Khí thải nhúng vào sản phẩm nhôm hay còn gọi là dấu chân carbon sản phẩm (PCF), bạn đã biết gì về nó? tại sao phải hiểu biết về nó?
Thế giới tiêu thụ 95 triệu tấn nhôm mỗi năm, một con số sẽ tăng 40% vào năm 2050. Nhôm được đánh giá cao vì trọng lượng thấp và tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao. Điều này làm cho nó trở thành một giải pháp quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch: các phương tiện nhẹ hơn hiệu quả hơn và là chìa khóa để làm cho giao thông điện bền vững.
Tại Việt Nam, Các cơ sở sản xuất nhôm thuộc lĩnh vực, cơ sở bắt buộc thực hiện kiểm kê khí nhà kính theo Quyết định 01/2022/QĐ-TTg về danh mục lĩnh vực, cơ sở phát thải khí nhà kính phải thực hiện kiểm kê khí nhà kính do Thủ tướng Chính phủ ban hành.
Theo dòng thời gian thì các cơ sở cần thu thập dữ liệu hoạt động từ năm 2023 để chuẩn bị đo lường lượng phát thải khí nhà kính từ năm 2024, báo cáo cơ quan có thẩm quyền thẩm định báo cáo trong năm 2025 để chuẩn bị cho mục tiêu không phát thải từ 2050.
Ngày 10/10/2022 thì Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quyết định 2626/QĐ-BTNMT về việc Công bố hệ số phát thải để phục vụ lập báo cáo kiểm kê cấp cơ sở.
Vậy các cơ sở sản xuất nhôm cần hiểu về phát thải khí nhà kính như thế nào để chuẩn bị cho yêu cầu báo cáo của Cơ quan quản lý? họ cần chuẩn bị cho các giải pháp sản xuất carbon thấp ra sao để đáp ứng mục tiêu giảm phát thải từ năm 2027, tiến tới Net Zero năm 2050.
Dấu chân carbon của nhôm là gì?
Nhôm chịu trách nhiệm cho 1,1 tỷ tấn carbon dioxide tương đương (CO2e) vào năm 2018, khoảng 4% lượng khí thải toàn cầu.
So sánh với con số tuyệt đối này thì nhôm phát thải ít hơn thép và xi măng (~8% mỗi loại). Tuy nhiên, thế giới tiêu thụ nhôm ít hơn nhiều so với thép hoặc xi măng, có nghĩa là trên mỗi tấn, nhôm thực sự là loại vật liệu có hàm lượng carbon được nhúng cao nhất trong số 3 vật liệu phát thải cao nhất thế giới là sắt và xi măng. Hãy nhìn vào bảng so sánh sau đây:
| Sản xuất nhôm | Sản xuất thép | Sản xuất xi măng |
| Cao nhất tới 16 tấn CO2e/tấn | Cao nhất tới 2,5 tấn CO2e/tấn | Cao nhất tới 1 tấn CO2e/tấn |
Điều đó có nghĩa là sản xuất ra một tấn nhôm thải ra nhiều carbon nhất. Để so sánh thêm thì sản xuất ra 1 tấn nhôm phát thải cao hơn cả đốt 5 tấn dầu DO.
Điều gì gây ra khí thải của nhôm? Ba giai đoạn thuộc chuỗi giá trị sản xuất nhôm?
Nhôm được sản xuất theo quy trình 3 bước: khai thác bauxite, tinh chế thành alumina và nấu chảy thành nhôm. Tất cả những thứ này phải được bao gồm để xây dựng Dấu chân Carbon Sản phẩm (PCF) hoàn chỉnh.
Bước nấu chảy là nguồn phát thải nhôm quan trọng nhất cho đến nay, nó chiếm tới 83,1%:
| Ba giai đoạn thuộc chuỗi giá trị | Khai thác bauxite | Tinh chế thành alumina | Quá trình sản xuất nhôm tinh khiết |
| Trung bình lượng phát thải (triệu tấn CO2e) | 3 (~0,3%) | 171 (~16,6%) | 855 (~83,1%) |
Hãy xem ba giai đoạn sản xuất nhôm:
Giai đoạn 1. Khai thác quặng bauxite từ mỏ
Bauxite được chiết xuất từ trái đất. Đó là một tảng đá màu đỏ, chủ yếu thu được từ Úc, Trung Quốc, Brazil và Guinea. Nó được tạo thành từ 15-25% nhôm.
Khai thác bauxite không đặc biệt đậm đặc carbon. Mỗi tấn nhôm thành phẩm, khai thác bauxite chỉ đóng góp 0,1 tấn CO2e – hoặc 0,4 tấn CO2e/tấn bauxite (IAI).
Giai đoạn 2. Tinh chế
Vì bauxite nặng và có giá trị tương đối thấp, nó thường được tinh chế thành oxit nhôm, hoặc alumina, ở quốc gia khai thác mỏ. Các nhà máy lọc dầu thường nằm trên bờ biển để tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển alumina đến các nhà máy luyện kim.
