Tin thị trường và sản phẩm

Clo, một nguyên tố quen thuộc trong bảng tuần hoàn, đang đứng trước những đánh giá mới mẻ từ giới khoa học. Là một chất khí màu xanh vàng nhạt, clo không chỉ là nền tảng cho hàng loạt sản phẩm công nghiệp mà còn mang theo những rủi ro về độc hại và môi trường. Trong bài đánh giá mới đây trên tạp chí ChemSusChem, nhóm tác giả dẫn đầu bởi giáo sư Sebastian Riedel từ Đại học Tự do Berlin đã phân tích sâu sắc vai trò kép của clo và hydrogen chloride (HCl) – một sản phẩm phụ của nó. Họ nhấn mạnh rằng clo đóng góp lớn vào sản xuất dược phẩm, nhựa, nông dược và chất khử trùng, nhưng đồng thời kêu gọi xem xét lại việc sử dụng do tính độc hại và tác động môi trường. Các công nghệ không clo như quy trình hydro peroxit-propylene oxide hay các chất lỏng ion dựa trên polychloride đang nổi lên như những giải pháp an toàn hơn, thậm chí có thể tích hợp với năng lượng tái tạo.

Từ thời cổ đại, clo đã được biết đến qua tên gọi từ tiếng Hy Lạp nghĩa là "xanh nhạt". Trong tự nhiên, nó tồn tại chủ yếu dưới dạng muối clorua trong đá và nước biển, và là yếu tố thiết yếu cho hầu hết sinh vật sống. Tuy nhiên, clo nguyên tố lại rất phản ứng, khiến nó trở thành "xương sống" của ngành công nghiệp hóa chất, nhưng cũng gây ra những vấn đề lớn nếu rò rỉ ra môi trường. Trong nhận thức công chúng, clo thường gắn liền với hình ảnh nguy hiểm. Nó từng được sử dụng làm vũ khí hóa học trong Chiến tranh Thế giới thứ nhất, kết hợp với phosgen và khí mù tạt, gây ra hàng nghìn cái chết. Tai nạn như sự cố Seveso năm 1976 ở Italy, nơi dioxin độc hại lan ra môi trường, khiến 193 người bị thương, chủ yếu là trẻ em, vẫn còn ám ảnh đến nay.

Sự mâu thuẫn của clo còn thể hiện rõ ở lĩnh vực nông nghiệp. Các hóa chất chứa clo thường bền vững hơn, giúp bảo vệ cây trồng hiệu quả mà không cần sử dụng thường xuyên. DDT là ví dụ điển hình: Phát minh bởi nhà hóa học Thụy Sĩ Paul Hermann Müller, người nhận Nobel Y học năm 1948, DDT đã cứu sống hàng triệu người bằng cách kiểm soát côn trùng lan truyền sốt rét. Ở Ấn Độ, số ca sốt rét giảm từ 100 triệu năm 1933 xuống chỉ 0,15 triệu năm 1966 nhờ DDT. Tổng cộng, trong thập kỷ đầu, nó ngăn chặn 100 triệu ca nhiễm và cứu 5 triệu mạng sống. Thế nhưng, DDT cũng gây hại môi trường vì tích tụ trong chuỗi thức ăn, dẫn đến suy giảm dân số chim ở Bắc Mỹ và châu Âu. Từ những năm 1970, DDT bị cấm sử dụng nông nghiệp ở nhiều nơi, nhưng vẫn được phép dùng chống sốt rét ở một số quốc gia nghèo. Các nhà khoa học cho rằng, để loại bỏ hoàn toàn DDT, cần phát triển thuốc trừ sâu thân thiện với môi trường và giá rẻ hơn.

Một mặt tích cực khác của clo là vai trò trong khử trùng nước uống. Hơn một thế kỷ nay, clo giúp loại bỏ vi khuẩn gây bệnh như tả, thương hàn và viêm gan A, E. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 1,7 tỷ người trên thế giới vẫn thiếu nước sạch, dẫn đến 500.000 ca tử vong mỗi năm. Clo đã góp phần giảm đáng kể bệnh dịch ở Mỹ và châu Âu từ cuối thế kỷ 19. Ngày nay, khử trùng bằng clo vẫn phổ biến ở các nước phát triển. Mặc dù có lo ngại về sản phẩm phụ chứa clo (DBPs) có thể gây hại, WHO khẳng định lợi ích sức khỏe cộng đồng từ clo vượt trội hơn rủi ro.

