Các chất cách điện dạng lon có thể tái chế được không?

Các loại vật liệu làm bộ cách điện và tính khả thi của việc tái chế chúng

Bộ cách điện gốm và thủy tinh: Các quy trình tái chế đã được thiết lập nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng

Hệ thống cơ sở hạ tầng tái chế các bộ cách điện bằng gốm và thủy tinh trên thực tế đã được phát triển khá bài bản theo thời gian, và tại những khu vực có hệ thống thu gom hiệu quả, chúng ta đang chứng kiến tỷ lệ tái chế vượt quá 60%. Vậy phần vật liệu đã nghiền nát này sẽ được xử lý như thế nào? Về cơ bản, nó được đưa trở lại quy trình sản xuất dưới dạng nguyên liệu thô để chế tạo các bộ cách điện mới, hoặc thậm chí được sử dụng trong các công trình xây dựng dưới dạng vật liệu cốt liệu. Tuy nhiên, điểm đáng lưu ý là khi những vật liệu này cần được nấu chảy lại, chúng đòi hỏi nhiệt độ lò vượt ngưỡng 1.400 độ C. Các nghiên cứu về xử lý nhiệt cho thấy quá trình này tiêu tốn khoảng 30% năng lượng nhiều hơn so với việc sản xuất hoàn toàn mới từ đầu. Và loại quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng như vậy bắt đầu làm suy giảm đáng kể các lợi ích môi trường thực sự, nhất là khi những vật liệu này phải vận chuyển quãng đường trên 200 dặm để đưa vào xử lý. Một số công ty cung cấp dịch vụ tiện ích đang thử nghiệm sử dụng lò nung chạy bằng năng lượng tái tạo nhằm giảm phát thải, nhưng việc mở rộng quy mô ứng dụng giải pháp này đối mặt với những thách thức thực tế: lưới điện hiện hữu không luôn đáp ứng được nhu cầu, đồng thời việc cải tạo thiết bị cũ đi kèm chi phí rất cao, khiến nhiều doanh nghiệp phải cân nhắc kỹ lưỡng trước khi đầu tư.

Các bộ cách điện polymer và composite: Tỷ lệ phục hồi thấp do sử dụng hỗn hợp vật liệu

Vấn đề tái chế các loại cách điện bằng polymer và vật liệu compozit bắt nguồn từ việc những vật liệu này gần như không thể tách rời một cách hiệu quả. Hãy suy ngẫm điều này: lớp vỏ cao su silicone bám chặt vào lõi sợi thủy tinh, với các chi tiết kim loại gắn ở hai đầu, khiến việc tách cơ học trở nên gần như bất khả thi. Các số liệu ngành cho biết tỷ lệ thu hồi tổng thể vẫn duy trì dưới mức 15%, một con số thực sự không mấy khả quan. Các nỗ lực nghiền nhỏ chỉ tạo ra hỗn hợp vật liệu có giá trị thương mại rất thấp, chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm như ghế công viên hoặc tấm chắn tiếng ồn trên đường—trong đó giá trị khai thác lại chưa đạt tới 20% so với giá trị ban đầu của các vật liệu này. Dẫu vậy, kỹ thuật tái chế hóa học mang lại hy vọng nhất định; tuy nhiên, về mặt thương mại, phương pháp này vẫn chưa sẵn sàng áp dụng đại trà. Quy trình này đòi hỏi các dung môi đặc biệt và chi phí khoảng 740.000 USD cho mỗi đơn vị thiết bị, theo các nghiên cứu gần đây năm 2023. Cho đến khi các nhà sản xuất thống nhất về thành phần polymer tiêu chuẩn và thiết lập hệ thống thu gom phù hợp, phần lớn cách điện cũ vẫn tiếp tục bị chôn lấp trực tiếp tại bãi rác hoặc đốt trong lò thiêu hủy—dù chúng có khả năng tồn lưu trong môi trường suốt nhiều thập kỷ.

