Công nghệ thu giữ Carbon (CCS) là gì?
Công nghệ thu giữ carbon (Carbon Capture and Storage – CCS) là một nhóm các công nghệ được thiết kế để thu giữ lượng khí carbon dioxide (CO2) sinh ra từ các nguồn phát thải lớn như nhà máy điện, cơ sở công nghiệp (sản xuất xi măng, thép, hóa chất). Thay vì để CO2 thoát ra khí quyển và góp phần vào hiệu ứng nhà kính, CCS giữ lại, vận chuyển và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của Carbon Capture
Quy trình CCS bao gồm ba bước chính:
- Thu giữ (Capture): Tách CO2 khỏi các khí khác trong dòng khí thải. Đây là giai đoạn phức tạp và tốn kém nhất, sử dụng các phương pháp hóa học hoặc vật lý.
- Vận chuyển (Transport): CO2 sau khi được tách và nén thành dạng lỏng sẽ được vận chuyển qua đường ống, tàu thủy hoặc xe bồn đến nơi lưu trữ.
- Lưu trữ (Storage): CO2 được bơm sâu vào các cấu trúc địa chất phù hợp, chẳng hạn như các mỏ dầu khí đã cạn kiệt, các tầng chứa nước muối sâu hoặc các vỉa than không thể khai thác. Lớp đá không thấm phía trên sẽ hoạt động như một “nắp đậy” tự nhiên, ngăn không cho CO2 rò rỉ trở lại.
Phân biệt CCS, CCUS và công nghệ Direct Air Capture (DAC)
- CCS (Carbon Capture and Storage): Tập trung vào việc thu giữ và lưu trữ CO2 vĩnh viễn.
- CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage): Mở rộng hơn CCS, trong đó CO2 thu được không chỉ được lưu trữ mà còn được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các quy trình sản xuất khác, ví dụ như sản xuất nhiên liệu tổng hợp, hóa chất, vật liệu xây dựng.
- Direct Air Capture (DAC): Một công nghệ tiên tiến hơn, thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí trong khí quyển, chứ không phải từ một nguồn phát thải tập trung. DAC có tiềm năng giải quyết lượng CO2 đã tồn tại, nhưng hiện tại chi phí vận hành rất cao.
Vai trò của CCS trong lộ trình đạt Net Zero
Để đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng không (Net Zero) vào giữa thế kỷ, việc cắt giảm phát thải là chưa đủ. Các chuyên gia từ Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) khẳng định rằng CCS là một công cụ không thể thiếu. Nó đóng vai trò then chốt trong việc khử carbon cho các ngành công nghiệp khó giảm phát thải và tạo ra “phát thải âm” khi kết hợp với năng lượng sinh học (BECCS).
Tại sao CCS là lời giải cấp thiết cho bài toán giảm phát thải?
Trong bối cảnh thế giới đang chạy đua để hạn chế sự nóng lên toàn cầu, CCS nổi lên như một giải pháp chiến lược, đặc biệt cho các lĩnh vực mà việc chuyển đổi sang năng lượng sạch gặp nhiều thách thức.
Giải quyết nguồn phát thải CO2 từ các ngành công nghiệp nặng
Các ngành như sản xuất xi măng, thép, và hóa chất vốn dĩ giải phóng một lượng lớn CO2 trong quá trình sản xuất, không chỉ từ việc đốt nhiên liệu. CCS là giải pháp khả thi duy nhất hiện nay để giảm đáng kể lượng phát thải từ các cơ sở này mà không cần phải đóng cửa hoàn toàn, giúp duy trì sự ổn định của chuỗi cung ứng toàn cầu.
Hỗ trợ thực hiện mục tiêu của Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu
Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu đặt ra mục tiêu giới hạn mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 2°C, và lý tưởng là 1.5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Để đạt được điều này, thế giới cần cắt giảm mạnh mẽ lượng khí thải. Các mô hình năng lượng toàn cầu đều chỉ ra rằng CCS có thể đóng góp từ 15-20% tổng lượng giảm phát thải cần thiết vào năm 2050.
Mở đường cho nền kinh tế carbon âm
Khi kết hợp CCS với việc đốt sinh khối (BECCS) hoặc công nghệ DAC, chúng ta có thể loại bỏ CO2 khỏi khí quyển một cách hiệu quả, tạo ra “phát thải âm”. Điều này không chỉ giúp bù đắp cho các nguồn phát thải khó loại bỏ mà còn có khả năng đảo ngược một phần tác động của biến đổi khí hậu trong dài hạn.
Các phương pháp thu giữ Carbon phổ biến hiện nay
Có ba công nghệ chính đang được áp dụng để tách CO2 từ các nguồn phát thải công nghiệp.
Thu giữ sau đốt (Post-combustion Capture)
Đây là phương pháp phổ biến nhất, CO2 được tách ra từ khói thải sau khi nhiên liệu đã được đốt cháy. Công nghệ này có ưu điểm là có thể trang bị thêm cho các nhà máy điện và cơ sở công nghiệp hiện có mà không cần thay đổi lớn về cấu trúc lò hơi.
Thu giữ trước đốt (Pre-combustion Capture)
Nhiên liệu (ví dụ: than, khí tự nhiên) được xử lý trước khi đốt để tạo ra một hỗn hợp khí gọi là “syngas”, chủ yếu gồm hydro và CO2. CO2 sau đó được tách ra, còn lại khí hydro giàu năng lượng sẽ được sử dụng làm nhiên liệu sạch.
Đốt cháy bằng Oxy (Oxy-fuel Combustion)
Thay vì đốt nhiên liệu bằng không khí (chứa gần 80% nitơ), phương pháp này sử dụng oxy gần như tinh khiết. Kết quả là dòng khói thải chỉ chứa chủ yếu CO2 và hơi nước, giúp việc tách CO2 trở nên đơn giản và hiệu quả hơn rất nhiều.
Quy trình lưu trữ và sử dụng CO2 sau khi thu giữ
Sau khi được thu giữ, CO2 cần được quản lý một cách an toàn và bền vững.
Chôn lấp địa chất: Giải pháp lưu trữ carbon vĩnh viễn
Đây là phương pháp lưu trữ phổ biến nhất, CO2 được bơm vào các hệ tầng địa chất sâu, có độ rỗng và tính thấm phù hợp, nằm dưới một lớp đá bịt kín. Theo thời gian, CO2 sẽ trải qua các quá trình khoáng hóa và bị giữ lại vĩnh viễn, giảm thiểu nguy cơ rò rỉ.
Sử dụng CO2 trong sản xuất (Carbon Capture, Utilization, and Storage – CCUS)
CO2 thu được có thể trở thành một nguồn tài nguyên giá trị. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng như:
- Tăng cường thu hồi dầu (EOR): Bơm CO2 vào các mỏ dầu cũ để tăng áp suất và đẩy lượng dầu còn lại lên bề mặt.
- Sản xuất vật liệu xây dựng: CO2 được khoáng hóa để tạo ra bê tông, cốt liệu.
- Sản xuất nhiên liệu tổng hợp (e-fuels): Kết hợp CO2 với hydro tái tạo để tạo ra xăng, dầu diesel hoặc nhiên liệu máy bay trung hòa carbon.
Rủi ro rò rỉ và các biện pháp giám sát an toàn
Mặc dù rủi ro rò rỉ CO2 từ các khu vực lưu trữ được lựa chọn và quản lý cẩn thận là rất thấp, việc giám sát vẫn cực kỳ quan trọng. Các công nghệ địa chấn, giám sát vệ tinh và cảm biến tại chỗ được sử dụng để theo dõi sự di chuyển của CO2 dưới lòng đất và phát hiện bất kỳ dấu hiệu bất thường nào, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho môi trường và cộng đồng.
Nghiên cứu điển hình và các dự án CCS tiên phong trên thế giới
Công nghệ CCS không còn là lý thuyết mà đã được triển khai thực tế qua nhiều dự án đầy tham vọng.
Climeworks và công nghệ Direct Air Capture (DAC) đột phá tại Iceland
Nhà máy Orca của Climeworks tại Iceland là cơ sở DAC thương mại lớn nhất thế giới, có khả năng thu giữ 4.000 tấn CO2 mỗi năm. CO2 sau đó được trộn với nước và bơm xuống lòng đất, nơi nó phản ứng với đá bazan và khoáng hóa thành đá chỉ trong vài năm, tạo ra một hình thức lưu trữ carbon cực kỳ an toàn.
Dự án Northern Lights: Tham vọng lưu trữ CO2 của Châu Âu
Là một phần của dự án “Longship” của Na Uy, Northern Lights là cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ CO2 xuyên biên giới đầu tiên trên thế giới. Dự án này cho phép các ngành công nghiệp trên khắp châu Âu vận chuyển CO2 lỏng của họ đến Na Uy và lưu trữ an toàn dưới Biển Bắc, mở ra một mô hình kinh doanh dịch vụ lưu trữ carbon mới.
Thách thức và bài học từ các dự án CCS đã triển khai
Các dự án đi trước đã cho thấy rằng thách thức lớn nhất của CCS không chỉ nằm ở công nghệ mà còn ở chi phí, khung pháp lý và sự chấp nhận của cộng đồng. Việc tích hợp thành công CCS đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan, từ chính phủ, ngành công nghiệp đến các tổ chức nghiên cứu.
Thách thức và tranh cãi xoay quanh công nghệ thu giữ Carbon
Mặc dù có nhiều tiềm năng, CCS vẫn phải đối mặt với không ít rào cản và chỉ trích.
Chi phí đầu tư và vận hành công nghệ Carbon Capture
Chi phí là rào cản lớn nhất. Việc xây dựng và vận hành một hệ thống CCS đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu khổng lồ, làm tăng giá thành sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, chi phí này đang giảm dần nhờ vào sự đổi mới công nghệ và quy mô triển khai ngày càng lớn.
Quan ngại về việc trở thành “giấy phép” cho ngành nhiên liệu hóa thạch
Một số nhà hoạt động môi trường lo ngại rằng việc tập trung vào CCS có thể làm chậm quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, tạo ra một “cái cớ” để các công ty nhiên liệu hóa thạch tiếp tục hoạt động. Tuy nhiên, những người ủng hộ cho rằng CCS là một cây cầu cần thiết trong giai đoạn chuyển đổi, giúp xử lý khí thải trong khi các nguồn năng lượng sạch được phát triển.
Yêu cầu về chính sách và khung pháp lý hỗ trợ
Để CCS phát triển mạnh mẽ, cần có một khung chính sách rõ ràng từ chính phủ, bao gồm các cơ chế định giá carbon (thuế carbon, thị trường tín chỉ carbon), các khoản tín dụng thuế và các quy định về giám sát, lưu trữ CO2 dài hạn.
Tương lai của Carbon Capture và vai trò trong chiến lược Công nghệ Xanh
Nhìn về phía trước, vai trò của CCS trong danh mục các giải pháp khí hậu toàn cầu ngày càng được củng cố.
Xu hướng đổi mới và tiềm năng giảm chi phí trong tương lai
Nghiên cứu và phát triển đang tập trung vào các vật liệu hấp thụ mới hiệu quả hơn, các quy trình tiêu thụ ít năng lượng hơn và các mô-đun hóa để giảm chi phí xây dựng. Các chuyên gia dự đoán chi phí thu giữ CO2 có thể giảm tới 30-50% trong thập kỷ tới.
Kết hợp CCS với các giải pháp Năng lượng tái tạo thông minh
CCS không phải là đối thủ mà là đối tác của năng lượng tái tạo. Việc kết hợp CCS với sản xuất hydro xanh hoặc năng lượng sinh học sẽ tạo ra các chu trình năng lượng gần như không phát thải hoặc thậm chí là carbon âm. Đây là một phần quan trọng của hệ sinh thái Năng lượng tái tạo thông minh toàn diện.
Lời kêu gọi hành động cho chính phủ và các nhà hoạt động môi trường
Để CCS phát huy hết tiềm năng, cần có sự đồng thuận và hành động quyết liệt. Chính phủ cần tạo ra môi trường chính sách thuận lợi để khuyến khích đầu tư, trong khi ngành công nghiệp cần cam kết triển khai. Cuộc chiến chống biến đổi khí hậu đòi hỏi chúng ta phải sử dụng mọi công cụ sẵn có, và CCS chắc chắn là một công cụ không thể bỏ qua.
