Nhiên liệu thay thế trong lò xi măng: tổng quan MDPI 2026 về RDF, SRF, TDF và sinh khối, ngưỡng NCV trên 14 MJ/kg và độ ẩm dưới 15%

19/09/2026 Posted KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 0

Cận cảnh các lốp xe cũ xếp chồng

Tạp chí Sustainability của nhà xuất bản MDPI ngày 12/6/2026 đăng bài tổng quan về nhiên liệu thay thế trong sản xuất clinker xi măng của hai tác giả Oluwafemi Ezekiel Ige và Musasa Kabeya, Khoa Kỹ thuật Điện lực, Đại học Công nghệ Durban (Nam Phi). Bài tổng quan đánh giá RDF, SRF, nhiên liệu từ lốp xe (TDF) và sinh khối khi dùng thay một phần than và petcoke trong lò nung xi măng phương pháp khô.

Theo phần tóm tắt, đồng xử lý ổn định thường cần nhiên liệu có nhiệt trị thực (NCV) trên 14 MJ/kg và độ ẩm dưới 15%. TDF có thể đạt 26-33 MJ/kg nếu kiểm soát được lưu huỳnh, kẽm và dây thép còn sót. Theo một nghiên cứu đánh giá vòng đời (LCA) trước đó của chính hai tác giả về sản xuất xi măng tại Nam Phi và Ethiopia, thay thế 20% nhiệt lượng bằng RDF có thể giảm tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) khoảng 3,3-4,2%, và khoảng 6,7% khi tính cả lượng methane bãi chôn lấp tránh được.

Thông tin chính

Nội dung Chi tiết
Công trình “Thermo-Energetic and Environmental Assessment of Alternative Fuels in Cement Clinker Production: A Review”
Tạp chí Sustainability (MDPI), số 18(12), bài 6056; DOI 10.3390/su18126056
Tác giả Oluwafemi Ezekiel Ige, Musasa Kabeya, Đại học Công nghệ Durban, Nam Phi
Ngày đăng 12/6/2026 (nhận bài 1/5/2026, chấp nhận 11/6/2026)
Loại công trình Bài tổng quan
Nhiên liệu được đánh giá RDF, SRF, TDF, sinh khối
Ngưỡng vận hành ổn định NCV trên 14 MJ/kg; độ ẩm dưới 15%
Hướng dẫn BAT của EU cho RDF NCV trên khoảng 14 MJ/kg, ẩm dưới 15%, clo dưới 0,8%, lưu huỳnh dưới 2,5%
NCV của TDF 26-33 MJ/kg
GWP với 20% RDF (LCA của Ige và Kabeya, Nam Phi và Ethiopia) Giảm khoảng 3,3-4,2%; khoảng 6,7% khi tính methane bãi chôn lấp tránh được
Bụi (PM) Khoảng 10-30 mg/Nm³ với hệ thống xử lý hiện đại
PCDD/F Dưới 0,1 ng TEQ/Nm³ khi vận hành ổn định
Kinh phí Không có tài trợ bên ngoài; tác giả khai không có xung đột lợi ích

Bài tổng quan về RDF, SRF, TDF và sinh khối

Bài tổng quan tổng hợp bằng chứng từ thử nghiệm quy mô nhà máy, thí nghiệm pilot và phòng thí nghiệm, mô hình hóa quá trình, mô phỏng động lực học chất lưu (CFD), nghiên cứu phát thải, LCA, đánh giá kinh tế kỹ thuật (TEA) và các nghiên cứu điển hình theo khu vực.

Các tác giả so sánh nhiên liệu theo tính chất nhiên liệu, mức phù hợp với từng vùng của lò nung, độ ổn định vận hành, chất lượng clinker, phát thải và kết quả môi trường. Theo các tác giả, đóng góp của công trình là tích hợp bằng chứng về kỹ thuật quá trình, tính chất nhiên liệu, yêu cầu nhiệt theo vùng lò, phát thải và giả định ranh giới LCA vào một khung đánh giá chung.

NCV trên 14 MJ/kg và độ ẩm dưới 15%

Theo bài tổng quan, đồng xử lý ổn định thường cần nhiên liệu có NCV trên 14 MJ/kg và độ ẩm dưới 15%. Trong bảng tổng hợp, các giá trị hướng dẫn theo khung Kỹ thuật tốt nhất hiện có (BAT) của EU cho RDF là NCV trên khoảng 14 MJ/kg, ẩm dưới 15%, clo dưới 0,8% và lưu huỳnh dưới 2,5%, cùng hàm lượng kim loại nặng thấp.

Bài tổng quan cho biết RDF, SRF và sinh khối cần được tiền xử lý, đồng nhất hóa, định lượng có hiệu chuẩn và giám sát chất lượng liên tục. Các biện pháp này nhằm hạn chế cháy không hết, bám dính, tuần hoàn chất bay hơi và dao động chất lượng clinker.

