​

 

Bốn năm trước, Tổng thống Mỹ giải quyết nhiệt độ toàn cầu đang gia tăng bằng cam kết cắt giảm 17% khí carbon dioxide (CO2) và các phát thải khí nhà kính khác ở Hoa Kỳ vào năm 2020, và cắt giảm 80% vào năm 2050. Nhiệm kỳ đó của ông đã thực hiện một số bước để đáp ứng những mục tiêu đó, như đầu tư hàng tỷ đô la vào năng lượng gió, năng lượng mặt trời và các công nghệ năng lượng khác không sử dụng carbon.

 

Tuy nhiên, việc giảm lượng khí thải CO2 có thể không đủ để kiềm chế sự nóng lên toàn cầu, theo các nhà khoa học tại Đại học Stanford nhận xét. Theo họ, giải pháp này còn đòi hỏi phải phát triển các công nghệ carbon âm tính, nghĩa là loại bỏ một lượng lớn khí CO2 ra khỏi khí quyển. Phát hiện của họ được tóm tắt trong một báo cáo của Dự án Năng lượng và Khí hậu Toàn cầu (GCEP) của Trường Đại học Stanford.

 

“Để đạt được các mục tiêu cắt giảm, chúng ta sẽ cần một kịch bản ở đâu, vào giữa thế kỷ này, nền kinh tế toàn cầu chuyển từ phát thải CO2 dương ròng sang âm ròng,” đồng tác giả Chris Field, một giáo sư về sinh học và khoa học hệ thống môi trường Trái đất tại Stanford cho biết. "Chúng ta cần phải bắt đầu suy nghĩ về cách làm thế nào để thực hiện chiến lược năng lượng phát thải âm tính trên quy mô toàn cầu".

 

Trong báo cáo GCEP, Field và tác giả chính Jennifer Milne mô tả một bộ giải pháp carbon âm tính dể giải quyết tình trạng nóng lên toàn cầu - từ công nghệ năng lượng sinh học cho đến cô lập carbon trong đại dương. Nhiều ví dụ được trích dẫn đã được trình bày tại một hội thảo về phát thải carbon âm được tổ chức bởi GCEP vào năm 2012.

 

BECCS

 

"Có thể đạt được phát thải âm ròng khi lượng khí gây hiệu ứng nhà kính được cô lập nhiều hơn so với lượng thải vào khí quyển", Milne, một nhà phân tích đánh giá năng lượng tại GCEP, giả tihích. "Một trong những công nghệ âm ròng hứa hẹn nhất là BECCS - năng lượng sinh học thông qua thu giữ và lưu trữ carbon".

 

Một hệ thống BECCS điển hình chuyển đổi sinh khối gỗ, cỏ và thảm thực vật khác thành điện, các sản phẩm hóa học, hoặc nhiên liệu như ethanol. Lượng khí thải CO2 thải ra trong quá trình này được thu giữ lại và lưu trữ. Công nghệ này có thể sử dụng trong các nhà máy điện, nhà máy giấy, các nhà máy chế biến ethanol và các cơ sở sản xuất khác.

 

Là một công nghệ carbon âm, BECCS tận dụng khả năng bẩm sinh của cây, cỏ và các loại cây trồng khác, đó là khả năng hấp thụ CO2 trong khí quyển để quang hợp. Trong tự nhiên, CO2 cuối cùng được thải trở lại vào khí quyển khi thực vật phân rã. Nhưng khi thực vật được chế biến tại một cơ sở BECCS, thì lượng phát thải CO2 được giữ lại và ngăn không cho trở lại vào môi trường. Kết quả là giảm âm ròng CO2 trong khí quyển.

 

Báo cáo của GCEP xác định được 16 dự án BECCS ở các giai đoạn phát triển khác nhau trên khắp thế giới. Dự án đầu tiên đã được khởi động trong năm 2009 của Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ tại một cơ sở sản xuất ngô ethanol ở Decatur, bang Illinois, do Công ty Archer Midlands Daniel điều hành. Mỗi ngày, khoảng 1.000 tấn khí CO2 thải ra trong quá trình lên men ethanol được thu giữ lại và lưu trữ trong một sa thạch hình thành khoảng 7.000 mét dưới lòng đất. Mục tiêu của dự án là cô lập 1 triệu tấn CO2 mỗi năm - tương đương với loại bỏ 200.000 xe ô tô ra khỏi đường xá.

 

Khoảng 60% lượng khí thải CO2 toàn cầu đến từ các nhà máy điện và các ngành công nghiệp khác được vận hành bằng than,  khí thiên nhiên và dầu. Thu giữ và cô lập những phát thải này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế tình trạng nóng lên toàn cầu. Để làm cho quá trình carbon âm tính, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một nhà máy điện BECCS, vận hành bằng hỗn hợp nhiên liệu hóa thạch (như than đá) và thực vật (gỗ, cỏ hoặc rơm). Tỷ lệ phát thải CO2 sẽ đến từ thực vật bị cháy. Vì vậy, thu giữ và lưu trữ những lượng khí thải này sẽ là một quá trình âm tính ròng.

