Sản xuất xi măng là cơ sở của xây dựng toàn cầu, không thể thiếu đối với các dự án cơ sở hạ tầng từ những tòa nhà chọc trời cao chót vót cho đến mạng lưới đường bộ phức tạp. Tuy nhiên, quá trình sản xuất xi măng lại phát thải ra nhiều khí thải và gây ảnh hưởng lớn tới môi trường. Cho dù phát triển đáng kể vẫn còn những thách thức về khử carbon trên diện rộng trong sản xuất xi măng, trong đó tính khả thi về mặt kỹ thuật, các cân nhắc về chi phí và hỗ trợ chính sách là những yếu tố quan trọng. Bài viết này trình bày rõ những thách thức và cơ hội để hướng tới ngành sản xuất xi măng bền vững hơn.

Ramboll là một công ty tư vấn kỹ thuật toàn cầu với 18.000 chuyên gia có mặt trên khắp thế giới. Đội ngũ thu gom carbon đã thực hiện hơn 125 nghiên cứu từ tính khả thi đến FEED, cân bằng nhà máy và các nghiên cứu EPCM bao gồm các dự án đang được xây dựng ở nhiều khu vực địa lý khác nhau. Ramboll cung cấp các dịch vụ cho toàn bộ chuỗi giá trị của CCUS: thu gom, hóa lỏng, vận chuyển carbon bằng đường sắt hoặc các tuyến ống dẫn, sử dụng thành metanol hoặc nhiên liệu ngành hàng không, tồn trữ và tư vấn pháp lý.

Các phương án giảm thiểu lượng phát thải khí hiệu ứng nhà kính

Việc triển khai thu gom carbon trong ngành Xi măng là một lĩnh vực rất được quan tâm khi nói đến việc khử giảm lượng phát thải khí hiệu ứng nhà kính (GHG). Theo Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu, sản xuất xi măng chịu trách nhiệm đối với gần 7% lượng khí phát thải carbon dioxide (CO_₂) trên toàn cầu. Đó là do quá trình nung giải phóng CO_₂ ra khỏi đá vôi (carbonat canxi) trong quá trình sản xuất clinker. Sản xuất clinker cũng yêu cầu nhiệt độ cao và đốt nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho quá trình. Do đó, lượng khí phát thải từ quá trình sản xuất xi măng chủ yếu phát sinh từ quá trình và nhiên liệu tiêu hao cho quá trình nung.

Hiện đã có sẵn các phương án khác nhau cho các nhà sản xuất xi măng để giảm bớt tác động môi trường của họ:

– Cải thiện hiệu suất năng lượng: Thực hiện các công nghệ và các quy trình hiệu quả về năng lượng có thể giảm bớt mức tiêu hao năng lượng trong quá trình sản xuất clinker, do đó giảm bớt lượng khí phát thải CO_₂. Điều này bao gồm tối ưu hóa các hoạt động vận hành lò nung, cải tiến các hệ thống thu hồi nhiệt và giảm thiểu sự lãng phí năng lượng.

– Nhiên liệu thay thế (AF): Thay thế các nhiên liệu hóa thạch truyền thống bằng AF chẳng  hạn như sinh khối, nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải, và nhựa không thể tái chế có thể giảm bớt lượng khí phát thải CO_₂ từ quá trình sản xuất clinker. Các loại AF này có chứa một số hàm lượng carbon sinh học và có thể giúp giảm bớt tổng lượng carbon hóa thạch trong quá trình sản xuất xi măng.

– Các sản phẩm ít carbon hơn: Việc phối trộn clinker với các vật liệu kết dính phụ trợ như tro bay hoặc xỉ có thể giảm bớt lượng clinker cần thiết trong sản xuất xi măng.

– Đốt bằng nhiên liệu oxy: Lò xi măng và/hoặc calciner có thể được thiết kế để sử dụng ô-xi thuần khiết thay vì khí. Điều này dẫn đến dòng khí thải có hàm lượng CO_₂ cao hơn khiến cho dễ dàng thu gom nó hơn.

– Thu gom và tồn trữ carbon (CCS): Phương pháp này thu gom CO_₂ từ khí thải thoát ra trong quá trình sản xuất xi măng. Các công nghệ thu gom carbon có thể áp dụng rộng rãi hơn và có thể được trang bị thêm cho các nhà máy xi măng hiện tại.

Mặc dù đã có sẵn nhiều phương án lựa chọn đa dạng, vẫn có những hạn chế đối với các giải pháp tiếp cận này. Ví dụ, hiệu suất năng lượng của nhà máy xi măng thường được tối ưu hóa và có thể yêu cầu những khoản đầu tư đáng kể vào tối ưu hóa hoặc cải tiến thêm. AF thay đổi theo tính sẵn có và chất lượng của chúng và cần phải thiết lập các hạ tầng cơ sở để cung cấp chúng.

Việc thay thế clinker bằng các vật liệu phụ trợ có thể ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng của sản phẩm xi măng thành phẩm, có khả năng tác động tới các đặc tính như cường độ, độ bền và thời gian đông kết. Tính sẵn có và chi phí của vật liệu phụ trợ như tro bay và xỉ có thể thay đổi theo từng vùng làm hạn chế việc áp dụng rộng rãi chúng làm chất thay thế clinker.

Hình 1. Tổng quan về các công nghệ thu gom carbon.

Hình 2. Sơ đồ công nghệ của quá trình thu gom carbon làm lạnh cryo.

Các giải pháp cải tiến tổng thể này giảm bớt lượng khí phát thải nhưng sẽ thường giải phóng ra CO_₂ trong quá trình nung.

Việc đốt bằng nhiên liệu oxy nhằm mục đích tạo ra dòng khí CO_₂ tập trung cao bằng cách sử dụng khí oxy thuần khiết cho quá trình đốt. Tuy nhiên, lượng gió giả xâm nhập vào trong nhà máy xi măng sẽ gây ô nhiễm sản phẩm có chứa CO_₂ tập trung cao và có thể sẽ cần đến thiết bị thu gom carbon bổ sung thêm.

Các công nghệ CCS vẫn còn tương đối mới khi áp dụng cho các nhà máy xi măng và có thể cần phải phát triển và tối ưu hóa thêm để đạt được mức độ triển khai rộng rãi. Việc triển khai CCS có thể sẽ rất tốn kém và quy mô triển khai cần thiết để đạt được mức khử giảm khí phát thải đáng kể trong ngành Xi măng có thể sẽ đặt ra những thách thức về kinh tế và dịch vụ hậu cần. Việc tìm ra các cơ sở tồn trữ phù hợp cho CO_₂ thu gom được và đảm bảo tính toàn vẹn và sự an toàn của chúng về lâu về dài có thể là thách thức. Tuy nhiên, các công nghệ thu gom carbon mang lại mức khử giảm lượng khí phát thải CO_₂ đáng kể vì nó có thể thu gom hầu hết CO_₂ từ khí thải thoát ra từ quá trình sản xuất xi măng.

