7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu ngoài nước
1.1.4. Các nghiên cứu liên quan đến sử dụng, đánh giá hiệu quả sử dụng tro, xỉ nhà
nhà máy nhiệt điện than
Tro, xỉ có hiệu quả sử dụng ở góc độ kinh tế và mơi trường:
Lượng tro, xỉ phát thải gắn trực tiếp với quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện. Việc quản lý và sử dụng tro, xỉ diễn ra tương đồng ở hầu hết các quốc gia, với các chính sách khuyến khích tăng cường sử dụng [77]. Qua các nghiên cứu và thực tiễn cho thấy việc quản lý và sử dụng tro, xỉ là cần thiết đối với môi trường và xu thế phát triển trong nền kinh tế tuần hoàn hiện nay. Hiệu quả sử dụng tro, xỉ phải được đánh giá trên góc độ tổng thể giữa môi trường và kinh tế. Có nhiều nghiên cứu đã chỉ ra việc sử dụng tro, xỉ ở một số loại hình cơng trình hoặc một số vật liệu là thực sự hiệu quả.
Horvath Arpad [82] đã đánh giá hiệu quả vòng đời về môi trường và kinh tế qua việc sử dụng vật liệu tái chế trong đường bộ (trong đó có sử dụng tro, xỉ của NMNĐT). Nghiên cứu này sẽ định lượng các chi phí về mặt kinh tế, mơi trường và lợi ích của nhựa đường tái chế, và việc sử dụng các phụ phẩm để xây dựng chúng. Trong trường hợp có sự biến động về giá thành của cát và sỏi sẽ cho thấy tầm quan trọng của việc tái chế, đó như là một cách để tiết kiệm chi phí. Tuỳ vào từng trường hợp cụ thể và các chỉ số được sử dụng để đánh giá, việc tái chế thậm chí có thể gây bất lợi về mặt kinh tế (và môi trường). Nơi tập trung vật liệu tái chế gần với địa điểm xây dựng có thể dẫn tới chi phí vận chuyển và tiêu thụ năng lượng ít hơn, nhưng chi phí tổng thể và năng lượng tiết kiệm được còn phụ thuộc vào bức tranh tồn cảnh lớn hơn thế. Ví dụ, sản xuất xi măng ở Hoa Kỳ tiêu tốn 100 USD/tấn, trong khi chi phí của tro bay có thể lên tới 90 USD/tấn. Trong trường hợp này, sự chênh lệch là không đáng kể và nếu như thêm vào chi phí vận chuyển thì có thể chi phí tro bay sẽ vượt q chi phí sản xuất xi măng thơng thường.
Bằng việc sử dụng phương pháp đánh giá vòng đời (LCA - là phương pháp phân tích được sử dụng để đánh giá tất cả các tác động môi trường liên quan đến mọi giai đoạn của vòng đời sản phẩm. Điều này bao gồm khai thác nguyên liệu thô đến giai đoạn chế biến, sản xuất, phân phối, sử dụng, thải bỏ hay tái sử dụng), nhóm tác giả
Rawaz Kurda, José D. Silvestre, Jorge de Brito [94] cho thấy: (1) việc sử dụng tro bay trong hỗn hợp bê tông hiệu quả hơn so với sử dụng cốt liệu tái chế trong việc giảm thiểu lượng khí thải CO2; (2) Lợi ích kinh tế của việc sử dụng cốt liệu tái chế phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách vận chuyển chúng; (3) Việc sử dụng phụ gia làm tăng đáng kể chi phí của bê tơng. Tuy nhiên, việc kết hợp tro bay trong bê tơng làm giảm đáng kể chi phí của bê tơng đó. Do đó, việc sử dụng kết hợp tro bay và cốt liệu bê tơng tái chế làm giảm chi phí của bê tơng và bù đắp cho chi phí của phụ gia siêu dẻo.