Các Thực hành Tái chế Công nghiệp Hiện hành đối với Các Bộ Cách điện Điện

Việc Phục hồi Bộ Cách điện Gốm do Các Công ty Điện lực Chủ trì tại Bắc Mỹ và EU

Các công ty cung cấp dịch vụ tiện ích tại Bắc Mỹ và châu Âu đang đi đầu trong việc tái chế các bộ cách điện gốm thông qua các sáng kiến thu hồi có tổ chức, nhằm thu gom các bộ phận bằng sứ và thủy tinh cũ từ các hệ thống truyền tải điện. Các vật liệu đã được nghiền nhỏ này hoặc được sử dụng để sản xuất các sản phẩm gốm mới, hoặc được ứng dụng làm cốt liệu trong các dự án xây dựng. Theo Báo cáo về Tính bền vững Ngành công nghiệp năm 2023, các quốc gia châu Âu đã đạt tỷ lệ tái chế các vật liệu này ở mức từ 65 đến 80 phần trăm. Mặc dù quy trình nung chảy tiêu tốn khá nhiều năng lượng và phần nào làm giảm lợi ích môi trường, các quy định như Kế hoạch Hành động Kinh tế Tuần hoàn của Liên minh Châu Âu (EU) vẫn tiếp tục thúc đẩy thực tiễn này. Khi các công ty tiện ích hợp tác với các nhà tái chế chuyên biệt, họ có thể tối ưu hóa cả khâu vận chuyển lẫn xử lý. Những sự hợp tác này tạo ra các giải pháp khả thi cho các nỗ lực tái chế quy mô lớn, đặc biệt tại những khu vực mà việc thu gom thiết bị từ các địa điểm xa xôi gây ra những thách thức hậu cần thực sự đối với nhiều doanh nghiệp.

Các ứng dụng hạn chế trong việc xử lý lại và tái chế xuống cấp cách điện polymer

Việc tái chế các bộ cách điện polymer gặp phải những trở ngại lớn do độ phức tạp của các vật liệu này. Cao su silicone pha sợi thủy tinh không thể tách rời một cách dễ dàng, dẫn đến tỷ lệ thu hồi trên toàn cầu vẫn duy trì ở mức dưới khoảng 15%. Hiện nay, phần lớn các bộ cách điện cũ chỉ được cắt nhỏ để làm nguyên liệu cho các sản phẩm như đệm lót thảm hoặc gờ giảm tốc trên đường. Các ứng dụng này cũng không mang lại giá trị kinh tế tương đương với vật liệu mới—theo các nghiên cứu gần đây đăng trên Tạp chí Đổi mới Vật liệu năm ngoái, giá trị chỉ bằng khoảng 60% so với vật liệu mới. Về mặt tài chính, hoạt động này rất khó khả thi vì riêng chi phí xử lý đã vượt quá 380 USD/tấn, trong khi sản phẩm đầu ra chỉ bán được với giá dưới 210 USD/tấn. Hiện nay, số lượng cơ sở thực sự xử lý dòng chất thải này một cách đúng quy chuẩn là rất hạn chế, nên phần lớn các bộ cách điện cũ cuối cùng vẫn bị chôn lấp tại các bãi rác. Một số phương pháp mới hơn sử dụng xử lý nhiệt có thể khai thác lại các thành phần cấu tạo hữu ích trong tương lai, nhưng đến nay chưa có phương pháp nào được triển khai quy mô thương mại, bất chấp những thảo luận sôi nổi xung quanh chúng.

