Bài viết này được tổng hợp từ một số báo cáo do Tổ chức Nghiên cứu và phát triển Vùng Vịnh (The Gulf Organisation for Research and Development) phát hành. Nội dung sẽ tập trung phân tích hiện trạng của ngành sản xuất xi măng truyền thống, làm rõ các yêu cầu cần phải ưu tiên giải quyết trong tương lai; giới thiệu một số giải pháp tiến tới sản xuất xi măng “xanh” đáp ứng các tiêu chuẩn mới về môi trường. Cuối cùng là phần phân tích về lợi ích kinh tế của việc sản xuất và cung cấp xi măng, bê

2.2. Sử dụng xi măng có chứa vật liệu bổ sung

Các vật liệu bổ sung cho xi măng (Supplementary Cementitious Materials SCMs) sẽ hydrat hóa giống như xi măng. Chúng cung cấp nhiều khoáng silicat hơn phụ gia thông thường, trong hỗn hợp sẽ phản ứng với vôi tự do được giải phóng từ quá trình thủy phân của các khoáng xi măng. Một số vật liệu SCMs điển hình là: đá vôi, silica fume, tro bay, xỉ… Từ nhóm vật liệu gốc trong SCMs, có thể phân biệt một số loại xi măng chứa vật liệu bổ sung đã nghiên cứu sản xuất thành công, được thương mại hóa dưới đây.

Xi măng đá vôi Canxi SulfoAluminate (CSA)

– Xi măng CSA được thiết kế chứa từ 35 – 70% Yeelemite Ca4AI6[O12SO4, 30% belite và 10 – 30% territe (Calcium Ferro Aluminate). Quá trình sản xuất clinker xi măng CSA hoàn toàn tương tự sản xuất clinker xi măng Portland truyền thống, nhưng nhiệt độ nung luyện cần thiết lại thấp hơn, chỉ tư 1.250 – 1.350°C. Điều này giúp giảm được nhiên liệu tiêu thụ, từ đó giảm khoảng 20% lượng khí CO2 phát thảí ra môi trường.

– Các tính chất cơ lý của xi măng CSA không có nhiều khác biệt so với xi măng Portland truyền thống. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn cốt thép khi chế tạo thành bê tông của xi măng CSA tỏ ra vượt trội hơn hẳn.

• Xi măng Canxi aluminat (CaAl2O3) và xi măng silicat canxi

– Hai loại này được chế tạo nhờ việc điều chỉnh phối liệu. Thay vì bổ sung Al2O3 bằng đất, đá sét, nhà sản xuẩt sẽ phải dùng đến quặng bô xít;

– Tính chất cơ lý nổi bật của xi măng chứa bô xít là cho cường độ cao (cả tuổi sớm và tuổi muộn), chịu nhiệt, chịu ăn mòn tốt hơn hẳn xi măng Portland thông thường.

• Xi măng siêu bền sultat

– Được sản xuất bằng cách nghiền hỗn hợp 80 – 85% xỉ hạt lò cao (Granulated Blast Furnace Slag – GBFS) được chọn lọc với 10 – 15% canxi suntat và khoảng 5% clinker xi măng Portland. Mặc dù chi phí sản xuất cao, nhưng trong nhiều trường hợp bắt buộc phải sử dụng trong môi trường sulfat khắc nghiệt thì xi măng siêu bền sulfat này đã chứng tỏ là có thể ngăn chặn hiệu quả quá trình xâm thực.

• Xi măng gốc magiê oxit

Đây là loại xi măng đươc xếp vào nhóm “xi măng thẩp cacbon” vì khi làm việc, chúng lại giúp hấp thụ khí CO2 trong khí quyển đề tạo MgCO3. Lần đầu được nghiên cứu tại Trung Quốc năm 1970, đến nay, xi măng gốc MgO đã được một số nhà sản xuất lớn như Novacem, Lafarge… sản xuất đại trà. Theo kết quả theo dõi của Novacem, mỗi tấn xi măng MgO khi phản ứng thủy lực sẽ hấp thụ 100kg CO2, tức là gần như hấp thu hết lượng CO2 phát thải ra khi sản xuất ra chúng. Vì lẽ này, xi măng MgO đã được gọi là xi măng thấp cacbon.

• Xi măng hoat hóa kiềm/ địa vât lý

– Các loại xi măng hoạt hóa kiềm (Alkali-activated cements-AACs) là xi măng OPC thông thường được bổ sung nhóm chất phụ gia gốc Aluminum – Silicon có tính kiềm. Khi hòa tan vào nước, chúng sẽ phân hủy sau đó tái tổ hợp thành geopolyme – một chất kết dính mạnh, có tính polyme do có khối lượng phân tử rất cao.

