Công nghệ bắt giữ carbon: Giấc mơ đã thành hiện thực hay vẫn còn xa vời?

Mục lục

Giới thiệu
Thảo luận Chính
Kết luận
Ý kiến
Tài liệu tham khảo

1. Giới thiệu

Công nghệ Bắt giữ và Lưu trữ Carbon (CCS) đã nổi lên như một trong những công nghệ hứa hẹn nhất trong cuộc chiến chống lại biến đổi khí hậu. Bằng cách bắt giữ các khí thải carbon dioxide (CO2) từ các quy trình công nghiệp và sản xuất điện trước khi chúng vào khí quyển, CCS cung cấp một con đường để giảm nồng độ khí nhà kính. Tuy nhiên, mặc dù có nhiều triển vọng, vẫn còn câu hỏi liệu công nghệ này đã sẵn sàng cho việc triển khai quy mô lớn và liệu nó có thực sự tạo ra tác động đáng kể đối với hiện tượng nóng lên toàn cầu hay không.

Bài viết trên blog này sẽ tìm hiểu về nguyên lý đằng sau CCS, xem xét tình trạng phát triển hiện tại của nó, đánh giá tiềm năng làm chậm biến đổi khí hậu và giải quyết các hạn chế kỹ thuật và rào cản chi phí ngăn cản việc áp dụng rộng rãi.

2. Thảo luận Chính

2.1 Nguyên lý của Công nghệ Bắt giữ và Lưu trữ Carbon (CCS)

CCS bao gồm ba bước chính: bắt giữ, vận chuyển và lưu trữ.

Bắt giữ: Bước này liên quan đến việc tách CO2 khỏi các khí khác được tạo ra trong các hoạt động công nghiệp như sản xuất xi măng, thép hoặc phát điện từ nhiên liệu hóa thạch. Có ba phương pháp chính:
- Bắt giữ sau đốt: Loại bỏ CO2 sau khi đốt cháy nhiên liệu bằng cách sử dụng các dung môi như amin.
- Bắt giữ trước đốt: Chuyển đổi nhiên liệu hóa thạch thành syngas (hỗn hợp hydro và CO2), sau đó tách CO2 ra.
- Đốt oxy-nhiên liệu: Đốt cháy nhiên liệu trong oxy tinh khiết thay vì không khí, dẫn đến dòng khí thải chủ yếu là hơi nước và CO2, có thể dễ dàng tách rời.
Vận chuyển: Sau khi được bắt giữ, CO2 phải được vận chuyển đến các địa điểm lưu trữ thích hợp. Điều này thường xảy ra qua đường ống nhưng cũng có thể sử dụng tàu biển hoặc xe tải tùy thuộc vào vị trí và quy mô.
Lưu trữ: Bước cuối cùng là tiêm CO2 xuống sâu dưới lòng đất vào các cấu trúc địa chất như mỏ dầu cũ, tầng chứa nước muối hoặc than đá không thể khai thác, nơi nó bị mắc kẹt trong hàng ngàn năm.

2.2 Phát triển Hiện tại trong CCS

Cơ sở CCS thương mại đầu tiên được ra mắt vào năm 2000 với dự án Sleipner ngoài khơi Na Uy. Kể từ đó, hàng chục dự án đã được khởi động trên toàn thế giới, mặc dù nhiều dự án gặp phải các vấn đề về thời gian hoặc hủy bỏ do chi phí cao và rào cản quản lý. Các ví dụ nổi bật bao gồm:

Nhà máy Điện Boundary Dam (Canada): Một trong những nhà máy CCS hoạt động sớm nhất được gắn vào nhà máy nhiệt điện chạy than.
Dự án Petra Nova (Mỹ): Một sáng kiến lớn nhằm bắt giữ CO2 từ một nhà máy điện ở Texas; tuy nhiên, hoạt động đã bị đình chỉ vào năm 2020 vì lý do kinh tế.
Dự án Northern Lights (Na Uy): Nỗ lực tham vọng nhằm tạo ra cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ CO2 xuyên biên giới đầu tiên ở châu Âu.

Mặc dù có những tiến bộ này, CCS chỉ chiếm chưa tới 0.1% tổng số lượng CO2 giảm phát thải hàng năm toàn cầu—một sự tương phản rõ ràng so với điều mà các chuyên gia tin rằng cần thiết để đạt được các mục tiêu khí hậu quốc tế.

2.3 CCS Có Thể Làm Chậm Biến Đổi Khí Hậu Không?

Theo lý thuyết, CCS có tiềm năng to lớn. Nếu được triển khai rộng rãi trong các lĩnh vực chịu trách nhiệm cho lượng phát thải nặng—như xi măng, thép và hóa chất—nó có thể ngăn chặn hàng tỷ tấn CO2 vào khí quyển mỗi năm. Một số nghiên cứu gợi ý rằng vào giữa thế kỷ, CCS có thể đóng góp tới 15% lượng cắt giảm phát thải cần thiết theo các kịch bản phù hợp với việc giới hạn sự nóng lên toàn cầu ở mức 1.5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp.

