Buzz
Cảm ơn Mẹ Thiên Nhiên đã giúp chúng ta thoát khỏi tình thế tự làm tổn thương bản thân. Cây cỏ trên cạn và tảo nước sâu hấp thụ CO2 trong quá trình quang hợp, hút carbon làm ấm hóa hành tinh ra khỏi không khí. Thảm thực vật đã hủy bỏ một phần tư lượng phát thải của loài người, và đại dương còn hấp thụ nhiều hơn nữa, giúp duy trì nhiệt độ đã tăng lên 1.2 độ C so với mức tiền công nghiệp.
Tuy nhiên, nền văn minh của chúng ta vẫn đang tiến triển vượt qua mức tăng 1.5 độ C (mục tiêu lạc quan đặt ra bởi Hiệp ước Paris) vào đầu thập kỷ 2030. Vì vậy, Ủy ban Biến đổi Khí hậu giữa các Chính phủ của Liên Hợp Quốc (cơ quan viết tất cả những báo cáo biến đổi khí hậu châm biếm đó) nhấn mạnh rằng không chỉ cần giảm drastice phát thải khí nhà kính—và nhanh chóng—chúng ta cũng nên sử dụng các kỹ thuật tiêu cực để hút carbon ra khỏi không khí. Kỹ sư có thể thực hiện điều đó với máy “thụ động không khí” (DAC) loại bỏ CO2 khỏi không khí. Nhưng người khác đang quay trở lại Mẹ Thiên Nhiên, khám phá cách sử dụng khả năng lưu trữ carbon của cây cỏ.
“Đó là một thách thức lớn để giảm carbon khỏi toàn bộ ngành năng lượng trong 20 đến 30 năm, đó là điều cần thiết để đạt đến 1.5, hoặc thậm chí 2 độ C [tăng nhiệt],” nói nhà khoa học khí hậu Vera Heck của Viện Nghiên cứu Ảnh hưởng của Biến đổi Khí hậu Potsdam. “Vì vậy, sẽ cần nhiều công cụ khác nhau để cân bằng lại lượng phát thải còn lại.”
Một ý tưởng gây tranh cãi được biết đến là bioenergy với carbon capture and storage, hoặc BECCS: Bạn sẽ trồng cây và đốt chúng để tạo năng lượng, sau đó lấy khí thải ra khỏi cơ sở và đưa chúng xuống dưới lòng đất dưới dạng khí lỏng. (Chúng ta đã có bioenergy từ cây cỏ bằng cách đốt viên gỗ hoặc sản xuất ethanol từ ngô, nhưng cả hai đều được thực hiện mà không cần phải lưu trữ carbon.)
“BECCS là công nghệ duy nhất loại bỏ carbon khỏi không khí mà còn mang lại một nguồn năng lượng miễn phí,” nói Heck, người nghiên cứu quá trình này. Nó về cơ bản là một phiên bản tự nhiên của direct air capture (DAC), mà thay vào đó sử dụng màng để hấp thụ CO2 từ không khí. Chỉ khác biệt với DAC, BECCS đòi hỏi nhiều đất và nước để trồng cây cần thiết—trên một hành tinh với dân số nhân loại đang tăng nhanh cần ít nhất thêm thức ăn và nước. Điều đó chưa kể đến việc biến đổi khí hậu đã đang gây ra những đợt hạn hán khốc liệt trên toàn cầu.
Trong bài viết vào tuần này trên tạp chí Science Advances, các nhà khoa học tưởng tượng một tình huống trong đó cây cỏ bioenergy được mở rộng mạnh mẽ trên toàn Hoa Kỳ, và điều đó sẽ có ý nghĩa gì đối với cả việc lưu trữ carbon và việc sử dụng nước so với việc tăng cường rừng thông thường. Tin tốt là BECCS quy mô lớn sẽ lưu trữ khoảng bằng nhiều carbon như việc tái trồng rừng. Nhưng tin xấu là nó sẽ đưa 130 triệu người Mỹ phải đối mặt với căng thẳng về nước vào năm 2100 do nước cần thiết để trồng cây và do phân bón thặng dư sẽ làm ô nhiễm sông với nitơ.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình kinh tế-xã hội tích hợp nhiều biến số—tăng trưởng dân số, nhu cầu nước và năng lượng cho người và nông nghiệp, cách sử dụng đất và những yếu tố khác—đã mô phỏng cách Hoa Kỳ có thể thay đổi đến năm 2100. Dựa trên tất cả những biến số đó, các mô hình dự đoán nơi nào ở Hoa Kỳ sẽ là nơi tốt nhất để đặt cây cỏ bioenergy hoặc tái trồng rừng. Các nhà nghiên cứu sau đó đưa điều này vào một mô hình hệ thống trái đất, dự đoán hậu quả môi trường—cụ thể là về khả năng và chất lượng nước—của việc thay đổi đất để phù hợp với BECCS hoặc tái trồng rừng. (Hai kịch bản không phải là hoàn toàn BECCS hoặc tái trồng rừng—phiên bản BECCS bao gồm một ít tái trồng rừng, và ngược lại.)