Tổng quan về các công nghệ thu gom carbon

Các công nghệ thu gom carbon có thể được sử dụng để thu gom khí phát thải CO_₂ từ các ngành công nghiệp khác nhau như xi măng, phát điện, luyện kim, các nhà máy khí sinh học và các nhà máy lọc dầu. Hiện tại, đang có sẵn rất nhiều loại công nghệ thu gom carbon. Hàm lượng CO_₂ cao trong khí thải từ quá trình sản xuất xi măng là một ưu điểm vì các công nghệ thu gom carbon được hưởng lợi từ hàm lượng CO_₂ cao hơn. Ưu điểm khác nữa đó là các nhà máy xi măng là các nguồn điểm CO_₂ lớn cho phép  đạt được hiệu quả kinh tế nhờ quy mô, do đó giảm được vốn đầu tư trên mỗi tấn CO_₂. Hơn nữa, các nhà máy xi măng hoạt động ở mức tải cơ bản ổn định, do đó ít có biến động về lượng khí phát thải CO_₂. Tuy nhiên, vị trí của các nhà máy xi măng có thể gây ra thách thức đối với cơ sở hạ tầng CO_₂.

Tổng quan về các công nghệ thu gom carbon được trình bày ở Hình 1. Mỗi công nghệ thu gom carbon đều có những ưu điểm và thách thức, bao gồm cả mức tiêu hao năng lượng, chi phí, khả năng mở rộng quy mô và tác động môi trường. Công nghệ thu gom carbon áp dụng nguyên lý phân tách bằng hóa học hoặc vật lý.

Các quá trình phân tách vật lý bao gồm hấp thụ, tách chất dùng màng lọc và phân tách bằng cryo. Các quá trình hấp thụ liên quan đến khí thải đi qua vật liệu rắn được biết đến là chất hấp thụ có thể thu gom/thu giữ có lựa chọn CO_₂. Các chất hấp thụ phổ biến là carbon hoạt hóa hoặc zeolit. Ngay khi chất hấp thụ đã bão hòa với CO_₂, nó được tái sinh bằng cách thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất, giải phóng ra CO_₂ thu gom được cho tồn trữ hoặc sử dụng. Phân tách bằng màng lọc sử dụng các màng lọc bán thấm để phân tách có lựa chọn CO_₂ ra khỏi khí thải dựa vào sự khác biệt về kích thước và khả năng hòa tan của phân tử. Phân tách bằng cryo liên quan đến việc làm nguội khí thải đến nhiệt độ cực kỳ thấp để ngưng và phân tách CO_₂ ra khỏi các khí khác.

Các quá trình phân tách vật lý được áp dụng rộng rãi cho tách CO_₂ ra khỏi khí sinh học (nâng cấp khí sinh học) có hàm lượng CO_₂ cao hơn một chút so với khí thải từ quá trình sản xuất xi măng. Các quá trình phân tách vật lý cũng có thể kết hợp và các hệ lai để tận dụng những thế mạnh bổ sung của chúng và để đạt được độ tinh khiết CO_₂ cao hơn. Tuy nhiên, có rất ít tài liệu tham khảo cho các quy trình này để áp dụng trên quy mô lớn.

Hiện tại, quá trình hấp thụ dựa vào amin là công nghệ thu gom carbon phát triển nhất có những tài liệu tham khảo cho áp dụng quy mô lớn. Trong quá trình này, khí thải có chứa CO_₂ được đưa qua tháp hấp thụ và tiếp xúc với dung dịch kiềm được biểu thị là dung môi. CO_₂ phản ứng và được hấp thụ vào trong dung môi. Dung môi cùng với CO_₂ đã được hấp thụ sẽ được tái sinh trong một cột cất, thường diễn ra ở nhiệt độ cao. Ngay khi CO_₂ được giải phóng ra, dung môi được tái sinh sẽ quay trở lại tháp hấp thụ để thu gom/thu giữ thêm CO_₂ từ khí thải. CO_₂ được giải phóng ra sau đó có thể được nén và vận chuyển đi tồn trữ hoặc sử dụng.

Hinh 3. Sơ đồ công nghệ về tháp hấp thụ cho quá trình carbonat kali nóng.

Hình 4. Thu gom carbon dựa vào amin cùng với làm mát trung gian bằng chất hấp thụ AIC và nén hơi loãng LVC.

Thu gom carbon bằng làm lạnh cryo

Thu gom carbon bằng làm lạnh cryo là một quá trình phân tách vật lý tách CO_₂ bằng cách làm nguội dòng khí đến nhiệt độ rất thấp, thường là từ -100 đến -135°C. Sơ đồ quá trình phân tách bằng làm lạnh cryo được minh họa ở Hình 2. Trong sơ đồ công nghệ, hàm lượng nước trong dòng khí được tách ra bằng cách ngưng hơi. Dòng khí sau đó trải qua quá trình nén và làm mát để đạt được các điều kiện trong đó CO_₂ bị khử thăng hoa, trở thành chất rắn từ pha khí của nó, và CO_₂ sau đó có thể được tách ra.

Do các chi phí liên quan tới quá trình nén khí thải, quá trình thu gom carbon bằng làm lạnh cryo được hưởng lợi lớn từ hàm lượng CO_₂ cao trong khí thải được xử lý như trong trường hợp sản xuất xi măng. Quá trình phân tách bằng cryo cũng có thể kết hợp với quá trình hấp thụ dao động áp suất, phân tách bằng màng lọc hoặc nhiên liệu khí ô-xi để làm tăng hàm lượng CO_₂ trước khi phân tách bằng cryo.

Thu gom carbon bằng làm lạnh cryo có một số ưu điểm bao gồm mức thu gom cao trên 95%, độ tinh khiết CO_₂ cao và một cách tương đối thì yêu cầu năng lượng có khả năng thấp hơn so với các công nghệ thu gom carbon khác. Thu gom carbon bằng làm lạnh cryo là một công nghệ kết thúc đuôi (tail-end technology) mà chỉ yêu cầu có đủ năng lượng và khả năng làm mát, đồng thời có thể đảm bảo mức phạt năng lượng thấp nhờ tích hợp nhiệt. Tuy nhiên, nó cũng có những thách thức, chẳng hạn như chi phí vốn cao liên quan tới thiết bị làm lạnh cryo và có ít tài liệu tham khảo trong ứng dụng quy mô lớn.

Thu gom carbon bằng carbonat kali nóng (HPC)

Dung dịch HPC phản ứng với CO_₂ trong khí thải, tạo thành bicarbonat kali (KHCO₃) khi có mặt nước. Quá trình HPC là một ví dụ về quá trình hấp thụ hóa học cho thu gom carbon. Quá trình hấp thụ hóa học bao gồm một tháp hấp thụ và một tháp tái sinh. Sơ đồ công nghệ bao gồm cả bể chứa thu hồi được minh họa ở Hình 3.

