Việt Nam là quốc gia có lợi thế lớn trong việc sản xuất nguyên vật liệu nhờ nguồn tài nguyên dồi dào. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên đó sẽ không thể sử dụng nếu chưa qua xử lý. Vì thế, để có thể phát huy tối đa hiệu quả của các nguyên vật liệu truyền thống, cần phải có sự tham gia nghiên cứu đóng góp giải pháp từ các doanh nghiệp vật liệu. Kết quả đạt được từ kinh nghiệm, sự sáng tạo trong nghiên cứu của các đơn vị, tổ chức sẽ là tiền đề để ngành vật liệu trở thành một trong những động lực phát triển của nền kinh tế nước nhà.

Bên cạnh đó, để khắc phục tình trạng quá tải tại các bãi chứa tro, xỉ thải tại nhà máy nhiệt điện, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12/4/2017 về việc phê duyệt đề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và trong các công trình xây dựng.

Theo đó, Chương trình trọng điểm cấp quốc gia “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ vật liệu mới” do Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) triển khai thực hiện đã có được những đóng góp quan trọng vào sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu. Cụ thể Chương trình đã cho ra đời trên 20 loại vật liệu mới, sản phẩm được sử dụng cho các ngành công nghiệp trong và ngoài nước.

Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), năm 2019, nhiệt điện than chiếm gần 50% sản lượng điện cả nước, vẫn chiếm tỉ trọng lớn trong cơ cấu điện năng. Trung bình mỗi năm các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam thải ra khoảng 10 triệu tấn tro xỉ. Do đó trong vài năm tới, nếu không có giải pháp giải quyết đồng bộ, nguy cơ lượng tro, xỉ gia tăng sẽ rất khó khăn về các bãi đổ thải.

Hằng năm, EVN đều báo cáo về việc gặp khó khăn trong việc tồn chứa, tiêu thụ tro, xỉ thải của các nhà máy nhiệt điện than (đặc biệt đối với các nhà máy ở khu vực miền Trung và phía Nam). Chính quyền và người dân nhiều địa phương đặt các nhà máy nhiệt điện than đều cảm thấy lo lắng vì tình trạng tro xỉ than gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe người dân cũng như sản xuất nông nghiệp.

Sử dụng tro xỉ làm vật liệu san lấp mặt bằng

Tro bay, xỉ than là chất thải rắn phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện, gồm 2 phần: tro bay thoát ra theo đường khói và phần xỉ đáy lò được thải qua đáy của lò hơi. Tro bay, xỉ than của các nhà máy nhiệt điện có thể làm phụ gia trong sản xuất xi măng, bê tông. Ngoài ra, tro bay, xỉ than còn được sử dụng để làm chất liên kết gia cố các công trình giao thông, sản xuất gạch không nung, bê tông nhẹ, làm tấm trần, tường thạch cao, gốm sứ rất hiệu quả với tổng mức tiêu thụ có thể lên đến hàng chục triệu tấn/năm.

Trên thế giới, các quốc gia phát triển luôn khuyến khích sử dụng tro bay, xỉ than từ nhà máy nhiệt điện trong xây dựng đường xá và đôi khi là điều kiện bắt buộc. Ở nhiều nước khác, tro bay xỉ than chủ yếu được sử dụng để sản xuất gạch không nung. Sản xuất gạch từ nguyên liệu này tiết kiệm năng lượng đến hơn 85% so với việc sản xuất gạch nung truyền thống từ đất sét.

Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về tái chế tro bay xỉ than làm phụ gia cho công nghệ bê tông đầm lăn, sản xuất gạch tuynel, xi măng, thạch cao, than tái chế và cũng đã được áp dụng vào sản xuất. Trong đó không thể không kể đến nghiên cứu của TS. Vũ Hoàng Tùng, Viện Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng cộng sự, đã nghiên cứu và tìm ra cách chế tạo gạch ốp lát và men gốm sứ từ tro xỉ thải ra của các nhà máy nhiệt điện.

Đại diện Cục sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và công nghệ khẳng định: Ngoài việc đáp ứng được tiêu chuẩn tương tự như các sản phẩm gạch, men gốm sứ thông thường trên thị trường, các sản phẩm do nhóm chế tạo còn có giá thành thấp hơn sản phẩm cùng loại do tận dụng được nguồn tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện.

Dựa vào thành phần khoáng và hóa học của tro xỉ, kết hợp với kinh nghiệm nghiên cứu lâu năm trong lĩnh vực vật liệu gốm, nhóm nghiên cứu nhận thấy cả tro bay và xỉ đáy lò đều có thể dùng để thay thế hoặc tạo ra hợp chất thay thế cho felspat – một loại khoáng chất được dùng làm nguyên liệu chính trong quá trình sản xuất gạch ốp lát và men gốm sứ. Điều này càng có ý nghĩa lớn hơn trong bối cảnh lượng felspat trong tự nhiên ở nước ta hiện nay có trữ lượng ít ỏi, chất lượng cũng không ổn định.

