Tính Bền Vững và Khả Năng Tái Chế của Nhà Thép: Lựa Chọn Thân Thiện với Môi Trường

Khả Năng Tái Chế Thép và Kinh Tế Tuần Hoàn

Cách Thép Hỗ Trợ Chu Kỳ Vật Liệu Từ Sơ Sinh đến Tái Sinh trong Xây Dựng

Điều gì làm cho thép đặc biệt trong thế giới xây dựng xanh? Khả năng tái chế lại nhiều lần mà không mất sức mạnh là khá đáng chú ý. Ví dụ như bê tông hoặc gỗ, những vật liệu này sẽ bị phân hủy theo thời gian khi tái chế nhưng thép vẫn mạnh mẽ bất kể nó trải qua quá trình tái chế bao nhiêu lần. Theo số liệu từ Hiệp hội Thép Thế giới, khoảng 8 trong 10 sản phẩm thép được tái chế khi chúng đạt đến cuối tuổi thọ. Chúng ta đang nói về những tòa nhà thực sự ở đây những tòa tháp văn phòng cũ bị phá hủy chỉ để có những vạch thép của chúng được tái sinh như một phần của các cấu trúc mới ở nơi khác. Lợi ích môi trường cũng rất lớn. Mỗi tấn thép tái chế có nghĩa là chúng ta không cần phải đào ra gần như nhiều quặng sắt thô hơn khoảng 62% thực tế mà cắt giảm tất cả các loại vấn đề liên quan đến khai thác mỏ từ phá hủy môi trường sống đến ô nhiễm nước.

Phá vỡ những huyền thoại: Liệu thép có thể tái chế 100%?

Không vật liệu nào có thể tái chế gần 100%, nhưng thép chắc chắn sẽ thắng cuộc đua này. Khoảng 93 đến 98% thép kết cấu thực sự được tái chế trong các tình huống thực tế. Một số thứ bị mất đi do lớp phủ trên kim loại hoặc khi các hợp kim khác nhau được trộn với nhau, nhưng công nghệ phân loại hiện đại đã trở nên tốt đến mức chúng ta đã phục hồi gần như tất cả (như 99,9%) thép được tìm thấy tại các công trình xây dựng cũ. Điều làm cho điều này thực sự thú vị là tài sản này tồn tại lâu như thế nào. Các vạch thép từ tòa nhà cao được xây dựng vào những năm 60 vẫn có thể được tái sử dụng hiệu quả như thép mới xuất hiện từ lò ngày nay. Sự bất diệt này cho thép một lợi thế lớn so với các vật liệu khác.

Thép có thể tái chế vô hạn không? Ảnh hưởng và giới hạn môi trường

Cách mà các nguyên tử thép được sắp xếp cho phép tái sử dụng vô tận mà không làm giảm chất lượng, mặc dù yếu tố khiến việc tái chế trở nên thân thiện với môi trường phụ thuộc rất nhiều vào nguồn điện. Khi các lò hồ quang điện hoạt động bằng năng lượng tái tạo, chúng có thể xử lý phế liệu thép cũ trong khi chỉ thải ra 0,4 tấn CO₂ cho mỗi tấn thép được tái chế. Con số này thực tế thấp hơn khoảng ba phần tư lượng khí thải so với phương pháp lò blast truyền thống. Tuy nhiên, phần lớn các khu vực trên thế giới vẫn chưa đạt đến mức đó. Theo số liệu của Worldsteel từ năm ngoái, các lò điện sạch hơn này chỉ chiếm khoảng 29% tổng sản lượng thép toàn cầu. Vì vậy, cho đến khi nguồn điện của chúng ta đến từ các nguồn xanh hơn, tiềm năng môi trường đầy đủ của việc tái chế thép vẫn chưa được khai thác triệt để.

Vai trò của thép trong việc khép kín vòng tuần hoàn kinh tế tuần hoàn của ngành xây dựng

Theo một nghiên cứu gần đây năm 2023 được công bố bởi các chuyên gia kinh tế tuần hoàn tại MIT, các phương pháp thiết kế tiêu chuẩn hóa thực sự có thể đạt được tỷ lệ tái sử dụng vật liệu khoảng 90% trong các kết cấu thép thương mại. Bí mật nằm ở những mối nối modul giữa các thành phần kết cấu, cho phép kỹ sư tháo rời các dầm thay vì phải nấu chảy hoàn toàn chúng, từ đó tiết kiệm toàn bộ năng lượng tích lũy đã được đầu tư để sản xuất chúng ban đầu. Khi kết hợp cách tiếp cận này với khái niệm gọi là 'hộ chiếu vật liệu', về cơ bản là theo dõi chính xác loại thép nào đã được sử dụng ở đâu, thì chúng ta đang nói đến khả năng giảm lượng chất thải xây dựng gần nửa tỷ tấn mỗi năm trước khi năm 2040 đến. Hãy hình dung các nhà kho cũ bị phá dỡ không còn là những đống rác mà là những kho báu đang chờ được lựa chọn lại các bộ phận có thể tái sử dụng. Các tòa nhà bằng thép đang trở thành những ví dụ thực tế về việc thói quen xây dựng của chúng ta cần thay đổi như thế nào, từ chỉ đơn thuần sử dụng đồ đạc sang tạo ra các hệ thống mà trong đó vật liệu được tái sử dụng một cách liên tục.

