‘Đúc carbon’: thành quả dễ dàng của việc loại bỏ carbon
Một công ty khởi nghiệp được Bill Gates hậu thuẫn đã âm thầm khai trương nhà máy loại bỏ carbon lớn nhất thế giới. Nhưng phương pháp 'đúc carbon' của Graphyte có thể bị hạn chế bởi nguồn cung sinh khối.
Graphyte tạo ra ‘viên gạch’ từ chất thải sinh khối từ các nhà máy giấy ở Arkansas. Tín dụng: Graphyte.
Bang Arkansas mộc mạc, buồn ngủ ở phía tây nam nước Mỹ thường không được coi là nơi tiên phong trong đổi mới công nghệ. Tuy nhiên, tuần trước, 'Bang Bear' đã tổ chức một cột mốc công nghệ: khai trương nhà máy loại bỏ carbon dioxide (CDR) lớn nhất thế giới. Graphyte, một công ty khởi nghiệp được hỗ trợ bởi công ty tăng tốc giải pháp khí hậu Năng lượng đột phá của Bill Gates, đã mở một nhà máy biến chất thải sinh khối giàu carbon từ các nhà máy giấy gần đó thành gạch – 'đúc carbon' – có thể được lưu trữ an toàn dưới lòng đất, từ đó loại bỏ carbon dioxide (CO₂) từ khí quyển.
Đến cuối năm nay, cơ sở này sẽ thu được hơn 15.000 tấn (t) CO₂. Để dễ hiểu, các nhà máy thu khí trực tiếp (DAC) được nhiều người biết đến do Climeworks ở Iceland và Heirloom ở California điều hành có thể thu được lần lượt 4.000 tấn và 1.000 tấn CO₂ hàng năm.
Vào tháng 11, American Airlines đã trở thành khách hàng đầu tiên của Graphyte với việc mua 10.000 tấn chất loại bỏ carbon vĩnh viễn sẽ được giao vào đầu năm 2025.
Hannah Murnen, giám đốc công nghệ của Graphyte, cho biết: “Một trong những thế mạnh lớn của công nghệ BiCRS [loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối] và cụ thể hơn là quy trình ‘đúc carbon’ của chúng tôi là khả năng mở rộng quy mô thực sự nhanh chóng”. “Vì vậy, chúng ta có thể bắt đầu tạo ra tác động ngay lập tức. Đây là điều quan trọng vì với tư cách là một xã hội, chúng ta chưa tiến đủ nhanh trong việc loại bỏ carbon”.
Thật vậy, Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu ước tính rằng đến năm 2050, 10 gigaton (Gt) CO₂ đáng kinh ngạc sẽ phải được hấp thụ từ bầu khí quyển hàng năm trên khắp hành tinh - ngày nay, thế giới loại bỏ ít hơn 0,002% trong số đó. Graphyte là một ví dụ khác về bộ công nghệ BiCRS đơn giản nhưng hiệu quả đã dẫn đầu trong không gian CDR – nhưng liệu chúng có phải là câu trả lời lâu dài cho lượng carbon dư thừa?
đúc cacbon
Thông thường, một trong những trở ngại chính đối với công nghệ loại bỏ carbon là lượng năng lượng khổng lồ cần thiết để thu giữ carbon. Tuy nhiên, quá trình đúc carbon tận dụng công nghệ thu hồi carbon đã được thử nghiệm và thử nghiệm của tự nhiên: quang hợp. Thay vì tập trung vào việc thu giữ, Graphyte nhằm mục đích bảo tồn lượng carbon đã được thực vật thu giữ bằng cách loại bỏ các nguyên nhân phân hủy sinh khối – vi khuẩn và nước mà chúng phụ thuộc vào. Làm khô sinh khối sẽ loại bỏ vi khuẩn và các rào cản không thấm nước ngăn nước và khí bắt đầu lại quá trình phân hủy.
Graphtye sử dụng các sản phẩm phụ của ngành công nghiệp gỗ và nông nghiệp mà nếu không sẽ bị đốt hoặc để phân hủy. Nó làm khô và ngưng tụ chúng thành các khối, sau đó được bọc trong một hàng rào không thấm nước. Các khối được lưu trữ trong các địa điểm dưới lòng đất, được theo dõi sự phân hủy bằng máy theo dõi và cảm biến. Mặt đất phía trên địa điểm có thể được sử dụng cho các mục đích hữu ích khác như trang trại năng lượng mặt trời và nông nghiệp.
Công ty cho biết họ có thể lưu trữ khoảng 40.000 tấn CO₂ trên mỗi mẫu Anh và có thể đo chính xác lượng carbon cô lập theo khối và lượng phát thải theo thời gian. Murnen cho biết: “Các vật liệu polymer mà chúng tôi đang sử dụng thường bắt đầu phân hủy sau hơn 2.500 năm, vì vậy chúng tôi cảm thấy tự tin khi nói rằng carbon sẽ tồn tại ở đó ít nhất 1.000 năm”.
