Xi măng và thép không phát thải: Thực tế hay chỉ là tham vọng xa vời?

Xi măng và thép không phát thải: Thực tế hay chỉ là tham vọng xa vời?

Trong hành trình khử carbon của nền kinh tế toàn cầu, ngành xi măng và thép đặt ra những thách thức đáng kể.

Là hai lĩnh vực thiết yếu cho phát triển hạ tầng và chuyển đổi năng lượng, nhưng đồng thời lại gắn liền với chuỗi sản xuất có mức phát thải cao, việc giảm thiểu khí nhà kính trong các ngành này đòi hỏi những thay đổi căn bản về công nghệ, chính sách và mô hình đầu tư. Giữa nỗ lực toàn cầu hướng đến phát thải ròng bằng không, câu hỏi về tính khả thi của xi măng và thép không phát thải đang thu hút nhiều sự quan tâm.

Vai trò kép của xi măng và thép trong bài toán Net Zero

Tầm quan trọng kinh tế và áp lực môi trường

Xi măng và thép là những vật liệu quan trọng trong xây dựng hạ tầng, từ nhà ở, trường học đến giao thông, năng lượng tái tạo… Nhu cầu thép toàn cầu dự kiến tăng 30% vào năm 2050, phản ánh xu hướng mở rộng đô thị hóa và đầu tư vào năng lượng sạch^[1]. Trong khi đó, nhu cầu xi măng được dự báo tăng trung bình 2.4% mỗi năm đến năm 2026^[2]. Ngành xây dựng hiện tiêu thụ hơn một nửa sản lượng thép toàn cầu, thể hiện mối liên kết mật thiết giữa hai ngành này trong chuỗi cung ứng vật liệu.

Tuy nhiên, cả hai ngành đều nằm trong nhóm phát thải cao nhất. Ngành thép trực tiếp tạo ra khoảng 2.6 gigatonne CO₂ mỗi năm, tương đương 7% tổng lượng phát thải toàn cầu từ hệ thống năng lượng, vượt cả lượng phát thải từ giao thông đường bộ^[3]. Thép cũng là ngành tiêu thụ than công nghiệp lớn nhất, chiếm khoảng 75% tổng nhu cầu năng lượng^[4].

Trong khi đó, ngành xi măng phát thải khoảng 3 gigatonne khí nhà kính mỗi năm^[5]. Riêng năm 2024, lượng phát thải của ngành này giảm 4% so với năm 2019, chủ yếu do nhu cầu giảm 3% chứ không xuất phát từ thay đổi công nghệ^[6].

Vì sao xi măng và thép là ngành khó khử carbon?

Xi măng và thép được xếp vào nhóm ngành “khó khử carbon” bởi phát thải không chỉ đến từ việc sử dụng năng lượng mà còn là hệ quả trực tiếp của các phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất.

Trong ngành xi măng, khoảng 39.8% lượng khí thải CO₂ phát sinh từ nguyên liệu thô dùng để sản xuất clinker – thành phần chính của xi măng^[7]. Ngoài ra, việc đốt nhiên liệu để vận hành dây chuyền sản xuất cũng tạo ra lượng phát thải đáng kể.

Trong ngành thép, than đá đóng vai trò kép – vừa cung cấp năng lượng, vừa là chất khử trong quy trình luyện kim, khiến việc loại bỏ hoàn toàn carbon trở nên khó khăn về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Theo lộ trình Net Zero, ngành xi măng cần giảm cường độ phát thải khoảng 22% vào năm 2030 so với mức năm 2023, đưa lượng phát thải CO₂e về mức 1.91Gt^[8]. Đối với ngành thép, để đáp ứng mục tiêu giới hạn nhiệt độ toàn cầu dưới 1.5°C theo Thỏa thuận Paris, lượng phát thải trực tiếp phải giảm 90% so với năm 2020, tức còn khoảng 220Mt CO₂ vào năm 2050^[9]. Đây là những con số phản ánh thách thức kỹ thuật và tài chính rất lớn, đòi hỏi đổi mới công nghệ sâu rộng trong cả chuỗi sản xuất.

Công nghệ sản xuất không phát thải: Đâu là giới hạn hiện tại?

Đột phá trong sản xuất xi măng ít carbon

Trong ngành xi măng, một số hướng đi chính để giảm phát thải đang được nghiên cứu và áp dụng. Một trong những phương pháp hữu hiệu là giảm tỷ lệ clinker trong xi măng bằng cách sử dụng các vật liệu xi măng bổ sung (SCM) như xỉ và tro bay.

