CHLB ĐỨC – Trung tâm hàng không vũ trụ CHLB Đức (DLR – German aerospace center) đã tiến hành một nghiên cứu để tìm hiểu những biện pháp nào là cần thiết trong tương lai gần để phi hóa thạch (defossilize) (*) ngành công nghiệp thép toàn cầu, nhằm đạt được các mục tiêu khí hậu mong muốn.
(*) Phi hóa thạch: là một thuật ngữ kinh tế và môi trường dùng để chỉ quá trình loại bỏ hoặc thay thế việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong một ngành công nghiệp.

Hòa nhịp với những thảo luận hiện nay về vị thế của CHLB Đức như một địa điểm sản xuất thép, trung tâm DLR đã trình bày một nghiên cứu xem xét cách ngành công nghiệp thép toàn cầu có thể giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Việc giảm thiểu này được công nhận là một điểm khởi đầu quan trọng trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên toàn cầu, bởi ngành sản xuất sắt và thép chiếm gần 9% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu tại Viện hệ thống năng lượng mạng lưới DLR (DLR institute of networked energy systems) đã phân tích một số kịch bản để xác định việc áp dụng các công nghệ mới có thể ảnh hưởng như thế nào đến lượng khí thải nhà kính từ hoạt động sản xuất sắt và thép toàn cầu. Trọng tâm là ba công nghệ: thu giữ và lưu trữ carbon (CCS – carbon capture and storage), sử dụng hydro, và sản xuất sắt bằng điện.

Cần khẩn trương có các biện pháp sâu rộng
Giáo sư Meike Jipp, thành viên ban điều hành trung tâm DLR phụ trách năng lượng và vận tải, chia sẻ: “Nghiên cứu cho thấy cần có những biện pháp toàn diện và sâu rộng trong tương lai gần, kèm theo các điều kiện khuôn khổ chính trị ở cấp độ quốc tế. Đây là cách duy nhất để thúc đẩy quá trình phi hóa thạch của ngành thép một cách hiệu quả, đồng thời vẫn đảm bảo tính cạnh tranh ở CHLB Đức và châu Âu. Một điều kiện tiên quyết cơ bản khác là việc mở rộng nhanh chóng và mạnh mẽ sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo. Điều này cũng diễn ra trong tình hình, do việc giao dịch khí thải của liên minh châu âu (EU), chi phí phát thải khí CO2 sẽ dần tăng lên trong tương lai, khiến các quy trình sản xuất hiện tại tăng chi phí hơn. Do đó, việc tạo ra các chính sách ưu đãi cho các công nghệ mới ngay từ bây giờ và triển khai chúng là rất quan trọng.”

Việc thu giữ và lưu trữ CO2 là không đủ
Thép được sản xuất trong lò cao (1). Than cốc (2), một loại than đặc biệt, là nguồn năng lượng chính được sử dụng. Lượng khí thải CO2 từ ngành sản xuất thép cũng cao tương ứng: từ 1,6 đến 2,2 tấn CO2 được tạo ra trên mỗi tấn thép. Việc trang bị lại các lò cao hiện có bằng công nghệ thu giữ và lưu trữ khí CO2 có thể giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Nhà nghiên cứu Carina Harpprecht của trung tâm DLR đã nói rằng: “Phân tích của công nghệ hoạt động thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) cho phép cải tạo các nhà máy hiện đại. Tuy nhiên, về lâu dài, tiềm năng giảm phát thải của công nghệ CCS là không đủ”. Bà đã thực hiện nghiên cứu của trung tâm DLR cùng với các đồng nghiệp từ bộ phận phân tích hệ thống năng lượng. Bà Harpprecht nói thêm: “Điện khí hóa quy trình sản xuất là chiến lược then chốt để đạt được mức giảm phát thải cao”.

(1) Lò cao (blast furnace): là một cấu trúc hình tháp, cao, được lót bằng gạch chịu lửa, nơi quặng sắt được nấu chảy và chuyển hóa thành gang lỏng (nguyên liệu cơ bản để sản xuất thép).
(2) Than cốc (coke): là một loại nhiên liệu rắn, giàu carbon, được tạo ra bằng cách nung than đá, trong điều kiện thiếu không khí, ở nhiệt độ rất cao (gần 1.000 độ C). Than cốc cháy chậm và tạo ra nhiệt lượng rất lớn, ổn định hơn than đá. Than cốc không thể thiếu trong lò cao để sản xuất sắt và thép.

