Thép không ô nhiễm, được không?

Công nghệ sản xuất thép sạch phải ít nhất đến thập niên 2030 mới có thể khả thi về mặt thương mại.

Đằng sau các đụn cát trên bờ biển Bắc Hải, các đám khói và hơi nước cuồn cuộn bốc lên từ vô số ống khói, đường ống và cần trục làm nên sự uy nghi, sừng sững của tổ hợp cán thép Ijmuiden. Sâu bên trong khu phức hợp công nghiệp khổng lồ này, vốn trải qua gần 1 thế kỷ cho ra lò hàng triệu triệu tấn thép cung cấp cho ngành ô tô, xây dựng và thực phẩm, là một dự án thử nghiệm đang được triển khai để sản xuất thép sạch hơn và rẻ hơn. 

Tập đoàn đa ngành Tata của Ấn Độ, ông chủ của nhà máy này, gọi quy trình mới mẻ đó là “một kẻ thay đổi cuộc chơi” vì có khả năng giảm cả khí thải CO2 lẫn lượng tiêu thụ năng lượng tới 1/5. “Có một trọng trách rất lớn cho ngành thép chúng ta bởi chúng ta là một trong những kẻ đầu sỏ thải ra lượng khí CO2 lớn nhất”, Hans Fischer, CEO Tata Steel Europe, nhận định.

Nhưng dù đã hơn 1 thập niên thai nghén, công nghệ sản xuất thép mới này vẫn chưa có thể triển khai về mặt thương mại ít nhất cho đến thập niên 2030. “Không phải do vấn đề tài chính, hay đầu tư, mà do kỹ thuật khiến công nghệ này mất thời gian lâu đến vậy”, Fisher nói.

Giữa lúc thế giới đang nỗ lực chống thảm họa môi trường ngày càng diễn biến khốc liệt, việc sản xuất thép sạch càng trở thành tâm điểm, cho thấy trọng trách phải đại tu một ngành công nghiệp gây ra ô nhiễm môi trường lớn nhất. Trên toàn cầu, thép đóng góp tới 7-9% tổng lượng thải khí trực tiếp từ nhiên liệu hóa thạch, với mỗi tấn thép được sản xuất thải ra trung bình 1,83 tấn khí CO2, theo Hiệp hội Thép Thế giới. Và khi dân số thế giới càng tăng, nhu cầu thép càng cao.

“Rất rõ ràng, nếu chúng ta muốn đạt được mục tiêu giảm thải khí và giữ cho nhiệt độ toàn cầu tăng dưới 20C (theo Thỏa thuận Paris 2015), ngành thép sẽ cần phải sạch hơn”, Nicole Voigt, thuộc Boston Consulting Group, nhận định. Tuy nhiên, thậm chí khi các nhà sản xuất thép phát triển một loạt công nghệ mới, các chuyên gia cho biết phải mất hàng thập niên ngành này mới đạt được mức khử carbon trên quy mô lớn.

Thách thức "thép xanh"

Khi thép vẫn còn đóng vai trò là trung tâm của nền kinh tế hiện đại, vốn là hàng hóa được giao dịch nhiều nhất chỉ sau dầu mỏ, có lẽ thách thức lớn nhất là tạo ra cái gọi là “thép xanh” với mức giá cạnh tranh. “Về nguyên tắc, có những công nghệ làm giảm khí thải từ quá trình sản xuất thép”, David Clarke, đứng đầu bộ phận chiến lược và là Giám đốc Công nghệ tại ArcelorMittal, nhà sản xuất thép lớn nhất thế giới về sản lượng, nhận định. Nhưng ông nói thêm, “vấn đề là xã hội sẽ phải chấp nhận chi phí sản xuất thép cao hơn”.

