Rhode Island thử nghiệm tái chế 80 short tons sợi thủy tinh từ tàu thuyền cũ cho sản xuất xi măng

Dự án được xây dựng nhằm tìm giải pháp thay thế cho việc đưa thân tàu bằng sợi thủy tinh vào bãi chôn lấp. Đây là một vấn đề ngày càng đáng chú ý tại Mỹ khi số lượng tàu giải trí hết vòng đời tiếp tục tăng, trong khi hạ tầng tái chế sợi thủy tinh còn hạn chế.

Thông tin chính

Từ tàu thuyền hết vòng đời đến nguyên liệu cho lò xi măng

Pilot của Rhode Island được thiết lập từ năm 2018, nhằm xử lý vấn đề chất thải từ các tàu thuyền giải trí làm bằng sợi thủy tinh. Theo báo cáo do RIMTA Foundation thực hiện, đây là một trong những dự án đầu tiên tại Mỹ thử nghiệm việc tái sử dụng vật liệu sợi thủy tinh từ tàu hết vòng đời thông qua co-processing trong ngành xi măng.

Trong quá trình thí điểm, RIMTA và mạng lưới đối tác đã thu gom, kiểm tra, xử lý và chuyển 80 short tons sợi thủy tinh từ nhiều tàu bị bỏ hoang, xuống cấp hoặc hết vòng đời đến một cơ sở sản xuất xi măng tại Holly Hill, South Carolina. Con số 80 short tons tương đương khoảng 72,6 tấn theo hệ mét.

Điểm đáng chú ý là vật liệu này không được tái chế trở lại thành thân tàu hoặc một sản phẩm composite mới. Thay vào đó, sợi thủy tinh sau khi được xử lý được đưa vào quy trình sản xuất xi măng như một loại vật liệu có thể cung cấp cả năng lượng nhiệt và thành phần khoáng.

Sợi thủy tinh có thể thay thế một phần nhiên liệu và nguyên liệu

Theo NOAA và báo cáo RIMTA Foundation, sợi thủy tinh được xử lý phù hợp có thể mang lại hai lợi ích khi sử dụng trong co-processing tại lò xi măng.

Thứ nhất, phần polymer/resin trong vật liệu có thể đóng góp năng lượng, qua đó thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch.

Thứ hai, phần khoáng trong sợi thủy tinh có thể thay thế một phần nguyên liệu truyền thống như silica và alumina trong sản xuất xi măng.

RIMTA Foundation cho biết đánh giá thực tế cho thấy vật liệu sợi thủy tinh đã qua xử lý có thể đáp ứng yêu cầu của lò xi măng và mang lại cả giá trị về năng lượng lẫn nguyên liệu cho quá trình sản xuất.

Một số nghiên cứu được RIMTA dẫn trong báo cáo cho thấy việc sử dụng sợi thủy tinh tái chế trong co-processing có thể giảm phát thải CO₂ của quá trình sản xuất xi măng, dù mức giảm phụ thuộc vào loại vật liệu, quy trình và tỷ lệ thay thế.

Vì sao sợi thủy tinh từ tàu thuyền là vấn đề khó xử lý?

Khác với kim loại như thép hoặc nhôm, thân tàu bằng sợi thủy tinh rất khó đưa vào các hệ thống tái chế truyền thống.

Theo RIMTA Foundation, tàu giải trí tại Mỹ chủ yếu sử dụng vật liệu composite chứa sợi thủy tinh. Khi hết vòng đời, nhiều tàu được tháo dỡ, nghiền nhỏ và đưa vào bãi chôn lấp. Phương án này sử dụng diện tích chôn lấp và làm mất đi phần vật liệu có thể được sử dụng lại.

Việc xử lý tàu cũng phức tạp vì trước khi nghiền cần loại bỏ nhiên liệu, chất lỏng và các vật liệu có khả năng gây nguy hại. Sau đó, thân tàu cần được tháo dỡ, phân loại, nghiền và vận chuyển đến nơi có khả năng tiếp nhận vật liệu.

Đây là lý do RIMTA xây dựng một mạng lưới gồm bến du thuyền, xưởng tàu, đơn vị cứu hộ và tháo dỡ, doanh nghiệp vận chuyển, đơn vị nghiền vật liệu và nhà sản xuất xi măng.