Để quản lý việc tăng cường sử dụng tro, xỉ nhiều chủ doanh nghiệp/tập đoàn về nhiệt điện than đã xây dựng các chương trình hành động hoặc xây dựng chiến lược, có lộ trình và kế hoạch thực hiện cụ thể. Ví dụ như chiến lược Eskom [85], đã áp dụng các phương pháp tránh chi phí thay vì mơ hình thu hồi lợi nhuận, xây dựng chiến lược sử dụng tro cho từng nhà máy cụ thể, đầu tư nghiên cứu khoa học công nghệ cho việc ứng dụng tro, xỉ…
Tái chế tro, xỉ - một ví dụ về hiệu quả kinh tế tuần hoàn:
Theo nghiên cứu của EWA STRZAłKOWSKA [80], việc lưu giữ các chất thải CCP có liên quan đến tác động tiêu cực của chúng đối với môi trường. Đây là lý do tại sao việc nghiên cứu về kinh tế tuần hoàn đã được thực hiện trên toàn thế giới, với mục tiêu là tối thiểu lượng tồn trữ lượng CCP. Theo [80] thì kinh tế tuần hồn trong quản lý chất thải nhiệt điện than thì cần phải có cách tiếp cận mới để phát triển ngành cơng nghiệp điện, đó là khi xây dựng mới các tổ máy nhiệt điện than cần quan tâm đến chất lượng than, kiểm sốt các thơng số nhiệt để tạo ra phụ phẩm đốt than có giá trị sử dụng cao, từ đó giúp đạt được các hiệu quả kinh tế mong muốn.
Theo kinh nghiệm của các nước như Mỹ, Đức, Trung Quốc, Ba Lan cho thấy mức độ xử lý tro bay có thể lên tới 70 – 80%, nhờ vào các chính sách của Nhà nước, chuyển đổi mơ hình từ tuyến tính thành tuần hồn, thu hút nhiều bên liên quan, khơi dậy sự quan tâm của các tổ chức tư nhân trong việc xử lý chất thải, kéo dài chu kỳ sản phẩm và tạo ra chuỗi giá trị [90].
Trên tồn cầu, có những nước có mức độ sử dụng tro rất cao. Các nước đi đầu trong lĩnh vực này là Anh và Đức (gần như 100%), Nhật Bản (96%) và Pháp (90,5%),
nơi chất thải tro than gần như được xử lý hồn tồn do các chính sách của chính phủ khuyến khích tái chế chất thải [90]. Tại Hoa Kỳ, vấn đề chế biến tro bay đã được đặt dưới sự kiểm soát của pháp luật kể từ năm 2000. Tám năm sau, lượng tái chế tro bay trong nước đã đạt 70% [92]. Trung Quốc tái chế hơn 80% chất thải từ các nhà máy nhiệt điện. Tại một số NMNĐT việc vận chuyển tro, xỉ đến người tiêu dùng được các nhà máy thực hiện miễn phí. Tại Ba Lan, việc ban hành luật quy định quá trình quản lý chất thải, bao gồm cả tro than bay, đã giúp mức độ tái sử dụng chúng tăng lên 3,5 lần trong 20 năm qua, đạt tới hơn 80% lượng chất thải tạo ra. Các nhà lập pháp Ba Lan đã tăng đáng kể chi phí thuê đất của các bãi chứa tro, điều này đã đánh vào kinh tế của các nhà máy nhiệt điện [102]. Tuy nhiên ở Liên Bang Nga, lượng chất thải tro được xử lý ở Nga chỉ chiếm dưới 10% lượng tro tạo ra, tính đến đầu năm 2017 lượng tro bay tích lũy ở Nga đã vượt 1,5 tỷ tấn. Kết quả khảo sát cho thấy rằng lý do khiến cho các doanh nghiệp tư nhân ở Nga ít quan tâm tới tái chế tro, xỉ là do sự thiếu hụt cơ chế thị trường, thiếu sự kích thích các nhà sản xuất và tiêu thụ tro, rủi ro cao khi thực hiện dự án sử dụng tro, xỉ, và doanh thu mang lại thấp [90].
Các bên liên quan chính quan tâm đến việc tái chế/thải bỏ tro, xỉ là doanh nghiệp phát thải (là các NMNĐT), chính quyền địa phương, cộng đồng, nhà nước và các doanh nghiệp/tổ chức thương mại liên quan. Việc thương lượng giá tro, xỉ giữa chủ phát thải và doanh nghiệp tiêu thụ là một mắt xích quan trọng trong chuỗi giá trị được tạo ra khi tái chế tro, xỉ, cịn lợi ích giữa các bên liên quan có tác động đáng kể đến việc lựa chọn mơ hình kinh doanh của doanh nghiệp phát thải và xu hướng tổng thể của nền kinh tế tuần hồn [90]. Các mơ hình kinh doanh của dự án tái chế tro, xỉ có các bên liên quan tuân theo nguyên tắc của nền kinh tế tuần hồn, trong đó xác định các lợi ích xã hội, kinh tế và mơi trường. Các mơ hình có thể được áp dụng ở giai đoạn đầu của dự án được điều chỉnh kết hợp với các kỹ thuật như phân tích giá trị tiền tệ kỳ vọng (EMV) hoặc giá trị hiện tại ròng (NPV) và các kỹ thuật phịng ngừa rủi ro. Các mơ hình này có thể dùng làm cơ sở cho các quyết định quản lý được đưa ra dựa trên đánh giá quyền lợi của chủ sở hữu, nhà nước, cùng các bên liên quan khác.
