Muối và chôn cây trồng sinh khối trong bãi chôn lấp khô có thể thu được khí nhà kính một cách kinh tế trong hàng ngàn năm

Muối và chôn cây trồng sinh khối trong bãi chôn lấp khô có thể thu được khí nhà kính một cách kinh tế trong hàng ngàn năm

    Muối và chôn cây trồng sinh khối trong bãi chôn lấp khô có thể thu được khí nhà kính một cách kinh tế trong hàng ngàn năm
    của Marni Ellery, Đại học California - Berkeley

    To more effectively sequester biomass and carbon, just add salt
    Thu hoạch miscanthus, một loại cỏ phát triển nhanh có thể được sử dụng làm cây trồng năng lượng sinh học hoặc được thu hoạch, ướp muối và chôn lấp để cô lập carbon mà nó hấp thụ từ khí quyển. Ảnh: Ảnh của Erik Sacks, Viện bộ gen chung


    Giảm phát thải khí nhà kính toàn cầu là rất quan trọng để tránh thảm họa khí hậu, nhưng các phương pháp loại bỏ carbon hiện tại đang tỏ ra không đủ và tốn kém. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Berkeley, đã đề xuất một giải pháp có thể mở rộng sử dụng các công nghệ đơn giản, rẻ tiền để loại bỏ carbon khỏi bầu khí quyển của chúng ta và lưu trữ nó một cách an toàn trong hàng nghìn năm.

    Như đã báo cáo hôm nay trên tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, các nhà nghiên cứu đề xuất trồng cây sinh khối để thu giữ cacbon từ không khí, sau đó chôn thực vật đã thu hoạch trong bãi chôn lấp sinh học khô đã được thiết kế. Cách tiếp cận độc đáo này, mà các nhà nghiên cứu gọi là cô lập nông nghiệp, giữ cho sinh khối bị chôn vùi khô ráo với sự hỗ trợ của muối để ngăn chặn vi sinh vật và ngăn chặn sự phân hủy, cho phép cô lập ổn định tất cả carbon sinh khối.

    Theo Eli Yablonovitch, tác giả chính và Giáo sư tại Trường Cao học thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính của UC Berkeley, kết quả là âm tính carbon, khiến phương pháp này trở thành một công cụ thay đổi cuộc chơi tiềm năng.

    Yablonovitch cho biết: “Chúng tôi tuyên bố rằng kỹ thuật phù hợp có thể giải quyết 100% cuộc khủng hoảng khí hậu với chi phí có thể kiểm soát được. "Nếu được triển khai trên quy mô toàn cầu, phương pháp cô lập carbon âm này có khả năng loại bỏ lượng khí thải carbon dioxide hàng năm hiện tại cũng như lượng khí thải của những năm trước ra khỏi khí quyển."

    Không giống như những nỗ lực trước đây hướng tới tính trung lập carbon, cô lập nông nghiệp không tìm kiếm tính trung lập carbon ròng, mà là mức âm carbon ròng. Theo bài báo, đối với mỗi tấn (tấn) sinh khối khô, có thể cô lập khoảng 2 tấn carbon dioxide.

    Cô lập nông nghiệp: Một cách để cô lập carbon ổn định trong sinh khối bị chôn vùi
    Ý tưởng chôn sinh khối để cô lập carbon đã trở nên phổ biến, với các tổ chức khởi nghiệp chôn mọi thứ từ thực vật đến gỗ. Nhưng đảm bảo sự ổn định của sinh khối bị chôn vùi là một thách thức. Mặc dù các môi trường lưu trữ này không có oxy, nhưng các vi sinh vật kỵ khí vẫn có thể tồn tại và khiến sinh khối phân hủy thành carbon dioxide và metan, khiến cho quá trình cô lập này đạt mức trung hòa carbon tốt nhất.

    Nhưng có một thứ mà tất cả các dạng sống đều cần - độ ẩm chứ không phải oxy. Điều này được đo bằng "hoạt động của nước", một đại lượng tương tự như độ ẩm tương đối. Nếu hoạt động của nước bên trong giảm xuống dưới 60%, tất cả sự sống sẽ dừng lại—một khái niệm làm cơ sở cho giải pháp cô lập nông nghiệp mới của các nhà nghiên cứu UC Berkeley.

    Harry Deckman, đồng tác giả của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính, cho biết: “Có những câu hỏi quan trọng liên quan đến việc cô lập lâu dài đối với nhiều công nghệ dựa trên nông nghiệp và tự nhiên được phổ biến gần đây. "Phương pháp cô lập nông nghiệp mà chúng tôi đang đề xuất có thể cô lập ổn định carbon trong sinh khối muối khô trong hàng nghìn năm, với chi phí thấp hơn và hiệu quả carbon cao hơn so với các công nghệ thu giữ không khí khác này."

