Một 'Bước Đột Phá' Năng Lượng Mặt Trời Không Giải Quyết Vấn Đề Carbon Của Xi Măng

Ai nói rằng dưới bầu trời không có gì mới chưa từng đặt chân đến Lancaster, California gần đây. Ở đó, ngoại ô sa mạc Mojave, 400 gương lớn, mỗi chiếc có kích thước như một chiếc TV phẳng lớn, nhấp nhô dưới ánh nắng mặt trời. Khuôn mặt phản xạ của chúng được quay về phía một tháp gần đó, đứng lên như một con mắt công nghiệp của Sauron. Mỗi chiếc heliotrope này đều tuân theo chỉ dẫn của một người chỉ huy thuật toán, điều hướng chúng để tập trung tác động của tia mặt trời vào một mục tiêu nhỏ trên tháp. Ở đây, nhiệt độ nổi lên trên 1.800 độ Fahrenheit, tương đương khoảng một phần tư nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời.

Nghe có vẻ như một máy ngày tận thế được phát minh bởi một nhân vật trong truyện tranh, nhưng đây là một thiết bị nhằm giúp cứu thế giới, không phải kết thúc nó. Nó được gọi là Heliomax và siêu năng lực của nó là tạo ra xi măng.

Hệ thống này được phát triển bởi Heliogen, một công ty khởi nghiệp 6 năm tuổi vừa xuất hiện khỏi chế độ ẩn danh vào tuần này và được đầu tư một phần bởi công ty đầu tư của Bill Gates. Mục tiêu của nó là sử dụng năng lượng mặt trời tập trung để cung cấp năng lượng cho các quy trình công nghiệp đòi hỏi nhiều nhiệt độ, như sản xuất thép và xi măng. Những ngành công nghiệp này đóng vai trò quan trọng trong xây dựng nền văn minh hiện đại, nhưng tác động của chúng lên khí hậu đã khiến chúng trở thành mục tiêu hàng đầu trong nỗ lực hạn chế phát thải carbon. Ngành công nghiệp xi măng là một tội phạm đặc biệt nặng nề, thải ra 2 tỷ tấn carbon vào khí quyển hàng năm—nhiều hơn gấp đôi so với ngành công nghiệp hàng không. Thật vậy, mỗi 10 tấn xi măng sẽ sản xuất ra 9 tấn carbon.

Công nghệ của Heliogen có nhiều ứng dụng khả thi, bao gồm cách sản xuất hydro, nhưng công ty dự định làm việc với các nhà máy sản xuất xi măng trước tiên. Theo CEO Heliogen Bill Gross, công ty đã lắp đặt một lò xi măng nhỏ trên đỉnh tháp và sử dụng nó để sao chép bước sản xuất xi măng tốn nhiều carbon nhất. Đó chỉ là một bằng chứng thực nghiệm, nhưng nó đã thành công. Bây giờ công ty đã thoát khỏi chế độ ẩn danh, Gross nói rằng ông và đội ngũ của mình đã nhận được hàng chục yêu cầu từ các công ty xi măng trên khắp thế giới và bắt đầu tìm kiếm đối tác công nghiệp để thử nghiệm công nghệ ở quy mô thương mại. “Xi măng là vật liệu xây dựng linh hoạt nhất; nếu bạn nhìn quanh, nó ở mọi nơi," Gross nói. "Nhưng nó chiếm 8% phát thải. Vì vậy, chúng tôi bắt đầu từ xi măng trước vì những ngành công nghiệp nặng này chưa từng bị ảnh hưởng bởi nguồn năng lượng tái tạo."

Đây là một giải pháp sáng tạo được nhiều người ca ngợi là một bước đột phá, nhưng Heliogen không phải là người đầu tiên theo đuổi con đường này. Dự án châu Âu có tên Solpart nhằm tạo ra một nhà máy xi măng sử dụng năng lượng mặt trời một cách phần nào tại Tây Ban Nha vào năm 2025. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu của nó đã sử dụng một lò phản ứng năng lượng mặt trời thử nghiệm ở Pháp để sao chép bước giống như Heliogen đã thể hiện ngay bây giờ.

Bước tạo ra nhiều carbon này được gọi là quá trình calcination và nó xảy ra sớm trong quá trình sản xuất, theo Gkiokchan Moumin, một sinh viên tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Mặt Trời của Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Đức và là một thành viên của Solpart. Để tạo xi măng, đá vôi bị nghiền nhỏ và đưa vào một lò và được nung chảy ở nhiệt độ khoảng 1.500 độ Fahrenheit, tại đó nó phân hủy thành vôi và carbon dioxide. Sử dụng năng lượng tái tạo để cung cấp năng lượng cho bước này sẽ giúp giảm đáng kể lượng carbon của ngành công nghiệp xi măng—và Solpart đã chứng minh điều này là khả thi.

Đội ngũ Solpart đã sử dụng lò lớn nhất thế giới tại miền nam nước Pháp và thử nghiệm hai thiết kế bộ lọc xi măng khác nhau. Một là lò quay và một là lò chất lỏng nổi, giống như một máy xay thịt cho đá. Các bộ lọc được đặt trong một máy nhận được kích thước của một container và sau đó được bắn bằng 1 megawatt năng lượng mặt trời tập trung được phản chiếu từ một gương parabolic phân khúc có kích thước như một tòa nhà 17 tầng.

Cả hai lò lọc xi măng đều hoạt động, nhưng thiết kế tổng thể còn rất xa so với một cơ sở thương mại, theo Jan Baeyens, giám đốc điều hành của Công nghệ Bột Châu Âu và một thành viên của đội Solpart. Trước hết, hệ thống cần một loại lưu trữ năng lượng để sản xuất xi măng không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời có sẵn vào thời điểm đó. Và nó cần nung nhiều đá hơn nữa, tăng từ vài chục kilogram lên đến vài nghìn tấn xi măng mỗi ngày.

