Tác giả: André Trümer & Martin Reformat, Công ty Loesche GmbH
Đăng trên Tạp chí Global Cement Magazine số tháng 5/2024, Tr.26-28
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan.
Bất chấp những cam kết, ngành xi măng toàn cầu đã không giảm được nhiều lượng khí phát thải CO2 trong những năm gần đây. Điều này cho thấy mục tiêu phát thải ròng bằng 0 là không thể đạt được bằng giải pháp viên đạn bạc (là giải pháp dễ dàng và nhanh chóng cho vấn đề nào đó). Vì bất kỳ thay đổi nào đều cho thấy dự gián đoạn trong quá trình sản xuất, một giải pháp khả thi hơn là thực hiện một số bước nhỏ hơn. Trong bối cảnh này, Loesche giới thiệu CÁC GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG (GREENKEY SOLUTIONS) của mình đặt nền móng cho sản xuất xi măng bền vững.
CÁC GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG của Loesche là cốt lõi công nghệ trong sáng kiến bền vững của công ty. Mỗi giải pháp giảm bớt lượng khí phát thải CO2 cho ngành xi măng và, khi được kết hợp với nhau, chúng bổ sung cho nhau để đạt được mục tiêu sản xuất xi măng có lượng khí phát thải CO2 ròng bằng 0. CÁC GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG được hình thành dựa trên năng lực cốt lõi của Loesche trong lĩnh vực nghiền và các năng lực mới trong lĩnh vực nhiên liệu và xử lý nhiệt. Bài viết này sẽ đưa ra cái nhìn tổng quát về mỗi GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG, như là một bài giới thiệu cho một loạt bài viết sẽ được ấn bản hàng quý trên Tạp chí Global Cement Magazine, mỗi bài sẽ giới thiệu một công nghệ và trường hợp nghiên cứu cụ thể.
SCMs hế hệ mới
Việc thay thế từng phần clinker xi măng Portland bằng các vật liệu kết dính phụ trợ (SCMs) là một giải pháp nhanh chóng và hiệu quả để giảm bớt lượng khí phát thải CO2 trong xi măng. Tuy nhiên, SCMs truyền thống như xỉ lò cao dạng hạt, tro bay và puzolan tự nhiên có những vấn đề về tính sẵn có, với mức sản lượng sản xuất đã giảm sút.
CÁC GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG của Loesche bao gồm một số công nghệ sản xuất SCMs thay thế. Các công nghệ này bao gồm nung và nghiền đất sét (C/CLAY), hoạt hóa xỉ luyện kim (E/SLAG), nghiền siêu mịn (U/FINES) và thu hồi xi măng và đá từ đá vụn bê tông (S/CRETE). Cùng với các SCM và phụ gia trơ thông thường, các vật liệu thay thế mới này sẽ có thể làm cho tỷ lệ clinker – xi măng trên toàn cầu giảm từ mức 72% hiện tại xuống mức 50% trong tương lai, giảm bớt lượng khí phát thải CO2 khoảng 40% so với OPC.
C/CLAY: Đất sét nung và nghiền
Đất sét nung đã được ‘khám phá lại’ trong hai thập kỷ qua, cho phép giảm đáng kể lượng clinker và CO2. Tuy nhiên, trong trung hạn, đất sét nung sẽ đóng một vai trò quan trọng trong một loạt các SCM được ngành xi măng sử dụng.
Có rất nhiều yếu tố góp phần tạo nên kỳ vọng đặt vào đất sét nung. Đất sét hoạt tính rất phong phú. Khả năng hoạt hóa của đất sét diễn ra ở nhiệt độ 600-900oC, cho phép tiết kiệm nhiên liệu đáng kể khi áp dụng các công nghệ nổi tiếng. Như puzolan, đất sét nung có thể thay thế clinker trong xi măng lên tới 30% mà không thất thoát cường độ cuối cùng.