Công ty cũng đang xây dựng các cơ chế pháp lý để bảo vệ địa điểm Arkansas về lâu dài để ngay cả khi Graphyte không còn tồn tại, vùng đất này vẫn được hệ thống pháp luật Hoa Kỳ bảo vệ và giám sát. “Chúng tôi đang cố gắng chứng minh khả năng bảo trì và chăm sóc carbon lâu dài, nhưng đây chắc chắn là một câu hỏi mang tính triết học đối với tất cả các công ty loại bỏ carbon: làm cách nào để đảm bảo carbon vẫn ở đó lâu sau khi bạn rời đi?”
Một trong những điều quan trọng mà Graphyte hướng đến là giá của nó. Do quy trình đơn giản nên công ty đã có thể tính phí loại bỏ carbon chỉ 100 USD/tấn – một mức giá mà nhiều học giả và chuyên gia coi là chén thánh sẽ dẫn đến việc áp dụng thương mại rộng rãi. Điều này sẽ làm cho Graphyte trở thành một trong những công nghệ CDR rẻ nhất trên thị trường.
Theo công cụ theo dõi thị trường CDR.fyi, các công nghệ 'loại bỏ sinh khối' như của Graphyte đã được bán với giá trung bình là 111 USD/tấn vào năm 2023. Giá này rẻ hơn so với các giải pháp BiCRS khác như than sinh học (131 USD/tấn), năng lượng sinh học thu hồi và lưu trữ carbon hoặc BECCS ($300/tấn) và dầu sinh học ($505/tấn) – mặc dù một số người cho rằng BECCS, với phương pháp tiếp cận năng lượng là trên hết, là một bước bị loại khỏi bộ BiCRS. Giá của phương pháp đúc carbon cũng thuận lợi hơn so với các phương pháp CDR khác, được công bố rộng rãi hơn, chẳng hạn như DAC ($715/t) và tăng cường phong hóa đá ($371/tấn).
Nguồn: https://www.cdr.fyi/.
“Nói chung, các quy trình BiCRS có khả năng mở rộng khá cao vì sinh khối là đầu vào và bạn có thể
Murnen cho biết không cần phải loại bỏ CO₂ trực tiếp và tính đơn giản của dự án cụ thể của chúng tôi – chúng tôi đang sử dụng thiết bị sẵn có – có nghĩa là chúng tôi có thể nhanh chóng xây dựng các dự án và mở rộng quy mô”.
Một điều nữa mà quá trình đúc carbon mang lại là hiệu quả sử dụng carbon của nó. Ban đầu, Graphyte sẽ sử dụng khí tự nhiên để cung cấp năng lượng cho quá trình sấy sinh khối, giúp toàn bộ quá trình tiết kiệm 90% lượng carbon – nói cách khác, quá trình này thải ra lượng khí thải tương đương 10% lượng CO₂ mà thực vật thu được. Tuy nhiên, công ty sẽ sớm có ý định thay thế lượng khí đốt đó bằng điện tái tạo, đặc biệt là từ các nồi hơi sinh khối, điều này sẽ mang lại hiệu suất sử dụng carbon lên tới 98%. Murnen cho biết: “So sánh điều đó với những thứ như DAC, nơi cần khoảng 8 gigajoule để loại bỏ một tấn CO₂ – chúng tôi hiện chỉ đạt được khoảng 1/10 con số đó”.
Sinh khối siêu xử lý
Tuy nhiên, con đường dẫn đến thành công của Graphyte không được đảm bảo. Có một số thách thức khó khăn mà công ty sẽ phải đối mặt khi muốn mở rộng quy mô trong những năm tới. Đặc biệt trong số đó là một thực tế đơn giản là nhu cầu loại bỏ carbon vẫn chưa đủ để thị trường có thể tự đứng vững trên đôi chân của mình. “Có những dấu hiệu cho thấy nó đang đến mức đó; Ngày càng có nhiều người nhận ra sự cấp bách xung quanh vấn đề này và có nhiều kiểu người mua mới hơn tham gia vào thị trường – nhưng tôi nghĩ quy mô và tốc độ họ di chuyển vẫn chưa đủ,” Murnen nói. Để đạt được mục tiêu 10Gt, thị trường loại bỏ carbon chỉ có 27 năm để trở thành ngành công nghiệp lớn nhất thế giới tính theo trọng tải; để so sánh, than phải mất hơn 400 năm để đạt sản lượng 8,7Gt vào năm 2023.
