Thép tuần hoàn: Khái niệm, quy trình sản xuất và vai trò trong việc giảm phát thải

Phát thải khí nhà kính đã trở thành mối quan tâm hàng đầu của các nhà lãnh đạo công nghiệp ít nhất trong một thập kỷ qua. Thách thức mới nhất hiện nay là sự gia tăng cấp bách, do biến đổi khí hậu và áp lực ngày càng lớn từ chính phủ cũng như công chúng, về việc công khai và giảm thiểu phát thải Phạm vi 3 (phát thải Phạm vi 3 là những phát thải gián tiếp nhưng có tác động lớn đến môi trường và rất khó để kiểm soát vì chúng phụ thuộc vào hoạt động của bên thứ ba trong chuỗi cung ứng của doanh nghiệp) phát sinh từ chuỗi cung ứng của tổ chức.

Rủi ro rất cao và thách thức này không hề dễ dàng. Theo một báo cáo của EY, phát thải Phạm vi 3 không chỉ có tác động lớn nhất đến dấu ấn môi trường của một công ty - đóng góp trung bình 75% lượng phát thải mà còn khó theo dõi nhất vì công ty càng ít tiếp cận được dữ liệu và quyết định.

Một vấn đề khác là vai trò quá lớn của các nguyên liệu cơ bản như thép và bê tông trong tính toán Phạm vi 3. Ngành thép chiếm từ 7% đến 9% lượng phát thải CO2 toàn cầu vào năm 2020 và theo Hiệp hội Thép Thế giới (Worldsteel), trung bình mỗi tấn thép đúc sẽ phát thải 1,91 tấn CO2.

Nhưng tin tốt là sự cấp bách trong việc giảm phát thải liên quan đến các nguyên liệu cơ bản đã thúc đẩy sự đổi mới trên diện rộng. Thép đã nổi lên như một yếu tố trung tâm trong việc giảm phát thải Phạm vi 3 và việc chuyển sang sử dụng thép tái chế phát thải thấp - "thép tuần hoàn" có thể tạo ra tác động tích cực đáng kể.

Các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp sáng suốt có thể tận dụng thép tuần hoàn và thông qua thiết kế sản phẩm và kế hoạch xử lý sau khi sản phẩm hết vòng đời, gắn kết nó với tính tuần hoàn. Để tận dụng tối đa điều này, cần biết rằng:

Có hai cách để sản xuất thép. Phương pháp truyền thống là chiết xuất quặng sắt từ thông qua khai thác mỏ, sau đó tinh luyện thành gang trong lò cao đốt bằng than và sau đó là thép trong lò thổi oxy cơ bản. Đây là phương pháp gây hại cho môi trường và có cường độ carbon cao do tác động của việc chiết xuất và sử dụng lò cao.

Theo Worldsteel, lượng phát thải carbon trung bình của sản xuất thép truyền thống là 2,33 tấn CO2 trên mỗi tấn thép.

Phương pháp còn lại là sản xuất thép tuần hoàn, sử dụng thép phế liệu tái chế làm nguyên liệu chính, hạn chế việc khai thác nguyên liệu sản xuất thép nguyên sinh. Thay vì lò cao, dựa vào lò hồ quang điện, tiêu thụ ít năng lượng hơn và phát thải ít CO2 hơn. Lượng phát thải trung bình từ quy trình này được đo lường là 0,77 tấn CO2 trên mỗi tấn thép – chỉ bằng khoảng 1/3 mức trung bình toàn cầu và dưới 1/3 quy trình chiết xuất truyền thống.

Chỉ có thép tuần hoàn sản xuất bằng lò hồ quang điện mới thực sự là thép xanh. Tiêu chuẩn Khí hậu Thép của Hội đồng Khí hậu Thép Toàn cầu (GSCC) yêu cầu cả thép tái chế và sử dụng lò hồ quang điện. Tiêu chuẩn Thép Trách nhiệm cạnh tranh sử dụng một thang đo trượt cho phép tiếp tục sử dụng lò cao. Chỉ có tiêu chuẩn duy nhất của GSCC cho phép các nhà lãnh đạo ngành biết và hành động dựa trên tổng lượng phát thải carbon tích lũy trong thép mà họ mua.

Các phương pháp khác để sản xuất thép xanh tuần hoàn như giảm khí hydro có thể xuất hiện, nhưng hiện tại vẫn chưa khả thi. Về lý thuyết, có thể sử dụng hydro xanh (được chiết xuất bằng năng lượng tái tạo thay vì nhiên liệu hóa thạch) thay thế cho khí tự nhiên trong sản xuất thép xanh. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, việc này chưa mang lại lợi ích kinh tế. Năng lượng xanh đã có sẵn dưới dạng năng lượng gió, mặt trời, hạt nhân quy mô nhỏ hoặc địa nhiệt. Trong tương lai, hydro có thể trở thành một phần của danh sách này, nhưng chưa phải lúc này.

