Giảm phát thải cho ngành xi măng nhờ tái sử dụng cánh quạt tuabin gió

GE Renewable Energy vừa ký một hợp đồng dài hạn với Tập đoàn Veolia Bắc Mỹ (VNA) trong việc tái chế các cánh quạt bị loại bỏ từ các tuabin trên bờ tại Mỹ trong quá trình nâng cấp và thay thế linh kiện.

Năm 2019, trên toàn thế giới có tổng cộng 22.000 tuabin điện gió và con số này sẽ tiếp tục tăng thêm khi ngày càng nhiều quốc gia đẩy mạnh việc giảm phát thải các bon. Theo Cục Bảo vệ môi trường Mỹ, trung bình một tuabin gió hoạt động ở Mỹ giúp giảm đến 4,600 m3 CO2 mỗi năm. Chỉ riêng trong năm 2019, sản xuất điện gió trên khắp thế giới đã giúp cắt giảm được lượng khí CO2 tương đương với khí thải của khoảng 42 triệu xe ô tô.

Với sự tăng trưởng thần tốc của ngành công nghiệp điện gió trong 3 thập kỷ qua, số lượng tuabin gió đang ngày càng tăng. Thông thường, nâng cấp tuabin sẽ giúp sản xuất nhiều điện hơn mà không đòi hỏi tác động thêm vào môi trường. Bên cạnh đó, các bộ phận kim loại còn rất dễ dàng để tái chế. Song, việc xử lý các cánh quạt già cỗi (mỗi tuabin gồm 3 cánh) nặng đến vài tấn, dài hàng chục mét và biến chúng thành những thứ hữu ích là một thách thức. Vì thế, chúng thường được xử lý bằng cách đưa đến các bãi chôn lấp.

Tuy nhiên, giờ đây, các cánh quạt này đã có thể được tái chế thành vật liệu cho ngành công nghiệp xi măng, giúp giảm thiểu đáng kể phát thải CO2 trong quá trình sản xuất. Bà Michelle Simpson, quản lý sản xuất và công nghệ tại GE Renewabale Energy cho biết: “Đây là một giải pháp tuyệt vời. Nó giải quyết được một số yêu cầu trong quy trình sản xuất xi măng, giúp ngành này phát triển bền vững về mọi mặt. Trước hết, giải pháp này cho phép thay thế than đá dùng để vận hành quy trình sản xuất xi măng. Đồng thời, một số nguyên nguyên liệu thô trong thành phần xi măng như cát và đất sét vốn phải khai thác hoặc chuyển đến từ nơi khác cũng được thay thế bằng nguyên liệu tái chế”.

GE vừa chính thức ký kết với Tập đoàn Veolia Bắc Mỹ (VNA) một hợp đồng dài hạn tái chế các cánh quạt tuabin gió trên bờ bị loại bỏ trong quá trình nâng cấp và thay thế linh kiện ở Mỹ. VNA là công ty con tại Mỹ và Canada của tập đoàn Veolia (Pháp), chuyên cung cấp các giải pháp quản lý nước và dịch vụ năng lượng. Theo đó, VNA sẽ cắt vụn các cánh quạt sau khi được tháo khỏi tuabin, sau đó trộn chúng với các thành phần khác nhau như sợi thủy tinh và gỗ balsa để tạo ra vật liệu phù hợp cho việc sản xuất xi măng Portland – thành phần bê tông được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới.

Theo Simpson, khi được đưa vào lò nung xi măng, vật liệu này có thể giúp giảm đến 27% lượng khí thải CO2 so với quy trình sản xuất truyền thống. Với giải pháp mới, gần 90% vật liệu cánh quạt (tính theo khối lượng) sẽ được tái sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng: hơn 65% khối lượng cánh quạt được dùng thay thế cho các nguyên liệu thô hoặc thêm vào lò nung tạo xi măng và khoảng 28% khối lượng cánh quạt cấp năng lượng cho phản ứng hóa học trong lò.

GE Renewable Energy và VNA cho biết, họ sẽ tái chế và tái sử dụng hàng nghìn cánh quạt tuabin thông qua thỏa thuận này.

Hành trình của cánh quạt từ tuabin đến nhà sản xuất xi măng cần phải qua một số giai đoạn. Đầu tiên, trong quá trình nâng cấp linh kiện, các kỹ sư sẽ thay thế các cánh quạt cũ (có thể đã hoạt động tới 20 năm) bằng những cánh quạt mới dài hơn, nhẹ hơn và hiệu suất cao hơn. Những cánh quạt mới này cho phép tuabin tạo ra nhiều điện năng hơn với tác động đến môi trường tương đương.

