Những công ty khởi nghiệp này đang giúp Carbon Dioxide tìm thấy một cuộc sống mới

Công ty Hàng không có trụ sở tại New York sử dụng công nghệ chuyển đổi carbon dioxide làm nóng hành tinh thành ethanol, sau đó được trộn với tinh dầu và nước để sản xuất nước hoa. Trong khi Air Eau de Parfum màu vàng nhạt đắt hơn khoảng 50% so với sản phẩm No. 5 đặc trưng của Coco Chanel, Sheehan cho biết sản phẩm của anh có giá trị đặc biệt: Mỗi chai 50 ml sử dụng 3,6 gam CO2 mà nếu không sẽ thải vào cơ thể. bầu không khí. Trên gói của nó có ghi: “Biến CO2 thành một thứ gì đó đẹp đẽ.”

Trong khi lượng CO2 được sử dụng trong chai là cực kỳ nhỏ, nước hoa của Air Company cho thấy một cách có thể đưa làn sóng carbon thu giữ sắp tới vào sử dụng. Chỉ riêng năng lượng tái tạo và ô tô điện sẽ không đủ để cắt giảm lượng khí thải CO2 xuống 0. Thế giới gần như chắc chắn sẽ cần thu giữ hàng tỷ tấn khí đốt hàng năm trong những thập kỷ tới. Một lượng lớn có thể sẽ được lưu trữ dưới lòng đất. Việc sử dụng nó – cái gọi là thu giữ và sử dụng carbon, hay CCU – để tạo ra các sản phẩm mới từ nước hoa đến nhiên liệu máy bay phản lực cũng có thể là một công cụ quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, mặc dù ngành công nghiệp non trẻ này còn phải vượt qua những trở ngại lớn.

Theo báo cáo năm 2019 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, khoảng 230 triệu tấn CO2 được sử dụng mỗi năm. Trong khi khoảng một phần ba trong số đó được tái sử dụng để lấy thêm dầu từ lòng đất - hầu như không phải là một quá trình trung hòa carbon - những người ủng hộ CCU nói rằng số lượng các công ty nghĩ ra cách sử dụng carbon mới đã tăng lên như nấm trong những năm gần đây, mở đường cho việc mở khóa lợi ích khí hậu. Ví dụ, nhiên liệu và hóa chất có nguồn gốc từ carbon, về mặt lý thuyết có thể phát triển tới quy mô hàng tỷ tấn CO2 sử dụng mỗi năm nếu các công ty có thể hoàn thiện công nghệ và giảm chi phí.

CleanO2 có trụ sở tại Calgary biến CO2 thu được từ các nồi hơi sưởi ấm trong tòa nhà thành nguyên liệu để sản xuất xà phòng. Newlight Technologies, một công ty khởi nghiệp về công nghệ sinh học có trụ sở tại California, lấy carbon trực tiếp từ không khí và biến nó thành nhựa có thể phân hủy sinh học. Covestro AG của Đức, một trong những nhà sản xuất polymer lớn nhất thế giới, cũng đang chuyển đổi một số nguyên liệu thô từ nhiên liệu hóa thạch sang vật liệu có nguồn gốc carbon cho mọi thứ, từ vỏ ô tô đến thiết bị y tế và mái sân vận động.

Hầu hết các công ty nghiên cứu các sản phẩm cô lập CO2 vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Theo IEA, để phát triển khu vực mới nổi, các nhà đầu tư mạo hiểm toàn cầu vào năm 2022 đã rót gần 500 triệu USD vào các doanh nghiệp sử dụng carbon. Điều đó hoàn toàn trái ngược với năm 2015, khi hầu như không có khoản đầu tư mạo hiểm nào đổ vào các công nghệ sử dụng CO2.

Sasha Mackler, giám đốc điều hành chương trình năng lượng tại Trung tâm Chính sách Lưỡng đảng phi lợi nhuận có trụ sở tại Washington, DC, cho biết: “Hôm nay là một khung cảnh hoàn toàn khác so với một thập kỷ trước”.

