Kinh nghiệm trên thế giới về xử lý lượng khí thải CO2 khổng lồ của bê tông

Bê tông là vật liệu được lựa chọn cho hầu hết các công trình quy mô lớn ở Thượng Hải - Trung Quốc.

Nếu ngành công nghiệp xi măng là một quốc gia, nó sẽ là quốc gia phát thải lớn thứ ba trên thế giới sau Trung Quốc và Mỹ. Nó đóng góp nhiều CO2 hơn nhiên liệu hàng không (2,5%) và không thua xa ngành nông nghiệp toàn cầu (12%).

Các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp xi măng đã có mặt tại Ba Lan để tham dự Hội nghị về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc - COP24, để thảo luận về cách thức đáp ứng các yêu cầu của Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu. Để làm được điều này, lượng phát thải hàng năm từ xi măng sẽ cần giảm ít nhất 16% vào năm 2030.

Làm thế nào mà tình yêu bê tông của chúng ta lại có thể gây nguy hiểm cho hành tinh? Chúng ta có thể làm gì về việc này? Trên thực tế, bê tông là vật liệu xây dựng chủ chốt của hầu hết các tòa tháp cao tầng, bãi đỗ xe, cầu và đập, bê tông đã cho phép xây dựng một số kiến trúc lớn nhất thế giới.

Ở Anh, nó đã giúp phát triển xây dựng lại đất nước sau Thế chiến thứ hai. Một số thành phố lớn của đất nước như: Birmingham, Coventry, Hull và Portsmouth… phần lớn được tái thiết nhờ đẩy mạnh xây dựng các công trình. Bê tông cũng là vật liệu giúp một số tòa nhà ấn tượng nhất thế giới tồn tại.

Nhà hát Opera Sydney, Đền Lotus ở Delhi, tháp Burj Khalifa ở Dubai cũng như Pantheon tráng lệ ở Rome… để có được hình dáng như hiện tại chúng đều nhờ đến bê tông chất liệu bền vững. Hỗn hợp cát và sỏi, xi măng, chất kết dính trong bê tông được các kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu và các nhà phát triển vật liệu luôn tìm tòi để lựa chọn cho sản phẩm tốt nhất.

Felix Preston - Phó Giám đốc Nghiên cứu tại Cục Năng lượng, Môi trường và Tài nguyên Chatham (Viện chính sách hàng đầu thế giới) giải thích: “Bê tông có giá cả phải chăng, có thể sản xuất nó ở hầu hết mọi nơi và nó có tất cả các chất lượng cấu trúc phù hợp mà bạn muốn xây dựng cho một tòa nhà lâu bền hoặc cho cơ sở hạ tầng”. Bất chấp các vấn đề về độ bền đã biết khi sử dụng cốt thép, có thể làm nứt bê tông từ bên trong, đây vẫn là vật liệu được ưa chuộng trên toàn thế giới. Ông Preston nói: “Xây dựng mà không có bê tông là một thách thức lớn”.

Tăng trưởng ngành xi măng

Chính những đặc tính của bê tông đã giúp thúc đẩy sản xuất xi măng toàn cầu kể từ những năm 1950, trong đó châu Á và Trung Quốc chiếm phần lớn mức tăng trưởng từ những năm 1990 trở lại đây. Sản lượng xi măng đã tăng hơn 30 lần kể từ năm 1950 và gấp 4 lần kể từ năm 1990.

Theo số liệu thống kê thì, Trung Quốc sử dụng nhiều xi măng hơn so với Mỹ từ năm 2011- 2013. Tuy nhiên, mức tiêu thụ của Trung Quốc hiện đang chững lại, hầu hết tăng trưởng trong tương lai trong lĩnh vực xây dựng dự kiến sẽ xảy ra ở các thị trường mới nổi ở Đông Nam Á và châu Phi cận Sahara, bởi nơi đây đang được thúc đẩy bởi quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế nhanh chóng. Các nhà nghiên cứu của Chatham House cho biết, diện tích sàn của các tòa nhà trên thế giới dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong vòng 40 năm tới, yêu cầu sản lượng xi măng phải tăng 1/4 vào năm 2030.

Trong khi nhiều người trong chúng ta cho rằng bê tông là một sản phẩm bổ sung gần đây cho các thành phố, các kiến trúc sư và nhà xây dựng đã thực sự sử dụng chất kết dính giống như xi măng trong nhiều thiên niên kỷ. Việc sử dụng sớm nhất được cho là cách đây hơn 8.000 năm, với các thương nhân ở Syria và Jordan sử dụng chất kết dính như vậy để tạo ra sàn nhà, tòa nhà và bể chứa nước ngầm.