Tinh chế sử dụng Quy trình Bayer, và oxit nhôm (Al2O3) thoát ra từ nó.
Tinh chế có cường độ carbon vừa phải, đóng góp 2,6 tấn CO2 cho mỗi tấn nhôm. Những khí thải đó phần lớn là từ việc đốt nhiên liệu để tạo ra nhiệt: Quy trình Bayer diễn ra ở 150-200°C (300-390°F).
Đồ hoạ quá trình tinh chế ra Alumina
Giai đoạn 3. Tinh luyện nhôm tinh khiết
Bước sản xuất nhôm cường độ năng lượng và carbon mạnh nhất là nấu chảy alumina thành nhôm.
Điều này xảy ra thông qua điện phân: một quá trình sử dụng năng lượng cực kỳ lớn, tiêu thụ khoảng 15,37 MWh điện cho mỗi tấn nhôm. Đây là khoảng 5 lần mức sử dụng năng lượng hàng năm của một hộ gia đình ở Vương quốc Anh.
Bởi vì họ sử dụng rất nhiều điện, phần lớn các nhà máy luyện kim nằm ở nơi có thể sản xuất điện với giá rất rẻ. Điều này tạo ra sự thay đổi đáng kể về cường độ phát thải giữa các nhà máy luyện kim. Thủy điện (có hàm lượng carbon thấp) và năng lượng than (carbon rất cao) là hai công nghệ sản xuất điện đủ rẻ (trong lịch sử) để làm cho sản xuất nhôm trở nên khả thi về mặt kinh tế.
Đồ hoạ thông tin so sánh sự khác nhau về nguồn điện sử dụng cũng gây ra sự khác nhau rất lớn dấu chân carbon nhúng vào 1 tấn nhôm
Cũng như những phát thải này được tạo ra bởi điện đã mua (phát thải Scope 2), luyện nhôm cũng dẫn đến phát thải trực tiếp (Scope 1). Điện phân sử dụng cực dương cacbon để cung cấp chất khử, giải phóng các ion oxy từ hợp chất oxit nhôm để tạo ra Al tinh khiết ở cực âm. Điều này dẫn đến việc tạo ra CO2 tại cực dương, dẫn đến một nguồn phát thải đáng kể.
Đồ hoạ quá trình điện phân tạo ra nhôm tinh khiết
Nhôm carbon thấp được sản xuất ở đâu?
Vì những lý do được đề cập ở trên, yếu tố quan trọng nhất trong cường độ phát thải của nhôm là công nghệ phát điện.
Điều này rất khác nhau tùy theo địa lý. Ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Nga, nhôm thường được làm bằng thủy điện, và do đó lượng khí thải tương đối thấp đạt ngưỡng từ 3 tCO2/tấn đến 6 tCO2/tấn.
Ngược lại, nhôm từ Trung Quốc và Ấn Độ sử dụng điện từ năng lượng than. Kết quả là nhôm được nhúng rất nhiều carbon, đạt tới 20tCO2/tấn.
Các nhà sản xuất nhôm đang giảm cường độ carbon như thế nào?
Giải pháp 1: Chuyển đổi nguồn điện
Bởi vì điện sử dụng trong quá trình điện phân rất lớn, và nó là quá trình phát thải carbon lớn nhất (~80% tổng lượng phát thải), chuyển đổi nguồn phát điện xanh hơn là bước hiệu quả nhất mà một nhà sản xuất có thể thực hiện.
Trên thực tế, điều này rất khó đạt được, bởi vì các khu vực hiện đang dựa vào năng lượng than thường không dễ dàng tiếp cận với một lượng lớn điện tái tạo. Tuy nhiên, ở một số quốc gia (ví dụ như Ấn Độ), năng lượng mặt trời hiện là nguồn điện rẻ nhất, mở ra con đường cho một số loại nhôm phát thải carbon cao nhất thế giới trở thành một trong những loại nhôm sạch nhất thế giới.
Ngoài ra, các nhà máy luyện nhôm có thể hoạt động như pin ảo (nghĩa là nguồn tải tiêu thụ điện ảo), tiêu thụ năng lượng từ lưới điện mặt trời khi nó dồi dào và quay trở lại sử dụng năng lượng lưu trữ của chúng khi mặt trời không chiếu sáng.
Hydro REDUXA là một ví dụ về nhôm carbon thấp, với lượng khí thải carbon tối đa là 4 tCO2e /tấn nhôm được sản xuất, đạt được thông qua việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như thủy điện.
Giải pháp 2: Sử dụng cực dương carbon thấp
Trong các lò điện phân sử dụng trong sản xuất nhôm, cực dương có chứa carbon được nung trong lò trước khi sử dụng. Quy trình Søderberg kiểu cũ nung luôn các cực dương này trong lò điện phân, tương đối kém hiệu quả. Một số nhà sản xuất đã chuyển sang ‘prebaking’ các cực dương của họ bên ngoài lò điện phân. Điều này giúp giảm phát thải carbon.
