Công nghệ đột phá luyện sắt từ bùn đỏ giúp Trung Quốc tiến gần mục tiêu thép xanh và an ninh tài nguyên ra sao?

[NhatDuy]

Trong bối cảnh áp lực môi trường gia tăng và an ninh tài nguyên trở thành vấn đề toàn cầu, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được một bước tiến quan trọng khi phát triển thành công công nghệ luyện sắt bằng hydro xanh, cho phép chiết xuất sắt hiệu quả từ bùn đỏ, loại chất thải lớn của ngành công nghiệp nhôm.

Công nghệ này không chỉ nâng cao tỷ lệ thu hồi sắt mà còn giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon, biến bùn đỏ từ gánh nặng môi trường thành nguồn tài nguyên có giá trị, phù hợp với xu hướng trung hòa carbon và phát triển xanh trên thế giới.

Bùn đỏ và bài toán môi trường kéo dài nhiều thập kỷ​

Bùn đỏ là chất thải còn lại sau quá trình tinh chế nhôm từ quặng bauxite, chứa chủ yếu oxit sắt, oxit nhôm cùng nhiều hợp chất kiềm có hại. Việc tích tụ bùn đỏ chiếm diện tích đất lớn, có độ kiềm cao và tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm đất, nguồn nước nếu lưu trữ lâu dài. Trên toàn cầu, lượng bùn đỏ tồn đọng đã vượt 4 tỷ tấn, trong đó Trung Quốc, một trong những quốc gia sản xuất nhôm lớn nhất thế giới, cũng đang đối mặt với khối lượng bùn đỏ rất lớn.

Trong nhiều năm, xử lý bùn đỏ là thách thức chung của ngành nhôm và thép. Các phương pháp truyền thống chủ yếu dựa vào nấu chảy ở nhiệt độ cao hoặc trung hòa hóa học để giảm độ kiềm và cố gắng thu hồi sắt. Tuy nhiên, những cách làm này tiêu tốn nhiều năng lượng, phát thải lượng lớn khí carbon dioxide và có chi phí cao. Công nghệ luyện sắt truyền thống thường cần nhiệt độ từ 1200°C trở lên, tỷ lệ thu hồi sắt thường không vượt quá 40%, đồng thời tạo ra nhiều cặn kiềm khó xử lý, làm gia tăng gánh nặng môi trường và chi phí hậu xử lý.

Công nghệ luyện sắt bằng hydro xanh và đột phá về hiệu suất​

Để giải quyết bài toán trên, các nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển công nghệ luyện sắt bằng hydro xanh dựa trên việc sử dụng plasma hydro. Hydro được ion hóa thành các hạt năng lượng cao, có khả năng phá vỡ chính xác liên kết hóa học của oxit sắt trong bùn đỏ, từ đó tách sắt với hiệu quả vượt trội. So với công nghệ truyền thống, nhiệt độ phản ứng đã giảm từ khoảng 1200°C xuống còn gần 900°C, giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng. Thời gian phản ứng cũng được rút ngắn mạnh, từ hàng giờ xuống chỉ còn vài phút, qua đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

Quan trọng hơn, tỷ lệ thu hồi sắt đạt tới 88,1%, cao gấp hơn hai lần so với phương pháp cũ, trong khi hàm lượng sắt thu được đạt 71%, vượt xa chất lượng sắt cấp thấp trước đây. Việc sử dụng hydro làm chất phản ứng chính giúp quá trình gần như chỉ tạo ra nước, không phát sinh cặn kiềm cao và hầu như không phát thải, góp phần giảm đáng kể khí nhà kính và hỗ trợ mục tiêu trung hòa carbon toàn cầu.

Tác động kinh tế, công nghiệp và triển vọng toàn cầu​

Ngoài sắt, bùn đỏ còn chứa nhiều nguyên tố có giá trị như đất hiếm, nhôm và titan. Trên cơ sở công nghệ hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tiếp tục hướng tới mô hình sản xuất đồng thời sắt và đất hiếm từ bùn đỏ, nhằm nâng cao hơn nữa giá trị kinh tế của loại chất thải này. Thành công của công nghệ không chỉ mở đường cho thép xanh mà còn mang lại tư duy mới về tái chế tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Trong nước, một số doanh nghiệp nhôm và thép đã triển khai thử nghiệm quy mô thí điểm tại Quảng Tây và các khu vực khác, đạt sản lượng tái chế bột sắt hàng năm lên tới hàng trăm nghìn tấn. Điều này tạo nền tảng cho việc ứng dụng quy mô lớn trong tương lai. Dù chi phí hiện tại vẫn cao hơn một chút so với quặng nhập khẩu, lợi ích tổng thể vẫn đáng kể nhờ giảm chi phí vận chuyển đường biển và thuế quan. Khi công nghệ tiếp tục hoàn thiện, chi phí khai thác sắt từ bùn đỏ được kỳ vọng sẽ đạt mức cạnh tranh với quặng truyền thống trong vài năm tới.

Ở góc độ chuỗi công nghiệp, công nghệ này giúp ngành thép giảm áp lực thiếu hụt tài nguyên, đồng thời thúc đẩy các ngành thượng nguồn và hạ nguồn phát triển. Các nguyên tố đất hiếm, nhôm và titan tách ra từ bùn đỏ sẽ trở thành nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp mới nổi, góp phần hình thành vòng tuần hoàn kinh tế hoàn chỉnh. Trên phạm vi quốc tế, Trung Quốc đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế liên quan và lên kế hoạch xuất khẩu công nghệ cho các doanh nghiệp nhôm ở nhiều quốc gia, trong đó có Đức. Sự quan tâm ngày càng tăng từ các tập đoàn thép và nhôm toàn cầu cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi và sức cạnh tranh của công nghệ này.

Từ một loại chất thải công nghiệp khó xử lý, bùn đỏ đang dần được chuyển hóa thành nguồn tài nguyên chiến lược. Công nghệ luyện sắt bằng hydro xanh không chỉ giải quyết bài toán môi trường và tài nguyên trong nước mà còn mang lại giải pháp có thể nhân rộng cho toàn cầu, thể hiện năng lực đổi mới khoa học công nghệ và vai trò ngày càng lớn của Trung Quốc trong lĩnh vực công nghệ cao. (Sohu)