Hydro thay thế than cốc chứa carbon
Việc sản xuất sắt bằng hydro “xanh” tạo ra tính bền vững được xem là biện pháp đầy hứa hẹn về mặt công nghệ. Hydro thay thế than cốc chứa carbon. Nhờ đó, hầu như không phát thải CO2 trong quá trình sản xuất sắt. Một giải pháp thay thế khác vẫn đang trong giai đoạn đầu: điện phân quặng sắt trực tiếp bằng điện, còn được gọi là “electrowinning” (*). Ưu điểm của phương pháp này là điện được sử dụng trực tiếp. Nếu sử dụng điện để sản xuất hydro trước bằng phương pháp điện phân nước, hiệu suất năng lượng sẽ thấp hơn, do đó lượng khí thải CO2 từ sản xuất sắt thép có thể cao hơn.
(*) Electrowinning: điện phân chiết tách, là một quá trình điện hóa được sử dụng trong luyện kim, để thu hồi các kim loại tinh khiết từ dung dịch của chúng bằng cách sử dụng dòng điện.

Các kịch bản cho thấy: các mục tiêu về khí hậu đặt ra những vấn đề lớn cho ngành thép
Năm 2020, ngành công nghiệp thép toàn cầu đã sản xuất gần 1.600 triệu tấn thép thô mỗi năm. Đến năm 2060, sản lượng thép toàn cầu có thể tăng lên hơn 2.600 triệu tấn mỗi năm. Với đà phát triển này, lượng khí thải nhà kính toàn cầu hàng năm chỉ có thể giảm đến 67% vào năm 2060 trong kịch bản tốt nhất (từ 3,4 gigaton khí CO2 tương đương mỗi năm vào năm 2020 xuống còn 1,2 gigaton vào năm 2060). Lượng khí thải còn lại chủ yếu đến từ các công nghệ CCS, vốn chiếm ưu thế trong kịch bản tối ưu hóa chi phí nhưng tiềm năng giảm phát thải dài hạn của chúng là không đủ.

Không còn nhiều thời gian
Bà Harpprecht chia sẻ: “Điều này có nghĩa là sẽ không có kịch bản nào đạt được mục tiêu duy trì mức phát thải CO2 dưới mức dự kiến ​​trong nghiên cứu này cho ngành thép toàn cầu nhằm hạn chế mức tăng nhiệt độ ở mức 1,5 độ C. Ngành thép cũng cho thấy tầm quan trọng của 10 năm tới đối với việc bảo vệ khí hậu, và thời gian còn lại để tiếp tục phát triển và triển khai các công nghệ mới là rất ít. Chi phí đầu tư cao trong ngành thép và tuổi thọ dài của các lò cao hiện có, cùng với khả năng kết hợp công nghệ CCS, đặt ra những vấn đề lớn.”

Tập trung nhiều hơn vào việc tái chế
Nếu sản xuất thép sơ cấp (*) chuyển sang sử dụng hydro được sản xuất bền vững, tổng lượng khí thải nhà kính của ngành thép có thể giảm thêm ước tính 15% vào năm 2060. Tuy nhiên, con số này vẫn chưa đủ để đáp ứng mục tiêu hạn chế mức tăng nhiệt độ 1,5 độ C trong khuôn khổ kịch bản của các nhà nghiên cứu của trung tâm DLR. Do đó, ngành thép cần đạt được tốc độ phi hóa thạch và giảm phát thải nhanh hơn và mạnh mẽ hơn, vượt xa các giá trị dự kiến ​​trong các kịch bản toàn cầu được xem xét. Một đòn bẩy hiệu quả cho mục tiêu này là giảm sản xuất thép sơ cấp đồng thời chú trọng hơn đến việc tái chế thép.
(*) Sản xuất thép sơ cấp: là quá trình sản xuất thép từ các nguyên liệu thô tự nhiên, chủ yếu là quặng sắt và than cốc, chứ không phải từ thép phế liệu.

Ngành công nghiệp thép ít carbon cần một lượng lớn năng lượng tái tạo
Cho dù là hydro hay điện phân, các giải pháp công nghệ thay thế để giảm phát thải trong sản xuất thép đều làm tăng đáng kể nhu cầu về điện từ các nguồn năng lượng tái tạo: theo nghiên cứu của trung tâm DLR về ngành công nghiệp thép của nước Đức, nhu cầu điện của ngành công nghiệp thép ở nước Đức vào năm 2050 có thể cao hơn hiện nay đến 15 lần.

Để xem các tin bài khác về “Thép”, vui lòng nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net