Cuộc đua phát triển xi măng 'xanh' để chống biến đổi khí hậu

Solidia Technologies sản xuất các tấm bê tông lát vỉa hè và lát nền bằng cách bảo dưỡng bê tông trong buồng sấy carbon dioxide. Ảnh: Financial Times

Các startup xi măng “xanh” thu hút vốn đầu tư

Đối với Bryan Kalbfleisch, Giám đốc điều hành Solidia Technologies, có trụ sở ở bang New Jersey, xi măng là thứ đã gắn bó trong đời sống hàng ngày của ông từ nhỏ.

“Tôi sinh ra và lớn lên trong ngành kinh doanh bê tông trộn sẵn. Ngay từ khi còn là đứa trẻ, tôi đã có thể điều khiển các xe trộn bê tông hạng nặng trước khi có thể lái chúng”, ông nói khi giải thích rằng cha ông đã làm việc trong ngành này trong 40 năm.

Giờ đây, ông đang làm điều mà ông chưa bao giờ tưởng tượng trước đây: phát triển một loại bê tông có thể thu giữ carbon dioxide (CO2), giúp chống biến đổi khí hậu.

Bê tông là một trong những hàng hóa được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, chỉ đứng sau nước và nằm trong số những vật liệu gây ô nhiễm nhất. Ngành công nghiệp xi măng phát thải khoảng 2,6 tỉ tấn CO2 mỗi năm, tương đương khoảng 6% lượng khí thải nhà kính trên toàn cầu. Con số này là 8% nếu tính cả dấu ấn carbon trong quy trình sản xuất bê tông.

Các startup sản xuất xi măng và bê tông với mức phát thải carbon thấp đang thu hút các quỹ đầu tư công nghệ nổi tiếng nhất, chẳng hạn như quỹ Breakthrough Energy do tỉ phú Bill Gates sáng lập, quỹ Climate Pledge của Amazon, cũng như Công ty đầu tư mạo hiểm Kleiner Perkins. Hàng trăm triệu đô la vốn mạo hiểm đã được chuyển cho các startup trong lĩnh vực xi măng “xanh” trong gần hai năm qua. Đáng chú ý, hồi tháng 4-2021, Solidia Technologies đã huy động thành công 78 triệu đô la từ các nhà đầu như Imperative Ventures, Zero Carbon Partners, Breakthrough Energy Ventures…

Các nhà sản xuất xi măng lớn như Holcim của Thụy Sỹ và HeidelbergCement của Đức, cũng đang nghiên cứu giải quyết vấn đề phát thải CO2 quá lớn trong quy trình sản xuất của họ.

“Lĩnh vực này thực sự thú vị đối với chúng tôi bởi vì nó là một vấn đề lớn cần được giải quyết” Jonah Goldman, Giám đốc điều hành Breakthrough Energy, gần đây đã đầu tư vào ba start-up xi măng “xanh”: Solidia Technologies, CarbonCure và Ecocem, nói

Vì sao khó khử carbon khỏi xi măng?

Rất khó khử carbon khỏi xi măng vì thành phần chính của nó là clinker, được làm từ đá vôi nung và một số vật liệu khác. Khi đá vôi nóng lên, nó giải phóng rất nhiều CO2.
Phản ứng hóa học này chiếm tới 70% lượng khí thải CO2 từ quá trình sản xuất xi măng và 30% còn lại đến từ năng lượng để đốt nóng lò nung. Cứ mỗi 10 tấn xi măng được sản xuất, sẽ có 6 tấn CO2 phát thải vào khí quyển. Nếu tính cả lượng khí thải từ tất cả các bước của chuỗi cung ứng bê tông, dấu ấn carbon càng lớn hơn.

Ian Riley, Giám đốc điều hành Hiệp hội Xi măng thế giới (WCA), cho biết ngành công nghiệp xi măng đã cắt giảm hơn 1/5 lượng khí thải trong suốt hai thập niên qua bằng các phương pháp truyền thống, chẳng hạn như sử dụng các lò nung tiết kiệm năng lượng hơn, sử dụng nguồn năng lượng sạch hơn để đốt lò nung và sản xuất xi măng với ít clinker hơn.

Ông ước tính, dựa vào các phương pháp này, ngành công nghiệp xi măng có thể giảm thêm 30% khí thải nữa nhưng đó không phải là con đường giúp hướng đến mục tiêu trung hòa carbon.

Ông nói: “Rất nhiều giải pháp dễ thực hiện đã được triển khai nhưng vẫn còn 70% khí thải từ ngành công nghiệp xi măng chưa được giải quyết và chúng ta thực sự cần một số cách tiếp cận mới”. Bất kỳ công ty nào tìm ra giải pháp hiệu quả nhất sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ ngành công nghiệp trị giá 300 tỉ đô la mỗi năm này.

