Hệ thống trên tàu sử dụng đá vôi và nước biển có thể cắt giảm một nửa lượng khí thải CO₂
Tác giả: Nina Raffio, Đại học Nam California
Sơ đồ minh họa lò phản ứng AWL trên tàu container. Nguồn: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr7250
Các nhà khoa học tại USC và Caltech, hợp tác với công ty khởi nghiệp Calcarea, đã phát triển một hệ thống trên tàu đầy hứa hẹn có thể loại bỏ tới một nửa lượng carbon dioxide thải ra từ tàu vận chuyển bằng cách chuyển đổi nó thành một giải pháp an toàn cho đại dương.
Bước đột phá này, được mô tả trong Science Advances, mô tả cách hệ thống có thể cắt giảm lượng khí thải carbon từ ngành vận chuyển—một trong những ngành khó khử cacbon nhất thế giới.
"Điều tuyệt vời ở đây là nó đơn giản đến mức nào", William Berelson, Giáo sư Paxson H. Offield về Hệ thống ven biển và biển tại Cao đẳng Văn chương, Nghệ thuật và Khoa học Dornsife của USC và là đồng tác giả liên hệ của nghiên cứu cho biết. "Chúng tôi đang đẩy nhanh quá trình mà đại dương đã sử dụng để đệm CO2—nhưng thực hiện trên tàu và theo cách có thể giảm đáng kể lượng khí thải ở quy mô lớn".
Quá trình này mô phỏng phản ứng hóa học tự nhiên trong đại dương. Khi tàu di chuyển qua nước biển, CO2 từ khí thải của chúng được hấp thụ vào nước được bơm lên tàu, khiến nước có tính axit hơn một chút. Sau đó, nước đó được đưa qua một lớp đá vôi, tại đó axit phản ứng với đá để tạo thành bicarbonate—một hợp chất an toàn, ổn định tồn tại tự nhiên trong nước biển. Nước đã qua xử lý, hiện đã loại bỏ CO2, sau đó được xả trở lại đại dương.
"Điều thú vị nhất đối với tôi là điều này bắt đầu từ một câu hỏi khoa học thuần túy: Đại dương đệm CO2 như thế nào?" Berelson nói thêm. "Từ đó, chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có thể có một giải pháp thực tế có thể giúp chống lại biến đổi khí hậu".
Thiết kế lò phản ứng và sự tiến hóa của hóa học nước biển trong một thí nghiệm. Nguồn: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr7250
Từ phòng thí nghiệm đến biển
Vận chuyển hàng hải chiếm gần 3% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Tuy nhiên, các giải pháp hiện tại, như nhiên liệu carbon thấp và điện khí hóa, vẫn còn tốn kém hoặc không thực tế đối với các chuyến đi dài.
"Chúng tôi coi cách tiếp cận của mình là một chiến lược bổ sung có thể giúp tàu thuyền giảm tác động đến môi trường mà không cần phải đại tu thiết kế", Jess Adkins, đồng sáng lập kiêm giám đốc điều hành của Calcarea và Giáo sư Địa hóa học và Khoa học Môi trường Toàn cầu của Gia đình Smits tại Caltech cho biết.
Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các yếu tố chính của quy trình, sử dụng một lượng nước biển, đá vôi và CO2 được kiểm soát. Các thí nghiệm của họ phù hợp chặt chẽ với các dự đoán lý thuyết, giúp họ tự tin mở rộng mô hình của mình lên quy mô cần thiết để hoạt động trên các tàu thực tế.
"Chúng tôi muốn chứng minh rằng chúng tôi không chỉ hiểu về hóa học mà còn có thể dự đoán lượng CO2 sẽ được trung hòa", Berelson cho biết. "Điều đó cho phép chúng tôi mô hình hóa những gì có thể xảy ra trên một con tàu thực tế".
Nghiên cứu cũng sử dụng mô hình đại dương tinh vi để kiểm tra những gì sẽ xảy ra khi nước giàu bicarbonate được thải trở lại biển. Các mô phỏng đã theo dõi một con tàu giả định di chuyển nhiều lần giữa Trung Quốc và Los Angeles trong khoảng thời gian 10 năm, xả nước đã qua xử lý dọc theo tuyến đường. Các mô hình cho thấy tác động không đáng kể đến độ pH và hóa học của đại dương - một xác nhận quan trọng về tính an toàn của công nghệ đối với môi trường.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng việc áp dụng rộng rãi kỹ thuật này có thể giảm 50% lượng khí thải CO2 liên quan đến vận chuyển.
"Đây là loại quy mô mà chúng ta cần nếu chúng ta muốn tạo ra sự thay đổi thực sự trong lượng khí thải toàn cầu", Berelson cho biết. "Điều đó sẽ không xảy ra trong một sớm một chiều, nhưng nó cho thấy những gì có thể xảy ra".
Đưa công nghệ ra thị trường
Công trình học thuật đang được tiến hành song song với Calcarea, một công ty khởi nghiệp đang nỗ lực đưa công nghệ ra thị trường. Công ty đang trong giai đoạn thảo luận ban đầu với các hãng vận chuyển thương mại và đang khám phá các chương trình thí điểm để thử nghiệm công nghệ trên các tàu đang hoạt động.
Calcarea trước đây đã công bố sự hợp tác với phòng thí nghiệm liên doanh của công ty Lomar Shipping, Lomar Labs, để thương mại hóa và triển khai hệ thống thu giữ carbon trên tàu của họ.
"Khả năng mở rộng được tích hợp vào thiết kế của chúng tôi", Adkins cho biết. "Chúng tôi đang thiết kế một hệ thống có thể tích hợp với các tàu hiện có và được áp dụng trên toàn đội tàu. Bằng cách làm việc trực tiếp với các đối tác trong ngành, chúng tôi đang đẩy nhanh quá trình từ phòng thí nghiệm ra đại dương".
Berelson, đồng sáng lập kiêm cố vấn khoa học của Calcarea, tiếp tục nghiên cứu khoa học đằng sau phương pháp tiếp cận này, bao gồm tốc độ phản ứng và tác động lâu dài đến hóa học đại dương.
Thông tin thêm: Sijia Dong và cộng sự, Tiềm năng cô lập CO2 thông qua quá trình phong hóa đá vôi tăng tốc trên tàu, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr7250
Thông tin tạp chí: Science Advances
