Thực tế đã có những trường hợp chuyển đổi từ hệ thống kinh tế tuyến tính sang kinh tế tuần hoàn mang lại lợi ích về mặt kinh tế. Đo lường có thể đóng vai trò như nhân tố thúc đẩy thay đổi đó. chẳng hạn, thông qua giải quyết các thách thức trong lĩnh vực đo lường phân tích để thu thập, đánh giá, phân loại hoặc tái chế chất thải bằng phương pháp tiếp cận mới, đa ngành. Trường hợp sự chuyển đổi sang kinh tế tuần hoàn không mang lại lợi ích kinh tế, những biện pháp quản lý như cấm, hạn chế hoặc đánh thuế mới phải áp dụng. Những trường hợp này giống với vấn đề đo lường phân tích được giải quyết khi đặt ra các giới hạn pháp lý khác hoặc hạn chế một số hàng hóa. Dưới đây là ba ví dụ thực tế đã được triển khai ở châu Âu cho thấy đo lường có thể hỗ trợ cho sự chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn.

Các nguyên tố quan trọng về công nghệ (TCE) trong rác thải điện tử

Trong cuộc sống hàng ngày, các thiết bị sử dụng công nghệ tiên tiến rất phổ biến, chẳng hạn như trong lĩnh vực điện tử, năng lượng tái tạo, giao thông, nông nghiệp, y tế và quân sự. Những công nghệ này có điểm chung là sự phụ thuộc tuyệt đối vào các nguyên tố công nghệ quan trọng (TCE). TCE bao gồm nguyên tố đất hiếm (REE), các nguyên tố nhóm bạch kim (PGE) và các nguyên tố khác như Gallium (Ga), Germanium (Ge), Indium (In), Niobi (Nb), Antimony (Sb), Tantalum (Ta), Tellurium (Te) và Thallium (Tl).

Hầu hết nguyên tố này chỉ xuất hiện trong tự nhiên ở dạng vết và việc khai thác chúng rất phức tạp, đòi hỏi nhiều năng lượng và cực kỳ có hại cho môi trường, dẫn đến lượng sẵn có hạn chế của các nguyên tố TCE. Liên minh châu Âu (EU) đã phân loại nguồn cung nguyên liệu thô TCE là quan trọng. Do các nguyên tố này không sẵn có trong tự nhiên ở châu Âu và Ủy ban châu Âu (EC) muốn giảm sự phụ thuộc vào các nhà sản xuất chính của các nguyên tố này, EC ưu tiên khai thác thu hồi TCE từ rác thải điện tử.

Ngoài ra, việc thu hồi các nguyên tố này từ rác thải điện tử mang lại cơ hội giảm thiệt hại về môi trường gây ra trong quá trình khai thác quặng chứa TCE. Theo nghiên cứu năm 2020 tại Mỹ, tỷ lệ tái chế đối với TCE hiện nay vẫn còn thấp. Nguyên nhân một phần là do rác thải điện tử không đồng nhất với sản lượng thấp của các nguyên tố hiếm TCE kèm theo nhiều loại kim loại khác khiến cho qua trình khai thác trở nên phức tạp.

Trong khi đó, lượng rác thải tiếp tục tăng, châu Âu năm 2019 thải ra 12 triệu tấn rác điện tử, tương ứng 16,2 kg trên đầu người, đứng hàng cao nhất thế giới. Những chất thải này được coi là "mỏ chất thải đô thị" vì nó chứa TCE có giá trị với số lượng tiềm năng lớn. Theo các nghiên cứu năm 2015 và 2021, mỏ đô thị chứa tỷ lệ khối lượng vàng (Au) ước khoảng 200 g/t trong điện thoại di động, trong khi trữ lượng chỉ khoảng 5 g/t trong quặng sơ cấp. Do tầm quan trọng và ý nghĩa của TCE tác động đối với nền kinh tế, môi trường và phúc lợi của con người, cần phải phát triển các kỹ thuật phân tích để tiến hành đánh giá rủi ro sức khỏe con người và sinh thái.

EC đã xác định tái chế TCE là ưu tiên của chương trình nghị sự "Kinh tế tuần hoàn". Tuy nhiên, các phương pháp đo lường chính xác hàm lượng TCE trong chất thải điện tử, cùng với việc thiếu chất chuẩn được chứng nhận, làm giảm sự quan tâm và đầu tư phát triển của các ngành tái chế vào giải quyết thách thức này. Để giải quyết thách thức, một liên minh quốc tế đã khởi động dự án EMPIR “MetroCycleEU” vào năm ngoái (xem Hình 2). Đo lường đáng tin cậy là không thể thiếu được và là yếu tố then chốt nhằm thực thi nhiệm vụ này vì bản chất vẫn phải đạt được tính chính xác, khách quan và chất lượng của phép đo. 