HPC mang lại hiệu suất thu gom CO_₂ cao (mức loại bỏ thường đạt hơn 90%), yêu cầu nhiệt năng thấp và có thể xử lý sự biến động hàm lượng CO_₂ và tốc độ dòng chảy trong khí thải công nghệ. Dung dịch carbonat kali có ái lực về phía CO_₂ thấp hơn so với các dung môi khác và do đó yêu cầu áp suất riêng từng phần của CO_₂ tăng cao trong tháp hấp thụ. Áp suất từng riêng từng phần tăng cao của CO_₂ đạt được bằng cách nén khí thải để đạt được áp suất riêng từng phần của CO_₂ xấp xỉ 1bar. Việc nén khí thải cần có điện năng, tuy nhiên rất nhiều nhiệt năng cần đến trong quá trình khử hấp thụ có thể hồi phục được từ công đoạn nén như đã chỉ ra ở Hình 3.

Quá trình HPC được hưởng lợi từ hàm lượng CO_₂ cao trong khí thải từ quá trình sản xuất xi măng. Xem xét hàm lượng CO_₂ tiêu chuẩn 20%, khí thải phải trải qua quá trình nén xuống chỉ còn 5bar so với 7 – 8bar cho các nhà máy đốt nhiên liệu rắn như các nhà máy sinh khối hoặc biến rác thải thành năng lượng. Hơn nữa, HPC không cần nhiều hơi, thứ mà các nhà máy xi măng không có. Do đó, HPC rất phù hợp cho thu gom carbon từ các nhà máy xi măng.

Tuy nhiên, những thách thức liên quan tới thu gom carbon bằng carbonat kali nóng bao gồm tính chất ăn mòn của các dung dịch carbonat kali, tốc độ phản ứng giảm qua thời gian và nhu cầu đối với việc tích hợp nhiệt hiệu quả và tái sinh dung môi để giảm thiểu tiêu hao năng lượng và chi phí vận hành. Những nỗ lực nghiên cứu và phát triển đang diễn ra tập trung vào việc giải quyết các thách thức này và nâng cao hiệu suất tổng thể và hiệu quả về chi phí của công nghệ này. Sự phát triển công nghệ này yếu điểm chính, vì khả năng nén khí thải chưa được hiển thị hoặc xác nhận/kiểm định cho các ứng dụng sau đốt.

Hình 5. Tối ưu hóa quá trình thu gom carbon dựa vào amin.

Tối ưu hóa quá trình thu gom carbon dựa vào amin

Quá trình thu gom carbon dựa vào amin được sử dụng rộng rãi và mang lại một số ưu điểm chẳng hạn như khả năng thu gom CO_₂ cao, khả năng mở rộng quy mô khiến cho nó trở nên phù hợp với các ứng dụng có quy mô lớn và khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng công nghiệp hiện tại dễ dàng trang bị thêm cho các nhà máy hiện tại. Tuy nhiên, những thách thức liên quan tới quá trình thu gom carbon dựa vào amin bao gồm cả mức tiêu hao năng lượng cao cho tái sinh dung môi, sự suy giảm phẩm cấp dung môi và các vấn đề ăn mòn tiềm ẩn. Những nỗ lực tiếp tục tập trung vào việc giảm bớt nhu cầu năng lượng của quá trình, đặc biệt là năng suất nồi chưng cất lại và nâng cao độ bền của dung môi chống lại sự suy giảm phẩm cấp.

Một giải pháp tiếp cận để nâng cao khả năng thu gom carbon dựa vào amin chính là sử dụng các amin thay thế hoặc các hỗn hợp amin. Các amin truyền thống bao gồm monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA) và methyldiethanolamine (MDEA). Gần đây, các hỗn hợp amin đã được phát triển như AMP-PZ (CESAR1) và AMP-DMSO. Hơn nữa, đã có sẵn các amin được thiết kế bởi nhà cung cấp tiên tiến trên thị trường: MHI (KS-1TM, KS-21TM), OASE^®blue, ACCTM S21 & S26, APBS-CDRMax^®, CANSOLV DC-103, hoặc Econamine FG Plus^SM. Sự phát triển các dung môi amin mới này đã mang lại kết quả là tiêu hao năng lượng giảm 10 – 20%, các dung môi ổn định hơn và ít phải bổ sung/tái sinh hơn. Tuy nhiên, các dung môi mới này đắt tiền hơn và có thể cần phải được kiểm soát cẩn thận lượng khí phát thải tùy thuộc vào mức độ NO_x trong khí thải và nhiệt độ cũng như áp suất trong tháp hấp thụ.

Giải pháp tiếp cận khác nữa để giảm bớt nhu cầu năng lượng trong quá trình thu gom carbon chính là cải tiến bên trong quá trình thu gom carbon. Có các giải pháp tiếp cận khác nhau cho tối ưu hóa sơ đồ công nghệ của quá trình thu gom carbon. Một số cải tiến bao gồm làm mát trung gian bằng bộ hấp thụ (AIC), nén hơi loãng (LVC), hoặc các hệ thống nén lại cơ học (MVR). Sơ đồ công nghệ của quá trình thu gom carbon dựa vào amin cùng với AIC và LVC được minh họa ở Hình 4. Nhờ sử dụng AIC, dung môi có thể hấp thụ được nhiều CO_₂ hơn, do đó giảm bớt năng suất nồi chưng cất lại. Cấu hình LVC nén nhanh dung môi tái sinh nóng từ nồi chưng cất lại để cung cấp thêm hơi hấp thụ. Điều này làm giảm mức công suất cần thiết của nồi chưng cất lại, nhưng lại phải trả giá bằng chi phí điện năng của máy nén.

Quá trình thu gom carbon dựa vào amin tại các nhà máy xi măng đang gặp phải những thách thức khác nhau chẳng hạn như tính sẵn có của hơi nước và việc làm sạch và làm nguội khí thải để làm cho nó phù hợp với quá trình thu gom carbon. Nhu cầu hơi nước có thể giảm bớt nhờ tối ưu hóa việc tích hợp nhiệt và nhờ sử dụng các máy bơm nhiệt và các quạt hơi  nước. Quá trình thu gom carbon dựa vào amin do đó có thể được xem xét với mức độ phức tạp khác nhau. Các trường hợp khác nhau của quá trình thu gom carbon dựa vào amin được trình bày ở Hình 5, trong đó bao gồm cả mức giảm dự kiến năng suất của nồi chưng cất lại.

Để cung cấp cho nhà máy thu gom carbon bằng nhiệt, nhiệt thừa có thể thu hồi từ khí thải calciner và khí máy làm nguội clinker qua các hệ thống thu hồi nhiệt thừa lớn (WHR), cũng được gọi là các hệ thống nồi hơi. WHR cho phép một số hơi sinh ra được sử dụng trực tiếp trong nồi chưng cất lại của quá trình thu gom carbon. Nó cũng có thể được sử dụng để nâng cấp nước nóng bằng các máy bơm nhiệt và các quạt hơi nước để cung cấp một lượng hơi đáng kể cho nồi chưng cất lại. Tiềm năng năng lượng có sẵn trong quá trình lò xi măng tiêu chuẩn cho phép gần 30 – 40% năng lượng cần thiết sẽ được cung cấp dưới dạng hơi nước, và 40 – 100% năng lượng cần thiết sẽ được cung cấp dưới dạng nước nóng. Nhờ tối ưu hóa quá trình thu gom carbon dựa vào amin và sử dụng WHR, nên hầu như có thể đáp ứng được nhu cầu nhiệt cho cơ sở thu gom carbon dựa vào amin mà không cần phải đầu tư vào hệ thống sinh hơi chuyên dụng.

