Thu giữ và sử dụng Carbon hoạt động như thế nào?
Công nghệ thu giữ và sử dụng Carbon không chỉ hữu ích mà còn là chiến lược cần thiết để giảm mức CO2 trong khí quyển và ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu trong tương lai gần. Công nghệ này hoạt động để loại bỏ carbon dioxide trong khí quyển và tái sử dụng hoặc lưu trữ vĩnh viễn.
Có vô số công nghệ và phương pháp để đạt được điều này, từ thu giữ trực tiếp trong không khí đến lâm nghiệp.
Định nghĩa về cô lập Carbon
Thu giữ Carbon hay cô lập Carbon là quá trình thu giữ carbon dioxide trong khí quyển thường được thải ra bởi các ngành công nghiệp phát thải nhiều như năng lượng, xây dựng, sản xuất và vận tải.
Những gì xảy ra sau khi carbon dioxide được loại bỏ và sau đó được thu giữ được gọi là sử dụng Carbon. Carbon có thể được tái chế và bán lại dưới dạng sản phẩm có giá trị kinh tế cho các ngành công nghiệp. Sau đó, họ sẽ chuyển đổi thành các sản phẩm cuối cùng để bán, chẳng hạn như vật liệu hoặc nhiên liệu mới.
Cố định Carbon là quá trình lưu trữ carbon dioxide đã thu giữ vĩnh viễn trong lòng đất, tránh xa khí quyển. Ví dụ phổ biến nhất về điều này trong tự nhiên là cách thực vật chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển thành các hợp chất hữu cơ (ví dụ như tinh bột).
Tuy nhiên, cũng có những công nghệ cố định carbon nhân tạo mới nổi, chẳng hạn như dự án thu giữ carbon Orca. Nhà máy bơm nước và carbon dioxide thu được xuống sâu dưới lòng đất, nơi nó sẽ được lưu trữ vĩnh viễn trong đá.
Tất cả các quy trình này được gọi chung là Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon (CCUS).
Tại sao Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon lại Quan trọng ngay bây giờ?
Công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon đã tồn tại trong một thời gian thực sự dài. Tuy nhiên, sự quan tâm đến lĩnh vực này đã tăng theo cấp số nhân trong vài năm qua, do các mục tiêu khí hậu cấp bách cần phải đạt được trong những năm tới.
Trong Thỏa thuận Paris và COP27, sự đồng thuận là thời gian để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu đang cạn kiệt mà không có những thay đổi mạnh mẽ trong những năm tới. Thỏa thuận là hạn chế mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu ở mức 2 độ C và lý tưởng nhất là ở mức 1,5 độ C so với mức trước thời kỳ công nghiệp. Tăng trên các giá trị này sẽ dẫn đến thiệt hại không thể phục hồi cho hành tinh.
Để đạt được điều này, thế giới sẽ cần phải loại bỏ 1 tỷ tấn CO2 vào năm 2025. Mặc dù các nguồn năng lượng tái tạo carbon âm và việc trồng cây có thể loại bỏ CO2 khỏi khí quyển, nhưng chúng vẫn chưa đủ để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu này. Đây chính là nơi có nhu cầu đáng kể về công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon.
Các bước cơ bản của việc thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon
Trong CCUS, có bốn bước chính liên quan:
Cô lập CO2 tại các nguồn cố định như nhà máy điện và khu công nghiệp.
Vận chuyển CO2 đã thu được đến các địa điểm lưu trữ (bao gồm việc nén hoặc hóa lỏng khí)
Sử dụng carbon đã thu được trong nhiều ứng dụng khác nhau (ví dụ: đồ uống có ga, phun khí để tăng cường thu hồi dầu)
Lưu trữ CO2 vĩnh viễn
Trong bài viết này, chúng tôi chủ yếu tập trung vào bước đầu tiên, đó là thu giữ carbon hoặc cô lập carbon.
Phương pháp thu giữ carbon
Có bốn loại chính mà các phương pháp thu giữ carbon thuộc về:
Phương pháp thu giữ carbon trước khi đốt
Quy trình này loại bỏ carbon dioxide trước khi nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy. Trong quy trình này, nhiên liệu hóa thạch trải qua quá trình khí hóa biến nó thành hỗn hợp hydro và CO2. Hydro có thể được đốt cháy như một loại nhiên liệu 'sạch' không tạo ra CO2 như một sản phẩm thải.