    Hugh Helferty, đồng sáng lập và chủ tịch của Trách nhiệm giải trình của nhà sản xuất đối với khí thải carbon (PACE), một tổ chức phi lợi nhuận cam kết đạt được mức phát thải ròng bằng 0 trên toàn cầu vào năm 2050, nhận thấy nhiều hứa hẹn trong giải pháp này. Helferty, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: "Việc cô lập nông nghiệp có khả năng biến các giải pháp tạm thời dựa trên thiên nhiên thành kho chứa CO2 lâu dài". "Bằng cách phát triển phương pháp tiếp cận của họ, Deckman và Yablonovitch đã tạo ra một lựa chọn mới vô giá để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu."

    Đạt được mức độ khô phù hợp để ngăn chặn sự phân hủy
    Các tế bào sống phải có khả năng chuyển các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước và chất thải hòa tan trong nước qua thành tế bào của chúng để tồn tại. Theo Deckman, việc giảm hoạt độ nước xuống dưới 60% đã được chứng minh là có thể ngăn chặn các quá trình trao đổi chất này.

    Để đạt được độ khô cần thiết, Yablonovitch và Deckman đã lấy cảm hứng từ một kỹ thuật bảo quản thực phẩm lâu dài có từ thời Babylon: muối.

    Yablonovitch cho biết: “Sự khô hạn, đôi khi được hỗ trợ bởi muối, làm giảm hiệu quả độ ẩm tương đối bên trong của sinh khối bị cô lập. "Và điều đó đã được chứng minh là có thể ngăn chặn sự phân hủy trong hàng ngàn năm."

    Các nhà nghiên cứu chỉ ra cây chà là có tên Methuselah là bằng chứng cho thấy sinh khối, nếu được giữ đủ khô, có thể được bảo quản tốt sau thiên niên kỷ tới.

    To more effectively sequester biomass and carbon, just add salt
     

    Một phiên bản đơn giản hóa của công nghệ chôn lấp sinh học được sử dụng để cô lập nông nghiệp. Để giữ cho sinh khối khô ráo, cần sử dụng hai lớp polyetylen mật độ cao với độ dày tổng hợp lên đến 4 mm. Nhựa hoạt động như một rào cản khuếch tán nước, cho phép 

    không quá 1,75 micromet độ dày nước tương đương để khuếch tán qua hàng năm. Tốc độ khuếch tán nước này có thể được hỗ trợ trong hàng nghìn năm bởi hỗn hợp muối-sinh khối khô, có thể hấp thụ nước mà không làm tăng độ ẩm tương đối của chính nó (hoạt độ nước) trên 60%. Hoạt độ nước dưới 60% ngăn chặn mọi sự sống và mọi quá trình phân hủy sinh học. Tín dụng: Eli Yablonovitch và Harry Deckman
    Vào những năm 1960, nhà khảo cổ học người Israel Yigal Yadin đã phát hiện ra hạt chà là trong những tàn tích cổ trên đỉnh Masada, một mesa nhìn ra Biển Chết—một trong những nơi khô cằn nhất trên thế giới. Những hạt giống này vẫn nằm trong ngăn kéo hơn 40 năm, cho đến khi Sarah Sallon, một bác sĩ nghiên cứu các loại thuốc tự nhiên, yêu cầu chúng vào năm 2005. Sau khi xác định niên đại của những hạt giống này, bà biết rằng chúng đã 2.000 năm tuổi và sau đó nhờ nhà làm vườn Elaine Solowey kiểm tra. trồng chúng. Chúng nảy mầm và Methuselah, một trong những cây chà là đó, tiếp tục phát triển cho đến ngày nay.

    "Đây là bằng chứng cho thấy nếu bạn giữ cho sinh khối khô, nó sẽ tồn tại hàng trăm đến hàng nghìn năm," Yablonovitch nói. "Nói cách khác, đó là một thí nghiệm tự nhiên chứng minh rằng bạn có thể bảo tồn sinh khối trong 2.000 năm."

    Một cách tiếp cận hiệu quả về chi phí, có thể mở rộng
    Ngoài việc mang lại sự ổn định lâu dài, phương pháp cô lập nông nghiệp của Yablonovitch và Deckman cực kỳ hiệu quả về mặt chi phí. Tổng chi phí cho nông nghiệp và bãi chôn lấp sinh học là 60 đô la Mỹ cho mỗi tấn carbon dioxide được thu giữ và cô lập. (Để so sánh, một số chiến lược thu giữ không khí trực tiếp và cô lập khí carbon dioxide có giá 600 USD/tấn.)