Thu gom carbon trong ngành Xi măng

Theo IEA, ngành Xi măng là ngành tiêu thụ năng lượng lớn thứ ba và là ngành phát thải ra CO_₂ lớn thứ hai trên toàn cầu. Để đi đúng hướng với Kịch bản ròng bằng 0, lượng khí phát thải từ quá trình sản xuất xi măng phải giảm xuống mức trung bình 3%/năm vào  năm 2030. Thu gom carbon là rất quan trọng đối với ngành Xi măng vì nó mang lại một lộ trình cho giảm thiểu khí phát thải GHG đáng kể liên quan tới quá trình sản xuất. Hiện tại, đã có nhiều dự án thực hiện theo cách thức cải tiến để thu gom khí phát thải carbon từ ngành Xi măng. Một số phương pháp, như công nghệ làm lạnh cryo và màng lọc, đang được phát triển, nhưng chúng vẫn còn chưa được thử nghiệm trên quy mô cần thiết cho sản xuất xi măng. Công nghệ nhiên liệu oxy cũng đang nhận được rất nhiều sự quan tâm chú ý, cho dù nó yêu cầu sự tương tác lớn hơn với quá trình chính hơn là các công nghệ sau đốt. Cuối cùng là, cũng đã có các công nghệ thu gom carbon khác chỉ tập trung vào công đoạn nung của quá trình sản xuất xi măng có thể trở nên khả thi.

Hiện đã có sẵn các công nghệ khác nhau cho thu gom carbon và một số công nghệ có thể sẽ triển khai thực hiện trên quy mô lớn trong tương lai nhưng công nghệ thu gom carbon cùng với các tài liệu tham khảo có quy mô lớn nhất hiện tại chính là công nghệ thu gom carbon dựa vào amin. Công nghệ này hiện đã có sẵn trên thị trường, có thể được trang cấp thêm cho nhà máy xi măng hiện tại và có các lựa chọn khác nhau cho tích hợp nhiệt để giảm bớt chi phí vận hành của công nghệ. Nhờ áp dụng thu gom carbon và thông qua quá trình sáng tạo liên tục các công nghệ khử giảm khí phát thải, ngành Xi măng có thể đạt được những bước tiến đáng kể trong quá trình khử cacbon và sản xuất xi măng bền vững.

Jens Kristian Jørsboe, Jimmy Andersen, Christian Riber và Burcin Temel McKenna, Công ty Ramboll
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ World Cement Magazine số tháng 5/2024
ximang.vn

Văn Vượng – Chuyên gia công nghệ CIDC

Ngành công nghiệp xi măng là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính tương đối lớn. Mặc dù khó xác định chính xác lượng khí nhà kính đến từ các nguồn riêng lẻ và so sánh với tổng lượng khí nhà kính, nhưng các ước tính đều đồng ý rằng, ngành công nghiệp xi măng thải ra ít nhất khoảng 5% lượng khí nhà kính (có nhiều nghiên cứu công bố 8%). Điều này khiến cho ngành công nghiệp xi măng trở thành một trong 5 nguồn khí nhà kính hàng đầu và là nguồn phát thải công nghiệp lớn thứ hai sau ngành sản xuất thép.

Xi măng đã được sản xuất như thế nào?

Xi măng portland về cơ bản là xi măng canxi silicat, được sản xuất bằng cách nung đến nóng chảy (nhiệt độ khoảng 1.450 – 1.500°C) hỗn hợp đá vôi và đất sét đã được nghiền mịn. Thành phần hỗn hợp vôi – sét này thường được hiệu chỉnh bằng cách thêm silicat và oxit sắt trước khi được nghiền mịn và đồng nhất.

Xi măng canxi silicat đầu tiên được sản xuất bởi người Hy Lạp và La Mã. Họ đã phát hiện ra rằng tro núi lửa, nếu được nghiền mịn và trộn với vôi và nước, sẽ tạo ra vữa cứng, có khả năng chống chịu mọi hiệu ứng thời tiết. Phản ứng thủy hóa này được gọi là phản ứng puzolan và là cơ sở cho sự đóng góp vào việc phát triển cường độ của bê tông.

Vào giữa thế kỷ thứ 18, John Smeaton đã phát hiện ra rằng một số loại vôi có chứa hàm lượng silica và alumina thích hợp, có đặc tính thủy lực. Nghĩa là chúng chứa canxi silicat và aluminat hoạt tính, có thể phản ứng với nước để tạo ra hydrat bền, có khả năng chống lại tác động của nước. Smeaton đã sử dụng vật liệu này làm vữa xây dùng để xây dựng ngọn Hải đăng Eddystone vào năm 1759.

Thuật ngữ “xi măng portland” lần đầu tiên được Joseph Aspdin áp dụng trong Bằng sáng chế Anh Quốc số 5022 (1824), mô tả quy trình sản xuất đá nhân tạo bằng cách trộn vôi với đất sét dưới dạng bùn nhão và nung các cục vật liệu khô đó trong lò nung đứng.Các quy trình chính liên quan đến quá trình sản xuất xi măng được mô tả như sau: Bước đầu tiên là khai thác nguyên liệu (đá vôi và đất sét) → Nghiền và đồng nhất nguyên liệu thô. Sau đó, quá trình nung nguyên liệu thô diễn ra để thu được canxi oxit (CaCO₃ → CaO + CO₂), canxi oxit cùng với silica, alumina và oxit sắt tạo thành các hạt gọi là clinker. Cuối cùng, hạt clinker được nghiền mịn cùng, phối trộn với thạch cao và các chất phụ gia hoạt tính khác để sản xuất thành xi măng.

Thuật ngữ “portland” được sử dụng vì sản phẩm sau đông cứng có màu sắc tương đồng với màu đá ở bán đảo Portland thuộc vùng Dorset của Vương Quốc Anh. Joseph Aspdin không phải là người đầu tiên sản xuất xi măng canxi silicat nhưng bằng sáng chế của ông đã được ưu tiên sử dụng thuật ngữ “xi măng portland”.

Xi măng được sản xuất trong nửa đầu thế kỷ 19 có thành phần khoáng chất không giống như xi măng portland hiện đại, vì nhiệt độ nung không đủ cao nên không thể tạo thành tricalcium silicate (C₃S).

Khoáng chất canxi silicate duy nhất được tạo thành trong lò thời kỳ đó là dicalcium silicate (C₂S). Khả năng hoạt hoá và phản ứng thủy lực của khoáng chất C₂S thấp hơn nhiều so với khoáng chất C₃S.