Với tổng chiều dài khoảng 120 feet (36,5 mét), các cánh quạt già cỗi có thể dài bằng một cánh của chiếc Airbus A380 – chiếc máy bay chở khách lớn nhất thế giới. Họ hạ chúng bằng cần cẩu, chia thành ba đoạn để chất lên xe tải rồi vận chuyển đến nơi có các máy công suất lớn để nghiền thành các mảnh nhỏ hơn.

Có thể sản xuất xi măng từ các mảnh vụn cánh tuabin trộn với những vật liệu khác. Ảnh: Veolia.

Chris Howell, Phó chủ tịch Tập đoàn Veolia Bắc Mỹ cho biết: “Chúng tôi có thể chở mảnh vụn thô của ba đến bốn cánh tuabin chỉ bằng một xe tải tự đổ”.

Chặng cuối của quá trình xử lý là đưa các cánh tuabin đến Missouri – nơi các mảnh vụn được nghiền thêm đến kích cỡ của viên sỏi để sẵn sàng vào lò nung với các vật liệu khác. Ông Howell chia sẻ: “Các mảnh vụn này phải nhỏ và nhẹ vì chúng được đưa vào lò nung bằng hệ thống dẫn khí”. Một khi quy trình vận hành được hoàn thiện, thời gian từ khi các cánh tuabin được hạ xuống đến lúc chúng được đồng xử lý hoàn toàn tại nhà máy xi măng sẽ chỉ mất vài tuần.

Vậy làm thế nào để biến các mảnh cánh tuabin gió thành xi măng mà ít ảnh hưởng đến môi trường? Câu trả lời nằm ở nguồn vật liệu. Một phần mảnh vụn dùng để cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học trong lò xi măng có chứa vật chất sinh học (vật liệu có nguồn gốc từ sinh vật), cụ thể là gỗ balsa và nhựa. Trong suốt thời gian tồn tại, các vật chất sinh học này hấp thụ CO2 thông qua quá trình quang hợp nên chúng cũng đã giúp bù đắp phát thải, kể cả trước khi bị đốt cháy. Các điểm này cũng tương đồng với đặc điểm của các sinh khối, vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật mà chúng ta đốt cháy để sản xuất loại điện được xếp loại là điện tái tạo. (Điều này không được áp dụng cho các nhiên liệu hóa thạch như than đá bởi phải mất hàng triệu năm than đá mới hình thành bên trong trái đất). “Ngành công nghiệp xi măng nên đẩy mạnh xem xét các giải pháp sinh học thay thế này,” Chris Howell cho biết thêm.

Các vật liệu vô cơ chiếm 65% trọng lượng cánh quạt cũng sẽ giúp giảm lượng khí thải của ngành xi măng. Sợi thủy tinh trong cánh quạt có chứa silica có thể thay thế cát, một trong những thành phần quan trọng của xi măng. Các mảnh tuabin cũng chứa canxi oxit, hợp chất kết hợp với các khoáng chất công nghiệp khác để tạo thành alit giúp đông kết trong xi măng Portland. Trong quy trình sản xuất xi măng truyền thống, canxi oxit (CaO) được tạo ra bằng cách phân hủy canxi cacbonat (CaCO3, còn được gọi là đá vôi) ở nhiệt độ rất cao, trên 1.500 F. Quá trình này thải ra khí CO2. Nhờ sử dụng các mảnh vụn cánh tuabin trong quá trình sản xuất xi măng, chúng ta hạn chế được một phần CO2 thải ra, vì các cánh tuabin có chứa sẵn canxi oxit. Ông Howell cho biết: “Nếu không dùng vật liệu tái chế từ tuabin, chúng ta phải khai thác hoặc lấy silica và các khoáng chất khác từ các ngành khác có phát thải”.

Theo một phân tích tác động môi trường được thực hiện bởi Quantis US, một nhóm cố vấn về bền vững, một cánh tuabin gió nặng 7 tấn được tái chế thông qua quy trình này sẽ giúp tiết kiệm gần 5 tấn than, 2,7 tấn silica, 1,9 tấn đá vôi và gần một tấn khoáng chất thô bổ sung.

Simpson chia sẻ thêm: “Công nghệ mới này có thể được áp dụng ở bất cứ đâu.” Và các cánh tuabin gió trên bờ mới chỉ là một phần của một thị trường tiềm năng. Howell cho biết: “Giải pháp này cũng có hiệu quả với những cánh tuabin ngoài khơi đã qua sử dụng, nhưng thị trường này vẫn còn khá non trẻ. Các bộ phận giàu sợi thủy tinh khác như cánh máy bay, vỏ thuyền và cản ô tô cũng có thể là nguyên liệu cho sản xuất xi măng”.

Đặc biệt, đây là một quá trình tuần hoàn. Howell nói: “Chính những mảnh vỡ này có thể trở thành bê tông để xây dựng móng cho tuabin gió”.