Ngoài ra, một số Viện Đo lường châu Âu đang phối hợp để thiết lập các phương pháp vừa chính xác vừa dễ sử dụng để xác định hàm lượng TCE trong rác thải điện tử và tạo ra các chất chuẩn được chứng nhận, giúp tăng hiệu quả và độ chính xác của quá trình tái chế TCE. Mục tiêu của dự án là phát triển phương pháp chuẩn liên kết với hệ đo lường SI để xác định lượng của 14 nguyên tố TCE khác nhau trong chất thải đô thị ở mức phần triệu. Sự thành công của dự án sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phổ biến của công nghệ này.

Phốt pho trong nước thải, bùn thải hoặc tro bùn thải

Một tài liệu tham vấn do EU soạn thảo năm 2013 nêu rõ: “Phốt pho là một thành tố thiết yếu của sự sống. Nó là một phần không thể thay thế của nền nông nghiệp hiện đại, vì không có gì thay thế được việc sử dụng phốt pho trong thức ăn chăn nuôi và phân bón. Thực trạng chất thải và thất thoát ở mỗi bước của vòng đời phốt pho, gây lo ngại về nguồn cung cấp trong tương lai cũng như nguy cơ ô nhiễm nước và đất, không chỉ ở EU mà trên toàn thế giới. Với việc sản xuất và sử dụng hiệu quả, cũng như tái chế và giảm thiểu chất thải, chúng ta có thể đạt được những bước tiến lớn trong việc sử dụng bền vững phốt pho, từ đó đưa thế giới vào hướng tới sử dụng tài nguyên hiệu quả và đảm bảo nguồn dự trữ cho các thế hệ mai sau.”

Vấn đề này tới đây vẫn còn ý nghĩa rất quan trọng, như ở Thụy Sĩ, nơi có 783 nhà máy xử lý nước thải thu hồi khoảng 5700 tấn phốt pho mỗi năm, đáp ứng nhu cầu nông nghiệp trong nước đối với khoáng chất có giá trị này.

Ngoài ra, việc tái chế phốt pho sẽ giảm thiểu sử dụng quặng phốt phát, do đó cũng tránh được các khu vực khai thác bị ô nhiễm rộng lớn và ô nhiễm nước từ xử lý quặng. Hơn nữa, phốt pho tái chế có hàm lượng kim loại nặng thấp hơn nhiều, chẳng hạn như cadmium và uranium.

Tuy nhiên, vẫn có rủi ro kim loại nặng tích tụ trong phốt pho tái chế và sự xuất hiện các chất gây ô nhiễm khác trong một số chu kỳ tái chế vẫn còn. Pháp lệnh về chất thải của Thụy Sĩ yêu cầu phải thu hồi phốt pho từ nước thải, bùn thải hoặc tro bùn thải vào năm 2026. Các quy định của Đức cũng yêu cầu tương tự từ năm 2029 trở đi. Để đạt được mục tiêu này, một số quy trình xử lý mới để thu hồi năng lượng và vật chất của bùn thải đã được đánh giá.

Ví dụ: quy trình xử lý "Phos41ife” dựa trên quy trình làm khô bùn thải hiện có với quá trình nhiệt phân tiếp theo. Trong quá trình nhiệt phân, bùn thải được sử dụng bằng phương pháp nhiệt hóa học. Quy trình này tạo ra điện, nhiệt thải và vật liệu có giá trị chứa phốt phát (xem Hình 3). Điện sẽ được cung cấp vào lưới điện dưới dạng điện tái tạo, nhiệt thải ra có thể được sử dụng trong mạng lưới sưởi ấm của khu vực địa phương và vật liệu chứa phốt phát có thể được nhà sản xuất phân bón tái sử dụng. Quy trình xử lý này đảm bảo thu hồi gần như hoàn toàn phốt pho và phần khoáng chất còn lại của bùn thải được đốt cháy trong nhà máy xi măng.