Chúng cũng có thể được chính phủ sử dụng để xây dựng các văn bản pháp luật để điều chỉnh thuế và các cơ chế để kích thích q trình tái chế chất thải.
Việc sử dụng tro, xỉ không chỉ tác động đến nguồn khống thạch, mà cịn tác động tới tồn bộ mơi trường tự nhiên. Do đó, đối với trường hợp của tro, xỉ, chúng ta có thể xem xét nền kinh tế tuần hồn một cách có chủ đích, vì chất thải tạo ra có thể được sử dụng làm ngun liệu thơ cho một q trình khác [80].
Thương mại hóa tro, xỉ trong các giao dịch quốc tế đang dần hình thành và phát triển:
Sự thay đổi mạnh mẽ về mơ hình cung và cầu trên tồn thế giới đã làm tăng sự quan tâm đến tro bay như một mặt hàng được giao dịch quốc tế [78]. Tuy nhiên hiện tại tro bay hiện chỉ chiếm phần nhỏ trong thương mại quốc tế (có thể là trao đổi qua các vùng biên giới lân cận hoặc trong các lơ hàng tổng hợp), cịn xỉ chưa ghi nhận việc trao đổi thương mại giữa các nước. Hiện tại mỗi năm Trung Quốc xuất khẩu khoảng 3 triệu tấn tro bay, cịn Ấn Độ cũng xuất sang Trung Đơng khoảng 90 nghìn tấn tro bay. Doanh thu tro bay tồn cầu ước tính đạt 75 tỷ USD vào năm 2015 [78].
Phương tiện vận chuyển có thể dùng tàu/xe của ngành xi măng, các tàu khí nén hoặc sử dụng các bao Jumbo. Để tránh những lo ngại về phát thải bụi tại các cảng xếp dỡ, một số nhà nhập khẩu đã xử lý tro, xỉ với độ ẩm 12 - 15%. Điều này cho phép các tàu hoặc cảng có thiết bị gàu ngoạm xếp hoặc dỡ trên tàu với tác động mơi trường được giảm thiểu [77]. Chi phí vận chuyển là một nội dung làm hạn chế hoạt động buôn bán trao đổi tro, xỉ ở một số khu vực, điều này được thấy rõ ở khu vực Châu Âu. Các nhà vận chuyển sẽ cần tính tốn, so sánh tổng chi phí để lựa chọn hình thức và phương thức vận chuyển [77].
Các rào cản chính đối với việc xuất khẩu bao gồm chi phí vận chuyển trong nước, chi phí cảng, chi phí vận chuyển của các lô hàng tương đối nhỏ và các thủ tục phê duyệt kéo dài đối với giấy phép xuất nhập khẩu và giấy phép vận chuyển. Đối với các nhà kinh doanh tro, xỉ, tất cả những rào cản này đã khiến việc xuất khẩu trở nên kém hấp dẫn hơn so với buôn bán trong nước [75;77].
1.1.5. Các nội dung đúc rút qua tổng quan các cơng trình nghiên cứu ngồi nước
- Ứng dụng của tro, xỉ trong xây dựng dân dụng là một trong những cách tốt nhất giảm thiểu các vấn đề về môi trường và xã hội liên quan tới việc thải bỏ tro, xỉ. Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng là: yêu cầu quá trình tiền xử lý (điều này có thể làm tăng chi phí cho q trình sử dụng); tiềm năng gây ơ nhiễm môi trường và hạn chế về kỹ thuật để thay thế vật liệu xây dựng thông thường với số lượng lớn [82].
- Về mặt số lượng, việc tiêu thụ tro, xỉ có thể được thực hiện một cách hiệu quả nhất thơng qua xây dựng địa kỹ thuật. Tuy nhiên, trong trường hợp này sẽ có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường. Việc thay thế hồn tồn đất thơng thường bằng tro, xỉ cần được cân nhắc kỹ lưỡng, tuân thủ tiêu chuẩn liên quan [82].
- Theo quan điểm môi trường, ứng dụng tro, xỉ trong các sản phẩm tổng hợp gốc xi măng và gốc nhựa đường nên được nhân rộng. Các nguồn cốt liệu tự nhiên đang giảm dần, do đó việc sử dụng các phụ phẩm hay cốt liệu tái chế thay thế cho các cốt liệu tự nhiên được khuyến khích, đặc biệt là khi việc khai phá các mỏ quặng mới có thể dẫn tới phá hủy mơi trường. Thay thế các cốt liệu thơng thường bằng tro, xỉ mang lại lợi ích là bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Từ quan điểm kỹ thuật, nhiều nghiên cứu khuyến cáo rằng nên thay thế một phần tro, xỉ cho vữa và bê tông thông thường, ngoại trừ các ứng dụng vật liệu tổng hợp với mục đích đặc biệt [82].