Clinker xi măng portland chứa 4 khoáng chất, C₃S và C₂S là hai khoáng chất chính chủ yếu trong clinker (chiếm khoảng 75%), chúng đóng vai trò chính trong việc phát triển cường độ, quyết định các đặc tính về cấu trúc và độ bền lâu dài của xi măng portland. Tuy nhiên, phản ứng giữa CaO (vôi từ đá vôi) và SiO₂ (silica từ cát) rất khó thực hiện, ngay cả ở nhiệt độ nung khá cao. Sự kết hợp hóa học được tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều nếu có một lượng nhỏ alumina và oxit sắt (thường là 5% Al₂O₃ và 3% Fe₂O₃), vì chúng giúp tạo thành pha nóng chảy mà qua đó CaO và SiO₂ có thể hòa tan vào pha nóng chảy đó rồi phản ứng với nhau để tạo ra khoáng chất C₃S và C₂S.

Sự ra đời của lò quay vào cuối thế kỷ 19 và đồng thời đã có những tiến bộ trong công nghệ, cho phép sản xuất ra sản phẩm đồng nhất, nhiệt độ đủ cao liên tục để đảm bảo hình thành lượng đủ lớn khoáng canxi silicat chủ yếu là C₃S.

Việc kiểm soát thành phần, chất lượng clinker đã tiến triển từ kiểm soát thử vi sai sang kiểm soát chính xác thành phần hóa bằng các kỹ thuật huỳnh quang tia X, góp phần hoàn thiện công nghệ, tăng năng suất và chất lượng clinker sản xuất.

CO₂ đã được hình thành như thế nào trong sản xuất xi măng? 

Lượng khí thải carbon dioxide từ quá trình sản xuất xi măng được phân loại từ bốn nguồn chính.

1. Nguồn CO₂ lớn nhất từ nguyên liệu chính, do đá vôi được nung nóng và khử cacbon để tạo thành vôi. CO₂ có nguồn gốc từ vật liệu đá vôi chiếm tới 50% lượng khí thải.

2. Nguồn CO₂ lớn thứ hai là từ nhiên liệu được sử dụng để cung cấp năng lượng nhiệt cần thiết cho quá trình nung luyện clinker. Nhiên liệu chính sử dụng cho quá trình nung luyện clinker xi măng có thể là dầu FO, DO hoặc than đá được nghiền mịn. Nguồn từ nhiên liệu đốt cháy chiếm 40%.

3. Nguồn CO₂ từ sử dụng điện chiếm 5%.

4. Phương tiện vận tải chiếm 5%.

Vào lò	Ra lò
1.530 kg bột liệu	1.000 kg clinker
78 kg dầu nhiên liệu	668 kg CO2
1.135 kg không khí cháy	850 kg N2
1,0 kg khí vận/c bột liệu	226 kg O2

Ông Tống Văn Nga, Chủ tịch Hội Vật liệu Xây dựng Việt Nam (VAMB) phát biểu khai mạc Hội thảo.

Phát biểu khai mạc Hội thảo, ông Tống Văn Nga, Chủ tịch Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam, cho biết, để phát triển ngành Vật liệu xây dựng Việt Nam hiện đại và bền vững, ông Tống Văn Nga mong muốn chính quyền các cấp, các đơn vị nghiên cứu, doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vật liệu xây dựng tiếp tục quan tâm, đi sâu nghiên cứu, để đưa ra những nội dung hiệu quả và bổ ích khi áp dụng vào thực tế cuộc sống.Tại Hội thảo, ông Nguyễn Quang Hiệp, Viện trưởng Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng) khái quát những thành tựu về năng lực sản xuất vật liệu xây dựng trong 40 năm qua. Sản xuất vật liệu xây dựng trong nước nhờ áp dụng khoa học công nghệ đã có những bước tiến vượt bậc về năng lực sản xuất, chất lượng sản phẩm đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

Trong đó, một số loại sản phẩm vật liệu xây dựng quan trọng như: xi măng, gạch gốm ốp lát, kính xây dựng, sứ vệ sinh, sắt thép… đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Tổng giá trị doanh thu hàng năm ngành Vật liệu xây dựng ước đạt 47 tỷ USD, chiếm khoảng 11% GDP quốc gia, đặc biệt ngành công ngiệp vật liệu xây dựng đã đầu tư và xử lý rác thải trong các lò nung sản xuất, góp phần bảo vệ môi trường. Hiện nay, ngành Vật liệu xây dựng Việt Nam tiếp tục tập trung trong việc nghiên cứu phát triển các chủng loại vật liệu xây dựng mới, tính năng cao như: vật liệu xây dựng xanh; vật liệu xây dựng ứng dụng nghệ nano trong sản xuất; công nghệ in 3D.

Theo ông Lê Trung Thành Vụ trưởng Vụ Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng) cũng nêu lên những khó khăn mà ngành Vật liệu xây dựng đang phải đối mặt như: sản lượng tiêu thụ và doanh thu đều sụt giảm dẫn đến nguy cơ đình trệ hoạt động sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp; nhiên liệu sản xuất, điện, nguồn nguyên liệu,… luôn biến động, tăng giá và phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu; sức ép về bảo vệ môi trường, giảm tiêu hao nguyên liệu trong sản xuất; quy định về hàng rào kỹ thuật, quy chuẩn riêng theo quy định của từng nước nhập khẩu; cơ chế về chính sách hỗ trợ cho các doanh nghiệp chưa rõ ràng.Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam kiến nghị, về tháo gỡ trước mắt cần có chính sách để tiếp tục giảm lãi suất vốn vay. Giảm thuế suất, thuế xuất khẩu cho các mặt hàng vật liệu xây dựng theo đúng quy định trong Luật Thuế, cụ thể là clinker xi măng, đá ốp lát tự nhiên. Về lâu dài, Nhà nước cần duy trì và tăng cường chính sách khuyến khích, hỗ trợ doanh nghiệp trong việc chuyển giao công nghệ mới, đầu tư dây chuyền sản xuất hiện đại. Tiếp tục thực hiện chính sách tăng cường sản xuất và ứng dụng vật liệu xây dựng thân thiện môi trường.

Tại Hội thảo, các đại biểu tích cực thảo luận các nội dung và đề xuất giải pháp phát triển ngành Vật liệu xây dựng Việt Nam hiện đại và bền vững, như: Thực trạng và giải pháp phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam; Nhìn lại 4 thập kỷ phát triển của ngành Xi măng Việt Nam; Triển khai kinh tế tuần hoàn tại Tổng Công ty Xi măng Việt Nam; Giải pháp đồng xử lý chất thải tại INSEE Việt Nam hướng tới Net Zero; Các sản phẩm carbon thấp của SCG Việt Nam; Công nghệ mới trong đa dạng hóa sản xuất sản phẩm xi măng sợi; Tái chế tro xỉ, thạch cao của ngành công nghiệp nhiệt điện than và phân bón hóa chất – ứng dụng sản xuất vật liệu xây dựng xanh, bền vững theo mô hình kinh tế tuần hoàn; Cầu cạn sử dụng bản bê tông cốt thép trên cọc ly tâm PRC; Công nghệ sản xuất và ứng dụng sàn rộng dự ứng lực; Nghiên cứu và ứng dụng bê tông siêu tính năng ở Việt Nam.