Sau đó, người La Mã được biết đến là bậc thầy về xi măng và bê tông, đã xây dựng Điện Pantheon ở Rome vào năm 113-125 sau Công nguyên, với mái vòm bê tông đứng tự do đường kính 43m, lớn nhất thế giới. Bê tông được sử dụng trong môi trường xây dựng hiện đại của chúng ta phần lớn được tạo nên từ quy trình được cấp bằng sáng chế vào đầu thế kỷ 19 bởi thợ nề Joseph Aspdin ở Leeds. Theo đó, tại thời điểm này kỹ thuật mới của ông là rang đá vôi và đất sét trong lò rồi nghiền thành bột để làm “đá nhân tạo” ngày nay được gọi là xi măng Portland (Pooc- lăng), và đây vẫn là thành phần chính trong hầu hết các loại bê tông hiện đại. Tuy nhiên, bất chấp sự hiện diện phổ biến của nó, các thông tin xác thực về môi trường của bê tông đã được giám sát chặt chẽ hơn trong vài thập kỷ qua. Việc sản xuất xi măng Pooc-lăng không chỉ liên quan đến khai thác đá gây ô nhiễm không khí dưới dạng bụi, mà còn yêu cầu sử dụng các lò nung lớn, đòi hỏi lượng năng lượng lớn. Quá trình sản xuất xi măng thực tế cũng thải ra lượng CO2 cao.

Theo Chatham House, lĩnh vực này đã đạt được nhiều tiến bộ - việc cải thiện hiệu quả năng lượng của các nhà máy mới và đốt vật liệu phế thải thay vì nhiên liệu hóa thạch đã khiến lượng khí thải CO2 trung bình trên một tấn sản lượng giảm 18% trong vài thập kỷ qua.

Hiệp hội Bê tông và Xi măng toàn cầu (GCCA) mới được thành lập, hiện đại diện cho khoảng 35% năng lực sản xuất xi măng trên thế giới và tập trung vào phát triển bền vững đã có mặt tại COP24. Theo ông Benjamin Sporton - Giám đốc điều hành GCCA cho biết việc tổ chức này hiện đang tồn tại: “Là một minh chứng cho cam kết của ngành đối với sự bền vững, bao gồm cả hành động chống lại biến đổi khí hậu”.

GCCA sẽ xuất bản một bộ hướng dẫn về tính bền vững mà các thành viên sẽ phải tuân theo. Ông Sporton đánh giá: “Bằng cách tập hợp những người sản xuất toàn cầu lại với nhau để cung cấp khả năng lãnh đạo và sự tập trung, cũng như đưa ra một chương trình làm việc chi tiết, chúng tôi có thể giúp đảm bảo một tương lai bền vững cho xi măng và bê tông cũng như nhu cầu của các thế hệ tương lai”.

Quá trình sản xuất “clinker” thành phần chính của xi măng đã thải ra lượng CO2 lớn nhất trong quá trình sản xuất xi măng. Năm 2016, sản xuất xi măng thế giới tạo ra khoảng 2,2 tỷ tấn CO2, tương đương 8% tổng lượng xi măng toàn cầu. Hơn một nửa trong số đó đến từ quá trình nung. Cùng với quá trình đốt nhiệt, 90% lượng phát thải của ngành có thể là do sản xuất clinker. Do đó, ông Preston và các đồng nghiệp của ông cho rằng ngành cần khẩn trương theo đuổi một số chiến lược giảm thiểu CO2. Những nỗ lực hơn nữa về hiệu quả năng lượng, rời xa nhiên liệu hóa thạch và theo đuổi việc thu giữ và lưu trữ carbon sẽ có ích có thể được rất nhiều.

Ông Preston khẳng định: “Chúng ta còn một chặng đường dài để thu hẹp khoảng cách. Những gì ngành công nghiệp thực sự cần làm là nỗ lực sản xuất các loại xi măng mới. Trên thực tế, xi măng cacbon thấp và “xi măng mới” có thể loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về clinker”.

Mái vòm bê tông không gia cố của Pantheon ở Rome

Xi măng mới sẽ thay thế sản phẩm truyền thống

Với những đặc tính của mình, các nhà nghiên cứu đã cố gắng nghiên cứu ra một loại xi măng mới thay thế. Bà Ginger Krieg Dosier, đồng sáng lập và CEO của BioMason – một Công ty khởi nghiệp ở Bắc Carolina sử dụng hàng tỷ vi khuẩn để trồng gạch bê tông sinh học. Kỹ thuật này bao gồm việc đặt cát vào khuôn và bơm vi sinh vật vào, bắt đầu một quá trình tương tự như quá trình tạo ra san hô. Bà Krieg Dosier: “Tôi có niềm đam mê từ lâu với các công trình và xi măng biển, người đã ngạc nhiên khi không tìm thấy lựa chọn xanh thực sự thay thế cho gạch và gạch xây khi tôi bắt đầu nghiên cứu tại một Công ty kiến trúc hơn 10 năm trước”. Khám phá này đã giúp bà tạo ra giải pháp của riêng mình, sau hơn một năm phát triển, giờ chỉ mất bốn ngày. Nó xảy ra ở nhiệt độ phòng mà không cần đến nhiên liệu hóa thạch hoặc quá trình nung, hai trong những nguồn chính phát thải CO2 của ngành Xi măng. Bà Krieg Dosier tin rằng xi măng xanh và công nghệ như của bà cung cấp giải pháp cho vấn đề khí thải của ngành.

