Khí thải nhúng vào sản phẩm thép hay còn gọi là dấu chân carbon sản phẩm (PCF), bạn đã biết gì về nó? tại sao phải hiểu biết về nó?

Thép là một phương tiện làm việc của nền kinh tế toàn cầu, và là nền tảng của môi trường xây dựng và mạng lưới giao thông của chúng ta. Thế giới sản xuất gần 2 tỷ tấn thép mỗi năm.

Tại Việt Nam, Các cơ sở sản xuất thép 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 thép 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 thép là gì?

Năm 2020, thép chịu trách nhiệm cho 2,6 tỷ tấn khí thải CO2e (tương đương carbon dioxide). Đó là khoảng ~8% lượng khí thải toàn cầu. Điều này làm cho nó trở thành một trong 3 vật liệu phát thải cao nhất thế giới, cùng với nhôm và xi măng.

Trên 15 quốc gia sản xuất nhiều thép nhất, khoảng 2 tấn CO2e được sản xuất trên mỗi tấn thép thô.

Giảm lượng khí thải từ thép là một thách thức địa chính trị, cũng như địa lý. Ngành công nghiệp thép có tầm quan trọng chiến lược, vì vậy nhiều quốc gia chọn sản xuất thép tại địa phương thay vì sử dụng hàng nhập khẩu rẻ hơn, sạch hơn hoặc chất lượng tốt hơn. EU CBAM đặt mục tiêu giải quyết lượng khí thải carbon của thép.

Điều gì gây ra khí thải của thép? Ba giai đoạn thuộc chuỗi giá trị sản xuất thép?

Nhìn chung, có 3 giai đoạn kỹ thuật để chế tạo thép: khai thác quặng sắt, khử oxit sắt thành gang (một dạng tiền chế của thép) sau đó tinh luyện thành thép.

Cuộc cách mạng công nghiệp được thúc đẩy bởi một cách sản xuất hàng loạt thép đột phá, rẻ tiền đó là quy trình Bessemer, đốt quặng sắt bằng than cốc để khử oxit sắt thành giang, sau đó tinh luyện để loại bỏ dần tạp chất thành thép.

Ngày nay, phế liệu kim loại có thể được tái chế thành thép mà không cần đốt than. Nhưng, chỉ riêng phế liệu không thể đáp ứng nhu cầu toàn cầu về thép.

Thép mới tiếp tục được sản xuất từ quặng sắt, chủ yếu dựa vào phiên bản hiện đại của quy trình Bessemer chạy bằng than đã có từ 200 năm trước: phương pháp BF-BOF (được nêu bên dưới).

Ba giai đoạn thuộc chuỗi giá trịKhai thác thanKhai thác quặng sắtQuá trình sản xuất thép
Trung bình lượng phát thải (tấn CO2e/tấn thép)0,250,331,3

Đối với thép được sản xuất theo cách này, khai thác than đóng góp vào một lượng khí thải carbon nhất định trong chuỗi giá trị này.

Để dễ hình dung thì nhà sản xuất thép cần có than từ nhà khai thác than để hoạt động, đó là chuỗi cung ứng thượng nguồn của họ.

Hãy xem đồ hoạ thông tin dưới đây để hiểu về hoạt động nào sẽ gây phát thải carbon trong chuỗi giá trị này.

Đồ hoạ thông tin quá trình sản xuất thép theo phương pháp BF-BOF (phương pháp lò cao)

Có những con đường thay thế để sản xuất thép với lượng phát thải thấp hơn. Phương pháp chính là DRI+EAF, được nêu bên dưới.

Hãy xem ba giai đoạn sản xuất thép:

Giai đoạn 1. Khai thác quặng sắt từ mỏ

Khai thác quặng sắt phát thải carbon tương đối thấp, (0,33t CO2e/t) so với các giai đoạn sản xuất thép và khai thác khoáng sản khác.

Tuy nhiên, chất lượng của các mỏ quặng sắt trong các địa chất khác nhau hoàn toàn khác nhau. Như vậy, một số quặng sắt yêu cầu xử lý nhiều hơn khi chúng được khai thác so với những quặng khác, làm tăng lượng khí thải carbon của chúng.

Giai đoạn 2. Khử oxit sắt

Để sản xuất thép từ quặng sắt, trước tiên nó cần được khử oxit sắt thành gang. Có hai phương pháp khác nhau:

Phương pháp Lò cao (BF) – Phương pháp phát thải cao

Để khử oxit sắt, oxy cần được loại bỏ.

Điều này đòi hỏi rất nhiều nhiệt và một chất khử. Trong lịch sử, chất khử này là than cốc. Than cốc là một dạng than tinh khiết cháy cực kỳ nóng.

Trong lò cao, oxit sắt được khử thành sắt nóng chảy và carbon dioxide, bằng cách thêm carbon (như than cốc) và không khí nóng có chứa oxy:

Hai phản ứng hoá học điển hình xảy ra: 2C + O2 → 2CO và Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Điều này thường được theo sau bởi nấu chảy với Lò oxy cơ bản (BOF). Được sử dụng cùng nhau, BF-BOF tạo thành phiên bản hiện đại hóa của quy trình Bessemer.

Phương pháp khử oxit sắt trực tiếp (DRI) – Phương pháp phát thải thấp

Để khử trực tiếp  oxit sắt mà không dùng phương pháp lò cao, gây phát thải carbon cao. Thay vào đó, nó dựa vào hỗn hợp khí nóng. Thông thường, những loại khí này là hydro và carbon monoxide. Khí thiên nhiên có xu hướng được sử dụng ở những nơi rẻ.