NOAA cấp hơn 105.000 USD để mở rộng mô hình

Sau giai đoạn thí điểm ban đầu, chương trình nhận được khoản tài trợ 105.452 USD từ NOAA Marine Debris Program vào năm 2020.

Khoản tài trợ nhằm mở rộng mô hình từ Rhode Island tới các bang khác, đồng thời đánh giá khả năng xây dựng một chương trình tái chế tàu thuyền quy mô toàn quốc.

Theo NOAA, giai đoạn mở rộng được thực hiện từ tháng 9/2020 đến tháng 8/2021. Chương trình tập trung vào việc kết nối các bên liên quan, xây dựng công cụ kỹ thuật, mở rộng mạng lưới đối tác và thử nghiệm mô hình tại nhiều khu vực khác nhau.

NOAA cho biết trong giai đoạn dự án tại New England, RIMTA đã tái chế gần 20 tấn sợi thủy tinh. Con số này là số liệu của giai đoạn mở rộng và không nên nhầm với 80 short tons của pilot ban đầu được báo cáo trong nghiên cứu của RIMTA Foundation.

Mô hình được mở rộng sang nhiều bang của Mỹ

Sau pilot Rhode Island, RIMTA đã phối hợp với các tổ chức và cơ quan tại nhiều bang để chia sẻ mô hình thu gom và xử lý tàu hết vòng đời.

NOAA cho biết các bang như Ohio, Maryland, Virginia, California, Washington, North Carolina, South Carolina, Connecticut, Massachusetts và Maine từng tham gia ở những mức độ khác nhau trong quá trình xây dựng hoặc tìm hiểu chương trình tái chế tàu thuyền.

Mục tiêu không chỉ là đưa vật liệu tới lò xi măng mà còn xây dựng một chuỗi cung ứng hoàn chỉnh, từ chủ tàu và bến tàu tới đơn vị tháo dỡ, xử lý, vận chuyển và đơn vị sử dụng vật liệu cuối cùng.

Chi phí vẫn là rào cản lớn

Mặc dù pilot chứng minh rằng phương án kỹ thuật có thể thực hiện, RIMTA Foundation xác định chi phí và quy mô nguồn vật liệu vẫn là những thách thức lớn đối với mô hình.

Nguồn tàu hết vòng đời phân tán và không phải lúc nào cũng tạo ra một dòng vật liệu đủ lớn, ổn định để duy trì một thị trường tái chế độc lập. Chi phí tháo dỡ, vận chuyển, nghiền và đáp ứng yêu cầu của nhà máy xi măng cũng ảnh hưởng trực tiếp tới tính khả thi kinh tế.

Báo cáo RIMTA cho rằng việc tập trung vật liệu từ nhiều ngành sử dụng composite, thay vì chỉ dựa vào tàu thuyền hết vòng đời, có thể giúp tăng khối lượng vật liệu và cải thiện hiệu quả logistics. Ngành xi măng có khả năng tiếp nhận lượng composite lớn thông qua co-processing, nhưng nguồn cung vật liệu phù hợp cần được tổ chức tốt hơn.

Vì sao ngành xi măng phù hợp với loại chất thải này?

Lò nung clinker hoạt động ở nhiệt độ rất cao và có khả năng sử dụng một số loại chất thải phù hợp làm nhiên liệu thay thế và nguyên liệu thay thế.

Đối với sợi thủy tinh từ tàu thuyền, phần hữu cơ có thể đóng góp năng lượng, trong khi phần khoáng có thể tham gia vào chuỗi nguyên liệu của clinker. Vì vậy, co-processing có thể xử lý đồng thời hai vấn đề: quản lý chất thải composite và giảm nhu cầu sử dụng một phần nhiên liệu hoặc nguyên liệu truyền thống.

Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu composite trong lò xi măng vẫn phải tuân thủ yêu cầu về thành phần, kích thước, độ ẩm, khả năng cấp liệu và các tiêu chuẩn môi trường của từng nhà máy.

Khoảng 200.000 tàu giải trí có thể hết vòng đời mỗi năm

Quy mô của bài toán xử lý tàu thuyền tại Mỹ khá lớn.

