Công nghiệp thép là một trong những ngành xương sống của nền kinh tế toàn cầu, cung cấp vật liệu cơ bản cho xây dựng, giao thông, sản xuất ô tô và nhiều lĩnh vực khác. Tuy nhiên, đây cũng là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng lớn nhất và phát thải khí CO₂ nhiều nhất trên thế giới. Với áp lực ngày càng tăng từ biến đổi khí hậu và các cam kết quốc tế về giảm phát thải (như mục tiêu Net Zero), ngành thép đang đứng trước một “bài toán” lớn: làm thế nào để duy trì sản xuất thép cần thiết cho sự phát triển, đồng thời giảm thiểu đáng kể lượng khí thải carbon? Đây là một thách thức kép đòi hỏi những hướng đi chiến lược và lâu dài.
I. Hiện trạng phát thải CO₂ từ công nghiệp thép:
Lượng phát thải khổng lồ: Ngành thép toàn cầu ước tính chiếm khoảng 7-9% tổng lượng phát thải CO₂ trực tiếp từ nhiên liệu hóa thạch và công nghiệp. Con số này tương đương với lượng phát thải của toàn bộ một quốc gia công nghiệp lớn.
Nguồn gốc phát thải chính:
- Quá trình sản xuất thép từ quặng (Blast Furnace – Basic Oxygen Furnace – BF-BOF): Đây là phương pháp phổ biến nhất, chiếm khoảng 70% sản lượng thép toàn cầu và là nguồn phát thải CO₂ lớn nhất. Quá trình khử oxit sắt bằng than cốc tạo ra CO₂ như một sản phẩm phụ tất yếu.
- Quá trình sản xuất thép từ phế liệu (Electric Arc Furnace – EAF): Sử dụng điện để nấu chảy phế liệu thép. Mặc dù có lượng phát thải CO₂ thấp hơn đáng kể so với BF-BOF, nhưng vẫn cần điện (thường từ nguồn hóa thạch) và có thể phát thải từ các tạp chất trong phế liệu.
- Tiêu thụ năng lượng: Các quá trình nung nóng, cán, và các hoạt động phụ trợ khác cũng tiêu thụ năng lượng lớn, chủ yếu từ nhiên liệu hóa thạch, gián tiếp tạo ra CO₂.
II. Thách thức trong việc giảm phát thải CO₂:
- Tính chất hóa học của quá trình sản xuất: Việc khử oxit sắt bằng carbon là một phản ứng hóa học cơ bản, khó thay thế hoàn toàn nếu vẫn dùng quặng sắt và than cốc.
- Chi phí đầu tư cao: Việc chuyển đổi sang công nghệ mới đòi hỏi khoản đầu tư khổng lồ vào cơ sở hạ tầng và công nghệ.
- Rủi ro về tính cạnh tranh: Các công ty tiên phong đầu tư công nghệ xanh có thể đối mặt với chi phí sản xuất cao hơn, ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh trên thị trường nếu không có cơ chế hỗ trợ phù hợp.
- Nguồn năng lượng sạch: Sự phát triển của ngành thép xanh phụ thuộc lớn vào nguồn cung năng lượng tái tạo dồi dào và giá cả phải chăng.
- Khả năng thu hồi và sử dụng carbon: Công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) vẫn đang trong giai đoạn phát triển và cần chi phí vận hành cao.
III. Đâu là hướng đi lâu dài cho công nghiệp thép giảm phát thải CO₂?
Để giải quyết bài toán CO₂, ngành thép toàn cầu đang tập trung vào ba hướng đi chính, kết hợp với sự hỗ trợ từ chính sách và đổi mới công nghệ:
- Nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa quy trình hiện có:
Cải tiến công nghệ BF-BOF:
- Tối ưu hóa quy trình thiêu kết và lò cao: Giảm tiêu thụ than cốc và năng lượng.
- Sử dụng khí thải lò cao: Thu hồi và tái sử dụng khí CO và H₂ làm nhiên liệu hoặc chất khử.
- Nâng cao hiệu suất năng lượng: Áp dụng các công nghệ thu hồi nhiệt thải, tối ưu hóa hệ thống điện và nhiệt trong toàn bộ nhà máy.
