Một 'cây cơ học' loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí nhanh hơn khoảng 1,000 lần so với một cây tự nhiên. Đầu tiên là bắt đầu hoạt động tại Arizona vào năm 2022. Hình minh họa qua Đại học Bang Arizona
Hai thế kỷ đốt nhiên liệu hóa thạch đã đưa vào bầu khí quyển nhiều khí carbon dioxide, một loại khí nhà kính mạnh hơn mức tự nhiên có thể loại bỏ. Khi CO2 tích tụ, nó bẫy nhiệt dư thừa gần bề mặt Trái đất, gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu. Hiện có rất nhiều CO2 trong khí quyển mà hầu hết các kịch bản đều cho thấy chỉ chấm dứt lượng khí thải sẽ không đủ để ổn định khí hậu - nhân loại cũng sẽ phải loại bỏ CO2 khỏi không khí.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ có một mục tiêu mở rộng quy mô chụp không khí trực tiếp, một công nghệ sử dụng các phản ứng hóa học để thu nhận CO2 từ không khí. Trong khi nguồn tài trợ của liên bang cho việc thu giữ carbon thường gây ra những lời chỉ trích vì một số người coi đó là cái cớ để tiếp tục sử dụng nhiên liệu hóa thạch, thì việc loại bỏ carbon dưới một số hình thức sẽ có khả năng vẫn cần thiết, Các báo cáo của IPCC cho thấy. Công nghệ loại bỏ carbon cơ học đang được phát triển và hoạt động tại một quy mô rất nhỏ, một phần là do các phương pháp hiện tại rất tốn kém và tiêu tốn nhiều năng lượng. Nhưng kỹ thuật mới đang được thử nghiệm trong năm nay có thể giúp giảm nhu cầu và chi phí năng lượng.
Chúng tôi đã hỏi Giáo sư Đại học Bang Arizona Klaus Lackner, công ty tiên phong trong lĩnh vực thu nhận không khí trực tiếp và lưu trữ carbon, về tình trạng của công nghệ và vị trí của nó.
Loại bỏ carbon trực tiếp là gì và tại sao nó được coi là cần thiết?
Khi tôi quan tâm đến việc quản lý carbon vào đầu những năm 1990, điều khiến tôi quan tâm là quan sát thấy carbon tích tụ trong môi trường. Nó mang tính tự nhiên hàng ngàn năm để loại bỏ CO2 đóvà chúng tôi đang trên quỹ đạo về phía CO2 cao hơn nhiều nồng độ, vượt xa bất cứ điều gì con người đã trải qua.
Nhân loại không thể để lượng carbon dư thừa trôi nổi trong môi trường ngày càng tăng, vì vậy chúng ta phải đào thải nó ra ngoài.
Không phải tất cả khí thải đều từ các nguồn lớn, như nhà máy điện hoặc nhà máy, nơi chúng ta có thể thu nhận CO2 khi nó thoát ra. Vì vậy, chúng ta cần giải quyết một nửa lượng khí thải còn lại - từ ô tô, máy bay, tắm nước nóng trong khi lò gas của bạn thải ra CO2. Điều đó có nghĩa là kéo CO2 ra khỏi không khí.
Vì CO2 hòa trộn nhanh chóng trong không khí nên CO2 được loại bỏ ở đâu trên thế giới không quan trọng - việc loại bỏ có tác động như nhau. Vì vậy, chúng tôi có thể đặt công nghệ thu khí trực tiếp ngay tại nơi chúng tôi định sử dụng hoặc lưu trữ CO2.
Phương pháp bảo quản cũng rất quan trọng. Lưu trữ CO2 chỉ trong 60 năm hoặc 100 năm là không đủ. Nếu 100 năm nữa, tất cả lượng carbon đó quay trở lại môi trường, tất cả những gì chúng tôi đã làm là chăm sóc bản thân và các cháu của chúng tôi phải tìm hiểu lại điều đó. Trong khi đó, mức tiêu thụ năng lượng của thế giới đang tăng lên khoảng 2% mỗi năm.
Một trong những phàn nàn về việc thu khí trực tiếp, ngoài chi phí, là nó tốn nhiều năng lượng. Có thể giảm việc sử dụng năng lượng đó không?
Hai cách sử dụng năng lượng lớn trong việc thu nhận không khí trực tiếp là chạy quạt để hút không khí vào và sau đó đốt nóng để tách CO2. Có nhiều cách để giảm nhu cầu năng lượng cho cả hai.
Ví dụ, chúng tôi tình cờ gặp một vật liệu thu hút CO2 khi nó khô và giải phóng nó khi ướt. Chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có thể để vật liệu đó tiếp xúc với gió và nó sẽ tích tụ CO2. Sau đó, chúng tôi có thể làm cho nó ướt và nó sẽ giải phóng CO2 theo cách cần ít năng lượng hơn nhiều so với các hệ thống khác. Thêm nhiệt được tạo ra từ năng lượng tái tạo làm tăng áp suất CO2 cao hơn nữa, vì vậy chúng ta có một khí CO2 trộn với hơi nước mà từ đó chúng ta có thể thu được CO2 tinh khiết.
