Phát thải CO₂ từ
ngành thép thực sự là một “điểm nóng” của quá trình khử carbon toàn cầu. Với sản lượng khoảng 1,8–2 tỷ tấn/năm và cường độ phát thải 1,8–2,2 t CO₂/tấn (công nghệ lò cao – lò thổi oxy), ngành thép đóng góp khoảng 7–9% tổng phát thải CO₂ toàn cầu, cao hơn cả toàn bộ ngành hàng không.
Phương pháp
sản xuất thép truyền thống bao gồm việc nấu chảy than cốc và quặng sắt trong các lò cao lớn. Đây là một quy trình phát thải một lượng lớn khí nhà kính.
Theo số liệu năm 2020 của Hiệp hội Thép Thế giới , sản xuất một tấn thép dẫn đến việc phát thải gần 1,9 tấn khí carbon dioxide (CO2). Toàn ngành công nghiệp này chịu trách nhiệm khoảng 7% tổng lượng khí nhà kính phát thải toàn cầu và 11% tổng lượng khí CO2 phát thải toàn cầu.
Trên thế giới, ngành sản xuất thép hiện chiếm từ 7 - 9% lượng khí thải toàn cầu, trong khi tỷ lệ này tại Việt Nam là 17%. Trong khi đó, cường độ phát thải tại các nhà máy sử dụng công nghệ EAF (công nghệ luyện thép bằng lò điện hồ quang) ở Việt Nam hiện nay cũng cao hơn so với mức trung bình thế giới 1,5 - 2 lần, do tỷ lệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhiều trong sản xuất điện.
Trước áp lực từ các cam kết khí hậu toàn cầu và mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (net-zero), ngành thép đang bước vào giai đoạn chuyển đổi sâu rộng. Các giải pháp đang được nghiên cứu và triển khai bao gồm: tăng tỷ lệ sử dụng lò điện hồ quang (EAF) dựa trên thép phế liệu, phát triển công nghệ hoàn nguyên trực tiếp bằng hydro xanh (H₂-DRI), ứng dụng thu giữ và lưu trữ carbon (CCUS), cũng như nâng cao hiệu quả năng lượng và tuần hoàn vật liệu.
Đột phá mới giúp giảm gần 90% phát thải CO2 trong sản xuất thép
Trong một báo cáo nghiên cứu xuất bản trong tháng 01/2023, 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.
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.