Sản phẩm thu được, sắt xốp, sau đó có thể được nấu chảy thành thép trong Lò hồ quang điện (EAF). Nói chung, phương pháp khử trực tiếp phát thải carbon thấp hơn phương pháp lò cao, vì nó chủ yếu sử dụng khí tự nhiên (hoặc các chất thay thế hydro) thay vì đốt than.

Giai đoạn 3. Luyện kim

Luyện sắt thành thép chủ yếu được thực hiện trong Lò oxy cơ bản (BOF) hoặc Lò hồ quang điện (EAF):

Lò oxy cơ bản (BOF)

Để làm thép từ gang, các tạp chất như carbon và silicon cần phải được loại bỏ. Trong BOF, điều này được thực hiện chủ yếu bằng quá trình oxy hóa, nhưng cũng bằng cách tương tác với các nguyên tố hợp kim khác nhau (các nguyên tố được thêm vào để tăng khả năng chống ăn mòn và độ bền).

Oxy được thổi dưới dạng khí vào lò, không giống như trong quy trình Bessemer, nơi không khí nóng mang oxy được thêm vào lò để đốt cháy carbon dư thừa.

Lò hồ quang điện (EAF)

EAF sử dụng một lượng lớn điện cao thế để làm nóng lò đến hơn 1.000°C. Điều này loại bỏ các tạp chất do cháy và tạo ra thép được cải tạo.

Các nguồn nguyên liệu chính được sử dụng trong EAF là thép phế liệu và DRI (thường là cả hai).

Quá trình này ít carbon hơn BOF, chủ yếu là do sử dụng điện để tạo ra nhiệt. EAF gần như luôn có lượng carbon thấp hơn BF-BOF, mặc dù điều này phụ thuộc vào hỗn hợp điện của đất nước.

Quy trình sản xuất thép xanh nhất và bẩn nhất là gì?

Đồ hoạ thông tin quá trình sản xuất thép theo phương pháp BF-BOF và phương pháp DRI+EAF

Quá trình DRI+EAF có lượng carbon thấp hơn BF-BOF trong hầu hết các trường hợp. Để sản xuất ra mỗi tấn thép thô:

– Phương pháp DRI+EAF phát ra trung bình 1,2 tCO2e

– Phương pháp BF+BOF phát ra trung bình 2,2 tCO2e

Thép carbon thấp được sản xuất ở đâu?

Nếu xét theo thứ hạng thì khu vực Châu Mỹ như Mỹ, Canada và mexico sản xuất thép ít phát thải carbon nhất.

Nước Nga, Đức, Phần Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Brazil sản xuất thép phát thải carbon trung bình

Còn Trung Quốc và Ấn Độ có quy trình sản xuất thép phát thải carbon cao nhất, lên tới 2,5 tấn CO2e/tấn thép được sản xuất.

Các công ty đang giảm cường độ carbon như thế nào?

Khách hàng mua nhiều thép nhất đang sử dụng sức mua của họ để yêu cầu nhà sản xuất thép chuyển sang giải pháp thép carbon thấp tiến tới mục tiêu thép không phát thải vào năm 2050.

Các quy định mới như Cơ chế điều chỉnh biên giới carbon (CBAM) của Liên minh châu Âu (EU) sẽ hỗ trợ Chương trình giao dịch phát thải (ETS) hiện có của EU bằng cách làm cho việc sản xuất thép carbon cao trở nên tốn kém hơn cho các nhà nhập khẩu, từ đó thúc đẩy nhà sản xuất xanh hoá quy trình sản xuất cũng như cung ứng của họ.

Các công nghệ đã có sẵn để giảm cường độ carbon của thép. Như đã nêu ở trên, phương pháp hiệu quả nhất là khử trực tiếp bằng hydro và sử dụng EAF để nấu chảy.

Một số nhà sản xuất châu Âu đã vạch ra ý định chuyển từ lò cao chạy bằng than cốc sang giảm trực tiếp chạy bằng hydro. Bằng cách sử dụng hydro được tạo ra từ các nguồn tái tạo, thép được sản xuất theo cách này có thể được tạo ra gần như trung tính carbon.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham đã phát triển một phương pháp sản xuất thép mới cho các lò cao hiện có có thể chuyển đổi carbon CO2 thành carbon monoxide để tái sử dụng trong phản ứng quặng sắt, nhằm giảm lượng khí thải lên đến 88%.

Các cơ sở sản xuất thép tại Việt Nam cần biết gì?

Các cơ sở sản xuất thép thuộc lĩnh vực sản xuất công nghiệp, ngành luyện kim. Các cơ sở 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, 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 thép 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.

Bắt đầu chuẩn bị cho báo cáo lượng khí thải sản phẩm của bạn và tạo ra một chiến lược tìm nguồn cung ứng carbon thấp. Hãy theo dõi bài viết về Dấu chân Carbon Sản phẩm (PCF) của bạn là gì? Phương pháp tiếp cận đo lường dấu chân như thế nào? Cùng G.Life.

Một thoáng suy nghĩ

Thép 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?

Tìm hiểu thêm về chủ đề CBAM

Tham gia bài học miễn phí Cơ chế điều chỉnh biên giới carbon của EU (CBAM of EU)

https://khinhakinh.com.vn/dao-tao/content-cbam/#