TiaSang
Thứ 6, Ngày 15 tháng 11 năm 2019
Đổi mới sáng tạo

Tương lai an toàn hơn cho tro than từ nhiệt điện ?

08/09/2011 09:38 -

Tro than thải ra từ các nhà máy  nhiệt điện có thể được tái chế thành rất nhiều loại vật liệu khác nhau, từ bê tông cho tới phân bón. Thâm chí các hãng sản xuất đang tìm cách dùng loại tro này để chế tạo xe bọc thép siêu nhẹ hoặc để thu dọn dầu loang.

Người tiêu dùng hằng ngày không phải nhìn thấy bụi than thải ra từ các nhà máy sản sinh ra nguồn điện phục vụ mỗi khi họ bật đèn hay chạy máy điều hòa. Nhưng ở các nhà máy nhiệt điện, tro bay bám dày thêm từng ngày, trong đó chứa đầy kim loại nặng và các chất độc– đây là một trong những chất thải khó xử lý nhất trong thế giới hiện đại.

Làm sao để vừa khuyến khích tái chế và sử dụng tro than vừa kiểm soát được các mối nguy hại vẫn đang là một thách thức với các nhà hoạch định chính sách khắp thế giới.

Ở Mỹ, người ta vẫn chưa quên về vụ thảm họa tràn bụi than đã tàn phá đất đai, sông ngòi và nhiều nhà cửa trong phạm vi 121 ha ở bang Tennessee hồi năm 2008. Tới nay, Chính phủ Mỹ và ngành điện vẫn đang tranh luận về cách xử lý trong tương lai cho những chất thải nguy hiểm của hoạt động sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch.

Tin vui là chất thải từ các nhà máy điện chạy than không cần phải bỏ đi.

Nó có thể được tái chế thành rất nhiều loại vật liệu khác nhau, từ bê tông cho tới phân bón. Tro bay, một dạng chất bột silic dioxyt rất mịn, là một phần trong dòng thải tro than, thực ra có nhiều đặc điểm vật lý và hóa học giúp gợi ra những ý tưởng ứng dụng mới. Các hãng sản xuất đang tìm cách dùng tro bay để chế tạo xe bọc thép siêu nhẹ hoặc để thu dọn dầu loang.
Nhưng các nhà hoạch định chính sách trên thế giới đang đối mặt với một thách thức khó khăn: Làm thế nào để khuyến khích việc tái sử dụng tro than an toàn, đồng thời hạn chế việc sử dụng theo cách không an toàn và bảo vệ người dân cũng như hệ sinh thái khỏi nguy cơ ngày càng tăng khi mà những bãi thải và bãi chôn tro than đang ngày một tăng.

Hồi chuông cảnh báo

Tro bay và những chất khác trong tro than hợp thành một trong những nhóm chất thải lớn nhất ở Mỹ: hơn 136 triệu tấn mỗi năm. Ở châu Âu, chất thải từ quá trình đốt than lên đến 100 triệu tấn mỗi năm, theo một số ước tính. Không có số liệu về Trung Quốc nhưng vì nước này hiện đã đốt nhiều than hơn cả Mỹ nên chắc chắn lượng chất thải là đáng kể. Các nhà khoa học ở Viện Vật liệu Xây dựng Trung Quốc và Viện Thông tin Công nghệ về Công nghiệp Vật liệu Xây dựng tính toán rằng đất nước họ tới nay đã thải ra tổng cộng khoảng 2 tỷ rưỡi tấn tro than.

Trong nhiều năm, các chuyên gia và cộng đồng đã cảnh báo rằng cách xử lý tro than thông thường – chôn xuống đất – dẫn đến nguy cơ đối với nguồn nước ngầm và cả với người dân sống gần vùng xử lý. Vấn đề trở thành trung tâm dư luận vào ngày 22/12/2008, khi một bể chứa tro than ở nhà máy điện Kingston Fossil Fuel, phía Tây Knoxville, bang Tennessee (Mỹ) bị vỡ.