Bà nói: “Các hoạt động sản xuất xi măng dựa trên nền tảng Portland truyền thống sẽ tiếp tục thải ra CO2 do tính chất hóa học cơ bản của nó”, thay vì chuyển sang thu giữ và lưu trữ carbon, chúng ta nên đầu tư nhiều hơn vào các kỹ thuật tích cực loại bỏ carbon khỏi khí quyển. Các công nghệ liên kết và xi măng thay thế vượt ra ngoài việc thu giữ CO2 tiến hóa cho đến các phương pháp cách mạng giúp cô lập CO2 một cách cơ bản. Cùng với các loại xi măng thay thế như vậy, vật liệu thay thế khác cũng đang bắt đầu thúc đẩy sự thay đổi. Kỹ thuật số hóa, máy móc phát triển và nâng cao nhận thức về tính bền vững đều có tác động đến văn hóa ngành xi măng.

Ông Preston cho rằng, điều này thay đổi một phần do cách mọi người muốn phát triển, nhưng cũng do khả năng của chúng tôi trong việc tạo ra các cấu trúc mới và sáng tạo và thử nghiệm những cấu trúc đó với các mô hình máy tính. Ngoài ra còn có khả năng chế tạo mọi thứ với giá rẻ hơn bằng robot - với tự động hóa.

Nhưng thay đổi quy trình đủ nhanh để đáp ứng các yêu cầu của ngành xi măng sẽ là một thách thức. Do ngành này bị chi phối bởi một số các nhà sản xuất lớn, những người ngần ngại thử nghiệm hoặc thay đổi mô hình kinh doanh. Thêm vào đó các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thầu và khách hàng cũng thận trọng trong việc sử dụng các vật liệu xây dựng mới.

Ông Preston cho biết: Lĩnh vực chuyển động khá chậm và khó thay đổi này đang bắt đầu đối mặt với những gián đoạn khá sâu sắc mà chúng ta bắt đầu thấy trong môi trường xây dựng. Tuy nhiên, với rất ít xi măng các-bon thấp được thương mại hóa và không có sản phẩm nào được áp dụng trên quy mô lớn trong một ngành công nghiệp mà lớn hơn và cao hơn thường là tham vọng, có vẻ như sẽ cần sự hỗ trợ lâu dài của Chính phủ. Nếu không có Chính phủ áp dụng áp lực lên ngành hoặc cung cấp tài trợ, thì có thể không thể đưa thế hệ xi măng thấp cacbon tiếp theo ra khỏi phòng thí nghiệm và đưa vào thị trường trong khoảng thời gian cần thiết.

Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu, Cơ quan quốc tế hàng đầu về sự nóng lên toàn cầu đã lập luận rằng mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu cần được giữ ở mức dưới 1,5 độ C - không phải 2 độ C như đã nêu trong Thỏa thuận Paris. Điều này có nghĩa là lượng khí thải CO2 cần giảm 45% so với mức năm 2010 vào năm 2030. Ngành công nghiệp xi măng cũng đưa ra những đánh giá lạc quan hơn về tiến bộ của ngành đối với phát thải và cho thấy rằng, trong suốt thời gian tồn tại, bê tông có thể tạo ra lợi ích khí hậu ròng khi tất cả các hành động có thể được tính đến. Điều này bao gồm tái cacbonat (hoặc tái hấp thụ CO2 của xi măng), đóng góp của bê tông vào hiệu quả năng lượng của các tòa nhà và sự đổi mới trong cách sản xuất xi măng, bao gồm thu giữ và lưu trữ carbon.

GCCA cho biết sự đổi mới như vậy là ưu tiên hàng đầu của họ trong những năm tới. Các dự án đã được tiến hành và cho thấy nhiều hứa hẹn đáng tin. Tuy nhiên ông Preston nhận định các quốc gia và ngành công nghiệp hiện nay bắt buộc phải hành động nhanh chóng vào thời điểm mà sự phát triển toàn cầu dự kiến sẽ tăng lên nhưng lượng khí thải CO2 cần phải giảm xuống.

Ông nói: “Rất cần những ngôi nhà chất lượng, giá cả phải chăng. Cần có cơ sở hạ tầng mới. Chúng ta chỉ có thể thu hẹp vòng tròn này nếu chúng ta có thể cải thiện đáng kể cách chúng ta xây dựng, sao cho tổng thể những tòa nhà này được xây dựng càng gần càng tốt, không phát thải ròng”.