Jennifer Holmgren, giám đốc điều hành của LanzaTech Global Inc., đã trực tiếp trải nghiệm cảm giác thay đổi này. Công ty có trụ sở tại Illinois này sử dụng một loại vi khuẩn ăn carbon – được phát hiện trong ruột thỏ và được bảo quản dưới dạng bột – để tạo ra ethanol thay thế trong các lò phản ứng sinh học không khác gì cách các nhà máy bia lên men bia. Vào đầu những năm 2010, khi Holmgren giới thiệu ethanol có nguồn gốc từ carbon tới các khách hàng tiềm năng, lời rao bán của cô đã vấp phải sự hoài nghi. 

Nhưng tình thế bắt đầu thay đổi vào cuối thập kỷ đó. Năm 2018, nhiên liệu máy bay của công ty được sản xuất từ ​​khí thải của một nhà máy thép Trung Quốc đã giúp cung cấp năng lượng cho chuyến bay xuyên Đại Tây Dương. LanzaTech cũng đã ký thỏa thuận với các hãng hàng không bao gồm All Nippon Airways của Nhật Bản để cung cấp nhiên liệu máy bay có nguồn gốc CO2. Và LanzaJet, công ty con của công ty, có kế hoạch bắt đầu sản xuất nhiên liệu máy bay bền vững ở quy mô thương mại trong năm nay. 

Tuy nhiên, bất chấp tất cả sự cường điệu xung quanh việc sử dụng nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) sử dụng carbon thu được, ngành này vẫn chỉ chiếm một phần rất nhỏ. Hầu hết mọi hãng hàng không lớn trên thế giới đều cam kết sử dụng ít nhất 10% nhiên liệu máy bay bền vững vào năm 2030, tuy nhiên SAF chỉ chiếm 0,1% nguồn cung cấp nhiên liệu hàng không toàn cầu - và phần lớn trong số đó được tạo ra từ các nguồn khác ngoài CO2 thu được, chẳng hạn như CO2 đã qua sử dụng. dầu ăn.

Holmgren cho biết: “Có nhiều sự quan tâm hơn vì người tiêu dùng ngày càng quan tâm hơn đến việc mua những thứ có lượng carbon thấp hơn”. Điều đó đã cho phép LanzaTech mở rộng số lượng sản phẩm sử dụng CO2. 

Ví dụ, nhà sản xuất hộp nhựa Plastipak của Mỹ đã hợp tác với LanzaTech để sản xuất vật liệu đóng gói có nguồn gốc từ carbon, trong khi polyester chuyển đổi từ ethanol của LanzaTech đã thay thế đối tác làm từ dầu mỏ ở quy mô thí điểm trong quần short Lululemon, váy Zara, quần tập yoga H&M, On giày chạy bộ và áo khoác Craghoppers. Tuy nhiên, giống như SAF, vẫn còn một chặng đường dài để polyester có nguồn gốc từ CO2 đạt được mức độ sử dụng có ý nghĩa.

Động lực phát triển vượt ra ngoài các sản phẩm một lần và sản xuất quy mô thấp cũng được thúc đẩy bởi một loạt các quy định và khuyến khích ngày càng tăng trên khắp thế giới. Ví dụ: Đạo luật Giảm lạm phát mà Tổng thống Hoa Kỳ Joe Biden ký vào năm 2022 đã tăng tín dụng thuế cho việc thu hồi và sử dụng carbon lên hơn 70% lên 60 USD/tấn nhằm nỗ lực làm cho các dự án tốn kém trở nên hấp dẫn hơn về mặt tài chính.

Để giữ khí hậu trong giới hạn có thể sinh sống được, IEA ước tính rằng việc thu hồi carbon sẽ phải tăng lên 7,6 tỷ tấn CO2 hàng năm vào giữa thế kỷ này. CCU sẽ đóng một vai trò nào đó, mặc dù vẫn còn phải xem nó lớn đến mức nào. Không phải mọi trường hợp sử dụng đều giống nhau và một số phương pháp, chẳng hạn như hòa tan CO2 nén vào nước để làm đồ uống có ga, chỉ lưu trữ khí tạm thời. Để định lượng lợi ích khí hậu thực sự của việc sử dụng carbon, các chuyên gia cho rằng việc xác minh của bên thứ ba là rất cần thiết.

