Khi biến đổi khí hậu toàn cầu tiếp tục là một trong những cuộc khủng hoảng cấp bách nhất trong thời đại chúng ta, các nhà lãnh đạo thế giới, chính phủ và các bên liên quan trên toàn cầu đang đẩy nhanh các nỗ lực nghiên cứu và phát triển để giải quyết khả năng xảy ra thảm họa khí hậu trên diện rộng. Theo PwC, Trung Đông đang chạy đua để chống lại và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu thông qua đổi mới và công nghệ, đầu tư tổng cộng 5 tỷ USD vào công nghệ khí hậu trên toàn cầu trong năm kết thúc vào tháng 9 năm 2023, theo PwC.
Có
những hạn chế đối với việc phát triển khối lượng và thương mại của hydro xanh. Hình ảnh của Valentin BONTEMPS / AFP
Nghiên cứu và đổi mới
Tại UAE, các chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu và Đổi mới về CO2 và Hydro (RICH) của Đại học Khalifa có trụ sở tại Abu Dhabi đã tham gia vào nghiên cứu và các giải pháp đổi mới để khử cacbon và nhiên liệu bền vững, tập trung vào thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon, hydro và các dẫn xuất của nó để giải quyết cả mục tiêu phát triển bền vững và yêu cầu công nghiệp.
Đại học Khalifa có 18 trung tâm nghiên cứu, bao gồm RICH, với mục đích chính là cung cấp các giải pháp hiệu quả và sáng tạo để khử cacbon và phát triển nhiên liệu bền vững. Gần đây, RICH đã tận dụng thành công mô hình đa quy mô và kết quả từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để thiết kế một nhà máy thế hệ tiếp theo ở quy mô công nghiệp nhằm thu giữ CO2 bằng cách hấp thụ.
Giáo sư Lourdes Vega, Giám đốc kiêm Trưởng nhóm sản xuất và lưu trữ hydro tại RICH cho biết: “Chuyên môn của chúng tôi về lưu trữ CO2, cùng với các nhà nghiên cứu có uy tín trong lĩnh vực này, là chìa khóa để đánh giá các vị trí và điều kiện tốt nhất để lưu trữ CO2”. “Chúng tôi cũng đang nghiên cứu trên các lĩnh vực khác nhau liên quan đến việc sử dụng CO2, không chỉ trong lĩnh vực nhiên liệu bền vững mà còn trong vật liệu (ví dụ, xỉ từ các nhà máy thép thành vật liệu xây dựng), giúp chúng tôi tìm ra các ứng dụng bền vững của CO2 trên quy mô lớn.”
Theo Tiến sĩ Ahmed AlHajaj, Trưởng nhóm chủ đề thu giữ và lưu trữ CO2 tại RICH, việc thu hồi và lưu trữ carbon (CCS) có khả năng cách mạng hóa và khử cacbon trong các cơ sở hạ tầng sản xuất điện trên toàn thế giới vốn có lịch sử phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) bao gồm các biện pháp hỗ trợ công nghệ được sử dụng để giảm thiểu lượng khí thải carbon tại các nguồn có quy mô lớn như nhà máy điện và các khu công nghiệp đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối để lấy năng lượng. Trong CCUS, lượng khí thải carbon tạo ra do các quy trình công nghiệp quy mô lớn được thu giữ và sau đó sử dụng tại chỗ, vận chuyển đi nơi khác bằng tàu, đường bộ, đường sắt hoặc đường ống để sử dụng hoặc lưu trữ sâu bên dưới bề mặt trái đất trong các thành tạo địa chất như như các bể chứa dầu khí cạn kiệt hoặc các tầng chứa nước mặn để tránh ảnh hưởng đến môi trường.
Theo Trung tâm Giải pháp Khí hậu và Năng lượng, những đổi mới về thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon có thể bẫy hơn 90% lượng carbon dioxide thải ra từ các nhà máy điện và tại các khu công nghiệp, giúp loại bỏ 14% lượng khí thải nhà kính toàn cầu cần được thải ra. sẽ bị loại bỏ vào năm 2050. Các chuyên gia tin rằng thu hồi carbon là giải pháp khả thi duy nhất để đạt được mục tiêu khử cacbon sâu trong các khu công nghiệp toàn cầu.
Tính đến năm 2020, mười công ty dẫn đầu trong việc áp dụng CCUS đều là những gã khổng lồ về năng lượng, dầu, khí đốt và hóa dầu, bao gồm ExxonMobil, INEOS, TotalEnergies, Oxy, Rio Grande LNG, Eni, Petrobas, Cameron LNG, Equinor, và Shell. Cùng với nhau, các công ty này đã tự hào về công suất CCUS là 76,25 triệu tấn vào năm 2020, theo dữ liệu do Statista công bố vào tháng 2 năm 2024.
