» Khi Chính phủ và ngành công nghiệp các nước đồng loạt đặt mục tiêu trung hòa carbon thông qua những chính sách như Thỏa thuận Xanh của Liên minh châu Âu (EU Green Deal) hay cam kết quốc gia trong khuôn khổ Hiệp định Paris, áp lực đang ngày càng đè nặng lên những lĩnh vực có mức phát thải cao như xi măng. Để phù hợp với kịch bản Phát thải ròng bằng 0 (Net Zero Emissions – NZE), lượng khí thải từ sản xuất xi măng cần giảm trung bình 3% mỗi năm đến năm 2030. Việc đạt được mục tiêu này phụ thuộc vào hàng loạt giải pháp, bao gồm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và nguyên liệu, áp dụng nhiên liệu ít carbon, gia tăng tỷ lệ thay thế clinker, cũng như phát triển các phương pháp sản xuất mới gần như không phát thải.
Trong bối cảnh chi phí carbon và thuế nhập khẩu đang tái định hình thị trường, ngành Xi măng không chỉ phải tìm cách đáp ứng yêu cầu giảm phát thải, mà còn phải đối mặt với áp lực tài chính ngày càng lớn. Những công nghệ hứa hẹn như CCUS (thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon) vẫn cần thời gian dài để hoàn thiện, trong khi yêu cầu hành động đã trở nên cấp bách. Giữa lúc đó, một giải pháp ngắn hạn, khả thi và mang lại hiệu quả tức thì cho các nhà máy xi măng đang nổi lên là thu hồi nhiệt thải (Waste Heat Recovery - WHR), đặc biệt với công nghệ chu trình hữu cơ Rankine (Organic Rankine Cycle - ORC) dạng module, có khả năng triển khai nhanh chóng và thích ứng linh hoạt với nhiều điều kiện sản xuất khác nhau.
1. Giảm phát thải trong ngành Xi măng
1.1. CCUS - Giải pháp giảm phát dài hạn
CCUS được coi là một trong những giải pháp triển vọng nhất để giảm và lưu trữ khí CO₂ phát sinh trong sản xuất xi măng. Hơn 85% lượng phát thải khí nhà kính trong toàn bộ vòng đời sản phẩm xi măng đến từ hai nguồn chính: CO₂ phát sinh trong quá trình nung vôi (calcination) và CO₂ từ quá trình đốt các loại nhiên liệu bao gồm than, khí tự nhiên, rác thải rắn đô thị, lốp xe và sinh khối để vận hành lò nung. Phần phát thải còn lại chủ yếu xuất phát từ điện năng sử dụng để vận hành máy móc và quá trình đốt nhiên liệu tại chỗ.
Nếu được triển khai với hiệu suất thu giữ đạt 95%, CCUS có thể giúp giảm gần 70% lượng phát thải CO₂ trong toàn bộ vòng đời sản phẩm xi măng, ngay cả khi tính đến năng lượng bổ sung cần thiết để vận hành hệ thống thu giữ. Tuy nhiên, nhu cầu năng lượng lớn này cho thấy tầm quan trọng của các biện pháp nâng cao hiệu quả năng lượng. Dù mang lại tiềm năng giảm phát thải sâu, CCUS vẫn cần thời gian dài để phát triển và triển khai trên quy mô lớn, vì vậy nó chưa thể là lời giải duy nhất cho mục tiêu giảm phát thải trước mắt.
1.2. Thu hồi nhiệt thải với ORC - Hướng đi ngắn hạn, hiệu quả
Trong khi CCUS đòi hỏi nhiều năm, thậm chí hàng thập kỷ để đạt hiệu quả vận hành toàn diện, WHR lại mang đến lợi ích gần như ngay lập tức. WHR hoạt động dựa trên việc thu hồi nhiệt thải từ các công đoạn sản xuất xi măng, sau đó chuyển đổi thành điện năng. Đặc biệt, công nghệ ORC dạng module cho phép triển khai nhanh chóng, dễ dàng mở rộng quy mô hoặc tích hợp với hạ tầng CCUS khi các dự án này đi vào hoạt động.
Trên thực tế, lượng nhiệt thải có thể thay đổi tùy theo mức độ tối ưu hóa hiệu suất nguyên liệu và việc sử dụng nhiên liệu ít carbon. Điều này đòi hỏi một giải pháp có khả năng thích ứng cao. Hệ thống ORC dạng module đáp ứng tốt yêu cầu này nhờ khả năng linh hoạt trong việc thu hồi và chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng, đồng thời phối hợp hài hòa với các hệ thống tiêu thụ nhiệt khác để hình thành một giải pháp năng lượng toàn diện.
Việc tận dụng nhiệt thải để sản xuất điện không chỉ giúp tăng hiệu suất hệ thống mà còn giảm nhu cầu mua điện từ lưới hoặc nguồn nhiên liệu khác, từ đó cắt giảm phát thải gián tiếp (Scope 2) theo định nghĩa của GHG Protocol. Ngoài ra, thu hồi nhiệt thải còn giúp cải thiện đáng kể quá trình làm mát, vốn trước đây phụ thuộc vào các thiết bị tốn nhiều chi phí bảo trì như dàn làm mát bằng không khí hoặc hệ thống làm mát bằng nước. Trong sản xuất xi măng, khí nóng từ bộ làm mát clinker và khí thải từ tháp trao đổi nhiệt cần được làm mát trước khi đi qua các bộ lọc nhạy cảm với nhiệt độ. Các phương pháp làm mát truyền thống như trao đổi nhiệt khí - khí tại bộ làm mát clinker hay làm mát bằng nước tại tháp trao đổi nhiệt thường tiêu tốn nhiều tài nguyên và hiệu quả chưa cao.