– Nhóm xi măng AACs đầu tiên được chế tạo từ metakaolin, nhưng hiện nay đã chuyển sang dùng các phế thải công nghiệp khac như tro bay, xỉ, hoặc phối hợp cả hai. Trong nhiều trường hợp, thậm chí xi măng AACs có thể không cần chứa xi măng OPC gốc, hoàn toàn chỉ là hỗn hợp của các khoáng sản tái chế từ chất thải công nghiệp (Recovered Mineral Components-RMCs);

– Xi măng AACs có nhiều ưu thế vượt trội hơn hẳn so với xi măng OPC truyền thống: chi phí sản xuất thấp hơn (do sử dụng nguyên liệu là phế thải của các ngành công nghiệp khác), chất lượng cao hơn, và đặc biệt là xi măng AACs thải ra ít hơn tới 95% CO2 so với xi măng OPC.

• Xi măng Cacbon biển

– Công ty xi măng Calera (Hoa Kỳ) đã mô phỏng lại quá trình hình thành san hô từ các oxit MgO, CaO trong nước biển và CO2 trong không khí, để thu lấy nguyên liệu từ khí thải. Dùng nước biển để hấp thụ CO2 từ khói lò, sẽ thu được CaCO3 và MgCO3 thải ra khí sạch. CaCO3 và MgCO3 thu được từ quá trình trên có hoạt tính rất cao, dùng làm phụ gia tại công đoạn nghiền sẽ thu được xi măng có cường độ cao và khả năng chống xâm thực mạnh mẽ.

– Xi măng Cacbon biển hiện vẫn đang trong quá tinh thử nghiệm, chưa có san phẩm thương mại.

3. Sản xuất xi măng “xanh” – những áp lực từ bài toán kinh tế

Để thúc đẩy ngành sản xuất xi măng phải hành động quyết liệt hơn trong việc cắt giảm khí thải, các chính phủ đã sử dụng biện pháp áp thuế môi trường cao lên mặt hàng này, từ thuế khai thác nguyên, nhiên liệu, thuế xả khí thải, thuế vận chuyển đến thuế xử lý chất thải, thuế tiêu thụ… Do đó, trong những năm qua, chi phí sản xuất xi măng không ngừng gia tăng. Các doanh nghiệp hầu như không công bố con số cụ thể, nhưng xu hướng này có thể đựợc khẳng định thông qua chỉ số giá xi măng trên thị trường.

Tại Vương quốc Anh, giai đoạn 2005 – 2011, giá than đá tăng 75%, giá điện tăng 63% đã khiến giá xi măng tăng 35%. Từ năm 2008, do ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu, nhu cầu tiêu thụ xi măng giảm, đã khiến mức tăng giá của mặt hàng này chậm lại, chỉ còn khoảng 20%. Tuy nhiên, đến năm 2011, khi nhu cầu xi măng tăng khoảng 7%, giá xi măng lại bắt đầu tăng theo giá than và điện.

Tại Hoa Kỳ cũng diễn ra tình trạng tương tự. Giai đoạn 1998 – 2003, giá điện không tăng hoặc tăng nhẹ, giá than giảm, giúp giá xi măng giảm 13%. Từ năm 2003, giá than tăng 26%, giá điện cũng tăng, khiến giá xi măng tăng theo.

Khủng hoảng kinh tế tại Mỹ xảy ra đầu tiên, từ năm 2006, nên từ năm này, dù giá điện và than vẫn tăng nhưng giá xi măng lại giảm do nhu cầu giảm. Đỉnh điểm là năm 2009, giá xi măng tại Mỹ chỉ tương đương với giá của năm 1998.

Tại Qatar, một quôc gia Vùng Vịnh, diễn biến giá xi măng có sự khác biệt so với Anh và Mỹ. Là nước có tỷ lệ tiêu thụ xi măng lớn nhất thế giới, tính theo bình quân đầu người (4,22 tấn/người/năm), nhưng Qatar cũng là nước sử dụng dầu mỏ và khí thiên nhiên cho sản xuất xi măng, nhờ nguồn tài nguyên dồi dào của nước này. Do đó, giá xi măng tại đây đã không chịu nhiều ảnh hưởng của giá nhiên liệu và điện, kể cả trong suốt thời gian cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu diễn ra. Chính phủ Qatar cũng khống chế mức giá tối đa của xi măng để đảm bảo tiến độ xây dựng các công trình của nước này không bị đình trệ. Tuy nhiên, từ năm 2016, việc quy định giá trần cho xi măng đã bị bãi bỏ. Nhiều nhà phân tích nhận định, với việc phải xây dựng mới các công trình trị giá tới 230 tỷ USD để phục vụ cho World Cup 2022 mà nước này đăng cai, giá xi măng tại Qatar trong thời gian tới sẽ tăng mạnh. Năm 2016, nước này đã phải nhập 3 triệu tấn xi măng.