    Yablonovitch cho biết: “60 đô la cho mỗi tấn carbon dioxide được thu giữ và cô lập tương ứng với chi phí tăng thêm là 0,53 đô la cho mỗi gallon xăng. "Ở mức giá này, việc bù đắp lượng khí thải carbon dioxide của thế giới sẽ khiến nền kinh tế thế giới thụt lùi 2,4%."

    Các nhà nghiên cứu đã biên soạn một danh sách hơn 50 loại cây năng suất cao có khả năng được trồng ở các vùng khí hậu đa dạng trên toàn thế giới và với năng suất sinh khối khô trong khoảng từ 4 đến hơn 45 tấn khô trên một ha. Tất cả đều đã được lựa chọn vì khả năng thu giữ carbon của chúng.

    Giải pháp này cũng có thể mở rộng quy mô mà không lấn chiếm hoặc cạnh tranh với đất nông nghiệp được sử dụng để trồng lương thực. Nhiều loại cây trồng sinh khối này có thể được trồng trên đồng cỏ cận biên và đất rừng, hoặc thậm chí trên đất nông nghiệp vẫn còn bỏ hoang.

    Yablonovitch cho biết: “Để loại bỏ tất cả lượng carbon được tạo ra sẽ cần rất nhiều đất nông nghiệp, nhưng đó là một lượng đất nông nghiệp thực sự có sẵn. "Đây sẽ là một lợi ích lớn cho nông dân, vì có nhiều đất nông nghiệp hiện đang được sử dụng không đúng mức."

    Nông dân thu hoạch các loại cây trồng sinh khối này sẽ làm khô cây, sau đó chôn chúng trong bãi chôn lấp sinh học khô được thiết kế kỹ thuật nằm trong khu vực nông nghiệp, cách hàng chục mét dưới lòng đất và an toàn trước hoạt động của con người và thiên tai.

    Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các cấu trúc lăng mộ khô này dựa trên các phương pháp hay nhất về bãi chôn lấp đô thị hiện tại, nhưng đã bổ sung các cải tiến để đảm bảo khô ráo, chẳng hạn như hai lớp polyetylen lồng vào nhau dày 2 mm bao bọc sinh khối, một phương pháp đã được sử dụng trong các bãi chôn lấp hiện đại.

    Khu vực bãi rác sẽ chỉ chiếm một phần rất nhỏ—0,0001%—của khu vực nông nghiệp. Nói cách khác, 10.000 ha sản xuất sinh khối có thể bị chôn vùi trong một bãi chôn lấp sinh học rộng 1 ha. Ngoài ra, bề mặt trên cùng của bãi chôn lấp có thể được khôi phục để sản xuất nông nghiệp sau đó.

    Một con đường nhanh chóng để áp dụng
    Theo Deckman, thời gian áp dụng phương pháp thu hồi và cô lập carbon này có thể ngắn. Ông nói: “Việc cô lập nông nghiệp đã sẵn sàng về mặt công nghệ và việc xây dựng các bãi chôn lấp sinh học được thiết kế có thể bắt đầu sau một mùa trồng trọt.

    Phân tích của Yablonovitch và Deckman cho thấy nông dân có thể chuyển đổi sang nông nghiệp sinh khối khá nhanh. Họ ước tính rằng sẽ mất khoảng một năm để chuyển đổi đất nông nghiệp hiện có sang nông nghiệp sinh khối, nhưng lâu hơn đối với đất nguyên sinh thiếu cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ nông nghiệp. Cây trồng sinh khối sẽ sẵn sàng để thu hoạch và cô lập trong một mùa sinh trưởng.

    Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã tính toán rằng việc cô lập khoảng một nửa lượng khí thải nhà kính của thế giới—khoảng 20 gigaton carbon dioxide mỗi năm—sẽ yêu cầu sản xuất nông nghiệp từ một diện tích bằng 1/5 diện tích đất trồng trọt của thế giới hoặc 1/15 diện tích diện tích đất cho tất cả các loại đất trồng trọt, đồng cỏ và rừng. Theo báo cáo của họ, diện tích đất này bằng hoặc ít hơn tổng diện tích mà nhiều mô hình giảm hiệu ứng nhà kính của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu đang xem xét để sản xuất sinh khối.

    Yablonovitch cho biết: “Cách tiếp cận của chúng tôi đối với việc cô lập nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích về chi phí, khả năng mở rộng và sự ổn định lâu dài. "Ngoài ra, nó sử dụng các công nghệ hiện có với chi phí đã biết để cung cấp một con đường thiết thực hướng tới việc loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, xã hội phải tiếp tục nỗ lực hướng tới quá trình khử carbon; phát triển và thiết lập công nghệ năng lượng mặt trời và gió; và cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng."

    Zalo
    Hotline