Tóm tắt:Tác giả phân tích tình hình sản xuất và tiêu thụ than cốc kim ở nước ta, triển vọng ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp điện cực than chì và vật liệu điện cực âm, nghiên cứu những thách thức trong phát triển than cốc kim dầu mỏ, bao gồm nguồn nguyên liệu khan hiếm, chất lượng không cao, chu kỳ dài và đánh giá ứng dụng dư thừa công suất, tăng cường nghiên cứu phân khúc sản phẩm, ứng dụng, các biện pháp đánh giá hiệu suất, chẳng hạn như các nghiên cứu liên kết để phát triển thị trường cao cấp.
Theo nguồn nguyên liệu khác nhau, than cốc kim có thể được chia thành than cốc kim dầu và than cốc kim than đá. Than cốc kim dầu chủ yếu được sản xuất từ bùn FCC thông qua quá trình tinh chế, khử lưu huỳnh bằng hydro, luyện cốc chậm và nung. Quá trình này tương đối phức tạp và có hàm lượng kỹ thuật cao. Than cốc kim có đặc điểm là hàm lượng cacbon cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp, hàm lượng nitơ thấp, hàm lượng tro thấp, v.v., và có các đặc tính điện hóa và cơ học vượt trội sau khi graphit hóa. Nó là một loại vật liệu cacbon cao cấp không đẳng hướng, dễ graphit hóa.
Than cốc kim chủ yếu được sử dụng làm điện cực than chì công suất cực cao và vật liệu catốt cho pin lithium-ion. Trong bối cảnh các mục tiêu chiến lược “đỉnh carbon”, “trung hòa carbon”, các quốc gia tiếp tục thúc đẩy chuyển đổi và nâng cấp cơ cấu công nghiệp ngành sắt thép và ô tô, đồng thời khuyến khích ứng dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng, carbon thấp và bảo vệ môi trường xanh, thúc đẩy sản xuất thép bằng lò hồ quang điện và sự phát triển nhanh chóng của xe năng lượng mới. Nhu cầu về nguyên liệu than cốc kim cũng đang tăng nhanh. Trong tương lai, ngành công nghiệp chế biến than cốc kim sẽ còn phát triển mạnh mẽ. Bài viết này phân tích hiện trạng ứng dụng và triển vọng của than cốc kim trong vật liệu điện cực than chì và anot, đồng thời đưa ra những thách thức và biện pháp đối phó cho sự phát triển lành mạnh của ngành công nghiệp than cốc kim.
1. Phân tích quá trình sản xuất và hướng vận chuyển than cốc kim
1.1 Sản xuất than cốc kim
Việc sản xuất than cốc kim chủ yếu tập trung ở một số quốc gia như Trung Quốc, Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Hàn Quốc và Nhật Bản. Năm 2011, năng lực sản xuất than cốc kim toàn cầu khoảng 1200kt/năm, trong đó năng lực sản xuất của Trung Quốc là 250kt/năm, và chỉ có bốn nhà sản xuất than cốc kim của Trung Quốc. Theo thống kê của Sinfern Information, đến năm 2021, năng lực sản xuất than cốc kim toàn cầu sẽ tăng lên khoảng 3250kt/năm, và năng lực sản xuất than cốc kim của Trung Quốc sẽ tăng lên khoảng 2240kt/năm, chiếm 68,9% tổng năng lực sản xuất toàn cầu, và số lượng nhà sản xuất than cốc kim của Trung Quốc sẽ tăng lên 21.
Bảng 1 cho thấy năng lực sản xuất của 10 nhà sản xuất than cốc kim hàng đầu thế giới, với tổng năng lực sản xuất là 2130kt/năm, chiếm 65,5% tổng năng lực sản xuất toàn cầu. Xét về năng lực sản xuất toàn cầu của các doanh nghiệp sản xuất than cốc kim, các nhà sản xuất than cốc kim loại dùng trong ngành dầu khí nhìn chung có quy mô tương đối lớn, năng lực sản xuất trung bình của một nhà máy là 100 ~ 200kt/năm, trong khi năng lực sản xuất than cốc kim loại dùng trong ngành than chỉ khoảng 50kt/năm.
