[From Chisato Horiuchi in Tokyo, Japan]
Mitsubishi Heavy Industries cũng đang nghiên cứu thu hồi CO2 tại các nhà máy điện sinh khối (Anh)
Ngày càng có nhiều phong trào thu gom carbon dioxide (CO2) được tạo ra tại các nhà máy và nhà máy điện, lưu trữ dưới lòng đất và tái sử dụng làm nguyên liệu cho hóa chất. Nó cũng được cho là con át chủ bài trong việc khử cacbon cùng với việc sử dụng năng lượng tái tạo và hydro thông qua một sáng kiến có tên "CCUS". Nếu các công nghệ thu hồi và sử dụng hiệu quả trở nên phổ biến, CO2 có tiềm năng trở thành một nguồn tài nguyên.
CCUS là từ viết tắt của "Carbon dioxide, Capture, Utilization, Storage". Nó là sự kết hợp của "CCS" để thu thập và lưu trữ và "CCU" để thu thập và sử dụng. Cần có thời gian để giảm lượng khí thải CO2 tại các nhà máy nhiệt điện và nhà máy luyện thép về không. Trong số đó, động lực giới thiệu CCUS đang ngày càng gia tăng trên thế giới để thu hồi CO2 trước khi nó được thải vào khí quyển.
Theo Viện nghiên cứu toàn cầu CCS của Úc, 26 cơ sở thu gom đang hoạt động trên toàn thế giới, với 65 cơ sở bao gồm cả kế hoạch. Trong số này, 38 ở châu Mỹ và 14 ở châu Âu. Có 10 địa điểm ở Châu Á - Thái Bình Dương, chủ yếu ở Trung Quốc, nhưng không có ở Nhật Bản.
Trong công nghệ thu hồi, một phương pháp sử dụng chất hấp thụ được gọi là "amin" là phổ biến. Nhà máy phục hồi chủ yếu bao gồm một "tháp hấp thụ" và một "tháp tái sinh". CO2 được hấp phụ bằng cách tiếp xúc với amin và khí thải bên trong tháp hấp thụ. Chất này được làm nóng trong tháp tái sinh để tách nó thành amin và CO2, sau đó được thu hồi. Amin được tái sử dụng trong tháp hấp thụ.
Mitsubishi Heavy Industries có thế mạnh về các nhà máy thu nhận CO2, và chiếm 70% thị phần thế giới về sản lượng thu giữ. Kansai Electric Power Co., Inc. đã phát triển một loại amin không dễ bị biến chất ngay cả sau khi sử dụng nhiều lần. Nó cũng được đặc trưng bởi hiệu suất thu hồi 90% hoặc nhiều hơn CO2 trong khí thải.
Vào tháng 6, họ đã thông báo rằng họ sẽ cung cấp công nghệ thiết bị phục hồi cho tập đoàn Drax Group của Anh. Nếu đi vào hoạt động, đây sẽ là nhà máy lớn nhất thế giới thu về hơn 8 triệu tấn mỗi năm. Toshiba cũng đã đưa vào vận hành một cơ sở trình diễn quy mô lớn giúp thu giữ CO2 tại một nhà máy điện sinh khối và giảm lượng khí thải xuống gần như bằng không hoặc thấp hơn.
Công nghệ thu hồi chủ đạo là "phương pháp hấp thụ hóa học" sử dụng các amin và các chất tương tự. Mặc dù nó thích hợp cho quá trình xử lý quy mô lớn, nhưng có những vấn đề về chi phí, chẳng hạn như chất lỏng hấp thụ đắt tiền và nhu cầu về nguồn nhiệt trong tháp tái sinh.
Ngoài phương pháp hấp thụ hóa học, sự phát triển của "phương pháp hấp phụ vật lý" trong đó CO2 được hấp phụ trên chất hấp phụ rắn như than hoạt tính hoặc zeolit, và "phương pháp tách màng" trong đó CO2 được tách bằng màng polyme là cũng đang được tiến hành. Hầu hết chúng đang trong quá trình phát triển công nghệ để sử dụng trong thực tế, nhưng chúng có những ưu điểm như cơ chế thiết bị đơn giản và tiêu thụ năng lượng thấp.
Điểm đến phổ biến nhất của CO2 thu hồi là kho chứa sâu hơn 1000 mét dưới lòng đất. CO2 được ép vào "bể chứa" nơi cát hạt thô được đóng rắn và có nhiều khoảng trống. Rò rỉ được ngăn chặn bởi một "lớp che chắn" trong đó đất sét hạt mịn được đóng rắn ở trên cùng của bể chứa. Người ta dự đoán rằng sau một thời gian dài, CO2 sẽ đông đặc lại trong các khe hở giữa các tảng đá và biến thành khoáng chất.
Ở Nhật Bản cũng có một hồ chứa, và người ta nói rằng nó có thể chứa khoảng 146 đến 236 tỷ tấn, tương đương với lượng khí thải trong nước từ 100 đến 200 năm. Từ năm 2016 đến 2019, Khảo sát CCS Nhật Bản (Chiyoda, Tokyo), được tài trợ bởi 34 công ty như Công ty Điện lực Hokkaido và Công ty Điện lực Tohoku, đã lưu trữ 300.000 tấn dưới đáy biển ngoài khơi Tomakomai, Hokkaido và vẫn đang theo dõi.