Sự phát triển của công nghệ CCU diễn ra khi một cách tiếp cận quan trọng khác trong lộ trình không có lưới của Tổng thống Biden đang gặp phải một chút khó khăn. Việc thu hồi và lưu trữ carbon - nghĩa là thu thập CO2 khi nó thải ra từ nhà máy điện đốt than hoặc nguồn phát thải khác và cô lập nó dưới lòng đất - đã phải đối mặt với những thách thức vì carbon thường được thu giữ ở một nơi và được lưu trữ ở nơi khác. Điều đó đòi hỏi phải có đường ống để vận chuyển khí đốt, điều mà nhiều cộng đồng địa phương đã phản đối. Ví dụ, Navigator được Blackrock hậu thuẫn gần đây đã thông báo rằng họ đang loại bỏ đường ống CO2 dài 1.300 dặm theo kế hoạch.

Các công ty sử dụng carbon nói rằng họ có thể tránh được vấn đề đó bằng cách sử dụng carbon ở gần hoặc tại nơi nó được thu giữ.

Tại nhà máy rộng 12 mẫu Anh ở Brooklyn, Glenwood Mason Supply đã chứng minh điều đó. Nhà sản xuất bê tông lấy CO2 thu được tại một tòa nhà dân cư bởi công ty đối tác của họ, CarbonQuest, và sử dụng một kỹ thuật được cấp phép từ công ty khởi nghiệp bê tông carbon thấp CarbonCure để chuyển đổi carbon nén thành bột không khác gì đá khô. Sau đó nó bơm nó vào máy trộn công nghiệp. Ở đó, CO2 gặp xi măng, cát và cốt liệu, tạo ra một loạt phản ứng hóa học. Kết quả cuối cùng là các khối bê tông có CO2 bịt kín bên trong.

Kỹ thuật này không chỉ lưu trữ carbon mà còn có thể làm cho các khối bền hơn một chút. Công ty ước tính rằng họ đã sử dụng tổng cộng khoảng 100 tấn CO2 kể từ năm 2020. Ngay cả khi các khối này bị hỏng, lượng carbon lưu trữ sẽ không được giải phóng dưới dạng CO2 vì nó đã bị khoáng hóa.

Constance Cincotta, người sáng lập nhà máy bê tông, cho biết: “Xi măng là thủ phạm lớn gây ra lượng khí thải carbon”. Cô bị thu hút bởi công nghệ và khả năng giảm thiểu tác động đến khí hậu của công ty mình sau khi nghe về nó tại một hội nghị ngành vào đầu những năm 2010. Nhưng phải đến khi CarbonCure xuất hiện cách đây vài năm, triển vọng về xi măng lưu trữ CO2 mới trở nên rõ ràng. Glenwood Mason sau đó lấy nguồn CO2 tại địa phương từ CarbonQuest, công ty thu giữ carbon từ các tòa nhà ở New York. Những yếu tố đó đã cho phép sản xuất quy mô lớn.

Trong khi Cincotta có ý định giúp đỡ hành tinh này, cô và nhóm của mình phát hiện ra rằng việc đưa CO2 vào các khối bê tông cũng có lợi cho hoạt động kinh doanh. Vào năm 2019, Thành phố New York - nơi bán phần lớn khối bê tông của công ty - đã thông qua quy định yêu cầu tất cả các tòa nhà phải giảm 40% lượng khí thải carbon vào cuối thập kỷ này. Jeff Hansen, phó chủ tịch phụ trách kinh doanh và tiếp thị kiến ​​trúc của công ty cho biết, điện thoại của Glenwood Mason đã đổ chuông kể từ đó với các cuộc gọi từ các kiến ​​trúc sư và nhà phát triển bất động sản, những người muốn tận dụng vật liệu xây dựng có hàm lượng carbon thấp hơn để cắt giảm lượng khí thải.