Trong vài năm tới, công suất sản xuất than cốc kim toàn cầu sẽ tiếp tục tăng, nhưng chủ yếu đến từ Trung Quốc. Công suất sản xuất than cốc kim theo kế hoạch và đang xây dựng của Trung Quốc vào khoảng 430.000 tấn/năm, và tình trạng dư thừa công suất ngày càng trầm trọng. Bên ngoài Trung Quốc, công suất than cốc kim về cơ bản ổn định, với việc nhà máy lọc dầu OMSK của Nga dự kiến xây dựng một tổ máy sản xuất than cốc kim công suất 38.000 tấn/năm vào năm 2021.
Hình 1 thể hiện sản lượng than cốc kim ở Trung Quốc trong 5 năm gần đây. Như có thể thấy từ Hình 1, sản lượng than cốc kim ở Trung Quốc đã đạt được tốc độ tăng trưởng bùng nổ, với tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm là 45% trong 5 năm. Năm 2020, tổng sản lượng than cốc kim ở Trung Quốc đạt 517kT, bao gồm 176kT loại than đá và 341kT loại than dầu.
1.2 Nhập khẩu than cốc kim
Hình 2 thể hiện tình hình nhập khẩu than cốc kim ở Trung Quốc trong 5 năm gần đây. Như có thể thấy từ Hình 2, trước khi dịch COVID-19 bùng phát, khối lượng nhập khẩu than cốc kim ở Trung Quốc đã tăng đáng kể, đạt mức cao kỷ lục 270.000 tấn vào năm 2019. Năm 2020, do giá than cốc kim nhập khẩu cao, khả năng cạnh tranh giảm, lượng hàng tồn kho tại cảng lớn, cộng thêm sự bùng phát liên tục của dịch bệnh ở châu Âu và Hoa Kỳ, khối lượng nhập khẩu than cốc kim của Trung Quốc năm 2020 chỉ đạt 132.000 tấn, giảm 51% so với năm trước. Theo thống kê, trong tổng lượng than cốc kim nhập khẩu năm 2020, than cốc kim dầu chiếm 27,5.000 tấn, giảm 82,93% so với năm trước; Lượng than cốc kim loại khai thác đạt 104,1 kt, tăng 18,26% so với năm ngoái. Nguyên nhân chính là do vận tải đường biển giữa Nhật Bản và Hàn Quốc ít bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh, thứ hai là giá một số sản phẩm từ Nhật Bản và Hàn Quốc thấp hơn so với các sản phẩm tương tự ở Trung Quốc, và khối lượng đơn đặt hàng ở các khâu tiếp theo lớn.
1.3 Hướng ứng dụng của than cốc kim
Than cốc kim là một loại vật liệu cacbon cao cấp, chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất điện cực than chì siêu công suất và vật liệu anot than chì nhân tạo. Các lĩnh vực ứng dụng cuối cùng quan trọng nhất là luyện thép bằng lò hồ quang điện và pin điện cho xe năng lượng mới.
Hình 3 thể hiện xu hướng ứng dụng than cốc kim ở Trung Quốc trong 5 năm gần đây. Điện cực than chì là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất, và tốc độ tăng trưởng nhu cầu đang bước vào giai đoạn tương đối ổn định, trong khi vật liệu điện cực âm tiếp tục tăng trưởng nhanh chóng. Năm 2020, tổng lượng tiêu thụ than cốc kim ở Trung Quốc (bao gồm cả lượng tiêu thụ tồn kho) là 740kT, trong đó 340kT là vật liệu điện cực âm và 400kT là điện cực than chì, chiếm 45% tổng lượng tiêu thụ vật liệu điện cực âm.
2.1 Phát triển công nghệ sản xuất thép bằng lò điện hồ quang (eAF)
Ngành công nghiệp sắt thép là một trong những ngành phát thải carbon chính ở Trung Quốc. Có hai phương pháp sản xuất sắt thép chính: lò cao và lò hồ quang điện. Trong đó, sản xuất thép bằng lò hồ quang điện có thể giảm 60% lượng khí thải carbon, đồng thời tái chế phế liệu thép và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu quặng sắt. Ngành công nghiệp sắt thép đề xuất đi đầu trong việc đạt được mục tiêu “đỉnh carbon” và “trung hòa carbon” vào năm 2025. Dưới sự chỉ đạo của chính sách quốc gia về ngành công nghiệp sắt thép, sẽ có nhiều nhà máy thép chuyển đổi từ lò cao và lò luyện thép sang lò hồ quang điện.