Chúng ta có thể tiết kiệm năng lượng hơn nữa nếu quá trình chụp bị động - không cần thiết phải có quạt thổi không khí xung quanh; không khí tự chuyển động.
Phòng thí nghiệm của tôi đang tạo một phương pháp để thực hiện việc này, được gọi là cây cơ khí. Chúng là những cột đĩa cao thẳng đứng được phủ một lớp nhựa hóa học, đường kính khoảng 5 feet, với các đĩa cách nhau khoảng 2 inch, giống như một chồng đĩa. Khi không khí thổi qua, bề mặt của đĩa hấp thụ CO2. Sau 20 phút hoặc lâu hơn, các đĩa đầy và chúng chìm vào một cái thùng bên dưới. Chúng tôi gửi nước và hơi nước vào để giải phóng CO2 vào một môi trường kín, và bây giờ chúng tôi có một hỗn hợp áp suất thấp của hơi nước và CO2. Chúng ta có thể thu hồi phần lớn nhiệt đã dùng để đốt nóng hộp, do đó, lượng năng lượng cần thiết để đốt nóng là khá nhỏ.
Bằng cách sử dụng độ ẩm, chúng ta có thể tránh được khoảng một nửa năng lượng tiêu thụ và sử dụng năng lượng tái tạo cho phần còn lại. Điều này đòi hỏi nước và không khí khô, vì vậy nó sẽ không lý tưởng ở mọi nơi, nhưng cũng có những phương pháp khác.
CO2 có thể được lưu trữ lâu dài một cách an toàn không và có đủ loại lưu trữ đó không?
Tôi bắt đầu làm việc về khái niệm cô lập khoáng chất vào những năm 1990, lãnh đạo một nhóm tại Los Alamos. Thế giới thực sự có thể loại bỏ CO2 vĩnh viễn bằng cách tận dụng thực tế rằng đó là một axit và một số loại đá là bazơ. Khi CO2 phản ứng với các khoáng chất giàu canxi, nó tạo thành cacbonat rắn. Qua khoáng hóa CO2 như thế này, chúng tôi có thể lưu trữ một lượng carbon gần như không giới hạn vĩnh viễn.
Ví dụ, có rất nhiều đá bazan - đá núi lửa - trong Iceland phản ứng với CO2 và biến nó thành cacbonat rắn trong vòng vài tháng. Iceland có thể bán giấy chứng nhận hấp thụ carbon cho phần còn lại của thế giới vì nó loại bỏ CO2 cho phần còn lại của thế giới.
Ngoài ra còn có các hồ chứa khổng lồ dưới lòng đất từ sản xuất dầu ở lưu vực Permian ở Texas. Có các tầng chứa nước mặn lớn. Ở Biển Bắc, một km dưới đáy đại dương, công ty năng lượng Equinor đã thu giữ CO2 từ một nhà máy xử lý khí và lưu trữ một triệu tấn CO2 một năm kể từ năm 1996, tránh của Na Uy thuế phát thải CO2. Lượng dự trữ dưới lòng đất nơi chúng ta có thể hấp thụ khoáng chất lớn hơn nhiều so với lượng CO2 mà chúng ta cần. Câu hỏi đặt ra là có bao nhiêu có thể được chuyển đổi thành dự trữ đã được chứng minh
.Chúng tôi cũng có thể sử dụng chụp không khí trực tiếp để đóng vòng lặp carbon - nghĩa là CO2 được tái sử dụng, thu giữ và tái sử dụng một lần nữa để tránh tạo ra nhiều hơn. Ngay bây giờ, mọi người sử dụng carbon từ nhiên liệu hóa thạch để chiết xuất năng lượng. Bạn có thể chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu tổng hợp - xăng, dầu diesel hoặc dầu hỏa - không có carbon bằng cách trộn CO2 với hydro xanh được tạo ra bằng năng lượng tái tạo. Nhiên liệu đó có thể dễ dàng vận chuyển qua các đường ống hiện có và được lưu trữ trong nhiều năm, vì vậy bạn có thể sản xuất nhiệt và điện ở Boston vào một đêm mùa đông bằng cách sử dụng năng lượng thu được như ánh nắng mặt trời ở Tây Texas vào mùa hè năm ngoái. Một thùng chứa đầy “nhiên liệu tổng hợp” không tốn nhiều tiền và tiết kiệm chi phí hơn so với pin.
Bộ Năng lượng đặt ra mục tiêu mới là cắt giảm chi phí loại bỏ carbon dioxide xuống 100 đô la Mỹ mỗi tấn và nhanh chóng mở rộng quy mô trong vòng một thập kỷ. Điều gì phải xảy ra để biến điều đó thành hiện thực?