Nguồn : ximang.vn

Theo Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu (GCCA), lĩnh vực xây dựng sản sinh ra khoảng 2,5 tỷ tấn CO_₂/năm với khả năng sẽ tăng lên 3,8 tỷ tấn/năm vào năm 2050 nếu không có những cố gắng giảm nhẹ CO_₂ do nhu cầu bê tông ngày càng tăng. Xấp xỉ 60% lượng khí phát thải này có nguồn gốc từ quá trình khử carbon trong đá vôi với 40% lượng còn lại là từ quá trình đốt các nhiên liệu được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất clinker. Ngoài ra, tiêu thụ điện năng cũng gián tiếp góp phần vào lượng phát thải khí CO_₂ khi không được tái tạo.

Chuỗi giá trị trong lĩnh vực xây dựng, bao gồm cả 5Cs (clinker, xi măng, bê tông, xây dựng và carbonat hóa) của Cembureau, có tiềm năng đáng kể trong việc khử giảm phát thải khí CO_₂ phấn đấu hướng tới trung hòa carbon. Việc đạt được mục tiêu này đòi hỏi sự nỗ lực chung từ tất cả các cổ đông lấy sản xuất clinker và xi măng làm trọng tâm.

Ngành này đã sẵn sàng hướng tới việc khử carbon trong mấy năm qua, sử dụng các công nghệ khác nhau. Tuy nhiên, với nhiều lựa chọn có sẵn, các đội ngũ môi trường nhà máy thường cảm thấy quá tải, thiếu những thông tin rõ ràng về các phương pháp hiệu quả nhất về chi phí để khử giảm lượng khí phát thải CO_₂ cho các trường hợp cụ thể của họ. Bài viết này tập trung vào việc khử carbon cho quá trình sản xuất clinker và xi măng, khai thác những tiềm năng khác nhau và đề xuất các kịch bản tùy chỉnh cho mỗi công đoạn của nhà máy trên hành trình khử carbon.Phát thải khí CO_₂ trong quá trình sản xuất clinker và xi măng có thể được chia ra thành 2 nguồn chính: phát thải từ quá trình khử carbon cho nguyên liệu và phát thải từ quá trình đốt cháy. Một số chương trình đã có cho giảm thiểu cả 2 nguồn này được bàn luận trong bài viết này. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc so sánh, một ‘lò tiêu chuẩn’ giả định có công suất 4.000 tấn/ngày, tiêu hao nhiệt năng 800 kcal/kg, và áp dụng phân chia năng lượng giữa lò và calciner tương ứng 40 – 60%, vận hành 8.000 giờ/năm.

Nâng cao hiệu suất nhà máy/cải thiện chất lượng clinker

Việc nâng cao hiệu suất nhà máy có ý nghĩa rất lớn và cũng ảnh hưởng tới tất cả các phương pháp khác được áp dụng. Phát thải khí CO_₂ có liên quan trực tiếp tới lượng năng lượng (nhiệt năng hoặc điện năng), cần thiết cho sản xuất 1kg vật liệu. Việc giảm bớt năng lượng cần thiết cho sản xuất 1kg vật liệu làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu và lượng khí sinh ra, nhờ đó giảm được cả nhu cầu nhiệt năng và điện năng.Ví dụ, trong lò tiêu chuẩn đã nói đến ở trên, việc nâng hiệu suất lên 3% sẽ giảm được lượng khí phát thải CO_₂ đi xấp xỉ 14.000 tấn/năm. Lượng giảm này có thể không nhiều nhưng lại có giá trị khi xem xét tới việc nâng hiệu suất nhà máy lên 3% có thể đạt được bằng các hành động đơn giản và chi phí đầu tư thấp, thông qua, ví dụ như, việc kiểm soát quá trình hiệu quả hơn, giảm bớt lượng gió giả trong hệ thống, tối ưu hóa thành phần bột liệu để cho phép nung luyện dễ dàng hơn, nâng cấp cải tạo hệ thống đốt để vận hành với hàm lượng oxy thấp hơn trong lò đồng thời vẫn duy trì được quá trình đốt trong tầm kiểm soát.

Tương tự, việc nâng cao chất lượng clinker có thể mang lại các mức khử giảm CO_₂ đáng kể. Clinker có chất lượng tốt hơn có nghĩa là nhu cầu sử dụng ít hơn mà vẫn đạt được cường độ xi măng tương tự. Việc giảm 3% hệ số clinker trong kịch bản nhà máy tiêu chuẩn của FCT sẽ giảm lượng khí phát thải CO_₂ đi khoảng 34.000 tấn/năm. Kết hợp điều này với việc tăng hiệu suất lên 3% mang lại tổng lượng khử giảm xấp xỉ 47.000 tấn/năm.

Các phương pháp để cải thiện chất lượng clinker bao gồm kiểm soát quá trình hiệu quả hơn, tối ưu hóa và đồng nhất thành phần bột liệu và đầu tư vào các hệ thống đốt tiên tiến chẳng hạn như Turbu-Flex^TM của FCT.Các giải pháp lựa chọn này thường được xem là các giải pháp thay thế hiệu quả, với chi phí tương đối thấp, cho phép các nhà máy góp phần vào việc giảm lượng khí phát thải CO_₂ ban đầu của họ.

Sử dụng nhiên liệu thay thế

Điều này nghe có vẻ không đúng rằng việc sử dụng nhiên liệu thay thế (AF) sẽ giảm được lượng khí phát thải CO_₂, vì quá trình đốt chúng cũng giải phóng ra CO­_₂. Nhưng điều này là thật, việc sử dụng AF ngăn ngừa việc tiêu thụ thêm nhiên liệu hóa thạch và lượng khí phát thải có liên quan. AF, thường là phụ phẩm của các ngành công nghiệp khác, có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch, giảm thiểu tổng lượng khí phát thải carbon. Bằng cách này, carbon từ AF một lần nữa được tái sử dụng sau các mục đích chính của chúng, thay vì sử dụng một nguồn carbon hoàn toàn mới lấy từ nhiên liệu hóa thạch.

Việc sử dụng AF là một công nghệ đã phát triển với các nhà máy ở Châu Âu có thể đạt tới 90% mức thay thế bằng AF dạng rắn và lên tới 100% khi xem xét đến hỗn hợp AF rắn và lỏng. Chi phí chuyển đổi một nhà máy sang mức thay thế cao thay đổi dựa trên các yếu tố như thiết kế nhà máy, thời gian lưu của thiết bị hiện có, chất lượng của AF mà có thể có nguồn gốc/được chuẩn bị và công nghệ của thiết bị đốt, cùng các yếu tố khác.