Theo IEA, tỷ lệ clinker-xi măng dự kiến sẽ giảm từ 0.71 (năm 2022) xuống 0.65 vào năm 2030 và tiếp tục giảm xuống 0.57 vào năm 2050^[10]. McKinsey ước tính việc áp dụng SCM rộng rãi hơn có thể làm tăng doanh thu toàn cầu từ SCM lên 40-60 tỷ USD vào năm 2035, từ mức 15-30 tỷ USD hiện tại^[11].

Thu giữ và lưu trữ carbon (CCUS) là công nghệ quan trọng để đạt được xi măng phát thải thấp. Theo lộ trình của IEA, lượng CO₂ bị thu giữ trong ngành xi măng dự kiến tăng từ con số không hiện tại lên 170 Mt CO₂ vào năm 2030 và đạt 1,310 Mt CO₂ vào năm 2050^[12]. Tuy nhiên, chi phí của công nghệ này vẫn là thách thức lớn.

Nguồn: International Energy Agency (IEA), Demand and Supply Measures for the Steel and Cement Transition, 2023, trang 27.

Theo IEA, việc chuyển đổi sang sản xuất thép và xi măng phát thải thấp sẽ kéo theo chi phí gia tăng đáng kể trong giai đoạn đến năm 2030. Cụ thể, chi phí sản xuất xi măng gần như không phát thải có thể đạt trung bình 160 USD/tấn, cao hơn 70%, tương đương 60 USD, so với xi măng truyền thống.

Với thép phát thải thấp dự kiến cao hơn 225 USD/tấn (tăng 40%) so với thép thông thường hiện nay^[13]. Áp lực tài chính rất lớn, nhất là khi các công nghệ sạch như lò điện hồ quang (EAF), hydro xanh hay CCUS vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm và chưa đạt quy mô tối ưu.

Mặt khác, công nghệ bê tông âm carbon liên quan đến quá trình khoáng hóa CO₂ vào các vật liệu như cốt liệu xây dựng. Theo báo cáo của BCG, cốt liệu xây dựng dựa trên CO₂ được ước tính giảm lượng CO₂ phát thải từ một tấn cốt liệu khoảng 12-48 kg, so với sản phẩm thông thường có mức phát thải trung bình 3 kg/tấn^[14]. Điều này tạo ra phát thải âm từ -9 đến -45 kg/tấn, mang lại lợi ích khí hậu ròng vì carbon được lưu trữ vĩnh viễn trong cốt liệu xây dựng_^[15].

Tiến bộ trong sản xuất thép xanh

Trong ngành thép, các công nghệ không phát thải đang xoay quanh ba trụ cột: sử dụng lò hồ quang điện (EAF), ứng dụng hydro xanh trong quy trình DRI (khử trực tiếp quặng sắt), và tích hợp CCUS vào các nhà máy lò cao truyền thống. EAF hiện là công nghệ phổ biến cho sản xuất thép tái chế và có cường độ phát thải thấp hơn đáng kể, đặc biệt khi đi kèm nguồn điện tái tạo^[16].

Đối với thép nguyên sinh, hydro xanh được đánh giá là giải pháp có tiềm năng thay thế carbon làm chất khử trong quá trình luyện quặng. Theo BloombergNEF, chi phí sản xuất thép dựa trên hydro có thể đạt mức 489 USD/tấn vào năm 2050 nếu chi phí hydro giảm xuống 1 USD/kg^[17]. Tính đến tháng 9/2023, đã có ít nhất 32 thỏa thuận thương mại hoặc biên bản ghi nhớ được ký kết trong lĩnh vực thép sử dụng hydro, phản ánh kỳ vọng cao của thị trường đối với công nghệ này.

Tuy nhiên, CCUS trong luyện thép vẫn đang ở giai đoạn thí điểm và gặp nhiều hạn chế. IEA dự báo công nghệ sản xuất dựa trên hydro sẽ chiếm tới 42% sản lượng thép toàn cầu vào năm 2050 trong kịch bản phát thải ròng bằng 0^[18]. Lộ trình khử carbon trong ngành thép đang nghiêng mạnh về phía hydro, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào CCS như trong ngành xi măng.

Chính sách và xu hướng thị trường: Có đủ mạnh để thúc đẩy chuyển đổi?

Sự chuyển dịch sang sản xuất vật liệu không phát thải đang được thúc đẩy bởi một loạt chính sách và cơ chế thị trường, nhưng mức độ hiệu lực vẫn là câu hỏi được đặt ra.