Thép phế liệu tái chế hiện đang có nguồn cung tốt, nhưng việc mở rộng thị trường mới ở các khu vực toàn cầu sẽ giúp cân bằng hơn. Gần đây đã có những dự đoán đáng lo ngại về sự thiếu hụt thép phế liệu. Mặc dù điều này có phần chính xác – nhu cầu cao có thể dẫn đến mất cân đối giữa cung và cầu – nhưng thực tế không nghiêm trọng như mô tả.

Tại Mỹ, theo Viện Sắt và Thép Hoa Kỳ, 70 triệu tấn thép phế liệu trong nước đã được sử dụng để sản xuất thép mới, tạo nên một nguồn cung dồi dào. Trên toàn cầu, giải pháp cho các nguy cơ thiếu hụt là phát triển thêm thị trường như những gì đã diễn ra tại Mỹ trong 60 năm qua. Tại châu Á, một số quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn Quốc là những nước lớn trong ngành thép, với nhu cầu rất cao. Đặc biệt, Trung Quốc và Ấn Độ là những nhà nhập khẩu thép phế liệu lớn. Việc mở rộng thị trường thép phế liệu ở châu Á có thể giúp điều chỉnh cân bằng giữa cung và cầu.

Thép tuần hoàn không chỉ là một nguyên liệu mà còn là cơ hội quản lý vòng đời. Thay thế thép nguyên sinh bằng thép tuần hoàn dẫn đến việc cải thiện ngay lập tức Phạm vi 3, nhưng cơ hội lớn hơn là kiểm soát nhiều hơn Phạm vi 3 thông qua việc hoàn toàn chấp nhận tính tuần hoàn. Điều này có nghĩa là xây dựng kế hoạch tái chế sản phẩm hết tuổi thọ ngay từ khâu thiết kế và lập kế hoạch vòng cuối. Khi việc tái chế mở rộng sang các kim loại khác như đồng, việc lập kế hoạch cho tính tuần hoàn hoàn toàn càng trở nên quan trọng hơn.

Tất nhiên, tác động của thép tuần hoàn, Phạm vi 3 và các cân nhắc chiến lược khác nhau theo từng ngành. Dưới đây là ba ví dụ.

Ngành ô tô: Đây là ngành tiêu thụ thép lớn và phải đối mặt với các thách thức phức tạp liên quan đến Phạm vi 1, 2 và 3. Lợi ích của thép xanh tuần hoàn rất rõ ràng. Nhưng ngành này cũng có thể đóng góp lớn cho tính tuần hoàn ở giai đoạn cuối đời, không chỉ với thép phế liệu mà còn với pin xe điện. Khả năng tái chế trong nước cần được phát triển để giữ lại thép, pin và dữ liệu khách hàng của xe điện thay vì xuất khẩu ra ngoài. Cần có sự đầu tư và vận động của ngành để đạt được điều này.

Ngành xây dựng: Nhu cầu về thép xanh để hỗ trợ cho sự bùng nổ xây dựng toàn cầu đang thúc đẩy quá trình đô thị hóa là rất lớn. Nhưng cơ sở hạ tầng cũng mang lại cơ hội khác để tính tuần hoàn phát huy tối đa. Các cơ sở hạ tầng cũ kỹ như cầu và các cấu trúc cần được thay thế có thể trở thành nguồn cung cấp thép phế liệu sẵn sàng để sản xuất thép xanh cho các dự án hạ tầng mới.

Ngành năng lượng: Thép là thành phần thiết yếu cho tương lai năng lượng sạch mới và thép tuần hoàn là cách tốt nhất để đảm bảo quá trình chuyển đổi năng lượng sạch không bị ảnh hưởng bởi các nguyên liệu có lượng carbon tích lũy cao. Tuy nhiên, cơ hội lớn hơn nằm ở tính tuần hoàn cuối đời, trong trường hợp này là tái chế thép từ các cơ sở dầu khí, đường ống và các nhà máy nhiệt điện đang bị loại bỏ. Nhiều cơ sở này đang được chuyển đổi thành cơ sở năng lượng sạch mới như điện gió, mặt trời và hạt nhân mới – tận dụng hạ tầng truyền tải hiện có. Ngành công nghiệp có thể đi đầu trong ứng dụng tính tuần hoàn này và cung cấp thép phế liệu giúp chuyển đổi sang các nguồn năng lượng mới và sạch hơn.

Tóm lại, mỗi thách thức đều có thể biến thành cơ hội. Đối với ngành thép, điều này đồng nghĩa với việc chuyển đổi sang thép tuần hoàn, từ đó đảm nhận vai trò mới như một phần của giải pháp cho vấn đề khí hậu, thay vì là nguyên nhân. Với các ngành công nghiệp, cơ hội nằm ở khả năng giảm phát thải Phạm vi 3 thông qua việc lựa chọn thép xanh và cam kết với tính tuần hoàn – đặc biệt là với thép – để cắt giảm lượng phát thải hơn nữa.