Theo đó, các nhà khoa học tại Viện Kỹ thuật hóa học đã tìm ra công thức phối trộn tro bay với đất sét, cao lanh và felspat để tạo ra gạch ốp lát. Với phương pháp này, tỉ lệ felspat cần dùng giảm xuống một nửa so với phương pháp thông thường mà vẫn đảm bảo các thông số công nghệ trong quá trình sản xuất như độ co sấy, độ co nung, nhiệt độ nung, và đảm bảo các thông số kỹ thuật của sản phẩm như cường độ, màu sắc, độ hút nước, khối lượng thể tích,… Do đó, các đơn vị sản xuất gạch ốp lát có thể ứng dụng ngay mà không cần phải thay đổi thiết bị hoặc công nghệ sản xuất.

Với xỉ đáy lò, TS Vũ Hoàng Tùng cũng tìm ra công thức phối trộn xỉ đáy lò với Na2CO3 để tổng hợp ra frit – một loại men gốm sứ. Frit thu được bằng phương pháp này có thành phần hóa học tương tự felspat tự nhiên, có giá thành thấp do tận dụng được nguồn năng lượng là than chưa cháy hết trong tro xỉ, và không phải thực hiện bước khai thác tuyển lọc.

Gạch ốp lát và men gốm sứ

Hiện hai giải pháp trên đã được Cục sở hữu trí tuệ, (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích.

Tuy nhiên, để có thể đưa nghiên cứu “chế tạo gạch ốp lát và men gốm sứ giá rẻ từ tro, xỉ nhiệt điện” vào thực hiện quy mô công nghiệp, đặc biệt là việc áp dụng hiệu quả, lâu dài trong thực tiễn cuộc sống, cần tiếp tục hoàn thiện, bổ sung những chính sách mang tính tổng thể, liên ngành trong đó quy định các tiêu chuẩn cụ thể về tro xỉ nhiệt điện, tiêu chuẩn của các sản phẩm từ tro xỉ nhiệt điện để khuyến khích phát triển các công nghệ xử lý, tái sử dụng phù hợp tro xỉ nhiệt điện tại Việt Nam.

Hiện nay, các doanh nghiệp vật liệu có vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề chính của đất nước. Chính vì thế Chính phủ đã chỉ đạo Bộ Khoa học và Công nghệ kết hợp với các Bộ – ngành khác thực hiện các Chương trình Khoa học và Công nghệ quốc gia nhằm hỗ trợ các doanh nghiệp vật liệu.

Đến nay, một số dự án/nhiệm vụ đã được triển khai, trong đó phải kể đến dự án khoa học và công nghệ (KH&CN) cấp quốc gia “Hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu geopolyme trên cơ sở nguồn nguyên liệu tại chỗ sử dụng cho các công trình ven biển và hải đảo” thuộc Chương trình và tổ chức KH&CN công lập thực hiện cơ chế tự chủ, tự chịu trách nhiệm. Dự án này đã nghiên cứu, chế tạo thành công bê tông geopolyme có cường độ cao, bền trong môi trường xâm thực, đồng thời góp phần giảm đáng kể lượng phế thải xây dựng, bảo vệ môi trường và đời sống con người. Kết quả KH&CN này sau đó trở thành nền tảng quan trọng để các doanh nghiệp vật liệu ứng dụng và phát triển ngành công nghiệp vật liệu công nghệ cao của quốc gia.

Cũng với mục tiêu thúc đẩy đổi mới công nghệ của ngành vật liệu, chương trình Các nhiệm vụ KH&CN theo cũng đã triển khai nhiều dự án quan trọng, tiêu biểu là dự án “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu điện cực hiệu năng cao từ vỏ trấu ứng dụng trong siêu tụ và ắc quy”. Đây là nhiệm vụ Nghị định thư hợp tác với Đài Loan, dự án thành công chế tạo hai vật liệu điện cực mới trên cơ sở cacbon xốp và CSiOx từ vỏ trấu, từ đó khắc phục những nhược điểm cho siêu tụ cũng như giảm giá thành khi chế tạo.

Ngoài ra, một số dự án nổi bật khác thuộc chương trình khoa học công nghệ này có thể kể đến như dự án “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn nổ để chế tạo tấm vật liệu composite dạng lớp hợp kim nhôm – thép kích thước lớn phục vụ cho công nghiệp đóng tàu”, dự án “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng hạt cốt liệu nhẹ từ phế thải phá vỡ công trình xây dựng dân sự  ở Việt Nam”, …

Đặc biệt, sau nhiều năm hoạt động, các chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp quốc gia, trong đó tiêu biểu phải kể đến Chương trình “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ vật liệu mới”, cũng đã có được những đóng góp quan trọng vào sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu. Chương trình này đã thành công tạo ra trên 20 loại vật liệu mới, hàng hóa sử dụng loại vật liệu mới cho các ngành công nghiệp trong và ngoài nước.

Có thể nói, trong bối cảnh toàn cầu hóa hiện nay, sự phát triển của các doanh nghiệp vật liệu đang giải quyết những vấn đề rất cơ bản trong các lĩnh vực kinh tế, chính trị và xã hội. Tuy nhiên, xu thế cạnh tranh toàn cầu và các vấn đề môi trường hiện nay ngày càng tạo ra nhiều thử thách lớn hơn cho các doanh nghiệp này. Để góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu nói chung và các doanh nghiệp vật liệu nói riêng, sự phối hợp chặt chẽ giữa Nhà nước và các doanh nghiệp là điều vô cùng cần thiết, từ đó kéo theo sự phát triển vững mạnh của đất nước, nâng cao vị thế của Việt Nam trên trường quốc tế.

Truyền thông Chương trình 2075