Lợi ích Môi trường của Việc Tái chế Thép Cấu trúc

Việc sử dụng thép cấu trúc tái chế mang lại những lợi ích môi trường thực tế, giải quyết một số vấn đề bền vững lớn mà ngành xây dựng đang phải đối mặt ngày nay. Đặc tính tuần hoàn của thép nổi bật ở điểm này. Theo Hiệp hội Thép Thế giới, khoảng 85 phần trăm thép cấu trúc được tái chế khi các công trình đến cuối vòng đời. Điều này giúp giữ hàng tấn vật liệu không bị đổ vào bãi chôn lấp và đồng thời giảm nhu cầu năng lượng. Việc xử lý lại thép đã qua sử dụng tiêu tốn ít hơn khoảng 72% năng lượng so với sản xuất thép mới từ đầu. Ngày nay, các nhà sản xuất thực tế đang đưa tới 93% hàm lượng vật liệu tái chế vào một số loại dầm và cột nhất định. Sự khác biệt mà điều này tạo ra là rất đáng kể. Cứ mỗi tấn thép được sản xuất bằng các phương pháp hiện đại này, chúng ta giảm được khoảng 2 tấn khí thải CO₂ so với các kỹ thuật sản xuất cũ. Mức độ giảm như vậy rất quan trọng đối với các doanh nghiệp đang cố gắng xanh hóa hoạt động của mình mà không làm giảm chất lượng.

Nhìn vào cách các vật liệu khác nhau ảnh hưởng đến môi trường theo thời gian, các tòa nhà bằng thép được làm bằng nội dung tái chế thực sự tạo ra khoảng 40 đến 50 phần trăm ít khí thải hơn trong suốt tuổi thọ của chúng so với các tòa nhà bê tông thông thường. Sao lại thế? Bởi vì thép có thể tái chế vô tận mà không mất đi bất kỳ sức mạnh hoặc chất lượng nào, điều mà cả gỗ và bê tông đều không thể tuyên bố. Gỗ có những giới hạn tự nhiên, và bê tông dựa vào sản xuất xi măng, bơm ra hàng tấn carbon dioxide. Các nghiên cứu gần đây từ năm 2023 cho thấy các nhà kho được xây dựng bằng khung thép đạt được điểm carbon ròng không quan trọng cho hoạt động khoảng 17 năm sớm hơn so với các tòa nhà tương tự được xây dựng bằng bê tông. Điều đó hợp lý khi chúng ta nghĩ về nó theo cách này.

Đánh giá vòng đời của vật liệu xây dựng thép

Carbon và LCA được kết hợp trong xây dựng thép: đo lường tính bền vững

Đánh giá vòng đời, hay còn gọi tắt là LCA, về cơ bản theo dõi mức độ tác hại đến môi trường mà các công trình bằng thép gây ra trong suốt toàn bộ thời gian tồn tại của chúng. Điều này bao gồm mọi thứ từ lúc khai thác nguyên liệu thô cho đến tất cả những gì xảy ra khi kết thúc tuổi thọ sử dụng, dù công trình có được tái chế hay không. Mục đích là để xác định lượng carbon tích lũy, tức là tổng lượng khí nhà kính được phát thải trong mọi giai đoạn vòng đời của một công trình. Ngày nay, việc sản xuất thép bằng lò hồ quang điện cùng với lượng lớn phế liệu tái chế có thể giảm lượng carbon tích lũy này khoảng 60 đến 70 phần trăm so với các phương pháp cũ hơn, theo một số nghiên cứu của Cabeza và các tác giả khác vào năm 2014. Gần đây hơn, một nghiên cứu công bố trên tạp chí Engineering Structures cũng chỉ ra một điều khá thú vị. Khi các nhà xây dựng tập trung vào việc tái sử dụng các cấu kiện thép thay vì luôn bắt đầu từ đầu, họ có thể cắt giảm lượng phát thải trong suốt vòng đời lên tới 52%. Điều đó cho thấy tại sao các đánh giá LCA lại quan trọng đến vậy trong việc tạo ra các thiết kế vừa thân thiện với môi trường vừa tiết kiệm chi phí.