Graphyte cũng không phải không có đối thủ cạnh tranh. Các công ty khác thực hiện loại hình loại bỏ sinh khối này, hay còn gọi là 'lưu trữ trực tiếp sinh khối' như đôi khi được gọi, bao gồm Rewind Earth của Israel, công ty đang tìm cách hút sinh khối thải từ Thổ Nhĩ Kỳ xuống Biển Đen. Kodama có trụ sở tại Boston đang được Cục Lâm nghiệp Hoa Kỳ trả tiền để chặt cây bị bọ vỏ cây chết ở Sierra Nevadas ở California để chôn chúng ở sa mạc Nevada.
Rudy Kahsar, giám đốc nhóm CDR tại tổ chức nghiên cứu khí hậu RMI, cho biết: “Có một số công ty chỉ việc chôn cây - đó có lẽ là cách đơn giản nhất để lấy carbon sinh khối và cô lập nó”. “Sau đó, một số người thực hiện xử lý sinh khối nhiều hơn một chút trước khi lưu trữ, chẳng hạn như xử lý và bảo quản trong thùng chứa. Tôi nghĩ Graphyte thậm chí còn phải xử lý nhiều hơn nữa – sấy khô nói chung là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Họ cũng sẽ phải cạnh tranh với những công ty như Charm về nguyên liệu thô.” Charm Industrial có trụ sở tại San Francisco biến sinh khối nông nghiệp thành 'dầu sinh học' giàu carbon để bơm sâu xuống lòng đất.
Đối với Kahsar, có một số dấu hỏi đặt ra đối với sản phẩm của Graphyte: khi nào họ có thể ngừng sử dụng khí tự nhiên để sấy khô? Liệu nó có đủ nguồn cung cấp nguyên liệu sinh khối để mở rộng quy mô không? Có công dụng bổ sung nào từ gạch đã qua xử lý không, chẳng hạn như để xây dựng? Ông nói: “So với các công ty chôn cất sinh khối gỗ khác, việc xử lý thêm của Graphyte sẽ khiến chúng trở nên đắt hơn”. “Vậy họ có thể làm gì để sản phẩm bền vững hơn và tiết kiệm hơn không?”
Ví dụ, BECCS tạo ra năng lượng cũng như loại bỏ carbon. Than sinh học cải thiện chất lượng đất của đất nông nghiệp với mục tiêu chính là loại bỏ CO₂. Tuy nhiên, Murnen cho rằng việc đúc carbon là cách sử dụng sinh khối hiệu quả hơn nhiều. Cô chỉ ra rằng than sinh học mất đi 50% lượng carbon trong quá trình nhiệt phân và BECCS sử dụng năng lượng đáng kể để thu giữ carbon từ dòng khí thải được tạo ra bởi quá trình đốt cháy sinh khối. Cô cho biết thêm, từ góc độ thực tế, than sinh học liên quan đến việc thuyết phục một số lượng lớn nông dân sử dụng nó và chi phí hậu cần vận tải đường bộ đáng kể; BECCS rất cần nhiều vốn và có nhu cầu sinh khối cụ thể đòi hỏi phải tìm nguồn cung ứng từ nhiều địa điểm khác nhau.
Murnen nhận ra rằng chi phí của nguyên liệu sinh khối sẽ tăng lên khi sự cạnh tranh về nguồn tài nguyên hạn chế ngày càng tăng, nhưng Graphyte đã tính đến yếu tố đó trong mô hình của mình và tin rằng quy trình của họ đủ cạnh tranh về chi phí để hấp thụ mức tăng giá đó.
BiCRS dẫn đầu – hiện tại
Cho đến nay, các công nghệ loại bỏ carbon BiCRS như đúc carbon – những công nghệ sử dụng sinh khối từ thực vật hoặc tảo để loại bỏ CO₂ khỏi không khí và sau đó lưu trữ vĩnh viễn, dưới lòng đất hoặc trong các sản phẩm có tuổi thọ cao – đã sớm đạt được những tiến bộ trong việc loại bỏ carbon chợ. Mỗi công ty trong số 10 công ty hàng đầu thị trường tính theo tấn CDR được phân phối đều đang sử dụng công nghệ BiCRS, trong đó than sinh học là phương pháp hiệu quả nhất. Công ty dẫn đầu về doanh số bán CDR trong tương lai là nhà cung cấp BECCS, công ty năng lượng Đan Mạch Ørsted, với 2,8 tỷ tấn được bán ra, gần gấp bốn lần so với nhà cung cấp đứng thứ hai.
Nguồn: https://www.cdr.fyi/.