Khoảng 4 triệu m3 tro than ướt tràn ra khỏi nhà máy, làm ô nhiễm sông Clinch và Emory, bao phủ khu vực lân cận, phá hủy ba ngôi nhà và làm hư hại hàng chục căn khác. Đó được coi là tai nạn tràn chất thải công nghiệp tồi tệ nhất ở Mỹ và buộc Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) Mỹ phải thực hiện một cuộc tái thẩm định việc quản lý tro than.

Hè năm ngoái, EPA đưa ra hai hướng tiếp cận mới: Hoặc đề ra tiêu chuẩn mới của liên bang (về xử lý tro than) và để các bang tự thực thi hoặc áp đặt quyền lực lớn hơn cho EPA để buộc các ngành điện và các ngành công nghiệp khác phải bắt đầu xử lý tro than như một chất thải nguy hiểm. Nhưng từ đó tới nay, tình hình không tiến triển tốt khi cơ quan này bị phản đối dữ dội vì có ý kiến cho rằng việc chỉ định [tro than] là nguy hiểm sẽ ngăn cản việc tái chế vốn có thể giúp kiểm soát vấn đề tro than.

“Luận điểm của chúng tôi là, cách tốt nhất để giải quyết vấn đề chất thải chính là không đổ (chất thải) đi” khẳng định từ John Ward, phát ngôn viên của Hiệp hội Tro than Hoa Kỳ, một tổ chức quy tụ các công ty năng lượng và tái chế.


Tro than từ một nhà máy nhiệt điện che phủ đường phố Delhi, Ấn Độ

Nhưng việc vứt bỏ tro than vẫn đang diễn ra ở Mỹ và mọi nơi khác. Khoảng 60% tro than ở Mỹ được đem chôn; tỷ lệ này ở châu Âu là 50%. Ở Trung Quốc, tỷ lệ tái chế là 30% mặc dù Chính phủ nước này đã có chương trình nâng mức tái chế lên 75% từ năm 2005.

Nhưng đến đây thì vấn đề còn phức tạp hơn, vì nhiều tổ chức bảo vệ môi trường lên án việc sử dụng sản phẩm từ tro tái chế mà các công ty công nghiệp vẫn coi là có lợi. Việc dùng tro than làm nhựa đường, đê kè, phân bón hoặc để lấp những khu mỏ bỏ hoang – sử dụng khoảng 7 triệu tấn tro than chỉ riêng ở Mỹ năm 2009 – bị các nhà hoạt động môi trường cho là phát tán mối nguy ra cộng đồng và môi trường. Trong tro than có chứa asen, thủy ngân, than chì và các kim loại nặng khác. Và thậm chí từ trước vụ tràn tro Kingston hồi năm 2007, EPA đã phát hiện được ít nhất 70 trường hợp tro than làm chết cá hoặc gây ô nhiễm đất và nước.

Ward lập luận rằng nếu có các lớp lót tốt ngăn không cho tro bay tiếp xúc với nước thì vật liệu này là an toàn.

Nhốt tro vào bê tông


Có một ứng dụng được công nhận rộng rãi là an toàn: Các tính chất hóa học của tro bay biến nó thành một chất phụ gia gần như hoàn hảo cho xi măng trong bê tông và các nhà sản xuất bê tông đã sử dụng nó từ nhiều thập kỷ.

Chính rào cản về kỹ thuật, chứ không phải giá thành, đang hạn chế việc sử dụng rộng rãi tro than trong bê tông, theo lời Lura Schmoyer, thuộc West Main Consultants, tập đoàn đang điều hành chương trình Cool Climate Concrete. Họ muốn thuyết phục các nhà sản xuất bê tông dùng tro than và các vật liệu tái chế khác như vỏ trấu để cắt giảm lượng phát thải carbon từ quá trình sản xuất xi măng.

Mặc dù tro than là miễn phí – chỉ cần mang xe đến chở đi – nhưng không dễ thu được và sử dụng nó. “Một công ty bê tông chưa từng sử dụng loại nguyên liệu tái chế nào trong sản phẩm của mình sẽ cần phải phát triển những thiết kế mới để kết hợp những nguyên liệu ấy”, Schmoyer nói. Và “dù bạn có tin hay không thì vẫn có rất nhiều công ty bê tông không kết hợp sản phẩm tái chế”, bà nói. Cơ sở hạ tầng cũng là một vấn đề; tro bay cần phải được trữ tách biệt với những nguyên liệu khác và các nhà sản xuất cần có nguồn cung đáng tin cậy và ổn định kèm theo một tuyến vận chuyển tro từ nhà máy điện tới nhà máy bê tông.