Một điều quan trọng là loại cây bạn sẽ trồng để nuôi một hệ thống BECCS quy mô lớn. Có thể sẽ là switchgrass hoặc Miscanthus, một loại cỏ khác, cả hai đều không cần nhiều nước hoặc chất dinh dưỡng như cây ngô chẳng hạn. “Chúng khá hiệu quả,” nói David Lawrence, một nhà khoa học khí hậu tại Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia và làm đồng tác giả của bài báo mới. Chúng cũng là cây lâu năm, nên bạn không cần phải trồng và cày đất liên tục. “Nhưng trong ngữ cảnh của nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng bất kể như vậy, chúng tôi vẫn thấy sự gia tăng về căng thẳng nước và chất lượng nước suy giảm,” Lawrence thêm. “Và điều đó là do quy mô triển khai BECCS: Trong kịch bản này, nó đòi hỏi một tăng lớn về quy mô của năng lượng sinh học.”
Để Hoa Kỳ đóng góp công bằng của mình trong việc giảm lượng carbon trong không khí để giữ cho nhiệt độ trái đất ở dưới 2 độ C—ngoài việc cắt giảm lớn trong lượng khí thải nhà kính—nó cần thêm 460.000 dặm vuông cây năng lượng sinh học nếu sử dụng BECCS, trong khi tái trồng rừng chỉ đòi hỏi 150.000 dặm vuông. Với không gian bổ sung này, BECCS có thể lưu trữ giữa 11,4 và 31,2 gigaton CO2 vào năm 2100, tương tự như 19,6 đến 30,2 gigaton cho tái trồng rừng. (Đối với tham khảo, toàn nhân loại hiện nay đang phát thải gần 40 gigaton mỗi năm.) Điều đó có nghĩa là tái trồng rừng sẽ là một lựa chọn tiêu cực với carbon hiệu quả hơn vì nó sử dụng ít đất để đạt được cùng hiệu quả. Điều đó và tất cả những cây năng lượng bổ sung đó sẽ chuyển nước từ những nhu cầu khác, như cung cấp nước cho con người. Rừng, ngược lại, có khả năng tự chủ để loại bỏ carbon.
Ngày càng, tuy nhiên, đó là một phải lớn. Rừng là một công cụ lưu trữ carbon mạnh mẽ vì nó đi kèm với một loạt các lợi ích đồng thời: Nuôi cây một cái và bạn sẽ nhận được một đợt tăng về đa dạng sinh học, người dân có thể sử dụng nó để kiếm tiền từ du lịch và một rừng khỏe mạnh làm mát một khu vực vì cây thải hơi nước. Nhưng rừng trên khắp thế giới đang bị đe dọa bởi sự tăng nhanh về nhiệt độ, đặt dấu hỏi về khả năng tồn tại của chúng trong thế kỷ tới.
Nói cách khác: Nếu nhân loại không giảm lượng khí thải, nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng vọt và chúng ta sẽ mất rừng như những trung tâm lưu trữ carbon mạnh mẽ. Ở phía Tây Hoa Kỳ, đặc biệt là biến đổi khí hậu đang tăng tốc cháy rừng, vì vậy nếu bạn bỏ nhiều nỗ lực vào việc phục hồi một khu rừng và nó bốc cháy, toàn bộ lượng carbon đó sẽ trở lại khí quyển. (Rừng được thích ứng để cháy từ thời gian này đến thời gian khác, nhưng chỉ là một cách nhẹ nhàng—những đám cháy lớn mạnh chúng ta đã thấy trong những năm gần đây hoàn toàn không phải là tự nhiên.) Và nếu nó vẫn quá nóng để khu rừng phục hồi một cách khỏe mạnh, bạn không thể lưu trữ carbon đó lại. “Liệu chúng ta có thể tìm được đủ địa điểm nơi khí hậu hỗ trợ sự phát triển của một khu rừng khỏe mạnh không?” David Lawrence đặt câu hỏi. “Đó là một câu hỏi rất khó trả lời. Có ý nghĩa khi dành nỗ lực của bạn vào việc tái trồng rừng nếu rừng đó có khả năng bị cháy? Điều này thực sự sẽ phụ thuộc rất nhiều vào địa điểm cụ thể.”
