7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
2.1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than làm vật liệu xây
2.1.1. Giới thiệu chung về tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than
Theo [90], than và khí ga vẫn là những cơng nghệ rẻ nhất để xây dựng và vận hành nhà máy điện. Chi phí điện bình đẳng (LCOE - là chi phí cho mỗi đơn vị năng lượng trong tồn bộ vịng đời trung bình của một cơng nghệ, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu, nhiên liệu, chi phí bảo dưỡng, vận hành và ngừng hoạt động) cho một nhà máy điện nhiệt than là 67 – 91 USD/MWh. Đối với một nhà máy chu trình hỗn hợp hoạt động bằng khí tự nhiên, nó là 64 – 91 USD/MWh. Đối với nhà máy điện than nâu, chi phí là 75 – 88 USD/MWh. Đối với các công nghệ năng lượng tái tạo với lượng phát thải thấp, chi phí điện bình đẳng cho điện gió là 85 – 121 USD/MWh. Đối với các trạm năng lượng quang điện mặt trời, chi phí này khoảng 118 – 172
USD/MWh. Điều này có nghĩa là cơng nghệ sản xuất than hiện đại, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường, rẻ hơn 1,3 lần so với năng lượng gió và 1,9 lần so với năng lượng mặt trời. Như vậy, chắc chắn có một vị trí cho than trong việc phát triển hệ thống “năng lượng sạch”, vì sản xuất than sạch có lợi thế cạnh tranh đáng kể so với các công nghệ năng lượng tái tạo về mặt chi phí.
Quy mơ sản xuất điện nhiệt than trên tồn thế giới và xu hướng hình thành chất thải cho thấy cần phải có một giải pháp tồn diện cho vấn đề này. Trên toàn cầu, than vẫn là nguồn nhiên liệu chủ đạo trong ngành sản xuất điện. Tỷ trọng sản xuất điện nhiệt than trong ngành năng lượng toàn cầu là 36,4% [90]. Tại Việt Nam theo số liệu của Bộ Cơng thương, tính đến hết 6 tháng năm 2021 thì nhiệt điện chiếm 51,9% tổng sản lượng điện cho các loại hình khác nhau (hình 2.3).
0,624; 1% 14,69; 11% 30,46; 24% Thủy điện 15,66; 12% 0,002; 0% 66,67; 52%
Nhiệt điện than
Tua-bin khí
Năng lượng tái tạo (gió, mặt trời, sinh khối)
Hình 2.1. Sản lượng điện toàn hệ thống điện Việt Nam luỹ kế 6 tháng đầu năm 2021 (nguồn: Bộ Công thương)
IEA dự đốn việc tiêu thụ than sẽ giảm khơng đáng kể trong tương lai. Do đó, việc tái chế tro, xỉ NMNĐT sẽ vẫn còn và tiếp tục là một vấn đề liên quan tới nhiều quốc gia trên thế giới (Hình 2.4) [83].
Hình 2.2. Sản xuất điện trong kịch bản chính sách mới, năm 2000-2040 (nguồn: [96])
Quá trình đốt than để vận hành các nhà máy nhiệt điện thải ra các phế thải bao gồm: (1) Tro đáy hay còn gọi là xỉ/xỉ đáy lò, là các hạt thơ, to thu được ở đáy lị đốt và (2) Tro bay, là các hạt tro mịn bay lên được thu lại tại lọc bụi và các sản phẩm cháy khác. Xét theo thành phần vật lý thì tro, xỉ thuộc chất rắn, có các kích thước (cỡ
hạt) khác nhau, có các nhiệt độ biến dạng, nóng chảy, đơng kết khác nhau, và màu sắc khác nhau. Thông thường lượng tro bay chiếm khoảng 80 - 90 %, còn tro đáy chỉ chiếm khoảng 10 - 20% lượng tro, xỉ thải ra từ NMNĐT [67].
Tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than đã được nhiều nghiên cứu và thực tiễn trên thế giới chỉ ra là có khả năng tái sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình sản xuất sản phẩm khác cũng như sản xuất vật liệu xây dựng, theo đó có 2 hướng tái sử dụng chính là (1) Sử dụng tro, xỉ tồn chứa trong bãi thải của NMNĐT không qua xử lý trước khi sử dụng và (2) Sử dụng tro, xỉ tồn chứa trong bãi thải của nhà máy nhiệt điện than có tiến hành xử lý trước khi sử dụng. Các giá trị lợi ích có được từ việc sử dụng tro, xỉ đã được khẳng định trong các tài liệu kỹ thuật (Việt Nam và thế giới) trong lĩnh vực vật liệu xây dựng nhằm giải quyết các vấn đề như tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, năng lượng, hạn chế khí thải, chất gây ơ nhiễm, CO2 và giảm diện tích đất lưu trữ.
Nhu cầu sử dụng tro, xỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau ngồi chất lượng và tính chất của chúng. Luật pháp và tiêu chuẩn/hướng sử dụng được ban hành là một trong số các yếu tố quan trọng để tăng lượng tiêu thụ tro, xỉ.