- Cần có các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai cùng với các ứng dụng nâng cao của tro, xỉ để đẩy nhanh việc ứng dụng tro, xỉ vào nhiều cơ sở hạ tầng khác nhau để có thể tận dụng được hơn nữa các đặc tính của tro, xỉ.
- Cần có sự hỗ trợ từ chính sách để thúc đẩy lợi ích của việc sử dụng tro, xỉ. Việc thành lập hệ thống tín dụng hoặc các tổ chức nghề nghiệp hỗ trợ cho việc tái sử dụng tro, xỉ hoặc chứng chỉ xanh/bền vững của vật liệu xây dựng có thành phần từ tro, xỉ cũng có thể kích thích việc sử dụng tro, xỉ. Ví dụ hệ thống chứng chỉ thông thường như LEED (Leadership in Energy & Environmental Design), ‘Green Globes’, BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method), và CfSH (Code for Sustainable Homes) [82].
- Do đặc tính cơ lý hóa của tro, xỉ là khác nhau vì thế việc quản lý tro, xỉ cũng phải khác nhau. Để sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu thô này và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, không chỉ các cơ quan khoa học cần tiến hành nghiên cứu mà cả các cơng ty nhiệt điện than cũng phải có trách nhiệm phát triển lĩnh vực này [80].
- Việc tăng cường sử dụng tro, xỉ có thể đạt được bằng nhiều cách. Có thể sử dụng các biện pháp khuyến khích về kinh tế. Sự phát triển của các công nghệ cho phép tạo ra được các nguyên liệu với thông số kỹ thuật tương đương, và đơi khi cịn tốt hơn so với nguyên liệu truyền thống, là yếu tố chính để khuyến khích các cơng ty sử dụng tro, xỉ trong quá trình sản xuất của mình. Áp lực mơi trường là một nội dung quan trọng. Khi các tổ chức khơng xử lý tro, xỉ của họ và chi phí cho việc lưu bãi (hoặc chơn lấp) tăng lên, họ sẽ phải tìm cách để tái chế chúng ở mức độ cao hơn trước [80]. Tái chế tro, xỉ - một ví dụ về hiệu quả kinh tế tuần hồn, giúp đạt được mục tiêu kép về mơi trường và kinh tế.
- Thị trường tro bay bước đầu đã hình thành trên thế giới và khá hứa hẹn. Nguồn cung tập trung chủ yếu ở Châu Á, nơi mà nhiệt điện than vẫn chiếm tỷ lệ cao trong cơ cấu nguồn điện.
Các giải kết luận nêu trên là bài học quý, có ý nghĩa thực tiễn cho Việt Nam trong việc quản lý và sử dụng tro, xỉ làm vật liệu xây dựng.
1.2. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong nước
Một số hướng nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện được quan tâm và thực hiện tại Việt Nam bao gồm: Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng, bê tơng các loại (đã được tiêu chuẩn hóa thành Tiêu chuẩn quốc gia - TCVN); Nghiên cứu tro, xỉ thay thế đất sét trong sản xuất clanhke xi măng, gạch đất sét nung; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ cho sản xuất gạch không nung: gạch bê tơng (xi măng-cốt liệu), gạch bê tơng khí chưng áp, bê tơng bọt; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ kết hợp chất kết dính làm lớp móng đường giao thơng; Nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu gia cố nền đất yếu; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm cốt liệu nhẹ cho bê tông [49].
Các thuật ngữ cơ bản liên quan đến tro, xỉ NMNĐT từ các nghiên cứu trong nước sử dụng cũng tương đồng với các nghiên cứu trên thế giới. Theo [49], tro bay là thải phẩm của quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện. Khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra tro than bao gồm hai loại, các hạt tro mịn bay lên rồi thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải gọi là tro bay (thường chiếm 75-85%) và các hạt thơ hơn thu được ở đáy lị đốt gọi là tro đáy hoặc xỉ đáy. Theo tính tốn thiết kế của các nhà máy nhiệt điện, nếu sử dụng than cám trong nước để sản xuất ra 1kWh điện sẽ tiêu tốn khoảng 0,5 kg than và thải ra khoảng 0,18 kg tro, xỉ, thạch cao. Tuy nhiên trong