Các rào cản chính hạn chế việc áp dụng tái chế bộ cách điện

Ô nhiễm, Phân mảnh và Thiếu hệ thống thu gom chuyên biệt

Khi các vật liệu khác nhau bị trộn lẫn trong quá trình tái chế—đặc biệt là những mảnh gốm vô tình lẫn vào các bộ phận bằng nhựa—việc cố gắng tách chúng ra sau đó về mặt tài chính đã trở nên không khả thi. Hầu hết các thành phố cũng không được trang bị đầy đủ để xử lý tình trạng hỗn độn này một cách đúng đắn. Dưới một phần tám số công ty cung cấp dịch vụ tiện ích thực sự sở hữu hệ thống phù hợp để thu hồi các bộ cách điện cũ; vậy điều gì xảy ra? Phần lớn trong số đó cuối cùng bị vứt bỏ vào thùng rác thông thường hoặc bất kỳ bãi chôn lấp địa phương nào gần nhất. Và nếu điều đó chưa đủ tệ, nhiều đường dây truyền tải điện cũ còn sử dụng những bộ cách điện tổ hợp cao cấp làm từ cao su silicone dán lên lõi sợi thủy tinh. Vấn đề ở đây là không ai thực sự biết cách tháo rời những bộ cách điện này mà không cần thiết bị chuyên dụng—mà đa số trung tâm tái chế hoàn toàn không có sẵn. Thực tế, tình trạng này không chỉ riêng đối với các bộ cách điện. Chúng ta gặp phải những vấn đề tương tự trên khắp mọi lĩnh vực tái chế trên toàn cầu, nơi khả năng phân loại không đúng cách của chúng ta khiến tỷ lệ nhựa có thể tái chế lý thuyết chỉ đạt khoảng một phần mười trong thực tế.

Thực tế kinh tế: Chi phí tách biệt so với giá trị thấp của vật liệu tái chế và sự cạnh tranh từ vật liệu nguyên sinh

Các yếu tố kinh tế trong tái chế tạo ra những rào cản mang tính quyết định. Việc xử lý các hợp chất gốm hoặc polymer bị nhiễm bẩn có chi phí 740 USD/tấn (Ponemon, 2023) — cao hơn gấp ba lần chi phí sản xuất vật liệu nguyên sinh. Các sản phẩm tái chế gặp bất lợi nghiêm trọng trên thị trường:

• Các hợp chất được tái chế xuống cấp (downcycled) chỉ bán được với giá bằng 40% giá của các sản phẩm tương đương làm từ vật liệu nguyên sinh
• Các công thức thủy tinh chuyên dụng đòi hỏi mức độ tinh khiết không thể đạt được thông qua quy trình tái chế thông thường
• Giá polymer nguyên sinh thấp hơn giá vật liệu tái chế tới 220 USD/tấn

Sự mất cân bằng này làm giảm động lực đầu tư vào cơ sở hạ tầng tái chế. Các đơn vị vận hành ưu tiên phương án xử lý chi phí thấp trừ khi có yêu cầu bắt buộc — các quy định điều tiết theo từng loại vật liệu hoặc mục tiêu về tỷ lệ nội dung tái chế vẫn còn rất hiếm. Nếu thiếu các công cụ chính sách như trợ cấp hoặc yêu cầu mua sắm bắt buộc đối với vật liệu tái chế, các giải pháp tuần hoàn sẽ tiếp tục ở vị thế ngoại vi về mặt thương mại.

Các hướng đi phía trước: Chiến lược kinh tế tuần hoàn dành cho vật liệu cách điện