Năm 2020, sản lượng thép thô của Trung Quốc đạt 1054,4 triệu tấn, trong đó sản lượng thép lò hồ quang điện (eAF) chiếm khoảng 96 triệu tấn, chỉ chiếm 9,1% tổng sản lượng thép thô. So với mức trung bình thế giới là 18%, Mỹ là 67%, Liên minh châu Âu là 39% và Nhật Bản là 22%, thì tiềm năng phát triển còn rất lớn. Theo dự thảo “Hướng dẫn thúc đẩy phát triển chất lượng cao ngành công nghiệp thép” do Bộ Công Thương ban hành ngày 31 tháng 12 năm 2020, tỷ trọng thép eAF trong tổng sản lượng thép thô cần được tăng lên 15% - 20% vào năm 2025. Việc tăng sản lượng thép eAF sẽ làm tăng đáng kể nhu cầu về điện cực than chì siêu công suất. Xu hướng phát triển của lò hồ quang điện trong nước là cao cấp và quy mô lớn, điều này tạo ra nhu cầu lớn hơn đối với điện cực than chì có thông số kỹ thuật lớn và công suất siêu cao.
2.2 Tình trạng sản xuất điện cực than chì
Điện cực than chì là một vật tư tiêu hao thiết yếu cho quá trình sản xuất thép bằng lò điện hồ quang (eAF). Hình 4 thể hiện năng lực sản xuất và sản lượng điện cực than chì tại Trung Quốc trong 5 năm gần đây. Năng lực sản xuất điện cực than chì đã tăng từ 1050kT/năm năm 2016 lên 2200kt/năm năm 2020, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 15,94%. 5 năm này là giai đoạn tăng trưởng nhanh chóng của năng lực sản xuất điện cực than chì, đồng thời cũng là chu kỳ phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp điện cực than chì. Trước năm 2017, ngành công nghiệp điện cực than chì là một ngành sản xuất truyền thống với mức tiêu thụ năng lượng cao và gây ô nhiễm cao, các doanh nghiệp sản xuất điện cực than chì lớn trong nước đã giảm sản lượng, các doanh nghiệp vừa và nhỏ phải đối mặt với nguy cơ đóng cửa, thậm chí cả những ông lớn trong ngành điện cực quốc tế cũng phải ngừng sản xuất, bán lại và rút lui. Năm 2017, chịu ảnh hưởng và được thúc đẩy bởi chính sách quản lý quốc gia về việc bắt buộc loại bỏ "thép thanh sàn", giá điện cực than chì tại Trung Quốc đã tăng mạnh. Được kích thích bởi lợi nhuận vượt mức, thị trường điện cực than chì đã bước vào làn sóng khôi phục và mở rộng năng lực sản xuất.
Năm 2019, sản lượng điện cực than chì của Trung Quốc đạt mức cao kỷ lục trong những năm gần đây, lên tới 1189kT. Năm 2020, sản lượng điện cực than chì giảm xuống còn 1020kT do nhu cầu suy yếu vì dịch bệnh. Tuy nhiên, nhìn chung, ngành công nghiệp điện cực than chì của Trung Quốc đang đối mặt với tình trạng dư thừa công suất nghiêm trọng, và tỷ lệ sử dụng công suất giảm từ 70% năm 2017 xuống còn 46% năm 2020, mức thấp kỷ lục.
2.3 Phân tích nhu cầu than cốc kim trong ngành công nghiệp sản xuất điện cực than chì
Sự phát triển của thép lò điện hồ quang (eAF) sẽ thúc đẩy nhu cầu về điện cực than chì siêu công suất. Ước tính nhu cầu về điện cực than chì sẽ đạt khoảng 1300kt vào năm 2025, và nhu cầu về than cốc kim nguyên liệu sẽ đạt khoảng 450kt. Do trong sản xuất điện cực than chì kích thước lớn và công suất siêu cao cùng các mối nối, than cốc kim gốc dầu tốt hơn than cốc kim gốc than đá, nên tỷ lệ nhu cầu về than cốc kim gốc dầu trong sản xuất điện cực than chì sẽ tiếp tục tăng, chiếm lĩnh thị phần của than cốc kim gốc than đá.
Thời gian đăng bài: 23/03/2022