Một đột phá trong công nghệ sản xuất sắt bằng phương pháp điện hóa ở nhiệt độ thấp hứa hẹn giảm đáng kể khí thải carbon từ ngành thép. Quy trình mới này, hoạt động ở khoảng 60°C thay vì hàng nghìn độ C, loại bỏ nhu cầu sử dụng than cốc và mở ra hướng đi tiềm năng cho sản xuất thép xanh, góp phần vào nỗ lực đạt Net-Zero toàn cầu.
Đột phá Công nghệ Sản xuất Sắt Xanh: Giảm Mạnh Khí Thải Carbon từ Ngành Thép
Ngành công nghiệp thép toàn cầu, một trụ cột không thể thiếu của kinh tế hiện đại, đang đối mặt với thách thức lớn về môi trường: lượng khí thải carbon khổng lồ. Theo các ước tính, ngành thép chịu trách nhiệm cho khoảng 7-9% tổng lượng phát thải khí nhà kính (KNK) toàn cầu do con người gây ra. Nguyên nhân chính nằm ở quy trình sản xuất truyền thống sử dụng lò cao (blast furnace), nơi quặng sắt được khử bằng than cốc ở nhiệt độ cực cao (trên 1600°C), giải phóng một lượng lớn carbon dioxide (CO2). Việc tìm kiếm các giải pháp thay thế bền vững hơn đã trở thành ưu tiên hàng đầu trong nỗ lực chung nhằm đạt được mục tiêu Net-Zero 2050 và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
Trong bối cảnh đó, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã công bố một bước đột phá đầy hứa hẹn: một quy trình sản xuất sắt mới, hoạt động ở nhiệt độ thấp và có tiềm năng cắt giảm đáng kể lượng khí thải carbon so với phương pháp truyền thống. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học uy tín cho thấy phương pháp này dựa trên nguyên lý điện hóa, cụ thể là điện phân dung dịch chứa quặng sắt ở nhiệt độ chỉ khoảng 60°C – một sự khác biệt đáng kinh ngạc so với hàng nghìn độ C của lò cao.
Quy trình mới này về cơ bản sử dụng điện năng để tách sắt ra khỏi oxit sắt (quặng sắt). Bằng cách hòa tan quặng sắt trong một dung dịch điện phân thích hợp và cho dòng điện chạy qua, các ion sắt sẽ di chuyển về phía điện cực âm (cathode) và kết tủa thành sắt kim loại nguyên chất. Phản ứng này không cần đến than cốc làm chất khử, do đó loại bỏ trực tiếp nguồn phát thải CO2 chính trong giai đoạn khử quặng. Thay vào đó, sản phẩm phụ có thể là oxy hoặc các hóa chất khác tùy thuộc vào thành phần dung dịch điện phân và vật liệu điện cực được sử dụng, mở ra khả năng thu hồi hoặc tái sử dụng các sản phẩm phụ này.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp điện hóa nhiệt độ thấp này chính là tiềm năng giảm thiểu carbon footprint đáng kể. Nếu nguồn điện sử dụng cho quá trình điện phân đến từ các nguồn năng lượng tái tạo (như điện mặt trời, điện gió), thì quy trình sản xuất sắt này có thể tiến gần đến mức không phát thải carbon. Điều này hoàn toàn trái ngược với lò cao truyền thống, vốn phụ thuộc chặt chẽ vào nhiên liệu hóa thạch và rất khó để khử carbon hoàn toàn nếu không có các công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) đắt đỏ và phức tạp.
Bên cạnh lợi ích về môi trường, việc hoạt động ở nhiệt độ thấp còn mang lại những lợi thế tiềm năng khác. Nó có thể giảm yêu cầu về vật liệu chịu nhiệt cho thiết bị, đơn giản hóa thiết kế lò phản ứng và giảm chi phí năng lượng cho việc duy trì nhiệt độ cao. Hơn nữa, quy trình này có thể linh hoạt hơn về quy mô, cho phép xây dựng các nhà máy nhỏ hơn, phân tán hơn, thay vì các khu liên hợp gang thép khổng lồ như hiện nay.
Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu. Các nhà khoa học thừa nhận rằng còn nhiều thách thức cần vượt qua trước khi nó có thể được triển khai ở quy mô công nghiệp. Một trong những thách thức lớn nhất là hiệu quả năng lượng và tốc độ sản xuất. Quy trình điện phân cần phải đủ nhanh và tiêu thụ điện năng ở mức hợp lý để cạnh tranh về mặt kinh tế với lò cao truyền thống đã được tối ưu hóa qua nhiều thập kỷ. Việc tìm ra dung dịch điện phân và vật liệu điện cực tối ưu, có độ bền cao và chi phí thấp cũng là một yếu tố then chốt.
Ngoài ra, việc đảm bảo nguồn cung cấp điện sạch, ổn định và giá cả phải chăng là điều kiện tiên quyết để quy trình này thực sự “xanh”. Nếu điện năng vẫn chủ yếu đến từ nhiên liệu hóa thạch, lợi ích về giảm phát thải carbon tổng thể sẽ bị hạn chế đáng kể. Do đó, sự phát triển của công nghệ sản xuất sắt xanh này phải đi đôi với việc đẩy mạnh chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.
Mặc dù còn nhiều việc phải làm, khám phá này mở ra một hướng đi đầy triển vọng cho việc khử carbon ngành thép. Nó bổ sung vào danh sách các giải pháp giảm phát thải hiệu quả cho doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp nặng, bên cạnh các công nghệ khác đang được nghiên cứu và thử nghiệm như sử dụng hydro xanh làm chất khử (Direct Reduction of Iron – DRI) hay áp dụng công nghệ thu giữ carbon.
Sự thành công của các công nghệ sản xuất thép carbon thấp như thế này sẽ có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Nó không chỉ giúp ngành thép đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe về môi trường và các tiêu chuẩn ESG (Môi trường – Xã hội – Quản trị), mà còn giúp các quốc gia thực hiện cam kết khí hậu của mình. Đối với các quốc gia xuất khẩu thép, việc chuyển đổi sang sản xuất thép xanh còn giúp tránh được các rào cản thương mại tiềm ẩn liên quan đến carbon, ví dụ như Cơ chế Điều chỉnh Biên giới Carbon (CBAM) của Liên minh châu Âu, vốn đánh thuế dựa trên hàm lượng carbon của hàng hóa nhập khẩu.
Tóm lại, phương pháp sản xuất sắt bằng điện hóa ở nhiệt độ thấp là một tin tức đáng mừng cho nỗ lực toàn cầu chống biến đổi khí hậu. Dù chặng đường thương mại hóa còn dài, nó đại diện cho một sự thay đổi tiềm năng trong cách chúng ta sản xuất một trong những vật liệu cơ bản nhất của nền văn minh, hướng tới một tương lai công nghiệp bền vững và ít phát thải hơn. Việc tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các công nghệ đột phá như thế này là chìa khóa để hiện thực hóa một nền kinh tế tuần hoàn và đạt được các mục tiêu khí hậu tham vọng.