Tiêu chuẩn thiết kế để tái chế và các công thức hợp chất chuẩn hóa

Tiếp cận thiết kế nhằm tái chế thực sự rất quan trọng khi nói đến việc nâng cao tỷ lệ thu hồi vật liệu. Hiện nay, sự đa dạng trong thành phần cấu tạo các sản phẩm này là quá lớn. Chúng ta đang nói đến khoảng mười lăm loại hỗn hợp polymer khác nhau chỉ riêng trong các cụm truyền động (transmission grade units). Khi thành phần vật liệu đồng nhất, nhà máy có thể tách chúng ra một cách cơ học và xử lý nhiệt mà không gặp nhiều khó khăn. Một số nghiên cứu cho thấy, nếu tất cả các bên đều sử dụng các vật liệu tổng hợp tương tự nhau, chúng ta có thể tăng khoảng bốn mươi phần trăm lượng polymer được thu hồi từ chất thải, đồng thời giảm gần ba mươi phần trăm mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình xử lý so với việc xử lý các loại vật liệu pha trộn phức tạp hiện nay. Các quy định như Chỉ thị Thiết kế Sinh thái (Ecodesign Directive) của Liên minh Châu Âu đã bắt đầu thúc đẩy doanh nghiệp xem xét yếu tố khả năng tái chế ngay từ giai đoạn thiết kế. Điều này đang đẩy các nhà sản xuất hướng tới các giải pháp đơn giản hơn dựa trên một loại vật liệu duy nhất và các phụ gia an toàn hơn — những yếu tố giúp duy trì tính khả dụng của vật liệu ngay cả sau nhiều chu kỳ sử dụng.

Chương trình Thu hồi Thiết bị Hỗ trợ và Quan hệ Đối tác Tái chế Liên ngành

Khi các công ty cung cấp dịch vụ tiện ích hợp tác chặt chẽ với các đơn vị tái chế và chuyên gia vật liệu, họ đang đạt được những tiến triển thực sự trong việc giải quyết những vấn đề tồn tại lâu nay liên quan đến thu gom và xử lý vật liệu. Lấy ví dụ về các chương trình thu hồi khu vực: những chương trình này cho phép các công ty tiện ích thu thập toàn bộ thiết bị đã hết hạn sử dụng trong quá trình nâng cấp lưới điện, từ đó đạt hiệu quả cao gấp khoảng ba lần so với các hệ thống do chính quyền địa phương vận hành. Một số ngành công nghiệp đang tìm ra các ứng dụng mới cho nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh trong các dự án xây dựng, giúp giữ khoảng 12.000 tấn vật liệu mỗi năm không bị chôn lấp. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy cao su silicone tái chế hoạt động không kém gì sản phẩm mới trong một số tình huống điện áp thấp, nếu được xử lý đúng cách ở nhiệt độ cụ thể. Kết luận cuối cùng? Những quan hệ đối tác kiểu này giúp giảm chi phí mua vật liệu của các công ty tiện ích khoảng 18–22%, đồng thời góp phần hình thành các chu kỳ vật liệu có khả năng mở rộng theo thời gian.

Câu hỏi thường gặp

Những thách thức chính trong việc tái chế cách điện polymer và composite là gì?

Các thách thức chính bao gồm độ khó trong việc tách các vật liệu hỗn hợp như cao su silicone và sợi thủy tinh, dẫn đến tỷ lệ thu hồi thấp và sản phẩm tái chế có giá trị thấp.

Quá trình tái chế cách điện gốm và thủy tinh tiêu tốn bao nhiêu năng lượng?

Việc tái chế cách điện gốm và thủy tinh rất tiêu tốn năng lượng vì đòi hỏi nhiệt độ lò trên 1.400 độ C, tiêu thụ nhiều hơn khoảng 30% năng lượng so với sản xuất vật liệu mới.

Tại sao các yếu tố kinh tế lại là rào cản đối với việc tái chế cách điện?

Các yếu tố kinh tế là rào cản vì chi phí tái chế cách điện cao hơn chi phí sản xuất vật liệu nguyên sinh, đồng thời vật liệu tái chế cũng gặp bất lợi trên thị trường, khiến chúng kém cạnh tranh hơn.

Một số hướng đi tiềm năng để cải thiện việc tái chế cách điện là gì?

Các hướng tiếp cận tiềm năng bao gồm xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế nhằm tái chế, chuẩn hóa công thức vật liệu composite và thiết lập các chương trình thu hồi sản phẩm từ phía nhà cung cấp dịch vụ cũng như các quan hệ đối tác tái chế liên ngành nhằm nâng cao khả năng phục hồi vật liệu và tạo ra các giải pháp tuần hoàn.