao có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế có nguồn gốc từ rác thải (RDF). Với tỉ lệ trung bình này, nếu tất cả rác thải ở Nam Sơn được xử lý và phân loại, mỗi ngày ta sẽ thu được khoảng 1.800 tấn RDF.

Mỗi loại RDF có nhiệt trị khác nhau, dựa trên thành phần chất thải rắn tại Nam Sơn, RDF từ rác sinh hoạt có nhiệt trị rơi vào khoảng 3.000 - 3.300 kcal/kg.

RDF có thể được sử dụng thay thế than tại calciner trong quá trình sản xuất xi măng. Tính toán đối với một nhà máy xi măng có công suất 4.000 tấn/ngày, thông thường sẽ sử dụng 500 tấn than mỗi ngày. Nếu sử dụng RDF thay thế than tại calciner (tỉ lệ thay thế 80%), nhà máy xi măng có thể  tận dụng 500 tấn RDF và giảm lượng than xuống 260 tấn/ngày. Như vậy, chỉ cần 3 - 4 nhà máy xi măng với cùng công suất 4.000 tấn/ngày có thể sử dụng hết RDF phát sinh ở Nam Sơn mỗi ngày. Xét đến về mặt vị trí địa lý, có tới gần 20 nhà máy xi măng nằm trong khoảng cách 100km đường bộ từ Khu liên hiệp xử lý rác Nam Sơn, tức là khoảng cách rất thuận lợi vì chi phí vận chuyển rác không quá cao.

Sử dụng nhiên liệu thay thế trong công nghiệp xi măng không phải là mới trên Thế giới. Ví dụ như ở Đức, nhiên liệu thay thế đã được sử dụng từ đầu những năm 1990, đến nay, tỉ lệ nhiên liệu thay thế trung bình trong ngành công nghiệp xi măng ở Đức rơi vào khoảng 70%. Ở Việt Nam, một số nhà máy xi măng đã bắt đầu sử dụng nhiên liệu thay thế,tuy nhiên tỉ lệ này còn hạn chế, trung bình khoảng 9% cho toàn ngành, tương đương với tỉ lệ thay thế ở Đức vào năm 1992. Điều này cho thấy tiềm năng sử dụng nhiên liệu thay thế trong ngành công nghiệp xi măng là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ xử lý rác trong nhà máy xi măng đã được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện dần qua thời gian.

Mô hình “Biến rác thải thành nhiên liệu” của Đức.

Chuyên gia Đức đưa ra một mô hình rất đơn giản để giải quyết bài toán chất thải rắn đô thị chưa qua phân loại ở Hà Nội. Trong mô hình này, khâu sơ chế được đặt tại khu liên hiệp xử lý rác Nam Sơn gồm máy cắt xén và máy sàng. Ở khâu này, rác được cắt nhỏ đến kích thước khoảng 150mm và sau đó đưa qua sàng rung để tách loại giữa hợp phần hữu cơ và hợp phần có nhiệt trị cao. Phần rác hữu cơ có thể được xử lý theo phương pháp chôn lấp vệ sinh hoặc tiếp tục đưa vào ủ để làm phân bón hữu cơ. 

Phần RDF sau khi được tách loại có thể được vận chuyển dễ dàng đến các nhà máy xi măng, đưa vào hệ thống băng tải cấp đốt trước khi đến buồng đốt phụ dạng bậc thang có tên là Prepol^®SC. Điểm ưu việt trong giải pháp của chuyên gia Đức là công nghệ này có tính toán đến phương án xử lý của rác thải do việc lưu chứa RDF tại nhà máy xi măng gây ra. Công nghệ này cũng đặc biệt quan tâm đến yếu tố môi trường khi hạn chế phát thải khí nhà kính phát sinh từ việc đốt RDF trong buồng đốt. Khác với phương pháp cấp đốt trực tiếp vào calciner đang được một số nhà máy xi măng áp dụng, buồng đốt phụ lắp thêm bên ngoài calciner có thể tối ưu tỉ lệ sử dụng nhiên liệu thay thế do Prepol^®SC không đặt ra yêu cầu cao đối với chất lượng RDF. Kích thước RDF tối đa có thể lên đến 300mm và prepol® có thể đốt được RDF có độ ẩm cao.

Bên trong một buồng đốt bậc thang.
 

Liên quan đến bài toán kinh tế khi đầu tư vào công nghệ này, các chuyên gia Đức tính toán mức đầu tư ban đầu, chi phí để duy trì thiết bị và số tiền tiết kiệm được mỗi năm từ lượng than được thay thế bởi RDF. Kể cả với giả định nhà máy xi măng phải trả 15USD chi phí vận chuyển và thu mua mỗi tấn RDF, thì sau 2 năm nhà đầu tư đã bắt đầu có lãi. 

Tính toán tương tự với việc đầu tư thiết bị tại khu liên hiệp xử lý rác thải Nam Sơn, nhà đầu tư cũng có thể có lãi sau từ khoảng 2 - 3 năm (tùy vào quy mô đầu tư).

Mô hình này đã được chứng minh qua thực tiễn các chuyên gia của hãng Thyssenkrupp (Đức) đã cung cấp thiết bị buồng đốt ở các nước như Đức, Mexico, Uruguay… hay gần đây nhất là 4 buồng đốt mới được cung cấp ở Thái Lan.

Với Việt Nam, điều quan trọng hiện nay là cần có bàn tay quản lý của cơ quan Nhà nước trong việc xây dựng hành lang pháp lý và có hướng dẫn cụ thể để đảm bảo chuỗi cung ứng ổn định và lâu dài. Ngoài ra, Nhà nước cũng cũng cần xem xét cơ chế chính sách nhằm tạo điều kiện thuận lợi để các doanh nghiệp được cấp phép đốt và vận chuyển rác liên vùng dễ dàng hơn. Có được sự ủng hộ này, ngành xi măng chắc chắn sẽ góp phần giúp xã hội giải quyết thách thức rác thải vốn đang ngày càng trở nên cấp bách như hiện nay.

ximang.vn