HYBRIT - công nghệ đột phá trong ngành công nghiệp thép

HYBRIT - Breakthrough technology in steel industry 

TS NGUYỄN VĂN SƯA

Thách thức lớn nhất của nhân loại trong thế kỷ 21 là biến đổi khí hậu mà hậu quả là trái đất nóng lên, băng tan làm nước biển dâng cao dẫn đến nhiều hệ lụy tiêu cực cho thế giới. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu là do lượng phát thải khí nhà kính mà chủ yếu là khí CO₂ do các hoạt động của con người phát sinh quá nhiều, làm hỏng tầng ô zon - lớp bảo vệ trái đất khỏi tác động của bức xạ mặt trời. Trong các hoạt động của con người, sản xuất thép là ngành sử dụng nhiều nguyên liệu và năng lượng nên cũng phát thải nhiều khí nhà kính, nhất là khí CO₂. Lượng phát thải khí CO₂ của ngành thép năm 2018 khoảng 3,4 tỷ tấn, chiếm khoảng 7 % toàn bộ phát thải CO₂ của nhân loại. Ý thức được điều đó, ngành công nghiệp thép của các nước phát triển đã triển khai nghiên cứu để tạo ra các cải tiến, công nghệ ít phát thải và tiến tới không phát thải khí CO₂. Điển hình là các chương trình SOBOT (Giảm tiêu hao một barell dầu cho sản xuất một tấn thép) của Hoa Kỳ, ULCOS (Cắt giảm triệt để khí CO₂ trong sản xuất thép) của Liên minh Châu Âu, COURSE 50 (Hệ thống cắt giảm triệt để khí CO₂ để làm nguội trái đất đến năm 2050) của Nhật Bản... 

Các chương trình này đã đạt được một số kết quả nhiều triển vọng. Dự án HYBRIT - HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology - với mục tiêu thay thế than cốc được sử dụng từ trước đến nay trong luyện gang bằng khí hydrogen được sản xuất từ năng lượng điện tái tạo. Cả hai than cốc và hydrogen đều có thể dùng làm chất khử để tách oxy khỏi oxit sắt (quặng sắt). Trong công nghệ luyện gang truyền thống, cacbon của than cốc phản ứng với oxy trong quặng sắt tạo thành khí CO₂. Nếu hydrogen được dùng thay than cốc thì hydrogen phản ứng với oxy trong quặng sắt để tạo thành hơi nước. Mục tiêu của dự án này là giảm triệt để phát thải khí CO₂ trong ngành công nghiệp thép Thụy Điển nói riêng và thế giới nói chung. HYBRIT là dự án liên doanh giữa SSAB - nhà sản xuất thép lớn nhất Bắc Âu, LKAB - nhà sản xuất quặng sắt lớn nhất Châu Âu và Vattenfall - một trong các nhà sản xuất điện lớn nhất Châu Âu. 

Nếu dự án thành công, sẽ có tiềm năng giảm 10 % tổng phát thải CO₂ của Thụy Điển và 7 % tổng phát thải CO₂ của Phần Lan. Dự án đã làm nghiên cứu tiền khả thi vào năm 2016 và hiện nay đang xây dựng nhà máy pilot và sẽ chạy thử vào năm 2020 - 2024. Đến năm 2028 sẽ xây dựng nhà máy trình diễn và sẽ chạy 24/7 một số tháng. Như vậy, mục tiêu của dự án là có nhà máy ở mức độ công nghiệp vào năm 2035. Thụy Điển là nước lý tưởng cho dự án vì có nhiều điện tái tạo, có nhiều nước, có quặng sắt chất lượng cao nhất Châu Âu và có nền công nghiệp thép đầy sáng tạo. Hydrogen được sản xuất bằng phương pháp điện phân nước. Nếu nguồn điện là điện tái tạo thì mặc dù phương pháp này cần nhiều điện nhưng phát thải CO₂  của toàn bộ quá trình là không đáng kể. HYBRIT đã được chính phủ Thụy Điển ủng hộ mạnh mẽ. 

Tháng 6 năm 2018 dự án đã nhận được một khoản đóng góp lớn nhất của Cơ quan Năng lượng Thụy Điển là 528 tr. Cronw Thụy Điển, tương đương 51,3 tr. Euro. Theo tính toán ban đầu, chi phí sản xuất theo công nghệ HYBRIT sẽ cao hơn khoảng (20 - 30) % so với công nghệ truyền thống. Tuy nhiên, khoảng cách này theo thời gian sẽ dần được thu hẹp do Hệ thống Thương mại phát thải (Emissions Trading System - ETS) của Liên minh Châu Âu sẽ tăng giá phát thải CO₂ và giá năng lượng tái tạo sẽ được chờ đợi giảm nhiều trong thời gian tới. Sơ đồ chu trình lò cao truyền thống và chu trình HYBRIT được trình bầy trên hình 1.