Đối với lò tiêu chuẩn nói đến trong bài viết này, việc tăng 10% mức tỷ lệ thay thế nhiệt khi thay thế than bằng RDF có thể giảm được lượng khí phát thải CO_₂ khoảng 6.000 tấn/năm. Việc đạt được mức tỷ lệ thay thế 90% sẽ giảm được lượng khí phát thải xấp xỉ 51.000 tấn/năm. Đầu tư vào các nghiên cứu CFD đối với calciner và các hệ thống đốt tiên tiến như vòi đốt lò Turbu-Flex^TM của FCT là các khoản đầu tư tương đối thấp có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển đổi này.

Thay thế clinker bằng vật liệu kết dính phụ trợ

Nguyên liệu có các đặc tính kết dính khi được trộn lẫn với nước hoặc các nguyên liệu khác, được biết đến là vật liệu kết dính phụ trợ (SCMs), đã được sử dụng trong vài thập kỷ nay làm vật liệu thay thế clinker. Tro bay từ các nhà máy điện chạy bằng than, xỉ từ quá trình luyện kim và vật liệu puzolan tự nhiên là các ví dụ phổ biến của SCMs. Tuy nhiên, tính sẵn có của chúng đang giảm đi, thúc đẩy việc tìm kiếm các lựa chọn thay thế, với đất sét nung đang là sự lựa chọn đáng chú ý đã được sử dụng trong xi măng hơn 40 năm qua ở một số quốc gia, ví dụ như Brazil.

Đất sét được sử dụng cho quá trình nung là một khoáng chất aluminosilicate với các tỷ lệ nhôm oxit và silic oxit nhất định có chứa hydroxyl trong kết cấu của nó. Khi đất sét được xử lý nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, hydroxyl sẽ được giải phóng ra khỏi kết cấu đất sét. Khi đất sét được trộn lẫn với xi măng, oxit canxi từ clinker phản ứng với đất sét, gia cường cho nó. Nhiệt độ phù hợp cho xử lý đất sét sẽ tùy thuộc vào mỗi loại đất sét, nhưng trong mọi trường hợp, sẽ thấp hơn nhiệt độ thiêu kết clinker. Do đó, hai lợi ích về khử giảm CO_₂ có thể đạt được khi thay thế clinker bằng đất sét: lượng khí phát thải CO_₂ từ quá trình đốt sẽ giảm đi (có những lợi ích thêm nếu sử dụng AF), và hầu như không có phát thải khí CO_₂ từ nguyên liệu (ngoại trừ đối với một số vết tích hữu cơ và đá vôi).Một lần nữa, chi phí đầu tư của phương án lựa chọn này nằm trong phạm vi rất rộng. Một mặt, các lò clinker hiện tại có thể được sử dụng để nung đất sét với những điều chỉnh nhỏ, mang lại một giải pháp hiệu quả về chi phí, cho dù không phải là hiệu quả nhất, thậm chí là có sự dao động vận hành giữa clinker và đất sét. Mặt khác về quy mô, các nhà máy mới sử dụng lò quay hoặc các công nghệ calciner nung nhanh có thể được xây dựng cho hiệu suất tối ưu, với một loạt các cấu hình khác nhau. FCT cung cấp kiến thức chuyên môn của các kỹ sư có hơn 40 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực nung đất sét và các công nghệ như RotaCalx^TM (lò quay) và FlashCalx^TM (calciner nung nhanh) cho sản xuất đất sét bao gồm cả các kỹ thuật kiểm soát bằng màu sắc.

Đối với lò tiêu chuẩn đề cập đến trong bài viết này, việc thay thế 40% clinker bằng đất sét nung có thể giảm được lượng khí phát thải khoảng 347.000 tấn/năm.

Sử dụng hydro

Xem khí hydro là một loại nhiên liệu không có carbon, thì nên cân nhắc ý tưởng khử giảm lượng khí phát thải CO_₂. Cho đến nay, việc sử dụng hydro trong sản xuất xi măng đã bị hạn chế đến lượng rất nhỏ, trong phạm vi tỷ lệ phần trăm một con số, từ 0,2 – 3%. Hạn chế này nằm ở công đoạn sản xuất hơn là ở công đoạn đốt cháy, đặc biệt là khi xem xét đến việc sản xuất hydro thân thiện với môi trường.

Ngày nay, những lượng lớn (trên 99%) hydro sản xuất ra là từ quá trình tinh lọc khí tự nhiên mà giải phóng ra một lượng CO_₂ đáng kể vào trong khí quyển. Nếu trường hợp này xảy ra, việc đốt khí tự nhiên trực tiếp trong lò có tác động môi trường thấp hơn. Hơn nữa, hydro vẫn đắt tiền hơn so với các nhiên liệu khác và không có sẵn rộng rãi cho ngành này, do vậy không phải là giải pháp lựa chọn khả thi lúc này cho sản xuất xi măng.

Nếu như hydro thân thiện với môi trường (ví dụ, khi được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió) trở nên sẵn có với mức giá bán chấp nhận được trong tương lai, thì sẽ có một số thách thức khi sử dụng hydro trong sản xuất xi măng ở quy mô lớn. Điều  này sẽ bao gồm cả độ phát xạ nhiệt của ngọn lửa bị giảm đi, lượng khí phát thải NO_x và hạ tầng cơ sở phân phối tăng lên. Tuy nhiên, những rào cản này có ý nghĩa chỉ khi đạt được mức thay thế với \ hydro trên 50%. Đã có những khoản đầu tư quan trọng để khiến cho quá trình sản xuất hydro trở nên hợp lý hơn, với những lượng lớn hơn và sạch hơn. FCT đã viết một bài báo đầy đủ trên Tạp chí World Cement tháng 11/2022 bàn luận về những khía cạnh xung quanh việc sử dụng hydro trong các lò clinker.

Vòi đốt của FCT hiện được bàn giao cho sử dụng hydro, sẵn sàng cho bất cứ khi nào hydro xanh và hợp lý hơn có sẵn. Đối với lò tiêu chuẩn nói đến trong bài viết này, việc thay thế 50% than bằng hydro sẽ giảm được lượng khí phát thải CO_₂ khoảng 29.000 tấn/năm.

Đốt nhiên liệu oxy

Đốt nhiên liệu oxy là một công nghệ có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu lượng khí phát thải CO_₂ trong ngành xi măng. Trong lò xi măng truyền thống, nhiên liệu được đốt trong không khí, mà có chứa khoảng 21% lượng khí oxy và 78%  lượng khí nitơ. Khí nitơ trong không khí không đóng góp gì vào quá trình đốt và thay vào đó lại kết thúc trong khí thải, làm loãng hàm lượng CO_₂. Mặt khác, việc đốt nhiên liệu oxy liên quan đến quá trình đốt nhiên liệu với khí oxy thuần khiết thay vì không khí, phần hồi lưu của CO_₂ từ khí thải trở lại máy làm nguội. Phương pháp này tạo ra quá trình đốt hiệu quả hơn và mạnh hơn cũng như giảm được đáng kể lượng khí phát thải nitơ oxit (NO_x). Trong khi quá trình đốt nhiên liệu oxy không giảm được lượng khí phát thải CO_₂, nó không tạo ra khí thải giàu CO_₂, làm cho nó trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả hơn về chi phí để thu gom và tồn trữ hoặc sử dụng.

