Công nghệ biến CO2 thành muối biển, giúp giảm phát thải ngành hàng hải

Một năm trước, Tổ chức Hàng hải Quốc tế - cơ quan của Liên hợp quốc quản lý hoạt động vận chuyển - đã thắt chặt các mục tiêu phát thải đối với ngành vận chuyển, đưa ngành này ngang hàng với các ngành khác nhằm đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Nhưng các loại nhiên liệu phát thải thấp như methanol, hydro và amoniac không đủ có sẵn.

Hiện nay, nhà hải dương học hóa học Jess Adkins từ Viện Công nghệ California (Caltech) cho rằng ông có thể giúp đỡ bằng cách trang bị cho các tàu chở hàng những lò phản ứng có khả năng biến carbon dioxide (CO2) thải ra từ quá trình đốt nhiên liệu thành muối biển, thứ mà ông cho biết có thể giữ được trong 100.000 năm.

Quá trình này tương tự như những gì đã diễn ra tự nhiên trong các đại dương. "Đây là phản ứng mà hành tinh này đã diễn ra trong hàng tỷ năm", Adkins, người sáng lập Calcarea, một công ty khởi nghiệp đang thiết kế và thử nghiệm các lò phản ứng, cho biết.

"Nếu chúng ta có thể đẩy nhanh quá trình này, chúng ta sẽ có cơ hội tìm ra phương pháp lưu trữ CO2 an toàn và lâu dài", ông nói.

Một lò phản ứng nguyên mẫu tại Cảng Los Angeles. Ảnh: Pierre Forin

Công nghệ mô phỏng tự nhiên

Nước biển tự nhiên hấp thụ khoảng 1/3 lượng CO2 trong khí quyển, khiến nước có tính axit hơn và hòa tan canxi cacbonat, một chất có nhiều trong đại dương. Adkins cho biết: "Canxi cacbonat là thành phần tạo nên bộ xương san hô, vỏ sò và tất cả những thứ tạo nên phần lớn trầm tích ở đáy đại dương".

Canxi cacbonat hòa tan sau đó phản ứng với CO2 trong nước để tạo thành muối bicarbonate, khóa chặt CO2. Adkins cho biết thêm: "Hiện tại đã có 38.000 gigaton (38 nghìn tỷ tấn) bicarbonate trong đại dương".

Công ty Calcarea muốn mô phỏng quá trình tự nhiên này bằng cách dẫn khí thải của tàu đến một lò phản ứng trong thân tàu, nơi khí thải được trộn mạnh với nước biển và đá vôi - loại đá chủ yếu được tạo thành từ canxi cacbonat và là thành phần phổ biến trong bê tông. CO2 trong khí thải phản ứng với hỗn hợp, tạo ra nước mặn khóa CO2 dưới dạng muối bicarbonate. Adkins cho biết với một lò phản ứng quy mô đầy đủ, ông đặt mục tiêu thu giữ và lưu trữ khoảng một nửa lượng khí thải CO2 của tàu.

Theo Adkins, trong thế giới tự nhiên, phản ứng mất hơn 10.000 năm, nhưng trong các lò của công ty Calcarea, phản ứng này chỉ mất khoảng một phút. Điều này đạt được bằng cách đưa CO2 và đá vôi tiếp xúc chặt chẽ với nhau.

Adkins cho biết nước mặn được tạo ra sẽ thải ra đại dương, nơi nó không gây ra mối đe dọa nào đối với sinh vật biển hoặc cân bằng hóa học của nước biển. Ông nói thêm rằng công ty cũng đang xem xét việc bổ sung một bộ lọc sơ bộ vào hệ thống để loại bỏ các chất ô nhiễm khác có thể hòa vào nước, chẳng hạn như các hạt và nhiên liệu chưa cháy.

Sau hai năm làm việc cho dự án, vào tháng 1/2023, ông đã tách công ty ra khỏi Caltech. Ông đã tham gia cùng ba người đồng sáng lập: Melissa Gutierrez, sinh viên đại học Caltech, kỹ sư Pierre Forin và giáo sư kiêm nhà địa hóa học Will Berelson của Đại học Nam California (USC).

Những người sáng lập Calcarea là Pierre Forin, Will Berelson, Melissa Gutierrez và Jess Adkins đứng trước lò phản ứng nguyên mẫu có tên Ripple 1. Ảnh: Pierre Forin

Họ đã huy động được 3,5 triệu USD tiền tài trợ và tập trung vào ngành vận tải biển. "Điểm tuyệt vời là con tàu là một máy bơm nước tự nhiên", Adkins nói, lưu ý rằng hệ thống này đòi hỏi nước phải liên tục di chuyển xung quanh để phản ứng giữa các yếu tố khác nhau xảy ra, một điều tự nhiên được cung cấp bởi chuyển động của tàu.

Các lò phản ứng sẽ được thiết kế riêng cho các kích cỡ tàu khác nhau, bao gồm "những tàu lớn nhất hiện có", loại "Newcastlemax" có khả năng chở 180.000 tấn hàng. "Trên một trong những tàu này, chúng tôi sẽ chiếm khoảng 4 đến 5% trọng tải và chở khoảng 4.000 tấn đá vôi. Nhưng chúng tôi sẽ không thực sự sử dụng hết tất cả số đó", Adkins cho biết.

Thu giữ carbon ở biển

Trước khi Calcarea sẵn sàng lắp đặt lò phản ứng đầu tiên, vẫn còn một số thách thức về kỹ thuật cần giải quyết. Ví dụ, làm thế nào để lắp chính xác lò phản ứng trên tàu để nạp đá vôi và thiết lập chuỗi cung ứng để vận chuyển.

Theo ước tính hiện tại, chi phí của hệ thống vào khoảng 100 USD cho mỗi tấn CO2 thu được khi xả ra, bao gồm cả doanh thu mà tàu bị mất do phải nhường chỗ cho lò phản ứng thay vì tải trọng thương mại.

Một số tàu chở hàng đã có các thiết bị tương tự trên tàu, được gọi là máy lọc khí. Chúng được thiết kế để thu và thải khí lưu huỳnh có hại cho sức khỏe và môi trường, nhưng không phải CO2.

Bên cạnh Calcarea, cũng có công ty khác có công nghệ thu giữ carbon. Ví dụ, một công ty Anh tên là Seabound sản xuất một thiết bị thu giữ từ 25% đến 95% lượng khí thải CO2 của tàu. Tuy nhiên, nó tạo ra các viên sỏi cacbonat rắn phải được dỡ xuống tại cảng.

Adkins tin rằng Calcarea có thể giúp ngành công nghiệp khử cacbon chuyển đổi sang nhiên liệu xanh hơn, và trong tương lai xa hơn, các lò phản ứng thậm chí có thể được thiết kế để khóa CO2 đã được thu giữ khỏi khí quyển, thay vì lưu trữ dưới lòng đất.

Ngọc Ánh (theo CNN)