Cây năng lượng sinh học cũng có thể gặp khó khăn khi thế giới trở nên nóng lên. Switchgrass và Miscanthus là các loài cây năng lượng sinh học tốt, một phần vì chúng chống chịu hạn hán, nhưng căng thẳng nhiệt vẫn là một vấn đề nghiêm trọng—giống như cơ thể chúng ta khó khăn với nhiệt độ cực kỳ cao, cây cỏ cũng vậy. Các nhà khoa học sẽ cần điều chỉnh một loài cây cụ thể cho môi trường cụ thể: Trong một khí hậu ẩm ướt như Florida, có lẽ cây như mía đường sẽ phù hợp hơn. “Tìm ra cây phù hợp cho sản xuất năng lượng sinh học, phù hợp với khí hậu và không cần nhiều nước hơn, là một chiến lược tốt hơn so với nghĩ rằng Miscanthus và switchgrass sẽ được triển khai khắp cả nước như một giải pháp,” nói Praveen Kumar, một chuyên gia thủy văn nghiên cứu về cây năng lượng sinh học tại Đại học Illinois nhưng không tham gia vào nghiên cứu mới.
Đồng thời, nhiệt độ cao cũng có nghĩa là sẽ có thêm sự sử dụng nước, làm tăng áp lực thêm cho nguồn cung. Và như mô hình mới này cho thấy, việc sử dụng thêm phân bón để mở rộng quy mô BECCS sẽ làm ô nhiễm nước dành cho tiêu thụ của con người. “Điều dễ dàng nhất là không sử dụng phân bón,” nói Fabian Stenzel, một nhà khoa học khí hậu nghiên cứu về tiềm ẩn tác động nước của BECCS tại Viện Nghiên cứu Tác động Khí hậu Potsdam nhưng không tham gia vào nghiên cứu mới. “Sau đó là câu hỏi: Chúng ta có đủ lượng sản lượng—hoặc vẫn có đủ lượng sinh khối—để đạt được khí thải tiêu cực để sau đó đền bù cho nhiên liệu hóa thạch không?”
Câu hỏi còn lại khác là BECCS sẽ phát ra bao nhiêu carbon bản thân nó. Máy nông nghiệp phun khí thải, và làm nổi loạn đất phát thải carbon từ đất cũng vậy. Và BECCS không phải là quy trình tập trung, nên có sự tham gia của giao thông: Bạn trồng cây ở một nơi và đốt chúng trong một nhà máy điện ở nơi khác, nơi địa chất có thể không phù hợp để đưa carbon xuống dưới đất để lưu trữ (bạn có thể bơm nó vào các lưu trữ dầu mỏ đã rỗng, ví dụ) nên bạn phải vận chuyển nó đến nơi khác dưới dạng khí lỏng. “Tôi nghĩ ở hầu hết các khu vực, chúng ta sẽ không thể tránh khỏi điều đó,” Fabian Stenzel nói. “Điều đó cũng tốn tiền và cũng tạo ra khí thải.” Điều này làm nổi bật một lợi ích khác của việc tái trồng rừng, tất cả đều xảy ra tại một nơi và không đòi hỏi việc tưới nước liên tục.
Quan trọng, tất cả các nhà khoa học này đều đồng意 rằng, cần xem xét về BECCS không phải là công nghệ khí thải tiêu cực cuối cùng, mà chỉ là một công cụ tiềm năng trong một danh mục. Có lẽ có những vùng nơi BECCS hoạt động tốt, nơi có đủ nước và cây trồng phát triển tốt mà không cần nhiều phân bón, và nơi trang trại, nhà máy điện và địa chất lưu trữ có thể được đặt gần nhau. Nhưng ở những nơi khác, các khu rừng cụ thể có thể đủ mạnh mẽ để chống lại biến đổi khí hậu—nếu chỉ chúng ta dừng lại không làm hại chúng—lưu trữ carbon theo cách cổ điển. Và có lẽ một ngày nào đó công nghệ DAC sẽ tiến triển đến mức độ có thể tạo ra sự thay đổi đáng kể trong nồng độ CO2 trong khí quyển.
Tất cả điều này không thể thay thế cho việc giảm lượng carbon trong cuộc sống chúng ta một cách nhanh chóng, để không có quá nhiều carbon trong khí quyển cần phải loại bỏ. “Không bao giờ có một, hoặc thậm chí là hai, phương pháp chiếm ưu thế để chúng ta đối phó với biến đổi khí hậu—điều này đòi hỏi phải có quá trình nắng lượng carbon trực tiếp, phải có một số kỹ thuật BECCS, phải có việc tái lập rừng,” Lawrence nói. “Và điều chúng tôi đang cố gắng thực hiện trong nghiên cứu này là giúp đưa chiến lược đó vào bối cảnh và đảm bảo chúng ta đang đặt ra những câu hỏi đúng về các hậu quả tiềm ẩn khi chọn lựa con đường nào ở đâu.”