Thép so với Vật liệu Thay thế: Hiệu suất Môi trường trong Vòng đời

Khi được đánh giá trên năm hạng mục môi trường—cạn kiệt tài nguyên, axit hóa, phú dưỡng, nóng lên toàn cầu và suy giảm tầng ozone—thép vượt trội hơn bê tông và gỗ về độ bền dài hạn và khả năng tái chế. Ví dụ:

Mặc dù gỗ có lượng phát thải ban đầu thấp hơn, tỷ lệ cường độ trên trọng lượng của thép giúp giảm 40% lượng vật liệu sử dụng trong các công trình nhà cao tầng (Burchart-Korol, 2013), bù đắp lượng khí thải carbon trong suốt nhiều vòng đời.

Từ Tháo dỡ đến Tái sử dụng: Tái chế Cuối đời đối với Công trình bằng Thép

Thép có thể được tái chế nhiều lần trong một hệ thống gọi là vòng khép kín, nghĩa là khoảng 98% lượng thép được thu hồi khi các công trình bị tháo dỡ. Thép thu được từ quá trình này có khả năng chịu lực tương đương với thép mới hoàn toàn. Nhờ vào công nghệ phân loại ngày càng tiên tiến, những bộ phận kết cấu lớn như dầm và cột không nhất thiết lúc nào cũng phải trải qua quá trình nấu chảy. Theo nghiên cứu của Buzatu và các đồng nghiệp công bố năm ngoái, mỗi tấn thép được tiết kiệm theo cách này sẽ giảm khoảng 1,5 tấn khí thải carbon. Đối với những ai quan tâm đến các phương pháp xây dựng bền vững, hình thức tái chế này làm nổi bật vai trò của các kết cấu thép như những tài sản quan trọng nhằm đạt được các mục tiêu nền kinh tế tuần hoàn mà nhiều thành phố và công ty xây dựng hiện nay đang hướng tới.

Tích hợp Thép Tái chế trong Thiết kế Công trình Bền vững

Xây dựng hiện đại ngày càng ưu tiên tính tuần hoàn của vật liệu, trong đó thép kết cấu dẫn đầu xu hướng này nhờ khả năng tái sử dụng nhiều lần. Các doanh nghiệp hàng đầu hiện nay yêu cầu thép kết cấu chứa hơn 90% vật liệu tái chế, đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của LEED v4.1 về việc tái sử dụng vật liệu đồng thời duy trì các tiêu chuẩn hiệu suất theo ASTM.

Hàm lượng vật liệu tái chế trong thép kết cấu: Các tiêu chuẩn và mốc tham chiếu của ngành

Trong ngành công nghiệp xây dựng kết cấu thép, hiện nay đã có các tiêu chuẩn quy định về tỷ lệ vật liệu tái chế phải được sử dụng, nhờ vào các chương trình như chứng nhận Cradle to Cradle và các Bản khai báo Sản phẩm Môi trường (Environmental Product Declarations) mà chúng ta thường nghe nhắc đến. Về cơ bản, các hệ thống chứng nhận này đảm bảo rằng khi thép được tái chế, nó vẫn giữ được độ bền kết cấu ngay cả sau nhiều lần tái sử dụng. Theo số liệu trên toàn thế giới, hầu hết các dầm và cột thép hiện nay thực tế chứa hơn 85% thành phần tái chế. Và đây là một điều thú vị: nghiên cứu cho thấy việc sử dụng một tấn thép tái chế thay vì thép mới hoàn toàn sẽ tiết kiệm được khoảng 1,5 tấn lượng khí thải carbon dioxide. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn khi xem xét tổng lượng thép được sử dụng trong các công trình xây dựng.

Chiến lược Thiết kế nhằm Tối đa Hóa Việc Sử dụng Thép Tái chế Cao trong Các Dự án Thương mại

Các kiến trúc sư tiên phong áp dụng ba chiến thuật chính để tối ưu hóa việc sử dụng thép tái chế:

• Thiết kế mô-đun cho phép tháo rời các bộ phận và tái sử dụng trong tương lai
• Thông số kỹ thuật vật liệu lai kết hợp thép tái chế cao với các loại bê tông thay thế ít carbon
• Hộ chiếu vật liệu số theo dõi thành phần thép trong suốt vòng đời công trình

Bằng cách tích hợp những phương pháp này, Hiệp hội Thép Thế giới báo cáo rằng các dự án thương mại có thể giảm từ 40–60% lượng carbon tích lũy mà vẫn đảm bảo mức chi phí tương đương với các phương pháp truyền thống. Việc tập trung kép vào tính khả thi về môi trường và kinh tế này đặt thép tái chế vào vị trí trung tâm của cơ sở hạ tầng bền vững thế hệ mới.