Tích hợp hệ thống thu hồi nhiệt thải, đặc biệt là các module ORC, mang lại một giải pháp hiệu quả hơn: vừa hỗ trợ làm mát vừa sản xuất điện, cải thiện hiệu quả năng lượng tổng thể. Ở những khu vực khan hiếm nước, giảm nhu cầu làm mát bằng nước nhờ WHR càng có ý nghĩa lớn. Hơn nữa, các module ORC có thể được di chuyển hoặc bán lại khi nguồn nhiệt thay đổi hoặc không còn, đem lại giá trị kinh tế và vận hành lâu dài.
Một trong những đơn vị tiên phong trong việc phát triển và triển khai công nghệ ORC dạng module cho ngành Xi măng là Orcan Energy, doanh nghiệp có nhiều kinh nghiệm trong việc cung cấp các giải pháp thu hồi nhiệt thải quy mô công nghiệp. Để tối đa hóa lợi ích và đơn giản hóa việc triển khai WHR, Orcan Energy cung cấp gói dịch vụ trọn gói, bao gồm thiết kế kỹ thuật, lắp đặt, vận hành, tài chính, bảo trì và cả phương án xử lý hoặc bán lại thiết bị khi cần. WHR không cạnh tranh với các biện pháp giảm phát thải khác mà bổ sung, hỗ trợ để hình thành lộ trình giảm phát thải bền vững và tiết kiệm chi phí cho ngành Xi măng.
2. Thu hồi nhiệt thải trong thực tế
Orcan Energy đã triển khai hệ thống ORC đầu tiên trong ngành Xi măng tại nhà máy Wittekind Zement (Đức) vào năm 2022. Dự án lắp đặt 6 module ORC này được đánh giá là hình mẫu tiên phong về hiệu quả năng lượng và tính bền vững, được thực hiện với sự hợp tác của các đối tác giàu kinh nghiệm. Chỉ một thời gian ngắn sau, một dự án tương tự với quy mô tương đương đã được triển khai tại nhà máy xi măng CEMEX ở Rüdersdorf.
Các module ORC của Orcan Energy được lắp đặt tại nhà máy xi măng CEMEX ở Rüdersdorf.
Năm 2024, công nghệ này tiếp tục chứng minh hiệu quả kinh tế tại nhà máy Dyckerhoff, nơi chỉ có một module ORC được lắp đặt do nguồn nhiệt hạn chế, nhưng vẫn đem lại kết quả đáng kể. Dự án này được triển khai và đưa vào vận hành chỉ trong vòng 6 tháng kể từ khi đặt hàng đến khi sản xuất điện.
Điểm chung của tất cả các dự án này là đều được thực hiện dưới dạng “chìa khóa trao tay” do Orcan Energy đảm nhiệm toàn bộ các khâu từ lập kế hoạch, chế tạo, lắp đặt đến vận hành. Nhu cầu đối với các giải pháp thu hồi nhiệt thải tích hợp đang tăng mạnh trong toàn ngành, với nhiều dự án mới đang được triển khai, bao gồm nhà máy SCHWENK Zement Allmendingen hiện đang trong giai đoạn lắp đặt.
Trước xu hướng này, Orcan Energy đã mở rộng danh mục sản phẩm với các module ORC công suất lớn hơn, đáp ứng khả năng xử lý các dòng nhiệt thải có lưu lượng cao, đồng thời vẫn giữ trọn những ưu điểm vốn có của giải pháp module: tính linh hoạt cao, chất lượng sản xuất tại Đức, dễ vận chuyển, lắp đặt nhanh, hiệu suất vượt trội và khả năng vận hành tự động với yêu cầu bảo trì tối thiểu.
3. WHR - Giải pháp bền vững
Trong bối cảnh thị trường năng lượng và môi trường liên tục biến động, công nghệ thu hồi nhiệt thải dạng module được xem là một giải pháp tối ưu nhờ khả năng thích ứng linh hoạt với nhiều nguồn nhiệt thải khác nhau và có thể lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào có nhiệt dư. Khác với các hệ thống truyền thống, module ORC gọn nhẹ và có thể di dời, mang lại lợi thế lớn cho các doanh nghiệp trong điều kiện sản xuất thay đổi.
Đặc biệt, giải pháp này cho phép các nhà sản xuất đạt chi phí điện bình quân thấp nhất (LCoE) và cố định giá điện ở mức hiện tại, giúp giảm thiểu rủi ro từ biến động giá năng lượng. Đây là một yếu tố quan trọng trong bối cảnh ngành Xi măng phải đối mặt với nhiều bất ổn và sức ép chi phí ngày càng lớn.
Giảm phát thải trong ngành Xi măng là một thách thức cấp bách, đòi hỏi những giải pháp vừa mang lại lợi ích ngay lập tức, vừa giữ được sự linh hoạt cho các khoản đầu tư trong tương lai. Công nghệ thu hồi nhiệt thải dạng module đáp ứng tốt cả 2 tiêu chí này khi cho phép tận dụng hiệu quả các nguồn nhiệt thải quy mô nhỏ và trung bình vốn thường bị bỏ qua, đồng thời tạo ra tác động trực tiếp tại chỗ. Với cách tiếp cận đơn giản nhưng dễ mở rộng, giải pháp này giúp doanh nghiệp giảm chi phí năng lượng một cách đáng kể và ổn định nguồn cung điện trong những thời điểm biến động, đồng thời ngày càng gia tăng giá trị khi các mục tiêu giảm phát thải trở nên khắt khe hơn.
dịch từ Worldcement
