Quá trình cắt giảm phát thải carbon đang buộc ngành xi măng đẩy nhanh tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thay thế cho clinker truyền thống. Trong xu hướng đó, nhóm nghiên cứu tại Australia đang phát triển hệ thống dữ liệu chuyên biệt nhằm xác định khả năng tái sử dụng chất thải từ khai thác khoáng sản làm nguyên liệu cho vật liệu xi măng carbon thấp.
Phát triển cơ sở dữ liệu về chất thải khoáng sản quan trọng nhằm hỗ trợ mô hình kinh tế tuần hoàn.
Chất thải khai khoáng mở ra hướng phát triển nguyên liệu mới cho ngành xi măng
Nhu cầu phát triển năng lượng sạch trên toàn cầu đang kéo theo sự gia tăng mạnh mẽ hoạt động khai thác nhiều loại khoáng sản quan trọng như lithium, nickel, cobalt, đồng, graphite và đất hiếm. Đây là các nguyên liệu thiết yếu phục vụ sản xuất pin lưu trữ, xe điện, tua bin gió, hệ thống điện mặt trời và hàng loạt công nghệ năng lượng tái tạo.
Cùng với quá trình khai thác, lượng lớn chất thải khoáng sản phát sinh cũng đang tạo ra nhiều thách thức về môi trường. Phần lớn lượng chất thải này hiện được lưu trữ tại các khu chứa thải mỏ, tiềm ẩn nguy cơ suy thoái đất, ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng lâu dài đến hệ sinh thái.
Một nghiên cứu vừa được công bố tại Hội nghị Năng lượng tái tạo thế giới năm 2026 của nhóm chuyên gia thuộc Đại học Murdoch, Australia cho thấy việc ứng dụng công nghệ dữ liệu trong đánh giá nguồn chất thải khai khoáng có thể giúp xác định các vật liệu chứa thành phần aluminosilicate phù hợp cho sản xuất geopolymer, vật liệu kết dính được xem là một giải pháp thay thế xi măng portland truyền thống trong các ứng dụng vật liệu carbon thấp.
Theo nhóm nghiên cứu, một trong những rào cản lớn hiện nay là thiếu dữ liệu tiêu chuẩn hóa về đặc tính của các nguồn chất thải này. Thành phần hóa học, đặc điểm khoáng vật, nguồn phát sinh và vị trí phân bố hiện chưa được tổng hợp đầy đủ, khiến việc đánh giá khả năng ứng dụng trên quy mô công nghiệp còn gặp nhiều hạn chế.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đề xuất phát triển một nền tảng công nghệ dữ liệu chuyên biệt nhằm xác định và phân loại các nguồn chất thải khai khoáng có khả năng trở thành nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xi măng carbon thấp.
Hệ thống này tập hợp các thông tin quan trọng như đặc tính vật lý, thành phần hóa học, cấu trúc khoáng vật, dữ liệu địa chất, nguồn gốc phát sinh và vị trí địa lý của từng nguồn chất thải. Mỗi nguồn nguyên liệu sẽ được gắn mã định danh riêng để liên kết với dữ liệu đánh giá khả năng ứng dụng trong sản xuất vật liệu geopolymer.
Nền tảng được xây dựng dựa trên hệ thống quản lý dữ liệu PostgreSQL, công cụ không gian địa lý PostGIS, hệ thống trực quan hóa bản đồ QGIS và nền tảng phân tích dữ liệu Power BI. Các công cụ này cho phép doanh nghiệp xác định vị trí nguồn nguyên liệu, đánh giá khoảng cách vận chuyển và xác định khả năng kết nối với các cơ sở sản xuất vật liệu trong thực tế.
Công nghệ dữ liệu có thể hỗ trợ ngành xi măng giảm phát thải carbon
Theo nhóm nghiên cứu, tiềm năng lớn nhất của hướng tiếp cận này nằm ở khả năng phát triển các vật liệu kết dính phát thải thấp thay thế xi măng portland truyền thống. Một số nguồn chất thải khai khoáng chứa thành phần aluminosilicate có thể được hoạt hóa kiềm để tạo ra geopolymer mà không cần trải qua quá trình sản xuất clinker tiêu tốn nhiều năng lượng như xi măng thông thường.
Điều này đặc biệt đáng chú ý khi ngành xi măng hiện được xem là một trong những lĩnh vực phát thải carbon lớn trên toàn cầu. Theo số liệu được nghiên cứu dẫn lại, sản xuất xi măng hiện chiếm khoảng 7 - 8% tổng lượng khí thải carbon toàn cầu. Trung bình mỗi tấn xi măng portland được sản xuất sẽ phát sinh khoảng 0,8 - 0,9 tấn CO₂.
Tuy nhiên, khả năng ứng dụng của từng loại chất thải khai khoáng có sự khác biệt đáng kể do phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, đặc tính hóa học, kích thước hạt và quy trình xử lý trước đó. Việc xây dựng hệ thống công nghệ dữ liệu tập trung được xem là công cụ quan trọng giúp sàng lọc các nguồn nguyên liệu phù hợp nhất, đồng thời giảm trùng lặp trong quá trình thử nghiệm và hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá thống nhất.
Riêng tại Tây Australia hiện có khoảng 1.022 cơ sở lưu giữ chất thải khai khoáng, trong đó hơn 50 địa điểm phát sinh các vật liệu chứa aluminosilicate có tiềm năng tiếp tục được nghiên cứu cho các ứng dụng sản xuất vật liệu carbon thấp.
Nhóm nghiên cứu nhận định, việc chuyển đổi chất thải khai khoáng thành nguồn nguyên liệu thứ cấp có thể tạo ra mối liên kết mới giữa 2 ngành phát thải lớn là khai khoáng và xây dựng. Nếu được phát triển đầy đủ, mô hình này không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào tài nguyên nguyên sinh mà còn góp phần thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và hỗ trợ quá trình giảm phát thải dài hạn trong ngành xi măng.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu cho biết cần tiếp tục mở rộng cơ sở dữ liệu, xác thực thông tin cùng doanh nghiệp và tiến hành đánh giá thêm trên phạm vi rộng hơn để xây dựng nền tảng vật liệu tuần hoàn phục vụ các mục tiêu phát triển bền vững của ngành xây dựng trong tương lai.
Buildata