RIMTA hiện ước tính khoảng 2–3% số tàu giải trí tại Mỹ kết thúc vòng đời sử dụng mỗi năm, tương đương khoảng 200.000 tàu. NOAA cũng sử dụng quy mô tương tự khi mô tả nhu cầu xây dựng một mô hình quản lý tàu hết vòng đời ở cấp quốc gia.

Nếu không có giải pháp xử lý phù hợp, số tàu này có thể trở thành tàu bị bỏ hoang hoặc xuống cấp, gây áp lực lên các cộng đồng ven biển và tạo thêm nguồn rác thải biển.

Chương trình hiện cần thêm nguồn tài trợ

Sau giai đoạn được NOAA hỗ trợ, RIMTA hiện cho biết chương trình đang tìm kiếm thêm nguồn tài trợ và đối tác để duy trì và mở rộng hoạt động tái chế sợi thủy tinh.

Điều này cho thấy thách thức hiện nay không còn nằm chủ yếu ở khả năng kỹ thuật, mà ở việc xây dựng một mô hình kinh tế đủ bền vững để duy trì thu gom, xử lý và vận chuyển vật liệu trên quy mô lớn.

Việc một nhà máy xi măng có thể tiếp nhận vật liệu không đồng nghĩa toàn bộ chuỗi cung ứng đã có thể vận hành thương mại ở quy mô quốc gia.

Từ thí điểm Rhode Island đến mô hình quản lý tàu hết vòng đời

Dự án Rhode Island cho thấy một hướng tiếp cận khác đối với chất thải sợi thủy tinh: thay vì chôn lấp, vật liệu có thể được chuẩn bị phù hợp để trở thành một phần của quá trình sản xuất xi măng.

Pilot ban đầu đã thu gom, xử lý và chuyển 80 short tons vật liệu sợi thủy tinh tới một cơ sở sản xuất xi măng, qua đó chứng minh tính khả thi của chuỗi từ tàu hết vòng đời đến lò xi măng.

Chương trình sau đó được NOAA hỗ trợ mở rộng nhằm nghiên cứu khả năng áp dụng tại các bang khác và xây dựng cơ sở cho một mô hình tái chế tàu thuyền trên phạm vi rộng hơn.

Tuy nhiên, để chuyển từ mô hình thí điểm sang quy mô thương mại, các vấn đề về chi phí, nguồn cung vật liệu, logistics, tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định môi trường và cơ chế tài chính vẫn cần được giải quyết.

Co-processing mở thêm một hướng cho chất thải composite

Dự án Rhode Island không chỉ liên quan đến tàu thuyền mà còn cho thấy tiềm năng của lò xi măng trong việc xử lý các loại chất thải composite khó tái chế cơ học.

Báo cáo RIMTA Foundation cho biết kinh nghiệm từ chương trình tàu thuyền đã thúc đẩy các cuộc trao đổi với ngành xi măng và các nhà sản xuất composite khác. Mô hình tương tự sau đó cũng được nghiên cứu cho các vật liệu composite khác, trong đó có cánh turbine gió đã hết vòng đời.

Đối với ngành xi măng, đây là hướng tiếp cận có thể đồng thời tạo ra giá trị từ nhiên liệu thay thế, nguyên liệu thay thế và quản lý chất thải, nhưng hiệu quả thực tế phụ thuộc vào chất lượng vật liệu đầu vào và điều kiện vận hành của từng dây chuyền.

Bài toán tiếp theo là xây dựng thị trường tái chế bền vững

Pilot tại Rhode Island đã chứng minh rằng sợi thủy tinh từ tàu hết vòng đời có thể được thu gom, xử lý và đưa vào co-processing trong ngành xi măng.

Nhưng để mô hình trở thành một giải pháp phổ biến tại Mỹ, cần xây dựng một chuỗi cung ứng đủ lớn và ổn định, đồng thời giảm chi phí tháo dỡ, nghiền và vận chuyển.

RIMTA hiện tiếp tục tìm kiếm nguồn lực và đối tác để duy trì chương trình. Trong khi đó, NOAA đã sử dụng kinh nghiệm từ Rhode Island làm một trong những cơ sở để đánh giá tính khả thi của một chương trình tái chế tàu thuyền trên phạm vi toàn quốc.

Nguồn: Rhode Island Marine Trades Association (RIMTA); RIMTA Foundation; NOAA Marine Debris Program; U.S. Congressional records; CemNet.