Giải quyết thách thức về biến đổi khí hậu trong ngành sản xuất xi măng

Bảo vệ khí hậu là vấn đề quan trọng kể từ khi Chương trình Sáng kiến Xi măng bền vững (CSI) ra đời dưới sự bảo trợ của Hội đồng Doanh nghiệp Thế giới về Phát triển bền vững (WBCSD).

Trong năm 2009, CSI hợp tác với Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) và WBCSD phát triển lộ trình về công nghệ xi măng tiềm năng giúp cắt giảm lượng khí thải đáng kể trong quá trình sản xuất cho tới năm 2050. Lộ trình này nhấn mạnh sự phát triển trên quy mô lớn và triển khai năng lực và công nghệ hấp thụ và lưu trữ carbon để đạt được mục tiêu giảm khí thải CO2 trong sản xuất xi măng, bao gồm hiệu suất nhiệt, điện, sử dụng nhiên liệu thay thế và sinh khối.

Tuy nhiên, những đòn bẩy truyền thống chỉ có thể làm giảm lượng khí thải từ sản xuất xi măng đến một mức độ nhất định. Việc giảm thiểu phát thải trong quá trình từ nung đá vôi, tạo nên khoảng 60% lượng khí thải CO2, đòi hỏi ứng dụng công nghệ CCS/CCU trên quy mô lớn.

Hấp thu Carbon từ khí thải lò nung xi măng khả thi về mặt kỹ thuật, một số dự án nghiên cứu đã cho thấy điều này. Công nghệ CCS trên nguyên tắc đã sẵn sàng để được áp dụng, nhưng hiện nay không khả thi về mặt kinh tế, còn thiếu khung pháp lý, một số nước còn yếu trong khâu hỗ trợ, giá carbon quá thấp để khuyến khích đầu tư. Trong khi ở Bắc Âu và Canada, CCS đã được chấp nhận thì ở các quốc gia phát triển khác như Anh, Đức việc lưu trữ carbon dưới lòng đất vẫn còn thiếu, mặc dù lưu trữ ngoài khơi được quan tâm hơn nhưng khả năng phát triển các cơ sở lưu trữ vẫn còn khá hạn chế.

Trong khi CCS cung cấp khả năng để đối phó với hàng triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm, ứng dụng CCU tập trung vào các quy mô nhỏ hơn trong phạm vi từ 10.000-100.000 TPY. Hiện nay, một số ứng dụng được áp dụng mang tính chất thương mại, nhiều ứng dụng tiếp theo sẽ được áp dụng.

Công nghệ CCS và CCU đòi hỏi tập trung CO2 ở mức độ cao hoặc ít nhất ở mức độ hóa lỏng. Mục tiêu chính của ngành công nghiệp xi măng là phát triển một quá trình tích hợp công nghệ hay xử lý cuối đường ống để tăng hấp thụ nồng độ CO2 từ khoảng 25% đối với lò thông thường, đến 75-90% cho lò tinh khiết.

Công nghệ hấp thụ CO2 vốn đòi hỏi chi phí hoạt động cao, các nhà khoa học đã phân tích ở mức độ nào của lò ở chế độ oxyfuel có thể giảm được chi phí vận hành. Nguyên tắc hoạt động của một lò oxyfuel nung đá vôi sử dụng oxy tinh khiết và khí thải được tái tuần hoàn để làm mát clinker. Để có đủ lượng oxy trong lò, oxy nguyên chất cũng được thêm vào để làm mát. Bằng phương pháp vận hành như vậy, CO2 sau khi được làm nóng sơ bộ có thể tăng khối lượng tới 70%.

Trong khi công nghệ hấp thu Carbon và Oxyfuel có nguồn gốc từ lĩnh vực năng lượng được chuyển đổi để sử dụng trong các lò sản xuất xi măng. Các nhà nghiên cứu đưa ra công nghệ có thể áp dụng thương mại đó là lò nung gián tiếp để sản xuất oxit magie ở Australia. Lợi thế của lò nung này là CO2 thoát ra trong quá trình nung không bị trộn lẫn với các chất khí thải, có thể tách trực tiếp tới 95% CO2 tinh khiết mà không cần thêm năng lượng.