Cơ sở lưu trữ CO2 dưới lòng đất ở thành phố Tomakomai, Hokkaido
Việc sử dụng CO2 thu hồi phổ biến nhất là Đạo luật Phục hồi Dầu tăng cường (EOR), đưa CO2 đến các mỏ dầu đang cạn kiệt để tăng sản lượng dầu. Có những cách sử dụng khác để sử dụng CO2 làm carbon dioxide và đá khô cho thực phẩm và công nghiệp.
Khoảng 40 triệu tấn CO2 có thể được thu gom và lưu giữ hàng năm tại các cơ sở vận hành trên khắp thế giới. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 0,1% lượng khí thải, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính lượng thu hồi và lưu trữ sẽ tăng hơn 100 lần lên 5,6 tỷ tấn vào năm 1950. CCUS chiếm 19% lượng giảm CO2 của thế giới trong 70 năm so với 20 năm, ngang bằng với điện khí hóa (24%) và năng lượng tái tạo (19%).
Phong trào "tái chế carbon" khử cacbon và sử dụng CO2 làm nguyên liệu thô như nguyên liệu thô cũng đang lan rộng. Kỳ vọng cao đối với các phương pháp sử dụng cho hóa chất và nhiên liệu. Chiến lược tăng trưởng xanh do chính phủ biên soạn vào tháng 12 năm 2008 cũng đưa việc tái chế carbon trở thành một trong những trụ cột của ngành tăng trưởng nhằm đạt được mục tiêu "không trong 50 năm".
Trong lĩnh vực nguyên liệu, Asahi Kasei đã phát triển phương pháp sản xuất nguyên liệu nhựa urethane bằng phản ứng với amoniac, hướng tới mục tiêu sản xuất hàng loạt trong 30 năm tới. Đó là cơ chế nhân CO2 với amoniac để tạo ra urê và cuối cùng tạo ra nhựa uretan. Bằng cách trừ lượng được sử dụng làm nguyên liệu thô với lượng thải ra trong quá trình sản xuất, lượng khí thải có thể giảm 20% so với trước đây.
Mitsubishi Chemical sẽ nghiên cứu sự phát triển của công nghệ sản xuất olefin, là nguyên liệu thô cho nhựa, thông qua "quang hợp nhân tạo" áp dụng cơ chế quang hợp của thực vật. Đó là một cơ chế sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra oxy và olefin từ nước và CO2. Xi măng Taiheiyo đã bắt đầu nỗ lực phản ứng canxi chiết xuất từ bê tông đã qua sử dụng với CO2 và tái sử dụng nó làm nguyên liệu thô cho bê tông.
Đối với nhiên liệu, sự chú ý được tập trung vào công nghệ "methanation" tạo ra khí mêtan bằng cách cho CO2 phản ứng với hydro. Tokyo Gas có kế hoạch bắt đầu thử nghiệm trình diễn tại một cơ sở nghiên cứu ở Thành phố Yokohama trong năm 2009. Lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời và tạo ra hydro bằng phương pháp điện phân nước. Đó là một cơ chế sản xuất khí mêtan có thể được sử dụng làm khí đốt thành phố từ khí này và CO2 thu hồi.
Porsche của Đức đang hướng tới mục tiêu thương mại hóa "xăng hydro". Nó là một nỗ lực để phản ứng CO2 với hydro để tạo ra metanol, một loại rượu, và cuối cùng sử dụng nó làm nhiên liệu có thành phần tương tự như xăng.
Đón đầu những chuyển động này, cũng có một phong trào phát triển thị trường giao dịch tự do đối với CO2 được thu gom. Mitsubishi Heavy Industries và IBM Nhật Bản đang phát triển một hệ thống quản lý dữ liệu từ thu nhận CO2 đến lưu trữ và tái sử dụng. Bằng cách sử dụng hệ thống này, nó có kế hoạch tung ra thị trường trong vòng 25 năm, kết nối các công ty đã thu hồi CO2 và các công ty muốn sử dụng nó làm nguyên liệu thô.
Thách thức đối với sự phổ biến của CCUS là chi phí giới thiệu cao. Theo tính toán của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, cần 7.300 yên để thu giữ và lưu trữ 1 tấn CO2. Nếu hệ thống thu gom / lưu trữ được giới thiệu tại nhà máy nhiệt điện than, chi phí phát điện mỗi kilowatt giờ sẽ tăng từ 12 yên hiện tại lên 18 yên, và năng lượng tái tạo như sản xuất điện mặt trời (mức 12 yên) và gió trên đất liền quyền lực (mức 19 yên) sẽ tăng lên.
Chi phí sản xuất cũng cao đối với các vật liệu và nhiên liệu như bê tông dựa trên tái chế carbon. Điều này là do gánh nặng thu giữ và vận chuyển CO2 sẽ tăng lên. Ví dụ, trong trường hợp một khối đường làm bằng bê tông bằng cách tái chế tương tự, nó là vài trăm yên một kg, cao hơn nhiều so với sản phẩm hiện có (30 yên).
Chìa khóa cho sự lan rộng của CCUS là chi phí liên quan đến việc thu gom và tái sử dụng có thể giảm được bao nhiêu nhờ đổi mới công nghệ và hiệu quả sản xuất hàng loạt. Tại Hoa Kỳ, các doanh nghiệp tham gia vào việc thu giữ và lưu giữ CO2 và sử dụng cho EOR đủ điều kiện để được khấu trừ thuế. Hỗ trợ về thể chế là không thể thiếu cũng như đổi mới công nghệ.
(Tomoyoshi Oshikiri)
