Nghiên cứu khả năng phục hồi tro và xỉ từ nhà máy điện nhiệt chạy than để sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm có giá trị kinh tế cao là vấn đề được quan tâm nhiều hiện nay, nhằm giảm nhẹ các tác động môi trường. Tuy nhiên, tìm kiếm các giải pháp hiệu quả nhất để tận dụng tro và xỉ không phải là nhiệm vụ đơn giản.

Biến Tro và Xỉ thành Vật liệu Giá trị Cao

Theo thống kê, công suất điện từ các nhà máy điện nhiệt chạy than trong nước vượt quá 5.000MW sử dụng than anthracite nội địa, với mức tiêu thụ hàng năm khoảng 16 triệu tấn. Lượng chất thải tro và xỉ phát sinh đạt 5,7 triệu tấn. Từ năm 2013 trở đi, lượng tro và xỉ hàng năm từ năm nhà máy điện nhiệt chạy than thuộc Tổng công ty Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam (TKV) khi hoạt động toàn công suất ước tính khoảng 2,8 triệu tấn/năm (trong đó xỉ đáy khoảng 1,7 triệu tấn). Dự báo đến năm 2030, khi công suất điện nhiệt chạy than của cả nước tăng lên khoảng 77.000MW—dẫn đến tăng vọt tiêu thụ than lên 176 triệu tấn—chất thải tro và xỉ sẽ đạt 35 triệu tấn/năm, giải phóng lượng khí SOx khổng lồ vào bầu khí quyển, ước tính khoảng 5 triệu tấn hàng năm.

Tuy nhiên, tro và xỉ từ nhà máy điện nhiệt có thể được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng và bê tông. Hơn nữa, chúng được sử dụng có hiệu quả như những chất kết dính gia cứng cho cơ sở hạ tầng vận tải, và trong sản xuất gạch không nung, bê tông nhẹ, tấm trần, tường thạch cao và gốm sứ, với tổng tiềm năng tiêu thụ đạt hàng chục triệu tấn/năm.

Theo ông Huỳnh Nhật Quang, nhà nghiên cứu theo đuổi chuyên đề “Hiệu quả kinh tế của tận dụng chất thải tro và xỉ từ nhà máy điện nhiệt” tại Công ty Cổ phần Tư vấn Kỹ thuật Dầu khí Việt Nam (PV Engineering), chia sẻ: “Tro và xỉ là chất thải từ nhà máy điện nhiệt chạy than; tuy nhiên, chúng là nguyên liệu quý giá cho các ngành công nghiệp xi măng và vật liệu xây dựng vì chúng chứa các thành phần hóa học cốt lõi tạo thành clinker và xi măng. Nếu tro bay đáp ứng yêu cầu sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng, nó có thể chiếm 5-30% nguyên liệu thô, giảm chi phí sản xuất. Sử dụng tro bay để thay thế khoảng 30% xi măng trong bê tông sẽ giảm đáng kể khối lượng xi măng cần thiết đồng thời tăng đáng kể độ bền và cường độ của kết cấu.”

Trên toàn cầu, các quốc gia phát triển liên tục khuyến khích—và đôi khi bắt buộc—sử dụng tro than và xỉ từ nhà máy điện nhiệt trong xây dựng đường. Chẳng hạn, ở Pháp, tới 99% tro và xỉ được thải ra được tái sử dụng, trong khi các con số cho Nhật Bản và Hàn Quốc lần lượt là 80% và 85%.

Bế tắc Tro than và Xỉ

Hiện nay, tại Việt Nam, một số cơ sở phục hồi và xử lý tro bay, sản xuất gạch không nung từ tro và xỉ đã được xây dựng và hoạt động gần các nhà máy điện nhiệt. Các ví dụ điển hình bao gồm Nhà máy Sản xuất Tro bay Pha Lai với 8 dây chuyền xử lý tro bay sử dụng công nghệ flotation và công suất 40.000 tấn/tháng; Nhà máy Xử lý Tro bay Cao Cường với công suất 80.000 tấn/năm (sử dụng nguồn từ Nhà máy Điện Pha Lai); và một số cơ sở xử lý khác dưới sự quản lý của Ban Quản lý Dự án Thủy điện Sơn La, Công ty Phụ gia Bê tông Pha Lai và Công ty Cổ phần Điện lực Ninh Bình.