Nhờ có chứa nhôm phản ứng, đất sét nung góp phần làm tăng thêm độ bền khi kết hợp với đá vôi. Khả năng này được khai thác trong các loại xi măng LC3, trong đó hàm lượng clinker có thể giảm tới 50%. Cuối cùng là, mức độ thay thế clinker cao dẫn đến giảm đáng kể lượng khí phát thải CO2 và kéo dài vòng đời của các nguồn đá vôi cho nhà máy xi măng. Cùng với Dynamis thành viên trong tập đoàn của mình, Loesche cung cấp một loạt các giải pháp kỹ thuật cho các nhà máy nung và nghiền đặt hàng trước.
E/SLAG – Tăng cường độ hoạt tính xỉ
Khi mọi người coi xỉ như là một SCM, họ hầu như đều nghĩ đến xỉ lò cao với những đặc tính thủy lực riêng. Tuy nhiên, vẫn có những quá trình luyện kim khác trong sản xuất thép tạo ra nhiều loại xỉ khác nhau như một phụ phẩm. Tâm điểm của E/SLAG là khả năng hoạt hóa của những thứ được gọi là xỉ luyện kim, mà khi ở trạng thái ban đầu của chúng, chúng có tiềm năng SCM bằng 0 hoặc rất thấp. Mặt khác, xỉ luyện kim chứa 10-20% kim loại như là một phần của giải pháp E/SLAG được thu hồi và được đưa trở lại quá trình sản xuất thép.
Giải pháp tiếp cận của Loesche để tận dụng tối ưu xỉ luyện kim là một quá trình nhiều bước bắt đầu với việc điều chỉnh thành phần hóa học trong xỉ lỏng ở bước làm nguội. Sản phẩm là một loại vật liệu giống clinker được tách ra khỏi kim loại dư thừa bằng một bước nghiền và phân loại tiếp theo. Xỉ cải biến được nghiền mịn có độ hoạt hóa cao. Do đó, nó có thể thay thế clinker trong xi măng theo cách tương tự như các SCM thông thường, khả năng khoảng 4% sản lượng xi măng, mà không phát sinh ra CO2 liên quan tới vật liệu.
S/CRETE: Nghiền bê tông có lựa chọn
Khi kết thúc vòng đời, các công trình và hạ tầng cơ sở bê tông sẽ được dỡ bỏ. Gạch đá vụn có thể được sử dụng làm nguồn nguyên liệu cho vật liệu xây dựng mới. Để sử dụng tuần hoàn nguồn vật liệu này, bê tông cũ phải được tháo dỡ thành những thành phần ban đầu của nó: sỏi, cát và xi măng hidrat hóa. Nghiền có lựa chọn được cấp bằng sáng chế trong máy nghiền Loesche thực hiện chính xác điều này nhờ khai thác các mức độ cứng khác nhau của các thành phần.
Nhà máy S/CRETE của tương lai: Hệ thống xi măng và bê tông chu trình khép kín.
Mỗi một thành phần trong bê tông có vòng lặp vật liệu riêng. Do vậy, sau khi phân tách, sỏi và cát có thể được tái sử dụng làm cốt liệu trong bê tông mới, trong khi đó bột đá trong xi măng hydrat hóa lại sẵn sàng cho sử dụng làm nguyên liệu thô xi măng hoặc SCM không hề có dấu vết CO2 tồn tại.
Trong một thế giới lý tưởng của một nền kinh tế tuần hoàn hoàn hảo, không cần có nguyên liệu thô sơ cấp để thỏa mãn nhu cầu của ngành xây dựng. Trong một kịch bản như vậy, thì cái được gọi là ‘khai thác đô thị’ này là nguồn duy nhất để bắt đầu chuỗi giá trị.
U/FINES: Vật liệu siêu mịn
Quá trình xử lý siêu mịn là một biện pháp để giải phóng khả năng phản ứng chưa được khai thác của vật liệu mà đã được sử dụng trong phối trộn xi măng. Độ mịn cao hơn là mục tiêu được hướng tới, cụ thể là vượt qua 10.000 cm2/g Blaine.
Để đạt được độ mịn như vậy, quá trình nghiền thông thường là không đủ, mà cần phải xử lý thêm để trích ra những phần siêu mịn. Giải pháp tiếp cận được cấp bằng sáng chế của Loesche là phân tách bằng nhiều cyclone sau bước nghiền. Điều này khiến cho có thể thu được các SCM có độ hoạt tính cao từ xỉ lò cao thông thường, trong khi đá vôi có thể được tinh lọc theo cách thức làm sao để nó đóng vai trò là thành phần phản ứng trong quá trình hydrat hóa xi măng sớm. Vật liệu còn lại có khả năng phản ứng so với vật liệu gốc và có thể được xử lý theo cách thức thông thường, mà không có bất kỳ sự khác biệt nào đáng kể.
