Tác giả: Prateek Bumb, Công ty Carbon Clean
Đăng trên Tạp chí World Cement số tháng 5/2024, Tr.44-47
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan.
Trong bài viết này, Prateek Bumb, Công ty Carbon Clean, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thu gom khí thải carbon cho ngành xi măng để đạt được các mục tiêu ròng bằng 0.
Xi măng và bê tông là các vật liệu công nghiệp thường được sử dụng nhất trên thế giới hiện nay, với bê tông là vật liệu được tiêu thụ nhiều thứ hai sau nước. Nói chung, xi măng và bê tông chịu trách nhiệm đối với 7% lượng khí phát thải CO2 trên toàn cầu hoặc 2,6 tỷ tấn/năm. Việc khử carbonat trong các ngành công nghiệp thiết yếu này do vậy là rất quan trọng cho chuyển đổi năng lượng trên toàn cầu, đồng thời tiếp tục hỗ trợ xi măng và bê tông đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy tăng trưởng kinh tế.
Nhu cầu xi măng sẽ chỉ tăng lên trong những năm tới khi các nền kinh tế đang phát triển phụ thuộc nhiều vào vật liệu công nghiệp này để phát triển. Điều này bao gồm nhu cầu xây dựng 13000 công trình nhà ở mỗi ngày từ nay đến năm 2050 để hỗ trợ mức dân số dự kiến 7 tỷ người sinh sống ở các thành phố. Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn Cầu (GCCA) dự đoán nhu cầu xi măng sẽ tăng lên 48% từ 4,2 tỷ tấn lên 6,2 tỷ tấn vào năm 2050. Trong khi đó, Kịch bản Ròng bằng 0 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) tranh luận rằng nhu cầu sản xuất xi măng toàn cầu sẽ giảm xuống còn 3,9 tỷ tấn vào năm 2050 để đạt được các mục tiêu. Do vậy, sẽ là cần thiết để phát triển các công nghệ mới và hiện có để giảm thiểu khí phát thải và hỗ trợ các lĩnh vực khó giảm – điều này bao gồm thu gom, sử dụng và tồn trữ carbon (CCUS).
Một vai trò quan trọng đối với CCUS trong việc khử carbonat hóa cho ngành xi măng, trong đó những lượng đáng kể CO2 giải phóng ra trong quá trình canxi hóa có thể thu gom trực tiếp được. Ngành này đã nhận thức được cơ hội, với CCUS chiếm 36% mức giảm thiểu theo kế hoạch trong Lộ trình Ngành Xi măng và Bê tông năm 2050 của GCCA cho Bê tông Ròng bằng 0.
Tuy nhiên, trong khi quá trình sản xuất xi măng đã trở nên bền vững hơn trong những năm qua – thì đổi mới lại diễn ra chậm chạp. Tiến độ đang đi đúng hướng, với số lượng các nhà cung cấp xi măng và bê tông đang ngày gia tăng chuyển hướng thoát ra khỏi các quá trình sản xuất phát thải nhiều khí carbon truyền thống. Tuy nhiên, quá trình sản xuất xi măng tiêu tốn nhiều năng lượng, sử dụng 60-130 kg dầu nhiên liệu, tùy thuộc vào loại xi măng và quá trình được sử dụng, và 110 kWh điện năng cho mỗi tấn xi măng sản xuất ra.
Thách thức phức tạp
Thách thức đối với ngành xi măng là rất phức tạp, cân bằng nhu cầu năng lượng, kết hợp với việc tăng cường các quy định và mục tiêu khử cacbon trong lĩnh vực công và tư nhân. The Mission Possible Partnership dự tính rằng sẽ cần 1,42 nghìn tỷ USD đầu tư trong tương lai để cấp vốn cho ngành xi măng và bê tông trong Kịch bản Ròng bằng 0 từ năm 2022 đến năm 2050, 13% sẽ được cấp vốn cho hạ tầng cơ sở CCUS và 27% cho thiết bị thu gom carbon.
Trong khi đó, các phát triển quan trọng đang diễn ra, bao gồm cả việc ngành tham gia vào Liên Minh Những người Đề xuất Đầu tiên (First Movers Coalition) vào năm 2022, ủng hộ một thỏa thuận bê tông và xi măng thấp carbon. Trong thỏa thuận này, các công ty cam kết mua ít nhất 10% xi măng và bê tông có hàm lượng carbon gần bằng 0 mỗi năm vào năm 2030. Đó là một mục tiêu tham vọng, và đã vấp phải sự hoài nghi vì lý do đó. Thành công phụ thuộc vào sự hợp tác lớn hơn trong toàn ngành trên toàn cầu, đặc biệt là đối với việc thực hiện và mở rộng quy mô của CCUS.
Có một thách thức lớn phía trước để phát huy tiềm năng này. IEA ước tính 170 triệu tấn phát thải xi măng mỗi năm sẽ cần phải được thu gom để đạt được các mục tiêu ròng bằng không. Do vậy, sự gia tăng mạnh về tốc độ và quy mô triển khai là cần thiết trong 5 năm tới. Khoảng 1/3 số lượng các nhà máy xi măng ở Mỹ và chỉ hơn một nửa số nhà máy ở Châu Âu có lượng khí phát thải CO2 dưới 2000 tấn/ngày, cho thấy rất nhiều cơ hội cho các giải pháp CCUS kiểu mô-đun và bán mô-đun.