“Trong một thế giới lý tưởng”, Schmoyer nói, “mọi công ty bê tông đều sử dụng tối đa nguyên liệu tái chế cho xi măng thông thường (OPC)”.  Mỗi một tấn xi măng thường được sản xuất – bằng cách nung đá vôi với đất sét ở nhiệt độ vài nghìn độ C – tạo ra bốn phần năm tấn CO2. Và với 62 triệu tấn xi măng được sản xuất ở Mỹ năm 2010, việc giảm sự phụ thuộc vào xi măng sẽ có lợi đáng kể cho môi trường.

Không may là, theo Schmoyer, vì thị trường nhà đất khủng hoảng nên nhu cầu bê tông cũng giảm đến mức ngay cả trong thế giới lý tưởng, nước Mỹ vẫn thặng dư tro bay. Có thể một cuộc bùng nổ thị trường nhà đất nữa sẽ giúp nhốt được tro bay vào bê tông, nhưng từ nay tới lúc đó, đâu là cách để xử lý tro tốt nhất?

Chiến hạm siêu nhẹ và máy hút dầu tràn

Đây là dịp để khoa học công nghệ thể hiện tính sáng tạo. Tro bay có một số đặc tính giúp cho nó phù hợp hoàn hảo trong một số ứng dụng dường như rất khác thường.
Ngoài việc là một phụ gia hữu ích cho bê tông và có thể thay thế hoàn hảo cho đất sét trong gạch (hãng CalStar ở bang Wisconsin mỗi năm xuất xưởng nhiều triệu viên gạch có 40% thành phần là tro bay), những hạt tro này còn đủ vững chắc để làm chất phụ gia siêu nhẹ cho nhiều hợp chất kim loại.

Nikhil Gupta ở Viện Bách nghệ, Đại học New York và Pradeep Rohatgi ở Đại học Wisconsin-Milwaukee đã phát triển và thử nghiệm các hợp chất kim loại trong đó 50% thành phần là tro bay thay cho nhôm. Chất liệu tổng hợp giữa kim loại và tro bay với tỷ lệ tro thấp hơn, khoảng 20-30% theo khối lượng, vẫn cứng như hợp kim bình thường nhưng nhẹ hơn rất nhiều. Gupta đã được Phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ và nhiều cơ quan Chính phủ khác tài trợ. Một ứng dụng đang được nghiên cứu là khả năng dùng các hợp chất mới này để chế tạo chiến xa hoặc chiến hạm nhẹ hơn.

Một ứng dụng không bình thường khác: phân tử tro than có cấu trúc hóa học rất dễ điều khiển để hấp thụ dầu. Sudipta Seal từ Đại học Trung Florida đã tạo ra được một loại phân tử tro bay “chức năng” mà ông gọi là OOPS, viết tắt của Oil Optimized Particle Surfaces (Bề mặt phân tử dầu tối ưu hóa). Công trình này được Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ tài trợ từ không lâu sau vụ tràn dầu ở giàn khoan Deepwater Horizon trong vịnh Mexico hồi năm ngoái.

Mặc dù công nghệ này vẫn chưa bước ra khỏi phòng thí nghiệm nhưng nó rất hứa hẹn. Các phân tử tro than hút dầu nhưng lại không hút nước nên chúng có thể được bơm lên bề mặt vùng có dầu tràn và được thu hồi sau khi đã hút đủ dầu. Các phân tử này vượt trội so với công nghệ hút dầu tràn hiện nay, vì theo lời Seal, nguyên liệu thô luôn luôn có sẵn và tro sau khi đã hấp thụ dầu lại có thể đem về dùng để chạy các nhà máy nhiệt điện. Nhưng ông cũng phải thừa nhận rằng các nhà máy nhiệt điện sẽ cần có thiết bị đặc biệt để đốt tro trộn lẫn dầu. Seal cho biết quy trình OOPS đã được đăng ký bằng phát minh và được chứng minh là không gây thoát ra chất độc từ tro bay.