Phương pháp sản xuất sắt và gang hợp kim, làm tan chảy nguyên vật liệu ở nhiệt độ rất cao về cơ bản không hề thay đổi kể từ khi thép phổ biến cách đây hơn 150 năm. Các lò cao dựa vào than cốc, một nhiên liệu “giàu” carbon được sản xuất từ than đá, để nung quặng sắt thành kim loại lỏng, sau đó luyện thành thép.
Mặc dù quá trình sản xuất có cải tiến theo thời gian, nhưng quy luật của ngành hóa học có nghĩa CO2 vẫn là đầu ra không thể tránh khỏi của quá trình sản xuất thép. “Có 2 cách giảm lượng khí thải CO2. Một là để tránh CO2 trong quá trình sản xuất thép, bạn có thể sử dụng phế liệu, hoặc thứ gì đó khử carbon. Hai là dùng công nghệ cuối đường ống, tức công nghệ lưu trữ hoặc sử dụng carbon. Câu hỏi là chọn phương cách nào. Đó vẫn là điều còn gây tranh cãi, dù cách thứ 2 được cho là sẽ khả thi hơn”, Voigt nói.

Một giải pháp thay thế cho lò cao là lò hồ quang điện (EAF) giúp làm nóng chảy phế liệu, thay vì sử dụng nguyên vật liệu. Các lò EAF nhỏ hơn, ít đắt đỏ hơn và vì chúng không tiêu thụ than cốc nên thải ra lượng CO2 thấp hơn lò cao. Chúng chiếm khoảng 25% sản lượng thép toàn cầu. Tuy nhiên, các nguồn năng lượng tái tạo không thể đáp ứng nhu cầu điện khổng lồ của chúng - đủ để cấp điện cho một thị trấn 100.000 dân. Một trở ngại khác là nguồn cung cấp phế liệu, trong khi thép sản xuất từ EAF lại thường không đúng chất lượng yêu cầu để được sử dụng trong một số ngành như ô tô.

Đối với nhiều người trong ngành, câu trả lời nằm ở việc tìm kiếm một phương pháp chiết xuất sắt từ quặng ít ô nhiễm hơn. “Đây là thách thức thực sự cho các nhà sản xuất thép. Nó không chỉ là việc làm sao hiệu quả hơn. Có phản ứng hóa học diễn ra nên bạn cần carbon, nhưng hy vọng một ngày nào đó bạn có thể dùng hydro để làm công việc này”, Chris McDonald, Tổng Giám đốc Viện Xử lý Vật liệu (Anh), nhận định.
Với mục tiêu loại bỏ tất cả khí thải carbon từ công đoạn sản xuất sắt, một số công ty đang nỗ lực làm cho thép hydro trở nên khả thi về mặt kinh tế. Tập đoàn thép Thụy Điển SSAB đang xây dựng một cơ sở thử nghiệm trị giá 150 triệu euro, sẽ giúp Thụy Điển trở thành nước đầu tiên sản xuất thép mà không dùng nhiên liệu hóa thạch. Hydro được sản xuất bởi điện phân từ các nguồn năng lượng tái tạo dư thừa của Thụy Điển sẽ được sử dụng để biến quặng thành một sản phẩm gọi là sắt xốp, có thể được chuyển thành thép thông qua các lò hồ quang điện.

Tuy nhiên, sản xuất hydro sạch lại rất đắt đỏ và sẽ đòi hỏi công suất tạo ra năng lượng tái tạo rất lớn. Posco của Hàn Quốc và Voestalpine của Áo đang theo đuổi các dự án tương tự mặc dù Voestalpine cho biết sẽ mất 2 thập niên mới trở thành hiện thực. Trong quá trình chờ đến thời điểm đó, các nhà sản xuất thép đang đi những bước trung gian.

Hệ thống sản xuất của Tata loại bỏ nhiều công đoạn tiền xử lý nguyên vật liệu và nếu kết hợp với việc bắt giữ và lưu trữ các loại khí bỏ đi, Công ty cho biết có thể giảm khí thải CO2 tới 80%. ArcelorMittal đang tài trợ một dự án 150 triệu euro sử dụng vi khuẩn để chuyển khí CO thành ethanol sinh học, có thể làm nhiên liệu cho ngành vận chuyển hoặc ngành nhựa. Các sáng kiến khác nhằm thay than cốc trong các lò cao bằng than đá sinh học làm từ gỗ phế thải. Đây là tín hiệu vui cho ngành thép và cho nỗ lực chống biến đổi khí hậu.