Moumin nói rằng thách thức sau cùng là một trong những lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi nhất của đội Solpart. Đó là một vấn đề mà Heliogen cũng sẽ phải giải quyết khi kết nối với một nhà máy xi măng thương mại.

Sự khác biệt giữa hai hệ thống là ở cách Heliogen và Solpart sử dụng mảng gương của họ để tập trung ánh sáng mặt trời. Heliogen đang sử dụng thị giác máy để liên tục điều chỉnh vị trí của các gương để luôn chỉ vào điểm tối ưu nhất. Điều đó cho phép nó đạt được xấp xỉ cùng nhiệt độ với lượng năng lượng ít hơn nhiều, cuối cùng là đổ khoảng 300 kilowatt vào một khu vực chỉ lớn hơn một chút so với một cái rổ bóng rổ. “Chúng tôi có một tấm thép silic điều chỉnh mà ánh sáng chiếu vào và nó đang sáng trắng chói từ toàn bộ năng lượng đó,” Gross nói. “Thật điên rồ.”

Hiện tại, cả hai hệ thống của Solpart và Heliogen vẫn là những chứng nhận thực nghiệm ấn tượng của một khái niệm tương lai rất hiện đại. Nếu thành công trong việc cung cấp năng lượng cho sản xuất xi măng bằng ánh sáng mặt trời, đó sẽ là một bước lớn đến tính bền vững trong một ngành công nghiệp đã cố gắng giảm phát thải carbon. “Tôi nghĩ nhiều nhà máy xi măng sẽ muốn sử dụng nhiên liệu thay thế,” Jeremy Gregory, giám đốc điều hành Hub Bền vững Bê tông của MIT nói.

Công nghiệp không dễ dàng giảm lượng carbon, Baeyens từ Solpart nói ông ta hoài nghi về khả năng có nhà máy xi măng hoàn toàn chạy bằng năng lượng mặt trời do biến động ánh sáng mặt trời, vì vậy các hoạt động kết hợp là khả năng cao hơn, kết hợp năng lượng mặt trời với nhiên liệu thay thế như sinh khối. Gross của Heliogen cũng nhận thức về giới hạn của năng lượng mặt trời. Anh ấy ước tính chỉ có khoảng một nửa số nhà máy xi măng trên thế giới có đủ diện tích để đặt hệ thống Heliomax tại chỗ, giả sử họ muốn vậy.

Nhưng ngay cả khi mọi lò nung xi măng chạy hoàn toàn bằng photons, ngành công nghiệp vẫn sẽ sản xuất một lượng carbon không bền vững vô cùng lớn. Việc sử dụng năng lượng mặt trời để vận hành các lò chỉ chiếm khoảng 40% lượng carbon của xi măng. Hơn nữa, hầu hết khí thải của nó đến từ các quá trình hóa học diễn ra trong khi đá vôi đang được nung chảy. Vì vậy, ngay cả với các lò chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời, sản xuất xi măng toàn cầu vẫn sẽ phát ra khoảng 1,2 tỷ tấn CO₂ hàng năm. Để hiểu rõ hơn, đó vẫn là 30% nhiều hơn toàn bộ ngành công nghiệp hàng không.

Một giải pháp toàn diện hơn sẽ kết hợp các lò chạy bằng năng lượng mặt trời với vật liệu xi măng mới hoặc các công nghệ thu hồi carbon. Có nhiều ý tưởng về xi măng thay thế, nhưng cho đến nay, chưa có ý kiến đồng thuận rộng rãi nào. Ứng cử viên tổng thống đảng Dân chủ Andrew Yang, ví dụ, đã đề xuất rằng chính phủ liên bang nên đầu tư vào nghiên cứu về các loại xi măng có thể bắt giữ carbon trong không khí. Những loại xi măng như vậy đã tồn tại; chỉ là chúng quá đắt đỏ để sản xuất.

Công nghệ thu hồi carbon cũng gặp khó khăn trong việc đạt được tiến triển do nhiều vấn đề về công nghệ và vấn đề về nguồn lực tài chính. Gross nhận thấy có nhiều cơ hội tốt hơn cho việc thu hồi carbon với Heliomax. Các lò của họ thải ra CO₂ tinh khiết, khác biệt so với khói bẩn của các lò chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, điều mà anh ấy nói là làm cho việc thu hồi dễ dàng hơn. Tuy nhiên, công ty vẫn cần phải chứng minh có một cách kinh tế để thực hiện điều này.

Hệ thống năng lượng mặt trời của Heliogen có thể giải quyết một phần lớn vấn đề carbon của ngành xi măng, nhưng ngành này vẫn cần thêm những giải pháp cụ thể hơn.

Các bài viết tuyệt vời khác trên Mytour

• Cuộc sống kỳ lạ và cái chết bí ẩn của một nhà lập trình tài năng
• Danh sách mong muốn 2019: 52 món quà tuyệt vời bạn sẽ muốn giữ lại cho chính mình
• Làm thế nào khủng bố khí hậu đang giết chúng ta, qua 9 biểu đồ đáng sợ
• Tại sao bạn bè của tôi trở thành một cửa hàng tạp hóa trên Instagram
• Cách khóa dữ liệu về sức khỏe và thể dục của bạn
• 👁 Một cách an toàn để bảo vệ dữ liệu của bạn; ngoài ra, tin tức mới nhất về Trí tuệ Nhân tạo
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Hãy kiểm tra những lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho các bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất.