Chiếc bot với vẻ ngoại hình đầy bí ẩn có khả năng loại bỏ các khí nhà kính khỏi không khí

Hai thế kỷ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch đã đưa thêm carbon dioxide, một khí nhà kính mạnh mẽ, vào khí quyển nhiều hơn là tự nhiên có thể loại bỏ. Khi CO2 tích tụ, nó giữ lại lượng nhiệt thừa gần bề mặt Trái đất, gây nên hiện tượng ấm lên toàn cầu. Hiện nay có quá nhiều CO2 trong khí quyển, đa số các kịch bản cho thấy chấm dứt khí thải một mình không đủ để ổn định khí hậu – con người cũng phải loại bỏ CO2 từ không khí.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đặt ra mục tiêu mới để mở rộng quy mô công nghệ thu hồi khí trực tiếp, một công nghệ sử dụng phản ứng hóa học để hấp thụ CO2 từ không khí. Mặc dù việc cấp quỹ từ chính phủ cho việc thu hồi carbon thường gặp phải chỉ trích vì một số người xem đó như là lý do để tiếp tục sử dụng nhiên liệu hóa thạch, loại bỏ carbon một cách nào đó có lẽ vẫn cần thiết, theo báo cáo của IPCC. Công nghệ loại bỏ carbon cơ học đang phát triển và hoạt động ở quy mô rất nhỏ, một phần vì phương pháp hiện tại quá đắt đỏ và tốn năng lượng. Nhưng các phương pháp mới đang được thử nghiệm trong năm nay có thể giúp giảm nhu cầu năng lượng và chi phí.

Chúng tôi đã hỏi ông Klaus Lackner, Giáo sư Đại học Arizona State, người tiên phong trong việc thu hồi khí trực tiếp và lưu trữ carbon, về tình hình công nghệ và hướng đi của nó.

Thu hồi carbon trực tiếp là gì và tại sao nó được coi là cần thiết?

Khi tôi quan tâm đến quản lý carbon vào đầu những năm 1990, điều thú vị tôi nhận thấy là carbon tích tụ trong môi trường. Tự nhiên mất hàng ngàn năm để loại bỏ CO2 đó, và chúng ta đang ở trên một hành trình đến nồng độ CO2 cao hơn nhiều, vượt xa mọi điều mà con người đã trải qua.

Nhân loại không thể chấp nhận việc lượng carbon dư thừa tăng lên trong môi trường, vì vậy chúng ta phải đưa nó ra khỏi.

Không phải tất cả các khí thải đến từ nguồn lớn như nhà máy điện hay nhà máy, nơi chúng ta có thể thu CO2 ngay khi nó thoát ra. Vì vậy, chúng ta cần xử lý phần còn lại của khí thải – từ ô tô, máy bay, cho đến việc tắm nước nóng trong khi lò gas của bạn đang thải CO2. Điều đó có nghĩa là phải rút CO2 ra khỏi không khí.

Vì CO2 nhanh chóng hòa tan trong không khí, không quan trọng CO2 được loại bỏ ở đâu trên thế giới – sự loại bỏ có cùng tác động. Vì vậy, chúng ta có thể đặt công nghệ thu hồi khí trực tiếp ngay tại nơi chúng ta dự định sử dụng hoặc lưu trữ CO2.

Phương pháp lưu trữ cũng quan trọng. Lưu trữ CO2 chỉ trong 60 hoặc 100 năm không đủ. Nếu 100 năm sau toàn bộ carbon đó lại quay trở lại môi trường, thì chúng ta chỉ là tự chủ động chăm sóc cho bản thân, và cháu chắc phải tự tìm cách giải quyết lại. Trong khi đó, nhu cầu năng lượng của thế giới đang tăng khoảng 2% mỗi năm.

Một trong những phàn nàn về việc thu hồi khí trực tiếp, ngoài chi phí, là nó sử dụng năng lượng mạnh mẽ. Liệu có thể giảm thiểu việc sử dụng năng lượng đó không?

Hai nguồn năng lượng lớn trong thu hồi khí trực tiếp là hoạt động quạt để hút không khí và sau đó là sưởi ấm để trích xuất CO2. Có cách giảm nhu cầu năng lượng cho cả hai.

Ví dụ, chúng tôi tìm thấy một vật liệu có khả năng hấp thụ CO2 khi khô và giải phóng nó khi ẩm. Chúng tôi nhận ra rằng có thể phơi vật liệu đó ra gió và nó sẽ đầy đủ CO2. Sau đó, chúng tôi có thể làm cho nó ẩm và nó sẽ giải phóng CO2 một cách đòi hỏi ít năng lượng hơn so với các hệ thống khác. Thêm nhiệt từ năng lượng tái tạo tăng áp suất CO2 ngay cả cao hơn, để chúng tôi có khí CO2 kết hợp với hơi nước từ đó chúng tôi có thể thu thập CO2 tinh khiết.

Chúng ta có thể tiết kiệm nhiều năng lượng hơn nếu quá trình thu hồi là thụ động – không cần quạt thổi không khí xung quanh; không khí tự di chuyển.

Phòng thí nghiệm của tôi đang tạo ra một phương pháp để làm điều này, được gọi là cây cơ khí. Chúng là những cột dọc có bề mặt phủ một hợp chất nhựa hóa học, khoảng 5 feet đường kính, với các đĩa cách nhau khoảng 2 inches, giống như một đống đĩa. Khi không khí thông qua, bề mặt của các đĩa hấp thụ CO2. Sau khoảng 20 phút, các đĩa đều đầy, và chúng chìm xuống một thùng ở dưới. Chúng tôi đổ nước và hơi nước để giải phóng CO2 vào một môi trường đóng, và bây giờ chúng tôi có một hỗn hợp áp suất thấp của hơi nước và CO2. Chúng tôi có thể thu hồi hầu hết nhiệt độ đã vào hộp nên lượng năng lượng cần thiết để sưởi ấm là khá nhỏ.

Bằng cách sử dụng độ ẩm, chúng ta có thể tránh khoảng một nửa lượng tiêu thụ năng lượng và sử dụng năng lượng tái tạo cho phần còn lại. Điều này yêu cầu nước và không khí khô, nên nó sẽ không lý tưởng ở mọi nơi, nhưng cũng có những phương pháp khác.

CO2 có thể được lưu trữ an toàn lâu dài, và có đủ lượng kho chứa loại đó không?

Tôi bắt đầu nghiên cứu về khái niệm lưu trữ khoáng sản vào những năm 1990, dẫn đầu một nhóm tại Los Alamos. Thế giới thực sự có thể lưu trữ CO2 một cách vĩnh viễn bằng cách tận dụng việc CO2 là một axit và một số loại đá là bazơ. Khi CO2 phản ứng với khoáng chất giàu canxi, nó tạo thành cacbonat chất chắc. Bằng cách khoáng hóa CO2 như thế này, chúng ta có thể lưu trữ một lượng carbon gần như không giới hạn vĩnh viễn.

Ví dụ, có nhiều đá bazan - đá núi lửa - ở Iceland phản ứng với CO2 và biến nó thành cacbonat chất chắc trong vài tháng. Iceland có thể bán chứng chỉ lưu trữ carbon cho phần còn lại của thế giới vì nó lưu trữ CO2 cho toàn bộ thế giới.

Cũng có những hố chứa dầu dưới đất khổng lồ từ sản xuất dầu ở Permian Basin, Texas. Có những hố chứa muối lớn. Ở biển Bắc, một km dưới đáy đại dương, công ty năng lượng Equinor đã thu CO2 từ một nhà máy xử lý khí và lưu trữ một triệu tấn CO2 mỗi năm kể từ năm 1996, tránh thuế về phát thải CO2 của Na Uy. Lượng kho chứa dưới lòng đất nơi chúng ta có thể thực hiện lưu trữ khoáng sản lớn hơn nhiều so với chúng ta sẽ cần cho CO2. Câu hỏi là có thể chuyển đổi bao nhiêu thành dự trữ đã được chứng minh.

Chúng ta cũng có thể sử dụng thu hồi khí trực tiếp để đóng vòng cacbon – có nghĩa là CO2 được tái sử dụng, thu hồi và tái sử dụng lại để tránh sản xuất thêm nhiều hơn. Hiện nay, mọi người sử dụng carbon từ nhiên liệu hóa thạch để trích xuất năng lượng. Bạn có thể chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu tổng hợp – xăng, dầu diesel hoặc cherosene – không có carbon trong chúng bằng cách trộn CO2 với hyđrô xanh được tạo ra bằng năng lượng tái tạo. Nhiên liệu đó có thể dễ dàng chuyển qua đường ống truyền thống và lưu trữ trong nhiều năm, giúp bạn có thể sản xuất nhiệt và điện ở Boston trong một đêm đông bằng năng lượng được thu hồi từ ánh sáng mặt trời ở West Texas mùa hè qua. Một bể nhiên liệu tổng hợp không tốn nhiều, và nó hiệu quả chi phí hơn so với một viên pin.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đặt ra một mục tiêu mới để giảm chi phí thu hồi CO2 xuống 100 đô la mỗi tấn và nhanh chóng mở rộng nó trong vòng một thập kỷ. Điều gì phải xảy ra để biến điều đó thành hiện thực?

DOE đang làm tôi sợ hãi vì họ làm cho nó nghe như công nghệ đã sẵn sàng. Sau khi bỏ qua công nghệ trong 30 năm, chúng ta không thể chỉ nói rằng có các công ty biết cách thực hiện nó và tất cả những gì chúng ta phải làm là đẩy nó đi. Chúng ta phải giả định rằng đây là một công nghệ mới phát triển.

Climeworks là công ty lớn nhất thực hiện thu hồi trực tiếp với mục đích kinh doanh, và bán CO2 với khoảng 500 đến 1,000 đô la mỗi tấn. Đó là quá đắt. Ngược lại, với 50 đô la mỗi tấn, thế giới có thể thực hiện được. Tôi nghĩ chúng ta có thể đạt được điều đó.

Hoa Kỳ tiêu thụ khoảng 7 triệu tấn CO2 mỗi năm trong CO2 thương mại - hãy nghĩ về nước ngọt sủi bọt, bình chữa cháy, nhà kho ngũ cốc sử dụng nó để kiểm soát bột ngũ cốc, mà là nguy cơ nổ. Giá trung bình là 60-150 đô la. Vì vậy, dưới 100 đô la, bạn có một thị trường.

Điều bạn thực sự cần là một khuôn khổ quy định nói rằng chúng ta đòi hỏi CO2 phải được đặt đi, và sau đó thị trường sẽ chuyển từ việc thu hồi hàng nghìn tấn CO2 hôm nay sang việc thu hồi hàng tỷ tấn CO2.

Bạn thấy công nghệ này sẽ đi đâu trong 10 năm nữa?

Tôi nhìn thấy một thế giới từ bỏ năng lượng hóa thạch, có lẽ từ từ, nhưng có một mệnh lệnh để thu hồi và lưu trữ toàn bộ CO2 lâu dài.

Đề xuất của chúng tôi là khi carbon thoát khỏi lòng đất, nó phải được kết hợp với một lượng loại bỏ bằng nhau. Nếu bạn sản xuất 1 tấn carbon liên quan đến than đá, dầu hoặc khí, bạn cần đặt 1 tấn đi. Nó không cần phải là cùng một tấn, nhưng phải có một chứng chỉ lưu trữ đảm bảo rằng nó đã được đặt đi, và nó phải tồn tại hơn 100 năm. Nếu tất cả carbon được chứng nhận từ lúc nó thoát khỏi lòng đất, thì khó lòng lừa dối hệ thống.

Một điều lớn không biết là xã hội và ngành công nghiệp sẽ nỗ lực đến đâu để trở thành carbon neutral. Điều khích lệ là thấy các công ty như Microsoft và Stripe mua các đơn vị tính carbon và chứng chỉ để loại bỏ CO2 và sẵn lòng trả giá khá cao.

Bài viết của Klaus Lackner, Giáo sư Kỹ thuật và Giám đốc Trung tâm Cho Negative Carbon Emissions, Đại học Arizona State

Bài viết này được tái bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.