Cơ sở của Timet ở Tây Virginia sẽ sử dụng năng lượng mặt trời và pin để sản xuất các sản phẩm titan. Kim loại bền này được sử dụng trong mọi thứ, từ máy bay đến máy tạo nhịp tim.
Vỏ đồng hồ Titanium (Bình Nguyên/Canary Media/IperionX)
Trong nửa thế kỷ, một khu đất rộng lớn ở Ravenswood, Tây Virginia, là nơi có một lò luyện nhôm khổng lồ. Nhưng vào năm 2009, Century Aluminum đã cho ngừng hoạt động cơ sở này, sau đó đóng cửa vĩnh viễn sáu năm sau đó, và khu đất rộng 2.000 mẫu Anh này trở thành một vùng đất trống trải dọc theo bờ sông Ohio uốn cong.
Hiện nay, một nhà máy sản xuất kim loại khác đang được xây dựng trên khu đất này — và nhà máy này sẽ chủ yếu sử dụng năng lượng tái tạo khi đi vào hoạt động vào năm tới.
Titanium Metals Corporation, hay Timet, gần đây đã bắt đầu xây dựng một cơ sở sẽ nấu chảy titan để định hình thành các bộ phận cho máy bay và các mục đích sử dụng khác. Ngay bên cạnh, BHE Renewables đang chuẩn bị lắp đặt các mảng tấm pin mặt trời và hệ thống pin lớn, sẽ tạo thành một lưới điện siêu nhỏ kết nối với cơ sở titan. Cả hai công ty đều là một phần của Berkshire Hathaway, tập đoàn do Warren Buffett điều hành.
Dự án này có lẽ là dự án đầu tiên cung cấp điện trực tiếp cho một cơ sở công nghiệp lớn bằng công nghệ năng lượng mặt trời kết hợp với lưu trữ. Các nhà phát triển cho biết họ hy vọng thiết lập này có thể đóng vai trò là mô hình cho các nhà máy sản xuất trong tương lai — đặc biệt là khi Hoa Kỳ tăng cường sản xuất trong nước các loại ô tô điện, tấm pin mặt trời, pin và thép, nhôm cùng các vật liệu thiết yếu khác được sử dụng để sản xuất chúng.
Dan Winters, phó chủ tịch truyền thông và quan hệ công chúng của BHE Renewables, cho biết: "Dự án Ravenswood "chứng minh khả năng của lưới điện siêu nhỏ trong việc đáp ứng nhu cầu của khách hàng công nghiệp, bao gồm… cung cấp năng lượng tái tạo đến bất cứ nơi nào và bất cứ khi nào cần, và thúc đẩy phục hồi kinh tế thông qua sản xuất được hỗ trợ bởi năng lượng sạch".
Một hình ảnh minh họa ban đầu cho thấy lưới điện mặt trời siêu nhỏ được đề xuất và cơ sở nấu chảy titan ở Ravenswood, Tây Virginia. (BHE Renewables/Timet)
Titan là một kim loại bền, chống ăn mòn cao được sử dụng trong mọi thứ, từ các ứng dụng công nghiệp — cánh máy bay, máy điện phân hydro, thùng chứa chất thải hạt nhân, áo giáp quân sự — đến các sản phẩm tiêu dùng cao cấp như gậy đánh gôn, đồng hồ đeo tay và iPhone. Nhiều người trong chúng ta đã đưa titan vào cơ thể, dưới dạng thay khớp, cấy ghép răng và máy tạo nhịp tim.
Nhu cầu về các sản phẩm titan đang tăng ở Hoa Kỳ, chủ yếu là do ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và quốc phòng thúc đẩy. Vào năm 2023, quốc gia này đã nhập khẩu kỷ lục 42.000 tấn titan nguyên sinh “bọt biển” và kim loại phế liệu titan — nhiều hơn 35 phần trăm so với năm 2022, theo Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ.
Tất cả vật liệu đó sau đó sẽ được nấu chảy tại các cơ sở như cơ sở mà Timet đang xây dựng ở Tây Virginia.
Timet cho biết nhà máy mới của họ sẽ bao gồm hai loại lò chạy bằng điện để tạo ra nhiệt độ cao để nấu chảy bọt biển và phế liệu. Ban đầu, nhà máy nấu chảy dự kiến sẽ cần khoảng 18 megawatt điện để vận hành, trước khi tăng lên công suất tối đa là 106 MW vào cuối năm 2027.
Microgrid năng lượng mặt trời sẽ mở rộng quy mô theo từng bước với hoạt động của Timet. Khi được xây dựng hoàn chỉnh, dự án BHE Renewables sẽ bao gồm một mảng năng lượng mặt trời 106 MW và một hệ thống lưu trữ năng lượng pin có công suất 50 MW, hoặc 260,5 megawatt-giờ. Các loại pin có thể sẽ triển khai công nghệ lithium iron phosphate, một loại hóa chất có chi phí thấp hơn đang được ưa chuộng để lưu trữ cố định.
Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp với pin có thể cung cấp “nguồn điện ổn định, đáng tin cậy” mà các lò nấu chảy cần — và với chi phí “tương đương với các nguồn điện truyền thống”, David Dugan, giám đốc truyền thông doanh nghiệp của công ty mẹ của Timet, Precision Castparts Corp., cho biết.
Một cỗ máy đang nâng thỏi titan bên trong một nhà máy sản xuất hiện có. (Precision Castparts)
Winters lưu ý rằng việc xây dựng một lưới điện siêu nhỏ tại chỗ cũng cải thiện "thời gian cấp điện", nghĩa là thời gian cần thiết để xây dựng và kết nối các nguồn năng lượng. Ngày nay, việc kết nối các dự án năng lượng mặt trời, gió và lưu trữ trực tiếp với lưới điện thường mất hơn ba năm, do lượng tồn đọng ngày càng tăng của các dự án năng lượng mới tìm kiếm kết nối truyền tải.
Timet dự kiến cơ sở titan mới của mình sẽ có tổng vốn đầu tư hơn 500 triệu đô la. BHE Renewables từ chối tiết lộ chi phí xây dựng lưới điện mặt trời siêu nhỏ, mặc dù Winters cho biết hệ thống này đủ điều kiện được hưởng tín dụng thuế đầu tư theo Đạo luật Giảm lạm phát.
Một kim loại mạnh mẽ — và đắt tiền
Là một kim loại, titan cứng gấp đôi nhôm và nặng gần bằng một nửa thép, nhưng vẫn có độ bền tương tự.
Nhưng có một lý do chính khiến cầu, tòa nhà, ô tô và tàu chở hàng trên thế giới không tràn ngập titan. Việc biến đổi khoáng chất titan thành kim loại cứng cáp đòi hỏi lượng điện khổng lồ, làm tăng tổng chi phí. Vì vậy, titan chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng không có chất thay thế khả thi hoặc trong hàng xa xỉ.
“Titanium nên được sử dụng nhiều hơn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và trong ngành công nghiệp” vì những phẩm chất tích cực của nó, Zhigang Zak Fang, một chuyên gia về luyện kim titan và là giáo sư tại Đại học Utah ở Salt Lake City cho biết. “Nhưng nó chỉ là một phần rất nhỏ so với thép, và đó là vì [titanium] rất đắt.”
Ông ước tính rằng một kg kim loại titan nguyên chất đắt hơn khoảng 20 lần so với thép có chất lượng tương đương, vì nó đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để sản xuất — mặc dù Fang và các nhà khoa học khác đang nỗ lực phát minh ra các phương pháp ít tốn năng lượng hơn.
Titan có trong lớp vỏ trái đất chủ yếu dưới dạng ilmenit, một loại khoáng chất nặng, đục chủ yếu được khai thác ở Trung Quốc, Mozambique, Nam Phi và Canada. Là một nguyên tố hóa học, titan phản ứng nhanh với oxy trong không khí, tạo ra hợp chất titanium dioxide. Để tách oxy, các công ty sử dụng quy trình được gọi là Kroll.
Đầu tiên, quặng titan được nung nóng đến 1.800 độ F và phản ứng với khí clo và dầu mỏ giàu cacbon “coke.” Bước này tạo ra một hóa chất lỏng, titan tetrachloride, và cũng tạo ra carbon dioxide như một sản phẩm phụ (tương tự như cách lò cao để luyện sắt giải phóng CO2). Sau đó, hóa chất lỏng này trải qua một quá trình xử lý khác bằng magiê nóng chảy, tạo ra kim loại titan tinh khiết xốp, giống như bọt biển.
Một cục bọt biển titan (Precision Castparts)
Sau đó, miếng bọt biển được nghiền nát và nấu chảy thành các thỏi, cuộn và thanh — các loại sản phẩm mà Timet dự định sản xuất tại nhà máy Ravenswood chạy bằng năng lượng mặt trời — sau đó được định hình thành các sản phẩm hoàn thiện.
Hoa Kỳ đã không sản xuất miếng bọt biển titan của riêng mình kể từ năm 2020, khi Timet đóng cửa dây chuyền sản xuất cuối cùng còn lại của đất nước tại Henderson, Nevada, mặc dù công ty vẫn nấu chảy titan tại đó. Ngày nay, Hoa Kỳ nhập khẩu hầu hết nguồn cung cấp miếng bọt biển titan từ Nhật Bản và, ở mức độ ít hơn, từ Kazakhstan.
Cạnh tranh từ hàng nhập khẩu giá rẻ và giá kim loại giảm trên toàn cầu khiến các nhà sản xuất Hoa Kỳ khó có thể tiếp tục sản xuất xốp trong nước. Chi phí năng lượng tăng cũng gây căng thẳng cho hoạt động — giống như các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng khác, bao gồm sản xuất nhôm trong nước. Khi Century Aluminum cuối cùng đóng cửa nhà máy luyện kim của mình ở Ravenswood vào năm 2015, công ty đã nêu giá điện cao là một trong những lý do chính.