Khử cacbon trong ngành thép: Các lộ trình hướng tới tương lai phát thải ròng bằng zero

Cam kết phát thải ròng bằng zero trong ngành thép: Tiến độ hiện tại và mục tiêu

Hơn một nửa lượng thép thô được sản xuất trên toàn thế giới hiện nay đã nằm trong các cam kết doanh nghiệp về phát thải ròng bằng không, khi các quốc gia trên toàn cầu đang thúc đẩy mục tiêu trung hòa carbon trong các ngành công nghiệp của họ vào giữa thế kỷ. Các khu vực khác nhau đã áp dụng những cách tiếp cận khác nhau để giải quyết thách thức này. Tại châu Âu, nhiều nhà sản xuất thép đang đặt cược lớn vào các công nghệ sử dụng hydro để có quy trình sản xuất sạch hơn. Trong khi đó, các công ty tại Mỹ thường dựa nhiều hơn vào lò hồ quang điện, giúp giảm lượng khí thải từ 58 đến 70 phần trăm so với các lò cao truyền thống, theo nghiên cứu được Tổ chức Nhiệm vụ Không khí Sạch công bố năm ngoái. Một số nhóm tiên phong trong ngành đang thử nghiệm các kỹ thuật hoàn toàn mới như điện phân oxit nóng chảy. Nếu thành công, những đổi mới này có thể loại bỏ gần như toàn bộ lượng khí thải dioxide carbon trong quá trình sản xuất thép sơ cấp, mặc dù việc áp dụng rộng rãi vẫn còn chưa chắc chắn do những hạn chế về công nghệ và rào cản chi phí hiện tại.

Các đổi mới và chính sách thúc đẩy giảm khí thải nhà kính trong sản xuất thép

Ba lộ trình công nghệ chi phối các nỗ lực khử carbon:

1. Sắt khử trực tiếp bằng hydro (H2-DRI) – Thay thế than cốc bằng hydro xanh trong quá trình xử lý quặng sắt
2. Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon (CCUS) – Bắt giữ 85–95% lượng phát thải từ các nhà máy hiện có
3. Tối ưu hóa lò hồ quang điện (EAF) sử dụng phế liệu – Tối đa hóa hàm lượng vật liệu tái chế trong các công trình xây dựng và cơ sở hạ tầng bằng thép

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Sustainable Materials and Technologies vào năm 2023, những phương pháp mới này có thể giảm lượng khí thải trên toàn ngành khoảng 56 phần trăm vào giữa những năm 2030. Để đẩy nhanh tiến độ, các chính phủ trên toàn thế giới đang áp dụng thuế biên giới carbon đồng thời đầu tư khoảng bảy mươi lăm tỷ đô la vào các sáng kiến thép sạch. Lấy ví dụ Cơ chế Điều chỉnh Biên giới Carbon của Liên minh Châu Âu (CBAM), cơ chế này đã thúc đẩy khoảng một phần tư các quốc gia nhập khẩu thép bắt đầu xem xét các cách sản xuất sản phẩm thân thiện với môi trường hơn. Điều thú vị là tất cả những thay đổi chính sách này đang làm thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về bản thân các kết cấu thép. Thay vì chỉ là các tòa nhà, chúng đang trở thành một dạng cơ sở lưu trữ carbon, nơi vật liệu có thể được bảo tồn và tái sử dụng nhiều lần trong các dự án xây dựng tương lai.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Điều gì khiến thép có thể tái chế mà không làm mất độ bền?

Thép có thể được tái chế vô hạn mà không làm mất độ bền nhờ cấu trúc nguyên tử độc đáo, cho phép duy trì độ bền kết cấu qua nhiều quá trình tái chế.

Liệu có đúng là 100% thép có thể được tái chế?

Mặc dù việc thu hồi 100% là không khả thi đối với bất kỳ vật liệu nào, thép đạt mức độ tái chế khoảng 93% đến 98% trong các tình huống thực tế, vượt trội đáng kể so với hầu hết các vật liệu khác.

Các quy trình tái chế thép ảnh hưởng như thế nào đến lượng khí thải CO2?

Tái chế thép trong các lò hồ quang điện, đặc biệt là những lò sử dụng năng lượng tái tạo, giảm đáng kể lượng khí thải CO2, cắt giảm khoảng ba phần tư so với phương pháp lò blast truyền thống.

Tác động của việc tái chế thép đối với môi trường là gì?

Tái chế thép làm giảm nhu cầu khai thác quặng sắt nguyên sinh, giảm tiêu thụ năng lượng 72% và giảm lượng chất thải chôn lấp, góp phần đáng kể vào các nỗ lực bảo tồn môi trường.

Những chiến lược thiết kế xây dựng nào tối đa hóa việc sử dụng thép tái chế?

Các chiến lược bao gồm thiết kế mô-đun để tháo dỡ và tái sử dụng trong tương lai, thông số kỹ thuật vật liệu lai và hồ sơ vật liệu số để theo dõi thành phần thép trong suốt vòng đời của nó.