Công nghệ này còn mới và có những thách thức cần phải được xử lý, chẳng hạn như tính sẵn có của oxy thuần khiết và chi phí, trang cấp thêm cho các nhà máy hiện có cũng như khả năng thích ứng với các điều kiện vận hành.Khi xem xét lò tiêu chuẩn, việc đốt nhiên liệu oxy có thể giảm đáng kể lượng khí phát thải CO_₂. Với khả năng thu giữ CO_₂ với tỷ lệ phần trăm cao từ khí thải nhờ sử dụng hệ thống thu gom, sử dụng và tồn trữ carbon (CCUS), việc đốt nhiên liệu oxy có khả năng giảm được lượng khí phát thải CO_₂ dễ dàng hơn lên tới khoảng 900.000 tấn/năm, tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể và hiệu quả thu gom.

Vòi đốt FCT được thiết kế dành riêng cho vận hành dưới các điều kiện đốt nhiên liệu oxy với các điều chỉnh nhỏ.

Điện hóa xanh, CCUS và các giải pháp khác

Đã có một số sáng kiến trong lĩnh vực điện hóa trực tiếp và sử dụng các chất mang nhiệt để thay thế việc đốt cháy trong các quá trình thiêu kết clinker. Tuy nhiên, chúng vẫn còn đang trong giai đoạn phôi thai khi so sánh với các giải pháp thay thế đã bàn luận đến ở đây. Những thách thức chính là phải thiết lập các thiết bị tin cậy và các  nguyên liệu có thể truyền 1450°C vào clinker, một nguồn năng lượng xanh tin cậy cho cả năm và một lượng lớn MW cần thiết cho quá trình thiêu kết clinker. Đối với quá trình đốt, ví dụ 100 MW có thể đạt được dễ dàng và không tốn kém, trong khi điện hóa xanh, ví dụ từ năng lượng mặt trời, sẽ yêu cầu vài km² các tấm pin mặt trời, một trạm điện và toàn bộ các hoạt động bảo trì liên quan tới thiết bị này.

Phát biểu khai mạc Hội nghị, Thứ trưởng Bộ Xây dựng Nguyễn Văn Sinh cho biết, các doanh nghiệp xi măng đang gặp nhiều khó khăn, thách thức trong những năm gần đây. Một trong các giải pháp được nhiều doanh nghiệp xi măng quan tâm trong thời gian qua là đổi mới công nghệ để hạ giá thành sản phẩm và giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình sản xuất. Từ đó, thấy được tầm quan trọng của việc chuyển đổi nhiệt khí thải thành điện và chuyển đổi rác thải sinh hoạt thành nhiên liệu trong các nhà máy xi măng.Theo đại diện của Vụ Vật liệu Xây dựng cho biết, mức tiêu thụ điện năng trung bình cho khâu sản xuất clinker khoảng 60 kWh/tấn, cho khâu nghiền xi măng khoảng 34 kWh/tấn. Mức tiêu thụ nhiệt năng toàn ngành dao động trong khoảng 724 – 1.065 kcal/kg clinker. Nhiên liệu sử dụng chính là than cám có nhiệt trị từ 4.800 – 6.200 kcal/kg than, một số nhà máy xi măng đã sử dụng nhiên liệu thay thế chủ yếu là vải vụn, mảnh nhựa, nilon, cao su vụn, dăm gỗ, lốp xe, da giày, nhựa, rác thải, bã điều, vỏ cây, trấu, dầu thải và các dung môi…

Hiện, cả nước đã có 34 dây chuyền đầu tư lắp đặt và đưa vào hoạt động hệ thống phát điện nhiệt dư với tổng công suất khoảng 248 MW, chủ yếu là các nhà máy xi măng của khối doanh nghiệp tư nhân và liên doanh. Lượng phát thải tại Việt Nam khoảng 60.000 tấn rác/ngày, trong đó có 60% là rác thải sinh hoạt. Tuy nhiên, rác thải sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong các nhà máy xi măng hiện nay chủ yếu là rác thải công nghiệp. Cả nước vẫn chưa có nhà máy xi măng nào sử dụng rác thải sinh hoạt để đốt.

Theo báo cáo của Vụ Vật liệu Xây dựng, Chính phủ đã ban hành nhiều cơ chế, chính sách để thúc đẩy phát triển ngành Xi măng và tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính.

Đại diện của VICEM khẳng định, mục tiêu của chiến lược áp dụng công nghệ phát điện tận dụng nhiệt khí thải là tận dụng nhiệt thừa để phát điện tại các dây chuyền sản xuất xi măng nhằm tự cung cấp một phần điện tiêu thụ, đồng thời giảm lượng phát thải bụi và khí CO2.

Nguồn điện phát ra được hòa đồng bộ vào lưới điện của các nhà máy. Hệ thống trạm phát điện tận dụng nhiệt khí thải được thiết kế, lắp đặt không làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành bình thường của dây chuyền sản xuất clinker.

Có 9/10 doanh nghiệp thành viên của Tổng Công ty Xi măng Việt Nam (Vicem) dự kiến triển khai lắp đặt, vận hành hệ thống tận dụng nhiệt khí thải để phát điện (hệ thống WHR). Theo tính toán, các dự án tận dụng nhiệt khí thải đang triển khai có tổng công suất lắp đặt dự kiến khoảng 71,45 MW, tổng công suất phát điện dự kiến khoảng 63,4 MW.

Trong khi đó, mục tiêu của chiến lược sử dụng rác thải làm nhiên liệu thay thế là đẩy mạnh phát triển kinh tế tuần hoàn để sử dụng tiết kiệm tài nguyên không tái tạo và giảm phát thải ra môi trường. Để hiện thực hóa mục tiêu nêu trên, Vicem đã nghiên cứu xử lý chất thải sinh hoạt và sử dụng chất thải thông thường làm nhiên liệu thay thế trong nhà máy sản xuất xi măng. Hiện, Vicem đang áp dụng công nghệ đồng xử lý chất thải trong lò nung xi măng tại các đơn vị thành viên, thu về năng suất rất cao.

Để thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn, Vicem đề xuất Chính phủ, Bộ Xây dựng và các cơ quan liên quan nghiên cứu sửa đổi, bổ sung một số quy định hiện hành đối với việc xử lý chất thải, đồng xử lý chất thải trong sản xuất xi măng; Xem xét từng bước thí điểm xây dựng thị trường chất thải. Vụ Vật liệu Xây dựng cũng đề nghị các Bộ, ngành tiếp tục nghiên cứu, ban hành cơ chế, chính sách hỗ trợ các doanh nghiệp.

Nguồn:Xây dựng https://ximang.vn/tin-tuc-su-kien/tin-trong-nuoc/cong-nghe-chuyen-doi-nhiet-khi-thai-rac-thai-sinh-hoat-trong-cac-nha-may-xi-mang-19700.htm