Giảm chi phí và lượng khí thải CO2 từ titan
Việc tìm ra nguồn điện sạch hơn để cung cấp năng lượng cho các cơ sở titan có thể giúp kiểm soát và có khả năng giảm chi phí liên quan đến việc sản xuất các sản phẩm titan. Nhưng các công ty và nhà nghiên cứu cũng đang phát triển các kỹ thuật thay thế để sản xuất titan nhằm mục đích giảm đáng kể mức sử dụng năng lượng và hạn chế lượng khí thải carbon dioxide trên toàn bộ chuỗi cung ứng.
Tại Đại học Utah, Fang đã phát triển một quy trình nhiệt hóa học mới sử dụng hydro để tách titan khỏi oxy ở nhiệt độ tương đối thấp và trong một phần nhỏ thời gian so với các phương pháp thông thường. Đáng chú ý, quy trình này có thể sử dụng kim loại phế liệu để sản xuất titan có độ tinh khiết cao, tránh nhu cầu về khoáng chất thô và loại bỏ một số bước tốn nhiều năng lượng khác.
Xét về vòng đời, quy trình khử nhiệt kim loại hỗ trợ hydro (HAMR) có thể giảm lượng khí thải CO2 từ quá trình sản xuất titan từ 50 đến 95 phần trăm, tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng, khi so sánh với các phương pháp thông thường.
Nhóm nghiên cứu của Fang đã nhận được khoảng 7 triệu đô la tổng cộng tiền tài trợ của liên bang để phát triển quy trình HAMR, bao gồm cả từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Công ty IperionX có trụ sở tại Bắc Carolina sau đó đã mua lại cả công nghệ và một nhà máy thí điểm ở Utah, nơi có thể sản xuất khoảng 2 tấn titan mỗi năm, chủ yếu để làm nguyên mẫu.
Tháng tới, IperionX có kế hoạch đưa vào hoạt động cơ sở thương mại đầu tiên tại Quận Halifax, Virginia, nơi sẽ xử lý khoảng 125 tấn titan mỗi năm. Công ty đã nhận được khoản tài trợ 12,7 triệu đô la từ Bộ Quốc phòng cho cơ sở mới này và sẽ sản xuất các sản phẩm titan cho các khách hàng tiềm năng bao gồm Ford, Lockheed Martin và GKN Aerospace.
Dominic Allen, giám đốc thương mại của IperionX, cho biết công ty đang nỗ lực "chuyển" hoạt động sản xuất titan của Hoa Kỳ một phần vì lý do an ninh quốc gia. Ngày nay, Trung Quốc và Nga cùng nhau kiểm soát khoảng 70 phần trăm thị trường titan nguyên sinh của thế giới. IperionX cũng hy vọng rằng bằng cách sản xuất titan ít tốn năng lượng hơn — và do đó ít tốn kém hơn — trong nước, kim loại này có thể mở rộng sang các thị trường mới, có khả năng thay thế nhôm và thép không gỉ trong xe cộ và vật liệu xây dựng.
“Thị trường titan có giá trị khoảng 4 tỷ đô la trên toàn cầu”, Allen cho biết, đồng thời nói thêm rằng thị trường nhôm và thép không gỉ toàn cầu có giá trị lần lượt là khoảng 170 tỷ đô la và 200 tỷ đô la. “Vì vậy, nếu bạn chỉ có thể lấy một phần nhỏ của những thị trường đó chỉ riêng về giá cả, thì đó sẽ là sự tăng trưởng to lớn trong thị trường titan so với hiện tại”.
Trong khi đó, các nhà sản xuất titan đang mở rộng để phục vụ thị trường hiện tại cho loại kim loại nhẹ, có độ bền cao — và, trong trường hợp của Timet, sử dụng năng lượng sạch khi họ mở rộng quy mô.
Cùng với nhà máy mới ở Tây Virginia, Timet vận hành các nhà máy nấu chảy titan ở Nevada, Bắc Carolina và Pennsylvania. Hai đối thủ cạnh tranh chính của Timet tại Hoa Kỳ, ATI Materials và Howmet Aerospace, cũng vận hành lò nấu chảy ở Ohio, Bắc Carolina và tiểu bang Washington.
Tại Ravenswood, cơ sở “hiện đại” này sẽ cho phép Timet giải quyết nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm titan từ ngành hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác, Dugan của Precision Castparts cho biết. Lưới điện siêu nhỏ năng lượng mặt trời bên cạnh “mang đến cơ hội độc đáo… để tăng công suất titan của chúng tôi bằng cách sử dụng nguồn năng lượng tái tạo”, ông nói thêm.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
