Đột phá mới giúp giảm gần 90% phát thải CO2 trong sản xuất thép

Sản xuất thép là một trong những hoạt động công nghiệp phát thải khí nhà kính lớn nhất thế giới. Ảnh: Reuters

Trong một báo cáo nghiên cứu xuất bản trong tháng này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham của Anh đề xuất sử dụng vật liệu perovskite, một tinh thể chứa barium carbonate, calcium carbonate, quặng sắt và niobi, để tái chế carbon dioxide (CO2) thải ra từ các lò cao luyện thép.

Harriet Kildahl, người đứng đầu công trình nghiên cứu, được công bố trên Tạp chí Sản xuất sạch hơn (Journal of Cleaner Production), cho biết vật liệu perovskite kép (double perovskite) có thể được sử dụng để tách CO2 thành carbon monoxide (CO) và oxygen (O2), sau đó, hợp chất CO này sẽ được sử dụng thay thế than cốc luyện kim để khử quặng sắt thành sắt kim loại (được sử dụng để sản xuất thép). Phương pháp này sẽ giúp giảm chi phí bằng cách cắt giảm sử dụng 90% lượng than cốc so với phương pháp luyện thép truyền thống hiện nay.

Về cơ bản, hệ thống luyện thép mới tạo ra một vòng khép kín, trong đó carbon được phân tách bằng perovskite được đưa trở lại hệ thống để tái sử dụng.

“Chúng tôi gần như có một hệ thống vòng lặp khép kín. Sau khi được tái chế trong hệ thống, tất cả những khí độc hại từ lò luyện kim thải vào khí quyển giờ đây có thể được cho mục đích hữu ích”.

Kildahl biết nếu phương pháp sản xuất thép mới được đưa vào hệ thống lò cao luyện thép của Anh, điều này sẽ giúp cắt giảm chi phí vận hành cũng như “giảm 88% lượng khí thải nhà kính của ngành thép”.

Theo Kildahl , sau 5 năm, hệ thống này sẽ tiết kiệm cho ngành thép của Anh 1,28 tỉ bảng, tương đương 1,57 tỉ đô la Mỹ, đồng thời giảm 2,9% lượng khí thải trên nhà kính trên cả nước.

“Việc triển khai hệ thống này trong các lò cao (blast furnace) và lò thổi (basic oxygen furnace) trên thế giới có thể cho phép ngành công nghiệp thép khử carbon theo Thỏa thuận khí hậu Paris để giới hạn mức tăng nhiệt độ của Trái đất vào cuối thế kỷ này không quá 1,5 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp”, Kildahl nói.

Chi phí cho việc chuyển đổi các lò luyện thép của Anh sang quy trình mới ước tính trị giá 720 triệu bảng nhưng có thể được hoàn vốn chỉ sau chưa đầy hai năm nhờ tiết kiệm do không còn cần than luyện kim và bán oxygen dưới dạng một phụ phẩm của ngành thép.

Thép sử dụng nhiều than hơn bất kỳ lĩnh vực nào ngoài trừ sản xuất điện, Colin Richardson, chuyên gia của Argus Media, công ty theo dõi giá cả hàng hóa của Anh, cho biết.

Theo Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IREA), sản xuất thép chiếm khoảng 8% lượng khí thải nhà kính toàn cầu.

“Các nhà sản xuất thép châu Âu chắc chắn đang tăng cường nỗ lực khử cacbon theo yêu cầu của xã hội nói chung, và vì một số khách hàng của họ, đặc biệt là các nhà sản xuất ô tô, muốn giảm cường độ phát thải ở các linh kiện đầu vào của họ”, Richardson nói.

Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo rằng các công nghệ đột phá mới cần có thời gian phát triển và vốn đầu tư trước khi có thể triển khai thành công.

“Có những dự án đã được phát triển trong nhiều năm và chúng vẫn chưa được triển khai ở quy mô thương mại. Bất kỳ công nghệ đột phá mới nào cũng sẽ mất thời gian”, ông nói.

Hiện tại, giải pháp thay thế được quảng bá để thay thế phương pháp sản xuất thép truyền thống là sử dụng hydro sạch (được sản xuất bằng điện tái tạo) để biến quặng sắt thành sắt kim loại. Đó một quy trình đã được biết đến trong nhiều thập niên, nhưng các nhà sản xuất thép chỉ mới bắt đầu đầu tư vào nó do chi phí quá cao.

Ví dụ, công ty khởi nghiệp H2 Green Steel của Thụy Điển đang tìm cách cắt giảm khí thải carbon bằng cách sử dụng hydrogen sạch để làm nhiên liệu để sản xuất thép, thay cho than cốc truyền thống.

Nếu sử dụng khoáng chất perovskite để biến CO2 thành CO, rồi đưa trở lại lò cao như một giải pháp thay thế cho than cốc, điều đó sẽ cắt giảm đáng kể chi phí. Điều quan trọng là công nghệ này cũng có thể được trang bị thêm cho các lò cao truyền thống hiện có, tránh các khoản đầu tư mới khổng lồ mà quy trình trình sản xuất thép dựa trên hydrogen yêu cầu.

Phương pháp sản xuất thép mới đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm nhưng chưa kiểm tra ở quy mô thương mại, điều rất quan trọng để chứng minh tính khả thi của nó. Các nhà máy trình diễn sản xuất thương mại có thể được thực hiện trong vòng 5 năm, các tác giả của báo cáo nghiên cứu cho hay.

Theo WSJ, Bloomberg

Lê Linh