Khai thác CO2 từ không khí - Ngành kinh doanh nghìn tỷ đô la

Tiềm năng từ CO2 trong không khí

Các nhà khoa học thường ước tính rằng để giữ mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu ở con số 1,5 độ C so với giai đoạn tiền công nghiệp, con người phải ổn định mật độ CO2 trong bầu khí quyển ở mức 350ppm.

Năm 2019, chúng ta đã chạm mức 410ppm, nghĩa là đã có quá nhiều CO2 trong bầu khí quyển. Tại thời điểm này, để đảm bảo thế hệ tương lai có khí hậu an toàn, chúng ta không những phải giảm khí thải gây ô nhiễm mà còn phải "rút" bớt CO2 ra khỏi bầu khí quyển.

Minh họa một cỗ máy thu giữ không khí trực tiếp.

Lượng khí thải chứa carbon trên toàn cầu vẫn đang tăng và còn tới hàng trăm gigaton sẽ được thải ra từ cơ sở hạ tầng nhiên liệu hóa thạch hiện nay. Hầu hết mọi mô hình mà Ủy ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) sử dụng cho thấy để có khí hậu an toàn, ta cần phải chôn hàng nghìn gigaton CO2 để đạt "khí thải âm".

Có nhiều cách để đạt "khí thải âm", nhưng cách duy nhất khả thi để loại bỏ một lượng đủ CO2 sẽ là "rút" nó trực tiếp khỏi không khí và chôn xuống lòng đất trong các tầng ngậm nước muối. Đây là quy trình thu giữ và cô lập carbon (CCS). Với quy trình CCS, CO2 được coi như một chất thải phải được tiêu hủy đúng cách như xử lý nước thải và nhiều chất độc hại ô nhiễm khác.

Vậy cần phải chôn bao nhiêu CO2? Rõ ràng là không thể biết trước câu trả lời. Các mô hình của IPCC cũng cho ra nhiều con số khác nhau. Khí thải giảm càng nhanh và càng sớm thì càng ít cần tới quy trình CCS và ngược lại.

Nghiên cứu năm 2017 về biến đổi khí hậu tự nhiên ước tính tổng lượng khí thải cần phải giảm từ nay tới năm 2050 để nhiệt độ tăng dưới 2 độ C là 800 gigaton. Nhiều người cho rằng ngưỡng 1,5 độ C mà IPCC đưa ra là không thể đạt được và 2 độ C vẫn là một mục tiêu cực kỳ tham vọng. Nghiên cứu trên ước tính là thậm chí nếu con người giảm khí thải thành công thì vẫn cần phải xử lý 120-160 gigaton CO2 nữa trong giai đoạn đó.

Tới năm 2030, con người cần phải nén, vận chuyển và chôn một lượng CO2 gấp 2 đến 4 lần lượng chất lỏng mà ngành khí đốt và dầu toàn cầu phải xử lý ngày nay. Để xây dựng một ngành quy mô như vậy vào năm 2030, chúng ta cần phải bắt đầu từ bây giờ.

Tuy nhiên, có một vấn đề: Chôn khí CO2 không có lợi ích kinh tế trong ngắn hạn. Các công ty không có động lực để thực hiện điều này và do đó không muốn phát triển thêm biện pháp thu giữ carbon. Giải pháp đơn giản cho tình huống này sẽ là định giá carbon toàn cầu - điều chưa xảy ra. Vậy làm thế nào để ngành thu giữ carbon có thể phát triển?

Một ý tưởng trả lời câu hỏi đó là các công ty thu giữ carbon sẽ không chôn mà bán carbon. CO2 là một loại hàng hóa có chút giá trị. Nó được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp trong một loạt ngành nghề suốt thế kỷ qua.

Phần lớn CO2 được các ngành sử dụng ngày nay là CO2 sinh ra trong quá trình xử lý nhiên liệu hóa thạch, thường là từ các nhà máy sản xuất ammonia bằng khí đốt tự nhiên hoặc than. Khí đốt và than được khai thác dưới lòng đất. Khi đốt các nhiên liệu hóa thạch, CO2 chuyển từ địa quyển vào khí quyển.

Nhưng nếu CO2 được lấy ra từ không khí rẻ hơn và nhiều hơn thì CO2 này có thể cạnh tranh với CO2 lấy từ trong đất. Theo lý thuyết, bất kỳ ngành nào dùng carbon từ lòng đất có thể chuyển sang dùng CO2 lấy từ không khí.

Dùng CO2 từ không khí để làm sản phẩm và dịch vụ được gọi là quá trình thu giữ và sử dụng carbon (CCU). Theo một số ước tính, tới năm 2030, đó là một thị trường tiềm năng trị giá 1.000 tỷ USD.