Ngoài ra, tận dụng tro và xỉ làm nguyên liệu thô chính cho xây dựng, Công ty Cổ phần Cao Cường Sông Đà vận hành một dây chuyền sản xuất gạch AAC với công suất 200.000m³/năm và một dây chuyền vữa khô với công suất 60.000m³/năm. Công ty Điện lực Cao Ngàn cũng vận hành một nhà máy sản xuất gạch không nung với sản lượng 3 triệu sản phẩm/năm.

Đối với các nhà máy điện sử dụng than nội địa, tỷ lệ than chưa cháy trong tro rất cao, khoảng 20-30%. Để đáp ứng tiêu chí làm phụ gia xi măng, tro bay phải trải qua xử lý để giảm hàm lượng carbon chưa cháy xuống dưới 6%.

Tuy nhiên, các nhà khoa học cảnh báo rằng phục hồi tro và xỉ không hề đơn giản, vì hầu hết các nhà máy điện nhiệt hiện hoạt động tại Việt Nam hoặc thiếu hệ thống phục hồi chất thải hoặc có các hệ thống với hiệu suất thấp và không ổn định. Hơn nữa, nhiều nhà máy xây dựng từ những năm 1960, chẳng hạn như Ninh Bình, Pha Lai I và Uông Bí, sử dụng công nghệ Đốt than bột (PCC), nơi chất thải và khí SOx phần lớn được giải phóng vào môi trường.

Ngoài ra, nguồn nhiên liệu cho các nhà máy này thường là than chất lượng thấp với hàm lượng tro vượt quá 32%, đôi khi lên đến 45%, dẫn đến lượng tro và xỉ được thải ra khổng lồ—tương đương với 20-30% than tiêu thụ.

Theo ông Huỳnh Nhật Quang, than anthracite Việt Nam được sử dụng trong các nhà máy điện nhiệt được đặc trưng bởi hàm lượng chất bay hơi thấp (chỉ 10-15%). Kết hợp với hàm lượng tro cao trong than đầu vào và hiệu suất nồi hơi thấp, hàm lượng carbon chưa cháy trong tro phát sinh có thể cao tới 30%. Thực hiện các biện pháp để tăng hiệu quả cháy có thể dẫn đến các thông số hơi nước kém hoặc phát thải NOx cao.

Dự báo cho thấy đến năm 2020, nhu cầu xây dựng tăng sẽ đòi hỏi khoảng 42 tỷ viên gạch trên toàn quốc. Sản xuất khối lượng này thông qua các phương pháp nung đất sét truyền thống sẽ tiêu thụ 60 triệu tấn than. Nung gạch trong lò kiln đứng truyền thống giải phóng CO2 và SO2 độc hại, tác động nặng nề đến môi trường, sức khỏe con người và năng suất cây trồng. Để giảm nhẹ những tác động môi trường này, Chính phủ đã tập trung vào phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây dựng không nung sử dụng nguyên liệu thô như tro và xỉ điện nhiệt, xi măng, bụi đá và cát.

Gần đây, Bộ Xây dựng đã đề xuất Chính phủ thực hiện các chính sách khuyến khích bắt buộc chủ sở hữu nhà máy điện than sử dụng Khử lưu huỳnh khí thải quá trình (FGD) bằng huyết thạch ẩm lạnh để lắp đặt thiết bị xử lý thạch cao đầy đủ đáp ứng tiêu chuẩn, đảm bảo phục hồi vật liệu cho ngành công nghiệp xây dựng.

Các nhà khoa học tin rằng để giải quyết bế tắc tro than và xỉ, các nhà máy điện nhiệt phải sử dụng than chất lượng cao và nâng cấp công nghệ và thiết bị để cải thiện hiệu quả thu gom và tái chế. Cần khuyến khích R&D và đầu tư tái chế tro và xỉ thành gạch không nung, bê tông nhẹ và vật liệu cách nhiệt hoặc cách âm. Rõ ràng tài nguyên than là hữu hạn; nếu chúng ta không ưu tiên tái chế và tận dụng chất thải, nhân loại sẽ phải trả giá cao trong tương lai. Các phương pháp hiệu quả và tối ưu để xử lý và tận dụng chất thải tro và xỉ là cần thiết ngay bây giờ!

Tro và xỉ trong các nhà máy điện nhiệt chạy than được hình thành và thải ra dưới hai dạng: Tro bay và Xỉ đáy (còn gọi là xỉ). Các nhà khoa học cảnh báo rằng thải tro và xỉ vào môi trường sẽ gây ô nhiễm không khí, đất và các nguồn nước.