Trong ngành công nghiệp hóa chất, clo ảnh hưởng đến hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Hơn 50% hóa chất và polymer công nghiệp phụ thuộc vào clo, từ nhựa PVC, polyurethane (PU), polycarbonate (PC) đến silicon. Clo cần thiết cho sản xuất silicon dùng trong chip bán dẫn và pin mặt trời, cũng như titanium dioxide và phosphorus trichloride. Hơn 90% dược phẩm và 86% nông dược chứa hoặc được tổng hợp từ clo. Ở châu Âu, năm 2023 sản xuất 7,3 triệu tấn clo, chủ yếu cho PVC (32%) và PU/PC (30,7%). Quy trình điện phân clo-kiềm không chỉ sản xuất clo mà còn hydrogen và xút (NaOH), với nhu cầu điện cao khoảng 2,6 MWh/tấn clo. Ở Đức, ngành này tiêu thụ 1,7% điện quốc gia năm 2022, gây phát thải CO2 tương đương ngành thép. Tuy nhiên, clo rẻ tiền (khoảng 200 euro/tấn năm 2019) nhờ nguyên liệu dồi dào từ muối và nước, và là chất oxy hóa mạnh mẽ.

Dù vậy, việc sản xuất clo và NaOH liên kết chặt chẽ, nên để giảm clo cần tìm thay thế cho NaOH. Các sản phẩm từ clo thường thải ra HCl hoặc muối clorua, gây ô nhiễm sông ngòi nếu không xử lý. Năm 2022, nồng độ clorua cao kết hợp yếu tố khác gây bùng nổ tảo độc ở sông Oder, Đức, dẫn đến cá chết hàng loạt. Các hợp chất hữu cơ chứa clo như DDT, hexachlorocyclohexane và PCB thường độc hại, tích tụ sinh học, và đo lường qua chỉ số AOX (hữu cơ halogen hấp thụ). AOX chủ yếu từ công nghiệp, dù tự nhiên cũng sản xuất hơn 5.000 hợp chất halogen. TOC (tổng carbon hữu cơ) cũng chỉ ra mức ô nhiễm hữu cơ, và giảm clo có thể hạ thấp cả hai chỉ số này.

An toàn là thách thức lớn nhất với clo và HCl. Clo độc hại, ăn mòn, lưu trữ dưới áp suất 6,8 bar ở nhiệt độ phòng, dễ hình thành đám mây khí nặng khi rò rỉ. Vận chuyển clo rủi ro cao, như tai nạn năm 2022 ở Aqaba, Jordan, khiến 13 người chết và hơn 250 bị thương. Clo không cháy nhưng dễ nổ khi trộn với hydrogen, hydrocarbon hay ammonia. HCl cũng tương tự, áp suất 42,6 bar, sản xuất từ phản ứng clo và hydrogen ở nhiệt độ trên 2.000°C. Tai nạn clo ở hồ bơi nhấn mạnh nhu cầu đào tạo và bảo trì nghiêm ngặt.

Trước những bất lợi, bài đánh giá kêu gọi giảm clo vì lý do bền vững và an toàn. Clo khó thay thế hoàn toàn do giá rẻ và vai trò lớn trong dược phẩm, nông dược, polymer. Nhưng các quy trình không clo đang được khám phá, dựa trên báo cáo của Cơ quan Môi trường Đức. Bài tập trung vào hóa chất tiêu thụ clo lớn ở Đức năm 2017: propylene oxide (PO, 1,1 Mt clo/27%), phosgen cho PU (820 kt/20%), epichlorohydrin (ECH, 327 kt/8%), methane clo hóa (CMDs, 222 kt/5%) cho dung môi và TFE, phosgen cho PC (122 kt/3%). PVC (907 kt/22%) không được xem xét vì sản phẩm cuối chứa clo và quy trình đã tối ưu.

Với PO, dùng chủ yếu cho PU và polyester, châu Âu sản xuất 2.860 kt năm 2017. Ở Đức, quy trình chlorohydrin dùng clo và nước tạo axit hypochlorous phản ứng với propylene, thải NaCl và nước muối, tiêu thụ 1,35 tấn clo/tấn PO. Quy trình MTBE sản xuất đồng thời MTBE từ isobutane và oxygen, tránh clo nhưng phụ thuộc thị trường MTBE. Quy trình HPPO dùng hydro peroxit oxy hóa propylene, thân thiện môi trường hơn, giảm thải muối 70-80% và năng lượng 35%, đã áp dụng ở Bỉ và Hàn Quốc. Tuy nhiên, chi phí cao và phụ thuộc hydro peroxit từ anthracene.
Tương tự, phosgen cho PU và PC có thể thay bằng quy trình không phosgen dùng dimethyl carbonate hoặc urea, giảm rủi ro độc hại. ECH cho epoxy resin có quy trình từ glycerin sinh học, tránh clo. CMDs cho TFE (Teflon) có thể dùng methane trực tiếp với fluorine, nhưng đắt đỏ. Các chất lỏng ion polychloride lưu trữ clo an toàn hơn, dạng lỏng ở nhiệt độ phòng, dễ xử lý, và có tiềm năng lưu trữ năng lượng gián tiếp.

Tổng thể, clo khó bị thay thế hoàn toàn trong tương lai gần, nhưng đổi mới không clo và công nghệ an toàn sẽ định hình lại ngành hóa chất, hướng tới bền vững hơn. Bài đánh giá nhấn mạnh rằng, với dữ liệu từ Đức, các giải pháp này có thể áp dụng toàn cầu, góp phần giảm rủi ro môi trường và sức khỏe.