Trong số các chính sách toàn cầu, Cơ chế Điều chỉnh Biên giới Carbon (CBAM) của Liên minh châu Âu được xem là bước đi cứng rắn nhất nhằm hạn chế hiện tượng rò rỉ carbon. Ban đầu, CBAM yêu cầu các nhà nhập khẩu xi măng và thép báo cáo lượng phát thải trực tiếp và gián tiếp từ hàng hóa sản xuất bên ngoài EU. Tuy nhiên, kể từ ngày 01/01/2026, các nhà nhập khẩu sẽ phải mua chứng chỉ phát thải tương ứng, khiến hàng hóa phát thải cao chịu chi phí carbon tương đương hàng hóa sản xuất trong khối.

Trên bình diện toàn cầu, các lộ trình khử carbon đang được đồng thuận hóa ở cấp ngành. Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu (GCCA) – đại diện cho khoảng 80% sản lượng ngoài Trung Quốc – công bố Lộ trình Net Zero 2050 với cam kết cung cấp bê tông phát thải ròng bằng 0 , trong đó mục tiêu trung hạn là giảm thêm 25% lượng CO₂ vào năm 2030^[19].

Cùng lúc đó, các khu vực như EU và Hoa Kỳ đang triển khai các công cụ tài chính để thúc đẩy chuyển đổi. Trong khi châu Âu dựa vào Hệ thống Giao dịch Phát thải (EU ETS), Hoa Kỳ đang sử dụng kết hợp ưu đãi thuế và hỗ trợ vốn một lần cho các dự án khử carbon quy mô lớn. Tuy nhiên, theo phân tích của BCG, chi phí giảm phát thải từ xi măng và thép vẫn cao hơn nhiều so với khả năng hấp thụ thị trường, do đó cần những điều chỉnh chính sách quyết liệt hơn để duy trì đà chuyển đổi[^20].

Ngoài áp lực từ chính sách, kỳ vọng của nhà đầu tư và thị trường tiêu dùng cũng đang tạo ra lực kéo đáng kể. Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, 61% doanh nghiệp niêm yết trong ngành xi măng đã chính thức đưa biến đổi khí hậu vào quá trình ra quyết định chiến lược^[21]. Những tập đoàn lớn như Holcim đã công bố mục tiêu giảm 95% phát thải GHG Phạm vi 1 và 2 trên mỗi tấn xi măng vào năm 2050, đồng thời cắt giảm 90% Phạm vi 3 so với năm cơ sở^[22].

Nhu cầu tăng mạnh với vật liệu xây dựng xanh, cùng với xu hướng mua bán thép dựa trên hydro đang lan rộng. Theo IEA, trong kịch bản Net Zero đến năm 2050, thép xanh được dự báo sẽ chiếm lĩnh thị trường, còn xi măng phát thải thấp tăng trưởng đáng kể.

Xi măng và thép không phát thải: Khả thi hay viễn vong?

Dù đối mặt với nhiều thách thức, cả hai ngành đã ghi nhận một số tiến bộ đáng kể trong hành trình khử carbon.

Trong lĩnh vực xi măng, theo GCCA, lượng phát thải CO₂ từ sản xuất xi măng đã giảm tương đối 20% trong ba thập kỷ qua, và lộ trình hiện tại kỳ vọng đạt mức giảm tương tự chỉ trong một thập kỷ tới, với mục tiêu giảm 25% lượng phát thải CO₂ liên quan đến bê tông vào năm 2030^[23].

Một trong những hướng tiếp cận nổi bật là tăng tỷ lệ clinker phát thải thấp. IEA dự báo tỷ lệ sản xuất clinker gần bằng 0 sẽ đạt 8% vào năm 2030, 27% vào năm 2035 và 93% vào năm 2050. Đồng thời, tỷ lệ sử dụng nhiên liệu phát thải thấp trong năng lượng nhiệt có thể tăng từ 5% hiện tại lên 86% vào năm 2050^[24].

Với ngành thép, các công nghệ sản xuất dựa trên hydro đang mở ra nhiều triển vọng. Theo BloombergNEF, các phương pháp này được dự đoán sẽ chiếm 42% sản lượng toàn cầu vào năm 2050 trong kịch bản Net Zero^[25]. Tính đến tháng 9/2023, đã có 32 thỏa thuận mua bán hoặc ghi nhớ liên quan đến thép sản xuất bằng hydro – dấu hiệu cho thấy sự quan tâm ngày càng lớn từ phía thị trường và nhà đầu tư.