Để đạt nhiệt trị đồng đều khoảng 15-18 MJ/kg cho RDF, bài tổng quan nêu các bước như nghiền, sấy hoặc sấy sinh học (biodrying), loại bỏ nhựa PVC và kim loại, phối trộn và kiểm soát chất lượng.

TDF đạt 26-33 MJ/kg nhưng mang theo lưu huỳnh và kẽm

Phần tóm tắt và mục 4.1 của bài tổng quan ghi NCV của TDF là 26-33 MJ/kg; mục 2.1 ghi 28-32 MJ/kg. TDF có thể đáp ứng yêu cầu nhiệt cao của lò nếu kiểm soát được lưu huỳnh, kẽm và dây thép còn sót.

Theo bài tổng quan, kẽm dư có thể tạo pha spinel ức chế hình thành C₃S. Bài tổng quan cho biết kiểm soát P₂O₅ ở mức 0,5% khối lượng, ZnO ở mức 0,2% khối lượng cùng lượng clo và lưu huỳnh đưa vào giúp ngăn các tác động này.

Kết quả LCA với 20% RDF

Con số giảm GWP 3,3-4,2% đến từ một nghiên cứu trước đó của chính Ige và Kabeya về sản xuất xi măng tại Nam Phi và Ethiopia, tính trên mỗi kg xi măng. Mức giảm tăng lên 6,7% khi tính cả phát thải methane bãi chôn lấp tránh được. Cũng theo nghiên cứu này, mức cạn kiệt tài nguyên hóa thạch giảm khoảng 10%.

Bài tổng quan dẫn các nghiên cứu khác có kết quả lớn hơn. Thay 30-40% nhiên liệu truyền thống bằng RDF và bùn sinh học giảm GWP khoảng 22-30% so với petcoke tại các lò xi măng châu Âu. Một nghiên cứu khác ghi tác động biến đổi khí hậu giảm 12% khi thay 15% nhiên liệu hóa thạch bằng RDF và giảm 27% khi tỷ lệ thay thế đạt 30%.

Các tác giả cho biết kết quả LCA phụ thuộc vào ranh giới hệ thống, nhiên liệu nền, mức tín chỉ cho chất thải tránh được, năng lượng chế biến nhiên liệu, cự ly vận chuyển và cách tính carbon sinh học.

Phát thải bụi và PCDD/F

Theo bài tổng quan, hệ thống xử lý khí thải hiện đại có thể giữ bụi (PM) ở khoảng 10-30 mg/Nm³ và PCDD/F dưới 0,1 ng TEQ/Nm³ khi lò vận hành ổn định. Nhiều lò tại châu Âu đạt PCDD/F dưới 0,01 ng TEQ/Nm³.

Tổng phát thải kim loại nặng từ lò được kiểm soát tốt thường dưới khoảng 0,5 mg/Nm³. Bài tổng quan lưu ý thủy ngân, cadmi và thali là các nguyên tố dễ bay hơi có thể thoát ra nếu chất lượng nhiên liệu, hóa học phối liệu hoặc tuần hoàn chất bay hơi không được kiểm soát.

Tỷ lệ thay thế nhiệt (TSR) theo khu vực

Bài tổng quan dẫn số liệu cho biết ngành xi măng EU thay thế trung bình 56% nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu thay thế từ chất thải trong năm 2023. Theo bảng so sánh của bài tổng quan, TSR khoảng 16% tại Mỹ, dưới 2% tại Trung Quốc, 2,5% tại Ấn Độ và 6,4% tại Ai Cập.

Năm 2022, Áo có TSR 82%, Ba Lan 78%, Cộng hòa Séc 77%, Đức 76%, Tây Ban Nha 44% và Italy 24%. Bài tổng quan dẫn Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu (GCCA) năm 2023 báo cáo các lò xi măng sử dụng 26,85 triệu tấn nhiên liệu thay thế.

Một số kết quả tại nhà máy

Bài tổng quan dẫn trường hợp nhà máy Kattameya ở Ai Cập, nơi đồng đốt hỗn hợp trấu và RDF giảm 17% lượng than và 13% nhu cầu điện, trong khi vẫn giữ chất lượng clinker.

Tại Arabian Cement ở Ai Cập, TSR 13,8% gồm 10,6% RDF, 1,3% lốp xe, 0,4% bùn và 1,5% phụ phẩm nông nghiệp giúp tránh khoảng 108.000 tấn CO₂. Bài tổng quan cũng cho biết TSR trên 60-70% đòi hỏi đầu tư vào đầu đốt đa nhiên liệu và khâu tiền xử lý.

Nhiên liệu thay thế bổ trợ cho các biện pháp khác

Các tác giả kết luận nhiên liệu thay thế là phương án đồng xử lý phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu. Vai trò giảm phát thải của chúng bổ trợ cho giảm hệ số clinker, nâng hiệu suất năng lượng, chất kết dính ít clinker, gia nhiệt bằng điện, nung oxy-fuel và thu giữ carbon (CCS).

Theo bài tổng quan, dữ liệu dài hạn ở quy mô nhà máy vẫn còn ít, nhất là ở mức TSR trên 50-70%.

Nguồn