Prebaking, trong bối cảnh sản xuất cực dương của lò điện phân nhôm, là quá trình chuẩn bị các cực dương bằng cách nung nóng chúng trước khi đưa vào lò điện phân. Các cực dương này thường được làm từ carbon, cụ thể là than chì, và cần được xử lý nhiệt để đạt được tính chất vật liệu cần thiết cho quá trình điện phân nhôm.
Quá trình prebaking diễn ra như sau:
1. Chuẩn bị nguyên liệu: Các nguyên liệu carbon như cốc dầu mỏ (petroleum coke) và nhựa đường (pitch) được trộn đều với nhau.
2. Định hình: Hỗn hợp này sau đó được nén thành các khối hoặc hình dạng cần thiết cho cực dương.
3. Nung nóng: Các khối carbon được nung nóng trong lò ở nhiệt độ cao, thường là từ 1000°C đến 1200°C. Quá trình này giúp loại bỏ các tạp chất và tăng cường độ bền cơ học của cực dương.
4. Làm mát: Sau khi đạt được nhiệt độ cần thiết và các đặc tính mong muốn, các cực dương được làm mát từ từ để tránh các ứng suất nhiệt có thể gây nứt hoặc hỏng hóc.
Quá trình prebaking là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của cực dương trong quá trình điện phân. Cực dương chất lượng cao giúp giảm thiểu sự tiêu hao trong quá trình điện phân, nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng nhôm sản xuất được.
Phương pháp prebaking này khác với phương pháp Soderberg, trong đó hỗn hợp carbon được nén và đốt cháy trực tiếp trong lò điện phân mà không qua bước nung nóng trước. Phương pháp prebaking giúp kiểm soát tốt hơn chất lượng của cực dương và thường được ưu tiên trong các quy trình sản xuất hiện đại.
Những người khác đang sử dụng cực dương trơ (chứ không phải carbon) để giảm lượng khí thải.
UC Rusal đã sản xuất thành công nhôm carbon thấp bằng cách sử dụng công nghệ cực dương trơ độc quyền của mình. Theo công ty, nó đã đạt được lượng khí thải nhôm carbon thấp nhất thế giới, dưới 0,01 tấn CO2eq trên mỗi tấn nhôm (dựa trên hướng dẫn Phạm vi 1 và 2 của Nghị định thư GHG về phát thải năng lượng trực tiếp và gián tiếp). Ngoài ra, độ tinh khiết của nhôm được sản xuất cao hơn 99%.
Đáp ứng nhu cầu của khách hàng về nhôm carbon thấp
Ngày càng có nhiều công ty tìm kiếm các sản phẩm carbon thấp và yêu cầu các nhà cung cấp tiết lộ lượng khí thải trong chuỗi cung ứng của họ.
Hiểu được lượng khí thải của nhôm bạn là rất quan trọng để giải quyết rủi ro carbon, chuẩn bị cho các quy định như CBAM của EU và đáp ứng nhu cầu của các bên liên quan. Với sự thay đổi lớn về lượng khí thải giữa các sản phẩm nhôm, ước tính lượng khí thải bằng các phương pháp tiêu chuẩn có thể làm hiện ra các điểm nóng carbon quan trọng nhất của bạn.
Các cơ sở sản xuất nhôm tại Việt Nam cần biết gì?
Các cơ sở sản xuất nhôm thuộc lĩnh vực sản xuất công nghiệp, ngành luyện kim. Các cơ sở này có bắt buộc phải thực hiện kiểm kê khí nhà kính hay không?
Câu trả lời là “CÓ”, vì họ thuộc danh mục lĩnh vực, cơ sở phát thải khí nhà kính phải thực hiện kiểm kê khí nhà kính do Thủ tướng Chính phủ ban hành.
Ngày 10/10/2022 thì Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quyết định 2626/QĐ-BTNMT về việc Công bố hệ số phát thải để phục vụ lập báo cáo kiểm kê cấp cơ sở.
Ngày 27/12/2023 thì Bộ Công Thương ban hành Thông tư số 38/2023/TT-BCT, Quy định kỹ thuật đo đạc, báo cáo, thẩm định giảm nhẹ phát thải khí nhà kính và kiểm kê khí nhà kính ngành Công Thương.
Theo dòng thời gian thì các cơ sở cần thu thập dữ liệu hoạt động từ năm 2023 để chuẩn bị đo lường lượng phát thải khí nhà kính từ năm 2024, báo cáo cơ quan có thẩm quyền thẩm định báo cáo trong năm 2025 để chuẩn bị cho mục tiêu không phát thải từ 2050.
Chuẩn bị chuỗi cung ứng nhôm của bạn cho một tương lai không có phát thải.
Khách hàng và các tổ chức tài chính đang tập trung vào chuỗi cung ứng, yêu cầu các sản phẩm carbon thấp hơn và các công ty phải coi trọng tính bền vững.
Một thoáng suy nghĩ
Nhôm của bạn có xuất khẩu sang EU hay không, hãy chú ý là nó có thuộc quy định phải báo cáo theo cơ chế CBAM hay không?