Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng tro bay trong ngành Xây dựng

Việt Nam hiện đang là quốc gia sản xuất lượng xi măng lớn thứ 5 thế giới. Được biết đến là loại nguyên liệu sản xuất có nguồn gốc tự nhiên và đang có nguy cơ cạn kiệt. Nhằm giảm thiểu nguồn khai thác quá mức sản lượng xi măng cho phép, chỉnh phủ và các ban ngành liên quan đã và đang có những động thái tích cực với mục đích nghiên cứu và ứng dụng những sản phẩm tái chế tro bay thành nguyên liệu phục vụ cho ngành xây dựng.

1. Nguồn gốc của tro bay

Tro bay là gì? Đây chính là loại phế thải được hình thành từ quá trình đốt than của các nhà  máy nhiệt điện. Chúng là những hạt bụi mịn có màu xám, trọng lượng siêu nhẹ, dễ dàng bay trong không khí. Loại phế thải này nếu không được thu gom, tận dụng sẽ không chỉ là một sự lãng phí lớn mà còn là một hiểm họa đối với môi trường – nhất là trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp hiện nay.

Việc thiếu hụt tài nguyên như xi măng đã dẫn đến việc phát triển các công nghệ sử dụng tro, xỉ nhiệt điện trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng như: tro bay làm phụ gia cho xi măng, phụ gia cho bê tông, vật liệu san lấp,..

Sản phẩm tro bay có 3 loại cơ bản, bao gồm: tro bay khô rời SCL – Fly ash, tro bay SCL – Fly ash khô bao Jumbo và tro bay ẩm SCL – Fly ash. Trong đó, thành phẩm chính của quá trình tuyển ướt là tro bay ẩm, sau khi được sấy khô sẽ là tro bay khô rời.

Lượng tro được sử dụng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng, cụ thể bao gồm: 

• Nguyên liệu sản xuất xi măng : 26,9 % 
• Phụ gia cho xi măng hỗn hợp: 14,5% 
• Phụ gia cho bê tông: 29,5 
• Chế tạo block bê tông: 5,8% 
• Vật liệu làm đường giao thông và san lấp: 19% 
• Hoàn nguyên mỏ: 3,4% 
• Các vật liệu khác: 1% 

Tro bay đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bê tông trên thế giới hơn 50 năm qua. Phần lớn lượng tro bay trên thế giới được tồn chứa dẫn đến gánh nặng kinh tế môi trường và tác động đáng kể đến sinh thái và xã hội nên cần có các ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau để thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng tro bay nhiệt điện.

2. Thực trạng ứng dụng tro bay tại Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam, hơn 15 triệu tấn tro, xỉ được thải ra mỗi năm chủ yếu từ các nhà máy điện phía Bắc. Hầu hết lượng tro, xỉ nhà được vận chuyển ra ngoài bãi thải không được sử dụng về lâu dài sẽ tác động xấu đến môi trường, đồng thời lãng phí nguồn tài nguyên. 

Các kết quả điều tra cho thấy môi trường đất và nước ở quanh bãi thải tro, xỉ bị ảnh hưởng nghiêm trọng với hàm lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao. Bản thân ngành điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro, xỉ, hoặc không có điều kiện khai thác. Người dân quanh khu vực các bãi xỉ thải động khai thác một cách tự phát, chủ yếu là làm gạch xây nhà hoặc bán lại cho các cơ sở có đầu tư hệ thống tuyển tro. 

Việc tự phát, mạnh ai nấy làm dẫn đến lộn xộn trong và quanh khu vực bãi thải cùng với vận chuyển rơi vãi đã khiến không gian cả khu vực luôn mù mịt bụi xỉ than, ô nhiễm môi trường. Với khối lượng lớn tro, xỉ thải của các nhà máy nhiệt điện than hiện nay cần phải có hàng trăm hecta đất để làm bãi chứa. Ngoài ảnh hưởng đến diện tích đất nông nghiệp còn ảnh hưởng đến môi trường đất, nước và đời sống của người dân trong các vùng lân cận. 

Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng tro bay dùng để thay thế một phần xi măng trong ngành xây dựng đã và đang là nhiệm vụ ưu tiên và cấp thiết cần được triển khai. 

3. Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng tro bay trong ngành vật liệu xây dựng

Thực tế cho thấy, việc cấp thiết cần giải quyết là xử lý và sử dụng tro bay không chỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng mà còn mở rộng vào các mục đích khác. 

Các sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu ngành xây dựng đã được công bố tại 53 quốc gia và 2 tổ chức (WTO và EP). Trong đó, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Hoa Kỳ và Đức là 5 quốc gia dẫn đầu về vấn đề này. Qua đó cho thấy, nghiên cứu và ứng dụng tro xỉ sản xuất vật liệu ngành xây dựng rất phát triển tại các quốc gia này.

Các nghiên cứu đã xác nhận rằng bê tông sử dụng tro bay tuyển siêu dẻo với tỷ lệ cốt thép thấp, có thể được cân đối để đáp ứng cường độ tuổi rất sớm cũng như các yêu cầu khác đối với sản phẩm bê tông đúc sẵn hoặc bê tông dự ứng lực. Nghiên cứu đáng kể về một loại cốt liệu nhẹ nhân tạo đã được thực hiện bằng cách sử dụng tro bay để thay thế các loại cốt liệu thông thường.

Nghiên cứu tiêu biểu của các nhà khoa học Việt Nam: Phương pháp chế tạo xi măng nanocompozit từ clinke – nanoclay hữu cơ  

• Tác giả: Vũ Minh Thành, Hồ Thị Hoa, Hoàng Thị Thùy Linh, Lê Văn Thụ, Nguyễn Văn Thao, Phạm Tuấn Anh, Đoàn Tuấn Anh, Ngô Minh Tiến  
• Thời điểm công bố: 1/2017  
• Số công bố: US20180312438A1 40  
• Quốc gia công bố: Việt Nam  
• Đơn vị sở hữu: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 

4. Giải pháp nghiên cứu và ứng dụng tro bay 

Hiện nay chất thải rắn từ công nghiệp nhiệt điện đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu do sự tăng nhanh về khối lượng, khả năng phát tán vào không khí dễ dàng,… Theo quy hoạch ngành điện từ năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 dự báo đến năm 2030 lượng tro xỉ phát thải khoảng 38,3 triệu tấn. 

Hiện nay việc sử dụng, tái chế, xử lý nguồn chất thải rắn này còn rất hạn chế. Vì thế trên thực tế các nhà máy nà đều thiết kế một quỹ đất dành riêng cho việc tồn trữ tại các bãi chứa chất thải rắn. Nếu không được quản lý vận hành cũng như ảo quản tốt sẽ dễ phát tán bụi, các chất độc hại có trong chất thải r môi trường bên ngoài gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người, cũng như ô nhiễm môi trường. 

Các quốc gia phát triển trên thế giới luôn khuyến khích các các nhà khoa học, tổ chức tìm kiếm các giải pháp để xử lý và sử dụng tối đa nguồn chất thải rắn này. Tuy nhiên, trước khi làm được điều đó thì chúng ta cần phải tồn trữ và quản lý chúng tốt để không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường là rất cấp thiết. 

Do vậy, cần thiết phải có những giải pháp tạm thời, hoặc lâu dài đem lại hiệu quả cao để giải quyết tình trạng đang dần thiếu hụt nguồn nguyên liệu tự nhiên như hiện nay.