Đối phó với nguy cơ

Mặc dù các ý tưởng này rõ ràng là mới chỉ ở giai đoạn đầu nhưng các tập đoàn công nghiệp đã kiến nghị rằng chúng sẽ không thể được triển khai ứng dụng nếu như EPA xếp tro than vào nhóm chất thải nguy hiểm. Cơ quan này đã thấy trước được quan ngại này nên họ nhấn mạnh rằng sẽ loại trừ tro bay tái chế khỏi diện phải chịu luật. Nhưng điều này chưa làm vừa lòng các công ty.

“EPA chỉ nói là họ sẽ không đưa [tro than] tái chế vào diện chịu luật nhưng họ sẽ không miễn được cho chúng tôi cái cảnh bị thị trường coi là buôn bán chất thải nguy hiểm”, Ward nói.
Tom Pounds, giám đốc điều hành CalStar, công ty sản xuất gạch từ tro bay, cũng đồng tình: “Không khó để tưởng tượng ra rằng những người không muốn thấy tro bay được ứng dụng rộng rãi hơn sẽ gây dư luận lo lắng cho thị trường”.

Nhưng Scott Slesinger, Giám đốc pháp luật của Hội đồng Bảo vệ Tài nguyên Quốc gia Hoa Kỳ, nói rằng về mặt kinh tế thuần túy thì lập luận của các công ty là không có căn cứ. Lịch sử quản lý chất thải nguy hiểm dài 30 năm của EPA đã cho thấy rằng luật là công cụ khuyến khích chứ không phải hạn chế việc tái chế và tái sử dụng. “Nếu một thứ là chất thải nguy hiểm thì nó sẽ phải được đưa tới bãi chôn chất thải nguy hiểm. Chi phí xử lý không phải là rẻ nên tái chế sẽ hấp dẫn hơn”. Người ta sẽ nói, “Chà, tôi chẳng muốn trả phí đổ chất thải nguy hiểm”. Như vậy, lượng tái chế sẽ tăng.


Ô nhiễm tro than ở Tennessee năm 2008 khi một bức tường của bãi thải rộng 80 hecta của một nhà máy nhiệt điện bị vỡ

Về sự kỳ thị của người tiêu dùng, EPA nhận định rằng người tiêu dùng “nói chung là thoải mái” với các sản phẩm khác cũng được coi là chất thải nguy hiểm, chẳng hạn như dầu máy, một số chất tẩy rửa và ống phóng tia cathode (bóng đèn hình tivi). Slesinger cho biết, trong đề xuất về tro than, EPA yêu cầu cộng đồng cho ý kiến hoặc đưa ra ví dụ về các trường hợp mà ứng dụng có ích bị suy giảm đi sau khi một thành phần nào đó bị xếp vào nhóm chất thải nguy hiểm. “Chẳng ai nói gì cả,” Slesinger cho biết.

Nhưng dự luật vẫn còn gây tranh cãi sâu sắc khi mà các nhà phê bình theo Đảng Cộng hòa ở Capitol Hill đe dọa sẽ tước quyền của EPA để không cho họ kiểm soát tro than bằng ngân sách. Tháng trước, EPA đã chuẩn bị tổ chức thảo luận về đề xuất của họ và các nhà quan sát cho rằng việc này có thể trì hoãn đạo luật mới về tro than cho tới kỳ bầu cử 2012.

Trong lúc này, vấn đề tro than ngày càng nghiêm trọng. Mùa hè này, chánh thanh tra của Tennessee Valley Authority – giới chức địa phương đang là tâm điểm chú ý về vấn đề tro than – đã đánh giá quy mô vấn đề và phát hiện ra nước ngầm bị ô nhiễm vì chất độc từ các bãi tro than của tám trong số chín nhà máy nằm trong diện bị giám sát.

Hoàng Minh dịch từ bài viết của Rachel Kaufman, National Geographic, đăng ngày 15/08/2011; http://news.nationalgeographic.com/news/energy/2011/08/110815-safer-ways-to-reycle-fly-ash-from-coal/
Tags: