Công nghệ thu giữ Carbon (Carbon Capture) là gì?
Công nghệ Thu giữ và Lưu trữ Carbon (Carbon Capture and Storage – CCS) là một nhóm các công nghệ được thiết kế để thu giữ khí carbon dioxide (CO2) từ các nguồn phát thải lớn như nhà máy điện, cơ sở công nghiệp, sau đó vận chuyển đến một địa điểm lưu trữ an toàn và cô lập nó vĩnh viễn khỏi bầu khí quyển.
Định nghĩa và mục tiêu chính của CCS trong việc giảm phát thải
Mục tiêu cốt lõi của CCS là giảm thiểu lượng khí nhà kính được thải ra từ các hoạt động công nghiệp, vốn là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu. Bằng cách “bắt giữ” CO2 trước khi nó thoát ra ngoài, CCS hoạt động như một bộ lọc khổng lồ, giúp các ngành công nghiệp khó cắt giảm phát thải (như sản xuất xi măng, thép) có thể tiếp tục hoạt động trong khi vẫn tuân thủ các quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt.
Tầm quan trọng của CCS trong bối cảnh thực thi Hiệp định Paris
Hiệp định Paris đặt ra mục tiêu tham vọng là giữ cho mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu dưới 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Để đạt được điều này, việc cắt giảm phát thải sâu rộng là bắt buộc. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) nhận định rằng CCS là một trong những giải pháp công nghệ quan trọng, có khả năng đóng góp tới gần 20% vào việc giảm phát thải cần thiết để đạt mục tiêu Net Zero vào năm 2050.
Quy trình hoạt động của công nghệ thu giữ và lưu trữ Carbon
Quy trình CCS bao gồm ba giai đoạn chính, hoạt động như một chuỗi khép kín từ nguồn phát thải đến nơi lưu trữ cuối cùng.
Giai đoạn 1: Thu giữ CO2 tại nguồn phát thải lớn
Đây là giai đoạn phức tạp và tốn kém nhất. CO2 được tách ra khỏi các khí khác trong dòng khí thải của các nhà máy điện hoặc cơ sở công nghiệp. Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện việc này, sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau.
Giai đoạn 2: Nén và vận chuyển CO2
Sau khi được thu giữ, CO2 được nén lại thành dạng lỏng để dễ dàng vận chuyển. Quá trình này tương tự như cách vận chuyển khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). CO2 sau đó được bơm qua các đường ống dẫn chuyên dụng hoặc vận chuyển bằng tàu, xe tải đến địa điểm lưu trữ.
Giai đoạn 3: Lưu trữ vĩnh viễn và chôn lấp CO2 an toàn
CO2 lỏng được bơm sâu xuống lòng đất, thường là vào các cấu trúc địa chất rỗng, an toàn ở độ sâu hơn 1km. Các địa điểm lý tưởng bao gồm các mỏ dầu khí đã cạn kiệt, các tầng chứa nước mặn sâu hoặc các vỉa than không thể khai thác. Tại đây, CO2 sẽ bị giữ lại vĩnh viễn bởi các lớp đá không thấm nước bên trên.
Các phương pháp thu giữ Carbon phổ biến nhất hiện nay
Tùy thuộc vào quy trình công nghiệp và thời điểm thu giữ, các công nghệ CCS được phân loại thành ba nhóm chính.
Phương pháp thu giữ sau đốt (Post-combustion)
Đây là phương pháp phổ biến nhất, đặc biệt phù hợp để trang bị thêm cho các nhà máy hiện có. CO2 được thu giữ từ khí thải sau khi nhiên liệu đã được đốt cháy. Khí thải được đi qua một dung môi hóa học, dung môi này sẽ hấp thụ CO2 và sau đó được gia nhiệt để giải phóng CO2 tinh khiết.
Phương pháp thu giữ trước đốt (Pre-combustion)
Phương pháp này được áp dụng trong các nhà máy khí hóa. Nhiên liệu hóa thạch được xử lý trong môi trường áp suất cao với oxy và hơi nước để tạo ra một hỗn hợp khí gọi là “syngas” (chủ yếu là hydro và CO). CO sau đó được chuyển hóa thành CO2, và CO2 này được tách ra trước khi quá trình đốt cháy diễn ra. Hydro tinh khiết còn lại sẽ được sử dụng làm nhiên liệu sạch.
Công nghệ thu giữ Carbon trực tiếp từ không khí (Direct Air Capture – DAC)
Đây là công nghệ tiên tiến nhất, không phụ thuộc vào nguồn phát thải cụ thể. DAC sử dụng các quạt lớn để hút không khí vào một hệ thống lọc hóa học, nơi CO2 được tách trực tiếp ra khỏi không khí xung quanh. Mặc dù tiềm năng rất lớn, DAC hiện vẫn đối mặt với thách thức về chi phí và mức tiêu thụ năng lượng cao.