CO2 thu được sau đó có thể được nén, vận chuyển và lưu trữ để sử dụng cho các mục đích công nghiệp khác. Phương pháp này là một trong những cách sản xuất nhiên liệu hydro 'xanh'.
Vì CO2 được tạo ra trong các phương pháp thu giữ carbon trước khi đốt cháy có nồng độ cao hơn nên việc loại bỏ CO2 dễ dàng và hiệu quả hơn so với thu giữ carbon sau khi đốt cháy. Tuy nhiên, chi phí vốn liên quan đến khí hóa khá tốn kém, đặc biệt là nếu nó được lắp đặt lại vào các cơ sở hiện có thay vì các cơ sở mới.
Phương pháp thu giữ carbon sau khi đốt
Các phương pháp thu giữ và sử dụng carbon sau khi đốt cháy loại bỏ khí carbon dioxide sau khi nhiên liệu trải qua quá trình đốt cháy. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp để thu giữ carbon. Phương pháp này thường được thực hiện tại ống xả nơi CO2 được thải ra. Phương pháp này sử dụng các bộ lọc hoặc dung môi lỏng được thiết kế đặc biệt để tách CO2 khỏi luồng khí thải.
Giai đoạn đầu tiên sẽ là giai đoạn hấp thụ, trong đó dung môi hấp thụ CO2. Giai đoạn thứ hai sẽ là giai đoạn 'giải hấp', trong đó sự thay đổi nhiệt độ sẽ khiến CO2 được giải phóng khỏi dung môi và do đó tách CO2.
Một ví dụ khác về công nghệ thu giữ carbon sau quá trình đốt cháy đang được phát triển là sử dụng vôi để loại bỏ CO2. Sản phẩm phụ sẽ là đá vôi, có thể được nung nóng để tách CO2.
Phương pháp đốt cháy oxy nhiên liệu
Quy trình đốt cháy oxy nhiên liệu sử dụng oxy nguyên chất thay vì không khí để đốt nhiên liệu. Điều này sẽ loại bỏ các tạp chất khác như lưu huỳnh đioxit. Sản phẩm phụ
trong trường hợp này chỉ có hơi nước và khí CO2, có thể dễ dàng tách ra.
Direct Air Capture
Direct Air Capture (DAC) là một phương pháp thu giữ carbon mới lạ khác. Nó loại bỏ CO2 khỏi không khí xung quanh thay vì chỉ tại các điểm phát thải CO2 cố định như nhà máy điện.
Điểm khác biệt ở đây là với DAC, ngay cả CO2 thải ra trong quá khứ cũng có thể được loại bỏ. Điều này sẽ cho phép loại bỏ nhiều CO2 hơn khỏi khí quyển, làm giảm mức CO2 tổng thể trong không khí.
Với phương pháp thu giữ carbon sau quá trình đốt cháy, bạn chỉ loại bỏ CO2 đang được thải ra tại thời điểm đó. Do đó, nó ngăn chặn sự gia tăng thêm mức CO2.
Do tính cấp thiết của hành động ứng phó với biến đổi khí hậu cần phải được thực hiện, DAC ngày càng thu hút được sự quan tâm. Một trong những công ty cô lập carbon hàng đầu trong lĩnh vực này là Climeworks có trụ sở tại Thụy Sĩ. Công ty đã triển khai cơ sở thu giữ carbon trực tiếp lớn nhất thế giới tại Iceland, được gọi là dự án thu giữ carbon Orca.
Nhà máy thu giữ carbon sẽ có công suất hàng năm là thu giữ 4.000 tấn CO2.
Tương lai của việc thu giữ carbon
Với sự phát triển hơn nữa của các nhà máy thu giữ carbon như vậy, mục tiêu là giảm chi phí thu giữ và cô lập carbon. Một trong những rào cản lớn nhất trong việc triển khai công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon trên quy mô lớn là chi phí.
Vì phát thải carbon rẻ nên có rất ít động lực kinh tế để sử dụng công nghệ thu giữ carbon trên quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, mọi thứ đang được cải thiện, với sự quan tâm nhiều hơn từ các nhà đầu tư, chính phủ và các nhà khoa học trong những năm gần đây.