Kahsar cho biết: “BiCR là thành quả dễ dàng mà chúng tôi có thể triển khai ngay bây giờ”. “Về lâu dài chúng ta sẽ cần những cách tiếp cận khác như DAC và tăng cường phong hóa đá, nhưng chúng vẫn chưa sẵn sàng. Chúng sẽ là những phương pháp tiếp cận thực sự có khả năng mở rộng khi chúng tôi tiếp cận mục tiêu không có lưới vào năm 2050, nhưng BiCRS là những gì chúng tôi có thể sử dụng trong thời gian chờ đợi.”
Về lâu dài, khả năng mở rộng của BiCRS sẽ bị hạn chế do nguồn nguyên liệu sinh khối sẵn có ngày càng giảm. Một báo cáo năm 2021 của Ủy ban Chuyển đổi Năng lượng, một liên minh khu vực tư nhân toàn cầu, đã cảnh báo rằng nhu cầu về sinh khối có thể vượt quá nguồn cung bền vững, thúc đẩy ngành công nghiệp và các nhà hoạch định chính sách ưu tiên các nguồn tài nguyên sinh học cho các ứng dụng vật liệu, hàng không và năng lượng thích hợp.
Kahsar cho biết: “Toàn bộ sinh khối trên thế giới gần như đã được IEA [Cơ quan Năng lượng Quốc tế] phân bổ cho đến năm 2050 và đó là dành cho các hoạt động chuyển đổi năng lượng chứ không phải CDR”. “Và sẽ có những ưu tiên: hiện tại ngành hàng không bền vững không có quá nhiều lựa chọn thay thế cho nhiên liệu sinh học - vốn đã gây nhiều tranh cãi từ góc độ thực phẩm so với nhiên liệu. Đó sẽ là yếu tố hạn chế thực sự trong việc mở rộng quy mô cho các giải pháp CDR sinh học này.”
Trên thực tế, chúng ta đã thấy những hậu quả tiêu cực của sự cạnh tranh ngày càng tăng về sinh khối. BECCS thường xuyên trở thành trung tâm của các vụ bê bối liên quan đến các hoạt động không bền vững trong việc tìm nguồn cung ứng nguyên liệu. Năm 2019, một cuộc điều tra kéo dài hàng thập kỷ của các phương tiện truyền thông, cơ quan giám sát độc lập và tổ chức phi chính phủ đã tiết lộ rằng nhu cầu toàn cầu về viên gỗ để đốt lấy năng lượng sinh khối – chủ yếu ở Anh và Châu Âu – đang tàn phá các khu rừng ở phía đông nam Hoa Kỳ. Cuộc điều tra đã vạch trần các hoạt động khai thác gỗ có hại được Enviva – nhà sản xuất viên gỗ lớn nhất thế giới sử dụng để cung cấp viên gỗ cho ngành năng lượng sinh học, bao gồm cả việc chặt phá các khu rừng ngập nước mang tính biểu tượng. Điều đó liên quan đến việc chặt hạ số lượng lớn cây gỗ cứng bản địa tại các điểm nóng về đa dạng sinh học. Enviva sau đó sẽ vận chuyển các viên từ những khu rừng bị tàn phá này đến các công ty điện lực ở nước ngoài như Nhà máy điện Drax của Vương quốc Anh.
Tuy nhiên, Murnen bác bỏ sự so sánh này. Cô cho biết, Graphyte sử dụng các sản phẩm phụ có giá trị thấp như cặn nhà máy và vỏ trấu bị đốt hoặc để ngành công nghiệp phân hủy; Các nhà máy BECCS có những yêu cầu cụ thể về nhiệt trị và hàm lượng tro trong nguyên liệu thô, khiến khó có được nguồn cung bền vững.
“Chúng tôi không tin vào sinh khối; chúng tôi không quan tâm đó là gạo, lúa mì, khoai tây chiên từ xưởng cưa, bã mía hay bất cứ thứ gì, chúng tôi có thể thực hiện quy trình tương tự và lưu trữ carbon. Chúng tôi không chặt cây, chúng tôi đang thu dọn những đống rác đang phân hủy. Trong ngành công nghiệp gỗ và nông nghiệp toàn cầu, có những sản phẩm phụ được tạo ra với hơn 3 tỷ tấn CO₂ tương đương mỗi năm. Điều đó sẽ giúp chúng ta tiếp tục chạy được một lúc!”
Trở lại Arkansas, Graphtye có tham vọng lớn và táo bạo. Công ty hiện đang mở rộng dây chuyền xử lý và hy vọng sẽ mở các địa điểm mới bên ngoài Bear State vào cuối năm 2024. Đến cuối năm 2025, công ty hy vọng sẽ có khả năng loại bỏ 50.000 tấn CO₂ khỏi khí quyển hàng năm. “Nhưng nhu cầu là mảnh ghép lớn nhất của câu đố,” Murnen cảnh báo. “Chúng tôi cần có người mua các khoản tín dụng mà chúng tôi đang sản xuất.”