Tuy nhiên, để thực hiện tiềm năng này đòi hỏi vượt qua những trở ngại đáng kể:

Hạn chế Kỹ thuật

Chi phí năng lượng: Việc bắt giữ CO2 tiêu thụ một lượng năng lượng đáng kể, làm giảm hiệu quả tổng thể của các nhà máy điện khoảng 20–30%. “Chi phí năng lượng” này tăng chi phí vận hành và có thể làm giảm một số lợi ích môi trường trừ khi nguồn năng lượng tái tạo cung cấp năng lượng bổ sung.
Cần Cơ sở Hạ tầng: Xây dựng mạng lưới rộng khắp của đường ống và các cơ sở lưu trữ đặt ra những thách thức hậu cần, đặc biệt là ở các khu vực thiếu cơ sở hạ tầng sẵn có.
Lo ngại An toàn Dài hạn: Đảm bảo rằng CO2 được lưu trữ không thoát ngược lại vào khí quyển trong hàng thế kỷ đòi hỏi hệ thống giám sát nghiêm ngặt và các chiến lược chứa đựng mạnh mẽ.

Rào cản Chi phí

CCS vẫn quá đắt đỏ so với các biện pháp kiểm soát ô nhiễm thông thường. Các ước tính thay đổi, nhưng các con số điển hình dao động từ 50–100 đô la cho mỗi tấn CO2 được bắt giữ. Để đạt được phát thải ròng bằng không toàn cầu, có thể cần bắt giữ hàng chục gigaton mỗi năm—một khoản đầu tư lên đến hàng nghìn tỷ đô la.

Các trợ cấp từ chính phủ và cơ chế định giá carbon nhằm khuyến khích việc áp dụng, nhưng sự bất định vẫn tồn tại về khả năng tài chính lâu dài mà không có sự hỗ trợ chính sách liên tục.

2.4 Những Hệ quả Lớn hơn

Mặc dù CCS xử lý các phát thải trực tiếp, các nhà phê bình lập luận rằng nó có nguy cơ duy trì sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch thay vì thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang các lựa chọn sạch hơn như gió, mặt trời và năng lượng hạt nhân. Hơn nữa, tập trung nguồn lực vào CCS có thể làm phân tán sự chú ý và tài chính khỏi các giải pháp tức thời hơn như cải thiện hiệu suất năng lượng hoặc mở rộng năng lượng tái tạo.

Ngược lại, những người ủng hộ nhấn mạnh vai trò độc đáo của CCS trong việc giải quyết các ngành khó giảm phát thải mà việc điện khí hóa không khả thi. Ngoài ra, kết hợp CCS với sinh khối (BECCS) cung cấp các con đường phát thải âm quan trọng để cân bằng các phát thải dư thừa khác trong nền kinh tế.

3. Kết luận

Tóm lại, mặc dù CCS đại diện cho một cách tiếp cận khoa học hợp lý để giảm thiểu biến đổi khí hậu, việc thực hiện thực tế vẫn còn kém xa kỳ vọng lý thuyết. Chi phí cao, sự non trẻ về công nghệ và khả năng mở rộng hạn chế hiện đang hạn chế hiệu quả của nó. Tuy nhiên, các nghiên cứu đang diễn ra và các dự án thử nghiệm tiếp tục hoàn thiện kỹ thuật và giảm chi phí.

Việc CCS có trở thành một trụ cột của nỗ lực phi carbon hóa hay không phụ thuộc rất lớn vào các đột phá trong cả khoa học và kinh tế trong tương lai. Các nhà hoạch định chính sách cần cân bằng việc hỗ trợ sáng tạo với việc đảm bảo các chuyển đổi hệ thống rộng lớn hơn hướng tới bền vững xảy ra đồng thời.

4. Ý kiến

Cá nhân tôi tin rằng CCS xứng đáng được tiếp tục nghiên cứu vì tiềm năng của nó trong việc giải quyết các lĩnh vực cụ thể trong bức tranh năng lượng phức tạp của chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta không thể chỉ dựa vào CCS để giải quyết khủng hoảng khí hậu. Thay vào đó, nó nên bổ sung—không thay thế—các chiến lược giảm nhẹ khác ưu tiên mở rộng năng lượng tái tạo và nâng cao tiêu chuẩn hiệu quả. Chính phủ cần đầu tư thông minh, tạo ra môi trường thuận lợi cho sự tiến bộ công nghệ đồng thời tránh các bẫy liên quan đến sự phụ thuộc kéo dài vào các mô hình cũ.

5. Tài liệu tham khảo & Nguồn

Báo cáo Hàng năm của Viện Toàn cầu về CCS 2022
Báo cáo Đặc biệt của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) về CCUS
Báo cáo Đánh giá của Nhóm Chuyên gia Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC)
Các bài báo khoa học được xuất bản trên các tạp chí như Nature Climate Change và Environmental Science & Technology