DOE đang làm tôi sợ vì họ làm cho nó giống như công nghệ đã sẵn sàng. Sau khi bỏ bê công nghệ trong 30 năm, chúng ta không thể chỉ nói rằng có những công ty biết cách làm điều đó và tất cả những gì chúng ta phải làm là thúc đẩy nó. Chúng ta phải cho rằng đây là một công nghệ mới.
Climeworks là công ty lớn nhất thực hiện đánh bắt trực tiếp về mặt thương mại và nó bán CO2 tại khoảng $ 500 đến $ 1,000 mỗi tấn. Đó là quá đắt. Mặt khác, ở mức 50 USD / tấn, thế giới có thể làm được. Tôi nghĩ chúng ta có thể đến đó.
Mỹ tiêu thụ khoảng 7 triệu tấn CO2 mỗi năm ở thương gia CO2 - nghĩ rằng đồ uống có ga, bình chữa cháy, silo chứa ngũ cốc sử dụng nó để kiểm soát bột ngũ cốc, là một nguy cơ nổ. Giá trung bình là $ 60- $ 150. Vì vậy, dưới 100 đô la bạn có một thị trường.
Những gì bạn thực sự cần là một khuôn khổ quy định nói rằng chúng ta yêu cầu CO2 được loại bỏ, và sau đó thị trường sẽ chuyển từ thu giữ kilotons CO2 ngày nay sang thu giữ gigatons CO2.
Bạn thấy công nghệ này sẽ đi về đâu trong 10 năm nữa?
Tôi thấy một thế giới từ bỏ nhiên liệu hóa thạch, có lẽ đang dần dần, nhưng có nhiệm vụ thu giữ và lưu trữ tất cả CO2 lâu dài.
Khuyến nghị của chúng tôi là khi carbon ra khỏi mặt đất, nó nên được loại bỏ tương ứng. Nếu bạn sản xuất 1 tấn carbon liên quan đến than, dầu hoặc khí đốt, bạn cần phải bỏ đi 1 tấn. Nó không nhất thiết phải giống nhau, nhưng phải có giấy chứng nhận của cô lập điều đó đảm bảo rằng nó đã được cất đi, và nó phải tồn tại hơn 100 năm. Nếu tất cả các-bon đều được chứng nhận ngay từ khi nó ra khỏi mặt đất, thì việc gian lận hệ thống sẽ khó hơn.
Một ẩn số lớn là ngành công nghiệp khó khăn và xã hội sẽ thúc đẩy như thế nào để trở nên trung hòa carbon. Thật khuyến khích khi thấy các công ty như microsoft và Sọc mua tín dụng carbon và chứng chỉ loại bỏ CO2 và sẵn sàng trả giá khá cao.
Công nghệ mới có thể mất một hoặc hai thập kỷ để thâm nhập, nhưng nếu có sức hút kinh tế, mọi thứ có thể tiến triển nhanh chóng. Máy bay phản lực thương mại đầu tiên có mặt vào năm 1951. Đến năm 1965, chúng đã có mặt khắp nơi.
Giới thiệu về Tác giả
Klaus Lackner, Giáo sư Kỹ thuật và Giám đốc Trung tâm Phát thải Carbon âm, Arizona State University
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
Sách liên quan:
Tương lai chúng ta chọn: Sống sót qua Khủng hoảng Khí hậu
của Christiana Figueres và Tom Rivett-Carnac
Các tác giả, những người đóng vai trò quan trọng trong Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, đưa ra những hiểu biết sâu sắc và chiến lược để giải quyết khủng hoảng khí hậu, bao gồm cả hành động cá nhân và tập thể.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Trái đất không thể ở được: Sự sống sau khi ấm lên
của David Wallace-Wells
Cuốn sách này khám phá những hậu quả tiềm tàng của biến đổi khí hậu không được kiểm soát, bao gồm sự tuyệt chủng hàng loạt, khan hiếm thực phẩm và nước, và bất ổn chính trị.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Bộ cho tương lai: Tiểu thuyết
bởi Kim Stanley Robinson
Cuốn tiểu thuyết này tưởng tượng về một thế giới trong tương lai gần đang vật lộn với những tác động của biến đổi khí hậu và đưa ra một tầm nhìn về cách xã hội có thể chuyển đổi để giải quyết khủng hoảng.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Dưới bầu trời trắng: Bản chất của tương lai
của Elizabeth Kolbert
Tác giả khám phá tác động của con người đối với thế giới tự nhiên, bao gồm biến đổi khí hậu và tiềm năng của các giải pháp công nghệ để giải quyết các thách thức môi trường.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu
Paul Hawken biên tập
Cuốn sách này trình bày một kế hoạch toàn diện để giải quyết biến đổi khí hậu, bao gồm các giải pháp từ nhiều lĩnh vực như năng lượng, nông nghiệp và giao thông vận tải.