Thị trường này có thể có hai lợi ích lớn. Thứ nhất, giảm CO2 thải vào không khí. Quá trình thu giữ và sử dụng CO2 sẽ không bao giờ giảm đủ lượng CO2 để tránh phải chôn carbon. Số lượng CO2 mà loài người thải ra lớn hơn rất nhiều so với lượng sản phẩm CO2 mà con người thu giữ từ không khí sử dụng.

Dù vậy, thu giữ và sử dụng carbon có thể là một công cụ hữu ích để khử carbon. Ước tính quá trình này có thể giảm tới 10% tổng lượng khí thải toàn cầu tới năm 2030.

Thứ hai, nhu cầu đối với CO2 có thể giúp công nghệ thu giữ carbon được nhân rộng và giảm giá thành. Từ đó, các nhà lập pháp có thể ủng hộ quá trình thu giữ và sử dụng carbon.

Các cách thu giữ và sử dụng carbon

Sử dụng carbon là một lĩnh vực phát triển nóng và nhanh trong thế giới năng lượng và khí hậu.

CO2 có thể được lấy từ khí thải ra từ ống khói hoặc từ không khí xung quanh thông qua quy trình thu giữ không khí trực tiếp. Mỗi cách lấy CO2 đều có điểm thuận lợi và không thuận lợi.

Thuận lợi lớn của việc lấy CO2 từ ống khói công nghiệp là CO2 có mật độ cao. Tại các ống khói, cứ 10 phân tử khí thì có khoảng 1 phân tử carbon. Còn trong không khí xung quanh, cứ 2.500 phân tử khí mới có 1 phân tử carbon. Do mật độ cao nên cần ít năng lượng hơn trong quá trình thu giữ CO2. Hơn nữa, CO2 thu từ ống khói sẽ rẻ hơn là CO2 thu trực tiếp từ không khí.

Tuy nhiên, thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí cũng có lợi riêng. Thứ nhất là không cần lắp đặt thiết bị hoặc xây dựng quy trình ở một nơi cụ thể. CO2 phân bố trong không khí ở mọi nơi trên thế giới nên có thể xây dựng quy trình thu giữ bất kỳ đâu cần CO2. Thứ hai là quá trình thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí chỉ bị giới hạn bởi chi phí. Quá trình này có thể nhân quy mô tùy theo số tiền sẵn có. Đó là lý do tại sao nhiều người cho rằng đây là công nghệ hứa hẹn nhất về lâu dài.

Tiềm năng sử dụng CO2

Vậy hiện nay CO2 được sử dụng như thế nào? Theo Hiệp hội Hoàng gia Anh, CO2 có thể được dùng trực tiếp trong nhà kính, trong đồ uống, dùng để tăng cường thu hồi dầu (được sử dụng nhiều nhất hiện nay) hoặc dùng để biến thành nguyên liệu cấp cho máy để chế biến. Một trong những quá trình biến đổi hóa học có tiềm năng nhất là kết hợp CO2 và hydro để làm nhiên liệu hydrocarbon tổng hợp.

Điều ta cần quan tâm nhất là các quy trình thu giữ và cô lập CO2 được bao lâu. Với phần lớn quy trình, CO2 chỉ bị cô lập trong một thời gian ngắn. Ví dụ, trong trường hợp CO2 thu giữ được dùng để làm nhiên liệu tổng hợp, nhiên liệu này sau đó lại được đốt lên, thải CO2 trở lại vào bầu khí quyển. Do đó, quy trình này là tái chế carbon chứ không phải cô lập carbon.

Trong số các quy trình thu giữ và sử dụng carbon, chỉ có quy trình sản xuất vật liệu xây dựng (hoặc vật liệu mới như sợi carbon) là có thể cô lập CO2 trong một thời gian khá lâu. Khi bơm CO2 vào bê tông, bê tông sau đó được dùng để xây nhà. Những tòa nhà có thể tồn tại tới cả thế kỷ. Nếu tòa nhà này bị phá dỡ, bê tông có thể được đập ra và tái sử dụng. CO2 vẫn ở nguyên đó.

Tóm lại, để giữ mức tăng nhiệt độ dưới 2 độ C, con người sẽ không chỉ cần đạt mục tiêu không thải khí độc hại tới năm 2050 mà còn phải có khả năng chôn hàng trăm gigaton carbon. Quá trình thu giữ và sử dụng carbon có thể giúp thực hiện điều đó và quy trình này đáng theo đuổi.

Nhật Minh