Đây là lý do tại sao công nghệ thu gom carbon tại nguồn điểm của Carbon Clean đang gây ảnh hưởng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hợp tác thực sự trên toàn cầu với ngành xi măng. Công nghệ bán mô-đun CaptureX của công ty bao gồm khoảng 80% dung môi gốc amin độc quyền và của nhà máy là một ưu tiên đã được thử nghiệm và kiểm nghiệm trong ngành để thu hồi carbon, đã được sử dụng ở 49 cơ sở trên khắp thế giới.
Trường hợp nghiên cứu
Công nghệ này đã được thực hiện với sự hợp tác giữa Carbon Clean và Taiheyio Cement Corporation tại nhà máy Kumagaya, ở Saitama, Nhật Bản. Nhà máy thu gom 10 triệu tấn/ngày là nhà máy chứng minh đầu tiên thuộc loại này của nước này và có đặc điểm là sử dụng công nghệ bán mô-đun CaptureX của Carbon Clean, có thể thu gom CO2 đạt hiệu suất cao và hiệu quả về chi phí từ khí thải công nghệ của các lò quay được sử dụng cho sản xuất xi măng. Để đảm bảo sự gián đoạn hoạt động tối thiểu tại hiện trường, công nghệ thu gom carbon đã được lắp đặt sẵn trong một container vận chuyển đường biển cho phép giao nhận kiểu chìa khóa trao tay cũng như lắp đặt và vận hành nhanh chóng. Mối quan hệ lâu dài này chứng minh công nghệ thu gom và tái chế carbon cho các lò xi măng sẽ đóng góp ra sao vào tương lai của ngành xi măng.
Một dự án tương tự đang diễn ra ở Châu Âu, ở đó, công nghệ CaptureX của Carbon Clean đang được Holcim ở Almeria, Tây Ban Nha, thực hiện. Công nghệ bán mô-đun này sẽ thu gom CO2 từ khí thải của các lò quay cho sản xuất xi măng. Khi đi vào vận hành toàn bộ, cơ sở này sẽ thu gom 192 tấn carbon dioxide/ngày, mà sau đó sẽ được tái chế và sử dụng để gia tăng sản lượng cây trồng. Đây là một ví dụ tuyệt vời về khả năng tận dụng (‘U’ trong CCUS).
Cuối cùng là, Carbon Clean làm việc chặt chẽ với Cemex, một trong số những nhà sản xuất xi măng lớn nhất trên thế giới, để tham gia vào quá trình chuyển đổi Rüdersdorf thành nhà máy xi măng trung hòa carbon đầu tiên vào năm 2030, được thực hiện bởi Liên minh Trung hòa Carbon. Carbon Clean hiện đang bàn bạc với Cemex để mở rộng quy mô thu gom carbon và mở rộng sang sử dụng carbon với hydro xanh, cho thấy khả năng của CCUS để khử carbon trong ngành công nghiệp nặng và tái sử dụng CO2.
Công nghệ thu gom carbon mới
Vì Carbon Clean liên tục mở rộng quy mô, một phát triển thú vị là công nghệ thu gom carbon CycloneCC hoàn toàn theo kiểu mô-đun, được gia công chế tạo sẵn, và được lắp trên con lăn trượt. Quy mô và chi phí của công nghệ thu gom carbon trong lịch sử luôn là rào cản đáng kể cho việc áp dụng. CycloneCC khắc phục các rào cản này và kết hợp dung môi APBS-CDRMax® tiên tiến của Carbon Clean với các bộ ống phức hợp quay (rotating packed beds – RPBs), tạo ra kích thước thiết bị nhỏ hơn 10 lần và tổng diện tích nhỏ hơn 50%. Điều quan trọng nhất đối với một ngành mà sẽ yêu cầu đầu tư sâu rộng, CycloneCC cho phép các ngành khó khử giảm có thể giảm được cả CAPEX lẫn OPEX lên tới 50%.
Nhờ vậy, Carbon Clean đã tích lũy được hơn 100 tài sản được cấp bằng sáng chế còn hiệu lực tính đến nay trên 18 hệ thống sáng chế ở 30 quốc gia. ADNOC đã lựa chọn CycloneCC cho dự án thu gom carbon tại nhà máy của Fertiglobe ở Khu Liên hợp Công nghiệp AI Ruways ở Abu Dhabi – dự án triển khai cụm công nghiệp đầu tiên ở bất kỳ đâu trên thế giới. Công nghệ kiểu mô-đun này hiện cũng đang được triển khai ở Bắc Mỹ. Ngay khi được thương mại hóa, Carbon Clean sẽ ưu tiên mở rộng quy mô các dự án.
Điều này thật phù hợp với lĩnh vực xi măng vì hầu hết các công ty xi măng đều có nhiều nhà máy với các tính năng thông thường có thể tùy biến chuẩn hóa thêm khiến cho công nghệ này có khả năng cạnh tranh nhiều hơn về chi phí so với các giải pháp thông thường.
Kết luận
Thông qua sự hợp tác của Carbon Clean với các nhà lãnh đạo ngành và sự hiểu biết chuyên môn của mình về những thách thức phía trước, thì rõ ràng thu gom carbon sẽ là quan trọng để thực hiện khử carbon cho ngành xi măng. Để đạt được các mục tiêu ròng bằng 0, các công ty trên hệ sinh thái phải làm việc cùng nhau để hỗ trợ triển khai trên quy mô lớn. Công nghệ thu gom carbon tại nguồn điểm sẽ là một trong số những giải pháp hiệu quả, tin cậy và tiết kiệm chi phí nhất để khử carbon cho một ngành mà đang chịu áp lực gia tăng nhằm đạt được những mục tiêu đầy tham vọng của mình.