Nhiều nhà sản xuất xi măng lớn của thế giới cung đang chạy đua để đáp ứng các quy định siết chặt hạn chế khí thải mà họ có thể đối mặt trong những tới năm tới.
Holcim đặt mục tiêu giảm khí thải CO2 về mức 550kg cho mỗi tấn xi măng vào năm 2022 và con số này sẽ tiếp tục giảm về 475kg vào năm 2030

Magali Anderson, Giám đốc bền vững của Holcim, cho biết công ty đang sử dụng nhiều vật liệu khác nhau như đất sét nung để sản xuất xi măng với mức phát thải CO2 thấp hơn.
Holcim cũng đã ký thỏa thuận hợp tác với Solidia Technologies để sản xuất bê tông “xanh” ở Mỹ.

Trong khi những thay đổi này sẽ giúp đạt được các mục tiêu phát thải trong ngắn hạn, Anderson cho biết việc sử dụng các giải pháp cô lập carbon sẽ là cần thiết về lâu dài. Holcim có hơn 20 dự án thử nghiệm đang được tiến hành để kiểm tra các cách cô lập carbon khác nhau từ quy trình sản xuất xi măng.

CarbonCure đã bán 550 hệ thống bơm CO2 trong quá trình trộn bê tông cho các công ty ở 25 nước trên thế giới. Ảnh: Carboncure.com

Công nghệ cô lập carbon trong quá trình sản xuất bê tông

CarbonCure, startup có trụ sở tại Canada, đã phát triển một máy bơm CO2 khi trộn xi măng với nước và cát để tạo ra bê tông. Quy trình khoáng hóa CO2 này giúp lưu trữ vĩnh viễn CO2 và làm cho bê tông cứng hơn.

Rob Niven, người sáng lập kiêm Giám đốc điều hành CarbonCure, cho biết mục tiêu của công ty ông là giúp cô lập 500 triệu tấn CO2 mỗi năm. Thiết bị bơm CO2 của CarbonCure được sử dụng ở 25 nước trên thế giới và được sự ủng hộ từ các nhà đầu tư lớn bao gồm Mitsubishi, Microsoft và Amazon.

CarbonCure nhận được doanh thu từ phí cấp phép quyền sở hữu công nghiệp từ các công ty xây dựng sử dụng công nghệ của nó, cũng như từ việc bán tín chỉ carbon nhờ các nỗ lực giảm phát thải CO2. Hồi tháng 4-2022, Invert (Canada), công ty chuyên đầu tư cho các dự án tín chỉ carbon, và Công ty công nghệ Ripple (Mỹ) đã ký thỏa thuận trị giá 30 triệu đô la Mỹ để mua tín chỉ carbon của CarbonCure trong 10 năm. Đây là thỏa thuận mua lớn nhất cho đến nay đối với tín chỉ carbon được tạo ra nhờ lưu trữ CO2 thông qua quy trình khoáng hóa.

Niven nói: “Công việc của chúng tôi là tạo ra giá trị từ các phân tử CO2 và lưu giữ chúng vĩnh viễn, để chúng không bao giờ đi vào bầu khí quyển, góp phần gây ra biến đổi khí hậu”.

Tại Solidia Technologies, Kalbfleisch triển khai một cách tiếp cận khác: giảm phát thải CO2 trong quy trình sản xuất xi măng lẫn bê tông. Công nghệ độc quyền của công ty này, liên quan đến việc điều chỉnh công thức pha trộn vật liệu, cho phép sản xuất xi măng ở các lò nung nhiệt độ thấp hơn, giúp giảm đáng kể lượng phát thải CO2 khi đốt than để nung lò. Ở khâu bảo dưỡng bê tông, xi măng của Solidia Technologies sẽ được xử lý với CO2 trong buồng sấy, thay vì nước, giúp giảm dấu ấn carbon trong quá trình đúc lên đến 70%. Khi xi măng cứng lại, CO2 sẽ bị thu giữ trong sản phẩm bê tông cuối cùng.

“Khi xi măng của Solidia Technologies phản ứng với CO2, nó sử dụng rất ít nước trong quá trình đúc so với cách sản xuất bê tông truyền thống. Khoảng 3-5% trọng lượng của thành phẩm bê tông là carbon dạng rắn”, Kalbfleisch giải thích.

Một startup khác, CarbonBuilt, có quan hệ hợp tác với Đại học California ở Los Angeles, đang phát triển các khối bê tông bằng sử dụng nguyên vật liệu thô carbon thấp và được làm cứng bằng CO2 từ nguồn khí thải của các nhà máy nhiệt điện than hay điện khí. Trong quá trình bảo dưỡng bê tông, CO2 được cô lập vĩnh viễn thông qua sự biến đổi của nó thành canxi cacbonat (CaCO3)

Hồi cuối tháng 4, Blair Block, nhà sản xuất khối xây bê tông đúc sẵn, có trụ sở ở bang Alabama (Mỹ), đã ký kết thỏa thuận sử dụng công nghệ sản xuất bê tông carbon thấp của CarbonBuilt. Blair Block là công ty đầu tiên thương mại hóa công nghệ của CarbonBuilt
Trong thông cáo báo chí, Blair Block cho biết công nghệ của CarbonBuilt có thể giúp giảm hơn 80% dấu ấn carbon trong các sản phẩm bê tông của công ty này mà không làm tăng chi phí cũng như không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hay hoạt động của nhà máy.

Theo Financial Times, CNBC, Concreteproducts.com

Chánh Tài