Một lợi ích bổ sung là giảm khối lượng chôn lấp, càng đem lại lợi ích về mặt sinh thái. Do đó, trong thời gian ngắn, hoàn toàn khả thi để thu hồi phốt pho từ bùn thải với năng suất hợp lý và đưa nó ra thị trường như một sản phẩm thương mại tinh khiết. Để đảm bảo chất lượng cao của phốt pho tái chế, chất chuẩn phốt pho được chứng nhận phải được thiết lập với mức độ chất gây ô nhiễm được mô tả rõ ràng, cũng như sự phát triển của phương pháp phân tích hiệu quả nhưng dễ sử dụng để xác định các chất gây ô nhiễm này trong nguyên liệu thô như cũng như trong phân bón thành phẩm.

Than bùn trong giá thể trồng trọt

Việc bảo tồn và phục hồi các vùng đất than bùn là một trong những yếu tố chính để giảm thiểu biến đổi khí hậu. Theo các nghiên cứu từ 2010, các bãi than bùn tự nhiên chỉ bao phủ 3% bề mặt Trái đất nhưng chúng lưu trữ khoảng 25% lượng carbon hữu cơ của đất toàn cầu. Sự xuống cấp của các vùng đất than bùn thông qua hệ thống thoát nước và việc khai thác than bùn dẫn đến quá trình khoáng hóa hiếu khí của chất hữu cơ được lưu trữ vật chất và gây ra sự phát thải lượng lớn khí nhà kính. Theo Ủy ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), ước tính việc phá hủy các bãi than bùn gây ra khoảng 5% lượng khí thải carbon dioxide nhân tạo toàn cầu (~ 2 tỷ tấn CO2 ).

Bên cạnh đó, việc khai thác than bùn còn phá hủy các hệ sinh thái nhạy cảm của vùng than bùn. Các đầm lầy than bùn lớn phát triển trong vài nghìn năm, do đó phải mất hàng thế kỷ để phục hồi từ việc khai thác than bùn.

Trong số 63 tỷ mét khối than bùn được khai thác hàng năm ở châu Âu, khoảng một nửa được sử dụng làm giá thể trồng trọt trong nghề làm vườn. Để giảm phát thải khí nhà kính, một số quốc gia châu Âu đã tuyên bố mục tiêu giảm hoặc cấm sử dụng than bùn trong chất trồng. Một mặt, những tham vọng này đòi hỏi phải nghiên cứu thêm về các sản phẩm thay thế than bùn cho giá thể trồng trọt; mặt khác, lệnh cấm sử dụng than bùn trong nghề làm vườn đòi hỏi phải phát triển phương pháp xác định và định lượng lý tưởng nhất hàm lượng than bùn trong giá thể trồng trọt.

Thách thức chính trong việc phát triển phương pháp nêu trên là tính không đồng nhất của vật liệu than bùn. Các đầm lầy than bùn ở vùng khí hậu khác nhau là nơi sinh sống của các thảm thực vật khác nhau trong khi loại đất than bùn (đầm lầy quạt, than bùn thấp, đầm lầy lớn) dẫn đến mức độ suy thoái khác nhau và có thể thay đổi theo thời gian. Các nghiên cứu trước đây đã liệt kê một số hướng tiềm năng để phát hiện than bùn; tuy nhiên, vẫn chưa thể xác định phương pháp đáng tin cậy để có thể xác định vật liệu than bùn trong giá thể trồng trọt. Trong phòng thí nghiệm của mình, chúng tôi đã thử nghiệm hai phương pháp để phát hiện than bùn: phân tích các dấu ấn sinh học như n-ankan và nhận dạng quang học của than bùn.

Đo lường là yếu tố quyết định chính cho quá trình chuyển đổi nhanh chóng từ hệ thống kinh tế tuyến tính ngày nay sang nền kinh tế tuần hoàn. Cả ngành công nghiệp cũng như cơ quan quản lý đều cần các giải pháp đo lường đa ngành để thực hiện và giám sát quá trình chuyển đổi này.

Các giải pháp đo lường bao gồm từ phương pháp phân tích tiên tiến đến các tài liệu tham khảo được chứng nhận. Dự kiến trong tương lai gần, nhiều ngành công nghiệp sẽ hướng tới nguyên liệu tuần hoàn, khí có sự thúc đẩy của lợi ích kinh tế hoặc các biện pháp quản lý. Do đó, các viện đo lường trên khắp thế giới cần phải tham gia với các bên liên quan và phát triển các khả năng mới để đáp ứng nhu cầu của họ.

Trần Quý Giầu - Vụ trưởng Vụ Đo lường

(*) Trích dịch: Kinh tế tuần hoàn và Đo lường Tác giả: GISELA UMBRICHT, MIRJAM UTTERS và LENA MARKI, HANSPETER ANDRES - Phòng Hóa học, Viện Đo lường Thụy Sỹ (METAS)