Một quốc gia Vùng Vịnh khác là Saudi Arab cũng co diễn biến tương tự Qatar, vì tương đồng về nguồn nguyên liệu dành cho công nghiệp xi măng. Năm 2008, khi khủng khoảng kinh tế lan đến, giá xi măng tại nước này bắt đầu giảm. Từ năm 2011, khi các hoạt đông xây dựng bắt đầu phục hồi theo nền kinh tế, giá xi măng tại Saudi Arab lại tăng 5,4%. Tuy không tác động vào giá bán như Qatar, nhưng Saudi Arab cũng có hàng loạt các biện pháp kích cầu cho xi măng như đề ra hàng loạt chương trình xây dựng cơ sơ hạ tầng lớn, cấp thêm vốn cho các tồ chức tín dụng để khuyến khích họ gia hạn, xóa nợ đối với các nhà sản xuất xi măng.

Từ năm 2012, các biện pháp tạo áp lực kinh tế nhằm vào ngành công nghiệp xi măng bắt đầu được siết chặt trở lại, sau một thời gian có phần được buông lỏng để giúp các nhà sản xuất vượt qua cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu. Vương quốc Anh là nước đầu tiên chịu ảnh hưởng bởi các ràng buộc pháp lý do đã tham gia vào những hiệp ước cắt giảm phát thải khí nhà kính sau năm 2020. Từ tháng 4/2013, “thuế xanh” đánh vào khí thải được ấn định là 16£/ tấn CO2. Bất chấp sự phản đối của giới sản xuất công nghiệp, chính phủ Anh cho biết theo lộ trình, mức thuế này sẽ tăng lên 30£/tấn CO2 vào năm 2030.

Giá điện cho sản xuất công nghiệp tại Anh cũng tăng chóng mặt sau khi nước này cam kết cắt giảm khí thải nhà kính. Vào năm 2020, giá điện tại Anh sẽ tăng 36€/MWh. Con số tương ứng tại một số nước châu Âu khác là: Đức – 22€; Đan Mạch – 20€; Pháp – 19,3€. Trong một động thái xoa dịu cơn phẫn nộ của giới chủ các nhà máy, chính phủ Anh đã đưa ra gói hỗ trợ chi phí năng lượng trị giá 250 triệu £. Nhưng ngành sản xuất xi măng nước này lại không thuộc nhóm đối tượng được hưởng hỗ trợ, do đã tham gia vào thị trường mua bán hạn ngạch phát thải khí nhà kính. Do đo, các nhà máy sản xuất xi măng ở Anh chỉ còn lựa chọn duy nhất là tìm mọi cách cắt giảm khí thải.

Theo tính toán, nếu một dây chuyền sản xuất xi măng có công suất 6.000 tấn clinker/ngày, mà giảm được 40% lượng khí CO2 (quy đồi) phát thải, thì mỗi năm sẽ tiết kiẹnn được 10 triệu £. Chi phí để đầu tư nâng cấp một nhà máy như thế, giảm được 40% khí thải, mất khoảng 50 triệu £. Tức là, chỉ cần sau 5 năm, nhà máy đã có thể thu hồi chi phí đầu tư, và bắt đầu hưởng lợi nhuận từ năm thứ 6.

Định mức phát thải CO2 tính trên đầu tấn xi măng đang ngày càng bị cắt giảm. Theo các nhà phân tích, việc sản xuất xi măng xanh đang là xu hướng tất yếu của thế giới. Đây vừa là thách thức, nhưng cũng là cơ hội cho công nghiệp sản xuất xi măng hướng tới một giá trị mới, bằng cách chuyển sang sản xuất sạch hơn, phục vụ phát triển bền vững nền kinh tế “cacbon thấp”. Việc chuyền sang sử dụng các nguyên, nhiên liệu thay thế, là phế phẩm, phế thải của các ngành công nghiệp khác, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật mới, phức tạp hơn. Nhưng một khi thành công, đây sẽ là nền tảng căn bản giúp ngành xi măng thế giới tiếp tục tồn tại và phát triển.

 

Nguồn sưu tầm: baoxaydung.com.vn

Để lời bình luận