Các khối bê tông lưu trữ CO2 của nhà máy cũng đã lọt vào mắt xanh của Amazon.com Inc, công ty này vào năm 2022 đã thuyết phục một nhà phát triển bất động sản mua khoảng 50.000 khối để xây dựng một nhà kho mới ở New York mà Amazon đã thuê. Hansen nói: Nếu Glenwood Mason không niêm phong CO2 trong các khối của nó thì họ đã không giành được hợp đồng. Để tìm ra cách đưa nhiều carbon hơn vào các sản phẩm của mình, công ty đã thành lập một phòng thí nghiệm trong nhà máy để kiểm tra phản ứng giữa CO2 và các nguyên liệu bê tông khác ở các mức nhiệt độ và độ ẩm khác nhau.

Nhưng việc tìm ra công thức phù hợp chỉ là một vấn đề cần cân nhắc. Việc sử dụng CO2 thường đi kèm với chi phí bổ sung. Khi nhu cầu về các sản phẩm có nguồn gốc từ CO2 tăng lên, phí bảo hiểm xanh dự kiến ​​sẽ giảm xuống. Tuy nhiên, Holmgren của LanzaTech cho biết: “Rất khó để đạt được mức chi phí ngang bằng với một ngành công nghiệp 100 năm tuổi mà thậm chí không phải trả tiền cho các yếu tố bên ngoài của nó”. Ngay cả với lợi thế kinh tế nhờ quy mô, Holmgren ước tính rằng vải chứa carbon vẫn có thể có giá cao hơn tới 20% so với vải thông thường.

Cô nói: “Không có khả năng chúng ta sẽ đạt được mức chi phí ngang bằng.

Ngoài rào cản về chi phí, các công ty CCU còn phải thuyết phục người dùng cuối có thể nghi ngờ về các công nghệ mới chưa được chứng minh.

Keith Wiggins, giám đốc điều hành của Econic Technologies, một công ty khởi nghiệp ở Anh chuyên sản xuất các hóa chất có nguồn gốc từ carbon, cho biết việc thay đổi nguyên liệu “đi kèm với rủi ro”. Để đưa các ngành công nghiệp không thích rủi ro vào cuộc, Wiggins cho biết công ty của ông đang tập trung vào những ngành đang chịu áp lực thay đổi hướng đi của người tiêu dùng.

Chiến lược đó dường như đang phát huy tác dụng. Econic đã hợp tác với ba nhà sản xuất ở Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ để sản xuất nệm, quần áo ngoài trời và vật liệu cách nhiệt xây dựng tận dụng CO2. Lô sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ của công ty dự kiến ​​sẽ được tung ra thị trường vào năm 2024.

Đối với tất cả những hứa hẹn của ngành sử dụng carbon, vẫn còn phải xem liệu nó có thể thách thức hiện trạng hay không. Sheehan cho biết, trong khi Air Company bắt đầu bán nước hoa có nguồn gốc từ carbon vào năm 2021, công ty khởi nghiệp này vẫn chưa xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên của mình, với lý do quy trình tốn nhiều thời gian cần thiết để thu thập dữ liệu và tinh chỉnh công nghệ để sản xuất quy mô lớn.

Hiện tại, cơ sở trình diễn của công ty ở Thành phố New York - nơi khí CO2 và hydro chảy qua các ống vào lò phản ứng để hình thành các phản ứng hóa học, được hỗ trợ bởi các chất xúc tác làm từ hỗn hợp kim loại bí mật - được thiết kế để tạo ra ít nhất 10.000 gallon CO2- chất lỏng có nguồn gốc hàng năm. Năng lực sản xuất hạn chế đã khiến nhiều đơn đặt hàng nước hoa - cũng như nhiên liệu máy bay phản lực và Air Vodka, một sản phẩm phổ biến khác làm từ CO2 - không được đáp ứng.