Phát triển quá trình xử lý nhiệt
Các quá trình xử lý nhiệt không chỉ là các hộ tiêu dùng nhiều năng lượng nhất trong ngành xi măng, mà chúng còn chịu trách nhiệm đối với khoảng 40% lượng khí phát thải CO2 từ quá trình sản xuất xi măng. Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái chế có thể giảm hiệu quả tác động môi trường của các quá trình xử lý nhiệt. Các giải pháp đốt của Loesche bao gồm đốt cháy tất cả các loại nhiên liệu có sẵn gồm sinh khối, rác thải và hydro. Đây là những thành phần cốt lõi trong việc hiện đại hóa bất kỳ quá trình xử lý nhiệt nào.
A/FUEL: Nhiên liệu thay thế
Với việc Dynamis gia nhập vào tập đoàn, danh mục các sản phẩm của Loesche đã được mở rộng đến công nghệ vòi đốt và bộ khí hóa sinh nhiệt từ các nhiên liệu thay thế như rác thải rắn thành thị và sinh khối. Cả hai loại nhiên liệu này đều trung hòa CO2 và bảo tồn các nguồn nhiên liệu hóa thạch sơ cấp.
Tuy nhiên, thành phần, nhiệt trị, hàm lượng độ ẩm, cỡ hạt và các thông số khác lại khác với các nhiên liệu thông thường. Vì lý do này, các nhiên liệu thay thế yêu cầu các hệ thống phù hợp để đốt, xử lý sơ bộ và xử lý khí thải. A TEC, một thành viên nữa của tập đoàn Loesche, là một chuyên gia vượt trội về xử lý nút thắt cổ chai cho các nhà máy xi măng hiện tại để đạt được mức thay thế nhiệt xấp xỉ 100%. Đối với mục đích này, A TEC đã phát triển một số công nghệ như máy sấy khô cực nhanh (Flash), Rocket Mill® và đường nhánh trích clo.
H2/BURNER: Đốt khí hydro
Việc chuyển hóa năng lượng tái chế thành khí hydro là một giải pháp hứa hẹn nhất để tồn trữ nó trong những khoảng thời gian đáng kể. Loesche đã chế tạo thiết bị sinh khí nóng sẵn có H2, để hydro xanh có thể được sử dụng cho quá trình nghiền – sấy trong các máy nghiền con lăn đứng (VRMs) của mình.
Liên quan tới VRMs của Loesche, các vòi đốt khí hydro hiện đang được sử dụng lần đầu tiên trong các thiết bị Nghiền Xi măng Nhỏ gọn (Compact Cement Grinding – CCG). Vòi đốt này có thể đốt cháy các nhiên liệu được phối trộn H2 cũng như 100% H2. Quy mô vừa phải của các Thiết bị CCG là khoảng 5MW năng suất nhiệt, liên quan tới ~4000 tấn CO2/năm khi được vận hành với nhiên liệu hóa thạch. Điều này có thể loại bỏ được hoàn toàn bằng cách sử dụng khí hydro xanh cho quá trình sinh khí nóng và năng lượng tái tạo cho nhu cầu điện năng.
Tóm lại
Với các GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG, Loesche đang thực hiện một bước tiến lớn từ việc đang là một chuyên gia nghiền thuần túy sang nhà cung cấp các giải pháp công nghệ cung cấp các giải pháp toàn diện cho chuyển đổi các nhà máy xi măng thành các cơ sở sản xuất bền vững. Điều này bao gồm cả công nghệ nhiệt tiên tiến, quy trình biến rác thải thành nhiên liệu, tuần hoàn nguyên vật liệu và, tất nhiên, cả nghiền nữa dưới mọi hình thức. Chúng tôi mong muốn được giới thiệu từng GIẢI PHÁP XANH QUAN TRỌNG trên Tạp chí Global Cement Magazine này.
