Sử dụng bê tông quá mức

Mỗi năm, thế giới tiêu thụ hơn 4 tỷ tấn xi măng. Theo các nhà nghiên cứu, để giảm triệt để lượng khí thải carbon trong ngành công nghiệp xi măng, cần thực hiện nhiều bước - từ giảm phát thải vào bầu khí quyển đến việc rà soát các định mức tiêu thụ xi măng của các công trình xây dựng.

Nhà máy sản xuất xi măng Argos tại Colombia

Theo GS. John Provis - bộ môn Khoa học Vật liệu, Đại học Sheffield (Vương quốc Anh), bê tông là vật liệu xây dựng cơ bản và tương đối rẻ, do đó các nhà xây dựng đã và đang lạm dụng điều này một cách có hệ thống, trong khi họ hoàn toàn có thể giảm lượng xi măng trong bê tông và lượng bê tông được sử dụng để xây dựng các tòa nhà, công trình. Theo nhiều số liệu, mức tiêu thụ xi măng của thế giới có thể giảm một nửa chỉ bằng cách không đổ bê tông nhiều hơn mức cần thiết trong quá trình thi công xây dựng.

Không thể từ bỏ hoàn toàn việc sử dụng bê tông trong các công trình xây dựng. Do đó, nhiệm vụ hàng đầu của các nhà xây dựng là nghiên cứu phát triển những loại xi măng hiệu quả hơn. 

Sản xuất xi măng truyền thống là trộn đá vôi nghiền với một số thành phần khác và nung hỗn hợp ở nhiệt độ 1450oC để tạo ra một chất gọi là clinker. Clinker được nghiền thành bột và kết hợp với một số chất phụ gia để sản xuất xi măng. Nhiên liệu dùng trong quy trình nung và bản thân đá vôi đều thải ra khí cacbonic khi bị thiêu đốt. Đối với mỗi tấn xi măng được sản xuất, khoảng 600-800 kg CO2 được thải vào khí quyển.

Đất sét thay cho đá vôi

Một trong những giải pháp cho vấn đề nêu trên là công nghệ sản xuất xi măng từ đất sét nung, còn gọi gọi là LC3 (Limestone Calcined Clay Cement), giúp giảm phát thải carbon bởi đất sét chứa rất ít carbon và hầu như không phát thải gì khi bị nung nóng; hơn nữa, có thể nung đất sét ở nhiệt độ thấp hơn (800°C) và do đó tiêu thụ ít nhiên liệu hơn.

Theo GS. John Provis, thế giới có một lượng đất sét vô tận, phần lớn đã được khai thác và không thích hợp đối với công nghiệp sản xuất gốm và giấy. Trong nhiều khu mỏ lộ thiên của các cơ sở sản xuất bê tông, ngoài cát và sỏi còn cả đất sét - nguyên liệu có thể áp dụng trong công nghệ LC3. Các nhà máy sản xuất xi măng đầu tiên trên thế giới áp dụng công nghệ LC3 đã có tại một số quốc gia, một trong số đó là Argos - nhà máy lớn nhất ở Colombia, với sản lượng hàng năm đạt 2,3 triệu tấn xi măng. Năm 2020, sau khi hiện đại hóa, nhà máy bắt đầu vận hành theo công nghệ mới, nhờ đó giảm tới 30% mức tiêu thụ năng lượng và giảm gần một nửa lượng CO2 phát thải. Nhà máy sử dụng đất sét được khai thác cách đó khoảng mười dặm. Theo ông Tomas Restrepo, người đứng đầu bộ phận kinh doanh của Argos tại Colombia, ít CO2 hơn có nghĩa là ít than hoặc nhiên liệu hơn, vì vậy sẽ có lợi hơn. Vấn đề bảo vệ môi trường sẽ nhanh chóng được thông qua, một khi đi kèm đòn bẩy kinh tế.

Cimpor - nhà sản xuất lớn của Bồ Đào Nha đang thử nghiệm LC3 tại một nhà máy ở Côte d'Ivoire. LafargeHolcim - nhà sản xuất xi măng lớn nhất châu Âu đang lên kế hoạch bổ sung các lò nung đất sét cho các nhà máy tại Pháp và Thụy Sĩ từ năm 2021. Trong khi đó, Cuba đang tiến hành xây dựng hơn 20 nhà máy nhỏ, chuyên sản xuất hỗn hợp đất sét để trộn với xi măng thông thường tại các công trường xây dựng.

Tuy nhiên, công nghệ mới cũng có những mặt hạn chế. Giáo sư khoa Vật liệu xây dựng, Đại học Sao Paulo (Brazil) John Wanderlei cảnh báo: bê tông sản xuất từ công nghệ LC3 thường đạt cường độ yếu hơn trong bảy ngày đầu tiên so với các công nghệ truyền thống. Cường độ có thể được khôi phục muộn hơn, do phải mất một tháng hoặc hơn một tháng để bê tông kết cứng hoàn toàn. Sự chậm trễ này khá tốn kém, bởi vì thời gian thi công càng ngắn sẽ càng ít chi phí. 

Thu giữ CO2 

Công nghệ LC3 chỉ giúp giảm một phần lượng phát thải, và các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tiếp tục tìm kiếm những phương thức khác để “xanh hóa” hoàn toàn quy trình sản xuất xi măng. Một trong các phương án là bổ sung tro núi lửa vào hỗn hợp xi măng. Một phương án nữa là thay thế một phần clinker bằng xỉ thải từ quá trình luyện gang hoặc tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện than.

Tại phòng thí nghiệm nghiên cứu của LafargeHolcim Pháp (thành phố Lyon), các nhà khoa học đang nghiên cứu cách thức để giảm 15% lượng khí thải CO2 trong các dây chuyền sản xuất xi măng của công ty vào năm 2030. Hơn 40% trong tổng số 1.300 bằng sáng chế về xi măng và bê tông của công ty thuộc lĩnh vực hạn chế sản sinh carbon dioxide. Trưởng nhóm nghiên cứu Edelio Bermejo khẳng định các giải pháp xanh hơn, thân thiện môi trường hơn đang tiếp tục được thúc đẩy tìm kiếm, đồng thời chất lượng thành phẩm vẫn luôn là ưu tiên hàng đầu. 

Phòng thí nghiệm Lyon đã có hàng chục dự án đang được triển khai thử nghiệm, từ dự án in các yếu tố kết cấu bê tông trên máy in 3D tới lựa chọn giải pháp thay thế để đốt nóng các lò xi măng, hay chế tạo bê tông với nhu cầu tiêu thụ nước rất ít, hoặc nghiên cứu cách nghiền cát và sỏi sao cho cho lượng xi măng sử dụng trong bê tông ít hơn...

Tuy nhiên, để đưa quy trình sản xuất xi măng về mức phát thải CO2 bằng 0, cần phải có công nghệ thu giữ khí nhà kính.

Nhiều nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng dăm vụn từ các công trình bị phá hủy cho mục đích này. Họ cho rằng một tấn bê tông tái chế có thể hấp thụ 50 kg CO2. Một ý tưởng đang dần phổ biến là thu giữ carbon dioxide, nén chặt và đưa xuống sâu dưới đất, có thể là trong các giếng dầu và khí đốt đã khai thác cạn. Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính tới năm 2070, công nghệ thu giữ CO2 sẽ giúp giảm 60% lượng phát thải của ngành công nghiệp xi măng.

E-magazine Sustainable Development, tháng 1/2021