Rào cản về chi phí và cơ sở hạ tầng vẫn là thách thức lớn. Báo cáo BCG cho thấy chi phí áp dụng CCS trong ngành xi măng có thể đẩy giá thành mỗi tấn sản phẩm từ mức 90-130 USD hiện nay lên 160-240 USD vào năm 2050^[26]. Với ngành thép, để hydro xanh trở thành phương án cạnh tranh, cần áp dụng mức giá carbon lên đến 96 USD/tấn vào năm 2030^[27].

Hạ tầng phục vụ CCUS, năng lượng sạch và hydro xanh cũng chưa đáp ứng yêu cầu. WEF ước tính công suất hạ tầng hiện tại chỉ đạt dưới 1% so với mức cần thiết vào năm 2050^[28]. Việc triển khai quy mô công nghiệp sẽ đòi hỏi hơn 1,000 tỷ USD vốn đầu tư trong 25 năm tới. Ngoài ra, chi phí CCS tại nhà máy gần địa điểm lưu trữ CO₂ (dưới 200 km) chỉ bằng một nửa so với các nhà máy cách xa hơn 750 km, tạo ra sự chênh lệch lớn về tính khả thi giữa các khu vực^[29].

Dự báo triển vọng

Trong kịch bản phát thải ròng bằng 0 , IEA dự báo ngành xi măng có thể giảm 18% lượng khí thải trực tiếp đến năm 2050 nếu nhận được hỗ trợ chính sách và tài chính đầy đủ^[30]. Công suất CCS đủ phải được triển khai để cắt giảm hơn 35% lượng phát thải GHG trong ngành^[31].

Đối với ngành thép, để đạt mục tiêu Paris, lượng phát thải trực tiếp cần giảm 90% so với năm 2020, tương đương 220 Mt CO₂ vào năm 2050. Mức giảm này đòi hỏi cường độ carbon phải giảm 35% vào năm 2030 và tiếp tục đến 90% vào giữa thế kỷ^[32].

Ba phương pháp giảm thiểu chính cho ngành xi măng gồm CCS (dự kiến giảm 52% phát thải), tối ưu vật liệu (23%) và sử dụng năng lượng sinh học (9%). Kết hợp những giải pháp này với đổi mới công nghệ và chuyển đổi năng lượng sẽ là điều kiện bắt buộc để thúc đẩy chuyển đổi toàn diện^[33].

[1] [2] https://www.chevron.com/newsroom/2024/q2/explainer-what-do-we-mean-by-hard-to-abate-industries

[3] [4] https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap

[5] [20] [26] [29] [31] https://web-assets.bcg.com/36/29/d6c7915c4dbabed165a44162ae49/cement-industry-carbon-footprint.pdf

[6] [8] [21] [28] [33] https://reports.weforum.org/docs/WEF_Net_Zero_Industry_Tracker_2024_Cement.pdf

[7] https://www.holcim.com/sites/holcim/files/docs/28022025-holcim-climate-report-2024.pdf

[9] https://steelforum.org/steel-indicator-decarbonisation-dashboard.pdf

[10] [12] https://www.iea.org/reports/cement-3

[11] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/the-future-cement-industry-a-cementitious-golden-age

[13] https://iea.blob.core.windows.net/assets/c432d713-d778-46cd-9566-024075124fa5/DemandandSupplyMeasuresfortheSteelandCementTransition.pdf

[14] https://web-assets.bcg.com/9a/ee/1cc6f2444de8a63fe10f47b16cc1/ccu-report.pdf

[15] https://web-assets.bcg.com/9a/ee/1cc6f2444de8a63fe10f47b16cc1/ccu-report.pdf

[16] [17] [18] [25] [26] https://assets.bbhub.io/media/sites/25/2024/01/Scaling-Up-Hydrogen-The-Case-For-Low-Carbon-Steel-Bloomberg-New-Economy.pdf

[19] https://gccassociation.org/cement-industry-net-zero-progress/

[22] https://www.holcim.com/sites/holcim/files/docs/28022025-holcim-climate-report-2024.pdf

[23] https://gccassociation.org/concretefuture/wp-content/uploads/2022/10/GCCA-Concrete-Future-Roadmap-Document-AW-2022.pdf

[24] https://www.iea.org/reports/cement-3

[30] https://www.iea.org/reports/cement-technology-roadmap-carbon-emissions-reductions-up-to-2050

[32] https://steelforum.org/steel-indicator-decarbonisation-dashboard.pdf

Nguyễn Nhiều Lộc

FILI

– 10:00 12/06/2025