“CCS đóng một vai trò quan trọng trong việc khử cacbon trong các lĩnh vực khó giảm thiểu, chẳng hạn như sản xuất xi măng và thép, những lĩnh vực khó loại bỏ khí thải bằng các phương pháp thông thường. Ngoài ra, khi kết hợp với việc áp dụng rộng rãi năng lượng sinh học để sản xuất điện và nhiệt, CCS có thể tạo điều kiện phát thải âm, góp phần giảm đáng kể lượng CO2. Để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu một cách hiệu quả, chúng ta phải đẩy nhanh việc triển khai các công nghệ CCS,” AlHajaj nói.
Những thách thức trong phát triển và triển khai
Mặc dù các công nghệ CCS đã có sẵn nhưng tốc độ và quy mô hiện tại mà chúng đang được triển khai cần phải được cải thiện để chống lại biến đổi khí hậu một cách hiệu quả. Một trở ngại khác là cần có nhiều công việc nghiên cứu và phát triển tập trung vào việc giảm chi phí và nâng cao hiệu quả của hệ thống CCS.
Cũng giống như những rào cản cụ thể tồn tại đối với việc triển khai các giải pháp CCS trên quy mô lớn, cũng có những hạn chế đối với việc phát triển hàng loạt và thương mại hydro xanh do phương pháp sản xuất khí hydro phổ biến liên quan đến khí tự nhiên, dẫn đến phát thải CO2. Quá trình điện phân điện hóa được sử dụng để sản xuất hydro xanh đòi hỏi năng lượng tái tạo và có thể tốn kém.
Một phương pháp khác được sử dụng để tạo ra hydro xanh là quang xúc tác cũng có một số vấn đề. Ví dụ, quá trình quang hóa kém hiệu quả hơn so với quá trình tương tự. Nhóm nghiên cứu tại RICH đã phát triển các chất xúc tác quang sử dụng năng lượng mặt trời trong điều kiện môi trường xung quanh để phân tách nước và hydro sunfua nhằm tạo ra hydro xanh. Nó cũng đang nỗ lực giải mã các cách sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide thành một loại nhiên liệu độc đáo được gọi là nhiên liệu mặt trời.
Nhiên liệu mặt trời là một loại nhiên liệu tổng hợp có thể được tạo ra từ các chất thông thường như carbon dioxide và nước bằng cách khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Sau khi được hiện thực hóa và phát triển đầy đủ cho mục đích thương mại, nhiên liệu mặt trời có thể cung cấp nguồn năng lượng bền vững, có thể lưu trữ và di động dồi dào.
“Hiệu quả phụ thuộc vào các yếu tố như loại chất xúc tác quang được sử dụng, bước sóng và cường độ của nguồn sáng cũng như điều kiện môi trường. Do đó, nâng cao hiệu quả vẫn là trọng tâm nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này trước khi nó có thể được triển khai ở quy mô lớn, trong đó việc cải thiện hiệu quả của các chất xúc tác quang là phần nỗ lực phù hợp nhất,” Vega giải thích.
Các giải pháp thay thế cho CCS và H2 xanh
Một số thách thức được đặt ra trong cách sử dụng hydro không chỉ để hình thành hydro xanh mà còn trong việc tạo ra nhiên liệu tổng hợp như amoniac, metanol và rượu nhẹ, không có carbon hoặc được sản xuất thông qua việc tái chế lượng khí thải CO2 từ quá trình đốt cháy của chúng.
“Thách thức kỹ thuật chính trong việc phát triển nhiên liệu tổng hợp là khó khăn trong việc thực hiện hóa chất cần thiết. Giáo sư Dimitri Kyritsis, người đứng đầu chủ đề vận chuyển và sử dụng hydro tại RICH, tiết lộ: Quá trình cố định nitơ để sản xuất amoniac là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng, trong khi CO2 được coi là một hóa chất trơ khá nhiều với tiềm năng sử dụng hạn chế. “Tuy nhiên, nghiên cứu tiến bộ nhanh chóng đang thay đổi điều này. Trên thực tế, có những dấu hiệu rõ ràng cho thấy việc lưu trữ năng lượng tái tạo không liên tục dưới dạng nhiên liệu bằng 0, nếu không muốn nói là âm, sẽ trở thành hiện thực.”
Ngoài nhiên liệu tổng hợp dựa trên hydro, các nguồn năng lượng bền vững khác đang được RICH kiểm tra và thử nghiệm bao gồm sinh khối, vi tảo và năng lượng giải phóng từ quá trình biến chất thải thành năng lượng. Một trở ngại lớn trong việc sử dụng các vật liệu thay thế này để tạo ra năng lượng là điều kiện thời tiết khắc nghiệt ở Trung Đông, thường kéo theo nhiệt độ cao và khan hiếm nước.
Tuy nhiên, AlHajaj cho biết: “Đặc biệt, UAE và MENA được hưởng lợi từ nguồn ánh sáng mặt trời dồi dào quanh năm, khiến năng lượng mặt trời trở thành một lựa chọn có lợi thế lớn cho việc sản xuất điện”. “Nó cũng đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất nhiên liệu mặt trời bền vững, giải quyết nhu cầu năng lượng trong tương lai.”
