Các nhà sản xuất thép Nhật Bản chuyển sang sử dụng hydro trong nỗ lực khử cacbon, nhưng chi phí cao cản trở tiến độ
Ảnh: Nippon Steel Corp.
Một lò cao được nhìn thấy tại Khu vực Kimitsu, East Nippon Works ở tỉnh Chiba, nơi Nippon Steel sẽ tiến hành thử nghiệm khử sắt bằng hydro vào năm tới.
Ngày 8 tháng 12 năm 2025
Các công ty thép lớn của Nhật Bản đang tiến hành các thử nghiệm sử dụng hydro để chiết xuất sắt từ quặng sắt nhằm theo đuổi mục tiêu khử cacbon.
Các nhà sản xuất thép đang nỗ lực thiết lập cái gọi là công nghệ sản xuất thép xanh, nhưng việc phát triển công nghệ và hiện thực hóa sản xuất hàng loạt sẽ làm tăng đáng kể chi phí, tạo ra những rào cản lớn cho việc triển khai trên quy mô lớn.
Phương pháp sản xuất thép chủ đạo bao gồm việc đưa quặng sắt và than cốc vào lò cao hoạt động ở nhiệt độ cao. Oxy được tách ra khỏi sắt trong phản ứng khử, và một lượng lớn carbon dioxide cũng được tạo ra. Ngành công nghiệp thép chiếm 13% tổng lượng khí thải CO2 của Nhật Bản.
Việc thay thế lò cao bằng lò điện, giúp giảm lượng khí thải khoảng 75%, đang được tiến hành. Tuy nhiên, do sắt vụn được sử dụng làm nguyên liệu thô, tạp chất được trộn lẫn vào sản phẩm cuối cùng, ảnh hưởng đến chất lượng và không phù hợp để tạo ra các sản phẩm cao cấp như ô tô.
Hơn nữa, lò điện có chi phí điện năng cao, khiến việc chuyển đổi hoàn toàn sang lò điện là không khả thi về mặt kinh tế. Vì lý do này, các nhà sản xuất thép lớn đang tập trung vào việc sử dụng hydro, loại khí không tạo ra CO2 khi phản ứng với oxit sắt.
Kết quả hàng đầu thế giới
Tập đoàn Nippon Steel sẽ bắt đầu trình diễn các phản ứng khử sử dụng hydro trong lò cao tại nhà máy ở Kimitsu, tỉnh Chiba, vào năm tới, thay thế một phần than cốc được sử dụng bằng hydro.
Trong một thí nghiệm khử sử dụng lò thử nghiệm nhỏ, công ty đã thành công trong việc cắt giảm 43% lượng khí thải CO2, một con số hàng đầu thế giới. Thông qua các thí nghiệm, một vấn đề đã được phát hiện: việc sử dụng hydro dẫn đến phản ứng thu nhiệt - phản ứng hấp thụ nhiệt - khiến nhiệt độ bên trong lò cao giảm xuống và cản trở quá trình khử. Công ty đã khắc phục vấn đề này bằng cách phát triển một hệ thống phun hydro nóng.
Tập đoàn Thép JFE đang tiến hành nghiên cứu lò cao tái chế carbon, bổ sung hydro vào CO2 thải ra từ lò để tạo ra khí mê-tan, sau đó được đưa trở lại lò như một chất khử cùng với than cốc. Công ty tuyên bố điều này sẽ giảm hơn 50% lượng khí thải CO2 so với các lò cao thông thường. Một dự án trình diễn kéo dài hai năm đã bắt đầu vào tháng 5 tại một lò cao quy mô nhỏ tại nhà máy thép ở thành phố Chiba.
Công ty TNHH Thép Kobe đã thiết lập một quy trình sử dụng phương pháp khử trực tiếp hydro, bao gồm việc thay thế than cốc làm chất khử bằng hydro để sản xuất ra sản phẩm sắt bán thành phẩm, sau đó được đưa trở lại lò cao cùng với quặng sắt và than cốc để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Công nghệ này được cho là giúp giảm 20%-40% lượng khí thải CO2.
Chi phí cao làm nản lòng đầu tư
Chi phí cao là một trở ngại lớn cho việc áp dụng các phương pháp giảm CO2 trong sản xuất thép. Theo một quan chức của Kobe Steel, chi phí sẽ ít nhất gấp đôi so với các phương pháp thông thường.
Khi tình hình thị trường trở nên tồi tệ hơn do nhu cầu trong nước giảm sút và sản lượng dư thừa tại Trung Quốc, đã có những động thái xem xét lại các khoản đầu tư vào quá trình khử cacbon. Kobe Steel đã lên kế hoạch đầu tư 300 tỷ yên vào các dự án liên quan đến khử cacbon trong ba năm kể từ năm tài chính 2024, bao gồm việc mở rộng sử dụng lò điện, nhưng vào tháng 5, công ty đã thông báo sẽ giảm một nửa số tiền này xuống còn 150 tỷ yên.
Liên đoàn Sắt thép Nhật Bản đã biên soạn các hướng dẫn vào tháng 10 để đánh giá hiệu quả của các phương pháp giảm phát thải CO2. Chính phủ đã thiết lập một khuôn khổ để trợ cấp lên tới 449,9 tỷ yên cho hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ luyện thép hydro, nhưng con số đó dường như vẫn chưa đủ cho ngành công nghiệp.
Ông Tadashi Imai, chủ tịch liên đoàn kiêm chủ tịch của Nippon Steel, cho biết: "Tạo dựng thị trường là điều quan trọng nhất để thu hồi vốn đầu tư".