Tăng cường tái chế phế liệu thép:
- Sử dụng lò điện hồ quang (EAF) để nấu chảy phế liệu thép có lượng phát thải thấp hơn đáng kể. Việc khuyến khích thu gom, phân loại và tái chế phế liệu là ưu tiên hàng đầu.
- Đầu tư vào công nghệ EAF tiên tiến để giảm tiêu thụ điện năng và tăng hiệu suất.
- Chuyển đổi sang các công nghệ phá vỡ (Breakthrough Technologies):
Đây là những hướng đi tiềm năng nhất để đạt mục tiêu Net Zero trong dài hạn:
Sản xuất thép bằng hydro xanh (Green Hydrogen-based Steelmaking):
- Thay thế than cốc bằng hydro xanh (được sản xuất từ năng lượng tái tạo thông qua điện phân nước) làm chất khử oxit sắt trong quá trình khử trực tiếp (Direct Reduced Iron – DRI).
- Phương pháp này có thể giảm tới 90-95% lượng CO₂ phát thải trực tiếp.
- Thách thức: Chi phí sản xuất hydro xanh còn rất cao, cần nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và cơ sở hạ tầng hydro.
Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon (Carbon Capture, Utilization, and Storage – CCUS):
- Thu giữ CO₂ từ khí thải của các nhà máy thép hiện có (BF-BOF hoặc EAF) trước khi chúng thoát ra khí quyển.
- CO₂ sau đó có thể được lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất (CCS) hoặc được tái sử dụng trong các ngành công nghiệp khác (CCU), ví dụ: sản xuất nhiên liệu tổng hợp, vật liệu xây dựng.
- Thách thức: Công nghệ phức tạp, chi phí đầu tư và vận hành cao, cần địa điểm lưu trữ phù hợp và an toàn.
Điện phân quặng sắt (Electrolysis of Iron Ore):
- Sử dụng điện để tách sắt từ quặng sắt, loại bỏ nhu cầu về carbon làm chất khử.
- Đây là công nghệ còn non trẻ nhưng có tiềm năng giảm phát thải rất lớn nếu sử dụng điện từ năng lượng tái tạo.
- Chính sách, hợp tác và phát triển bền vững:
Chính sách hỗ trợ từ chính phủ:
- Trợ cấp và ưu đãi: Dành cho các công ty đầu tư vào công nghệ xanh.
- Cơ chế định giá carbon: Thuế carbon hoặc hệ thống giao dịch phát thải (ETS) để tạo động lực kinh tế cho việc giảm phát thải.
- Quy định và tiêu chuẩn: Đặt ra các giới hạn phát thải nghiêm ngặt và khuyến khích sản xuất thép xanh.
- Hỗ trợ R&D: Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới.
Hợp tác quốc tế và chuỗi cung ứng:
- Hợp tác giữa các nhà sản xuất thép, nhà cung cấp công nghệ, và các tổ chức nghiên cứu để chia sẻ kiến thức và giảm rủi ro.
- Phát triển các chuỗi cung ứng thép xanh, từ quặng đến sản phẩm cuối cùng, với chứng nhận minh bạch.
Tư duy kinh tế tuần hoàn:
- Nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên, tái sử dụng và tái chế triệt để phế liệu thép.
- Tối ưu hóa vòng đời sản phẩm thép để giảm nhu cầu sản xuất mới.
Bài toán phát thải CO₂ của ngành công nghiệp thép không có một giải pháp “thần kỳ” duy nhất mà đòi hỏi một cách tiếp cận đa chiều và toàn diện. Hướng đi lâu dài nằm ở sự kết hợp giữa việc tối ưu hóa các quy trình sản xuất hiện có, đầu tư mạnh mẽ vào các công nghệ đột phá như sản xuất thép bằng hydro xanh và CCUS, cùng với sự hỗ trợ mạnh mẽ từ chính sách của chính phủ và hợp tác quốc tế. Ngành thép đang ở ngã ba đường, và quyết định hôm nay về việc “xanh hóa” sẽ định hình tương lai của cả ngành và đóng góp quan trọng vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu toàn cầu.