Nghiên cứu điển hình: Các dự án CCS tiên phong trên thế giới
Công nghệ CCS không còn là lý thuyết. Nhiều dự án đã và đang được triển khai trên toàn cầu, cung cấp những dữ liệu và kinh nghiệm quý báu.
Climeworks: Dẫn đầu công nghệ Direct Air Capture tại Iceland và Thụy Sĩ
Climeworks là một trong những công ty tiên phong về DAC. Dự án Orca của họ tại Iceland là nhà máy DAC thương mại lớn nhất thế giới, thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí và lưu trữ dưới lòng đất bằng cách khoáng hóa nó trong đá bazan. Đây là một minh chứng mạnh mẽ cho tiềm năng của công nghệ này.
Các dự án quy mô lớn khác và bài học kinh nghiệm thực tiễn
Các dự án như Boundary Dam ở Canada (thu giữ CO2 từ nhà máy điện than) hay Gorgon Carbon Capture and Storage Project ở Úc (thu giữ CO2 từ quá trình xử lý khí tự nhiên) cho thấy khả năng triển khai CCS ở quy mô công nghiệp. Các bài học rút ra tập trung vào việc tối ưu hóa chi phí, đảm bảo an toàn lưu trữ và xây dựng khung pháp lý hỗ trợ.
Ưu điểm và thách thức khi triển khai công nghệ giảm phát thải CCS
Mặc dù hứa hẹn, CCS vẫn là một công nghệ gây nhiều tranh cãi với cả ưu điểm và nhược điểm rõ ràng.
Lợi ích chiến lược trên lộ trình đạt được mục tiêu Net Zero
- Giải pháp cho các ngành khó giảm phát thải: CCS là lựa chọn khả thi duy nhất hiện nay để khử carbon cho các ngành công nghiệp nặng như xi măng, thép, hóa chất.
- Cầu nối chuyển đổi năng lượng: Công nghệ này cho phép tiếp tục sử dụng cơ sở hạ tầng năng lượng hiện có trong giai đoạn chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.
- Tạo ra phát thải âm: Khi kết hợp với năng lượng sinh học (BECCS) hoặc DAC, CCS có thể loại bỏ CO2 đã có sẵn trong khí quyển, tạo ra “phát thải âm”.
Những rào cản về chi phí, hiệu quả năng lượng và chính sách
- Chi phí đầu tư cao: Xây dựng và vận hành các cơ sở CCS đòi hỏi vốn đầu tư khổng lồ.
- Tiêu tốn năng lượng: Quá trình thu giữ và nén CO2 tự nó đã tiêu thụ một lượng năng lượng đáng kể, làm giảm hiệu suất tổng thể của nhà máy.
- Rủi ro rò rỉ: Mặc dù thấp, nguy cơ rò rỉ CO2 từ các địa điểm lưu trữ dưới lòng đất vẫn cần được giám sát chặt chẽ.
- Khung pháp lý: Cần có các chính sách mạnh mẽ và cơ chế định giá carbon để khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào CCS.
Lưu ý quan trọng: CCS không phải là “giấy phép” để tiếp tục xả thải
Một trong những lo ngại lớn nhất là CCS có thể bị lạm dụng như một lý do để kéo dài sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Các chuyên gia nhấn mạnh rằng CCS chỉ nên được xem là một công cụ trong bộ giải pháp khí hậu, không thể thay thế cho việc ưu tiên chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
CCS và sự kết hợp với các giải pháp Công nghệ Xanh khác
Sức mạnh thực sự của CCS được phát huy khi nó được tích hợp vào một hệ sinh thái công nghệ bền vững rộng lớn hơn.
Tích hợp CCS với các nhà máy sử dụng Năng lượng tái tạo thông minh
CCS có thể đóng vai trò hỗ trợ cho năng lượng tái tạo. Ví dụ, việc kết hợp CCS với các nhà máy điện sinh khối (BECCS) không chỉ trung hòa carbon mà còn có thể tạo ra phát thải âm, chủ động loại bỏ CO2 khỏi khí quyển. Đây là một hướng đi đầy tiềm năng, kết hợp giữa việc khai thác Năng lượng tái tạo thông minh và xử lý khí thải hiệu quả.
Vai trò của công nghệ thu giữ Carbon trong nền kinh tế tuần hoàn
CO2 thu được không nhất thiết phải được chôn lấp. Nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho nhiều quy trình công nghiệp khác (CCU – Carbon Capture and Utilization). Ví dụ, CO2 có thể được dùng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, vật liệu xây dựng, hóa chất, hoặc thậm chí là trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống. Điều này biến CO2 từ một chất thải thành một nguồn tài nguyên, thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn.