 

Ước tính cho thấy vào năm 2050, công nghệ BECCS có thể thu hồi 10 tỷ tấn phát thải CO2 công nghiệp hàng năm trên toàn thế giới. Nhưng theo báo cáo GCEP, thì phải khắc phục được những trở ngại lớn về kỹ thuật và kinh tế, chẳng hạn như sự kém hiệu quả tương đối của nhiên liệu sinh khối và chi phí cao khi thu giữ và lưu trữ carbon.

 

Cần có các ưu đãi tài chính để khuyến khích đầu tư từ khu vực tư nhân trong việc thu giữ và lưu trữ carbon và BECCS, theo Olivia Ricci tại Đại học Orléans ở Pháp, đề xuất. "Để đáp ứng các mục tiêu khí hậu đầy tham vọng, thì một chi phí chính sách hiệu quả về mặt chi phí sẽ là thực hiện thuế carbon và tái chế các khoản lợi nhuận để trợ cấp cho phát thải thu giữ từ sinh khối," Ricci giải thích. Thuế carbon nghĩa là định ra giá cho phát thải khí CO2 và tăng sức cạnh tranh của việc thu giữ và lưu trữ carbon, trong khi trợ cấp phát thải sẽ khuyến khích việc triển khai BECCS.

 

"Chúng ta sẽ còn đốt cháy nhiên liệu hóa thạch trong nhiều năm sắp tới", giáo sư Field, nhận xét. "BECCS là một trong những công nghệ đã được chứng minh, sử dụng nhiên liệu hóa thạch và thực sự loại bỏ CO2 ra khỏi khí quyển."

 

Than sinh học

 

Field và Milne còn đánh giá những ưu và khuyết điểm của than sinh học - một công nghệ cacbon âm dựa trên cùng nguyên lý như BECCS.

 

Than sinh học là một sản phẩm phụ của cây trồng tương tự như than củi, là loại có thể tạo ra từ chất thải gỗ, thân ngô khô và các phần còn lại khác của thực vật. Làm nóng thực vật từ từ mà không cần oxy - một quá trình gọi là nhiệt phân – tạo ra các mảng than sinh học giàu carbon, có thể đưa vào trong đất để làm phân bón. Giống như BECCS, mục tiêu là để vĩnh viễn khóa carbon dưới lòng đất thay vì để CO2 quay ngược trở lại bầu khí quyển khi cây phân hủy.

 

Một lợi thế của than sinh học là sự đơn giản của nó, các tác giả cho biết. Thực hiện công nghệ than sinh học trên quy mô toàn cầu có thể giúp cô lập hàng tỷ tấn carbon một năm.

 

Tuy nhiên, việc cô lập dài hạn "sẽ đòi hỏi sự ổn định cao của than sinh học", các tác giả cho hay. "Ước tính chu kỳ bán hủy của than sinh học có sự khác nhau rất lớn, từ 10 năm đến hơn 100 năm. Loại nguyên liệu cũng góp phần vào sự ổn định, ví dụ như gỗ ổn định hơn so với các loại cỏ và phân chuồng."

 

Bên cạnh sự ổn định về lâu dài, thì nhiều  câu hỏi đã được đặt ra về tác động của than sinh học đối với việc bảo tồn đất, đa dạng sinh học, và sử dụng nước. Ví dụ như, các tác giả chỉ ra nghiên cứu cho thấy tác động tiêu cực đến độ phì nhiêu của đất có thể xảy ra nếu độ pH của than sinh học và đất không phù hợp nhau.

 

Theo các tác giả, hệ thống than sinh học có thể âm tính ròng nếu than sinh học được sản xuất từ ​​sinh khối chất thải, các phần còn lại của cây trồng được thu hoạch bền vững hoặc các loại cây trồng trên đất bị bỏ đi, chưa được chuyển đổi lại thành rừng. Mặt khác, sản xuất than sinh học dựa trên hệ sinh thái rừng còn có thể dẫn đến sự gia tăng ròng trong phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, các tác giả cảnh báo.

 

Canh tác âm tính ròng

 

Ngay cả hệ thống nông nghiệp lớn cũng có thể âm tính ròng. Báo cáo của GCEP trích dẫn nghiên cứu của Jose Moreirat ừ Đại học Sao Paulo. Sử dụng các mô hình máy tính, Moreira phát hiện thấy rằng từ năm 1975 đến năm 2007, sản xuất ethanol từ cây mía ở Brazil đã thu giữ âm tính ròng 1,5 tấn CO2 trên mỗi mét khối ethanol được sản xuất. "Trong mô hình này, hệ thống này mất tới 18 năm để bù đắp lượng khí thải carbon, với hầu hết lượng cắt giảm đến từ việc bổ sung đất từ sự tăng trưởng rễ và thay thế xăng bằng ethanol," các tác giả GCEP cho biết. Tuy nhiên, các câu hỏi về ảnh hưởng lâu dài của quá trình đốt cháy ethanol đến khí hậu vẫn chưa có câu trả lời.

 

Bản báo cáo cũng đưa ra khả năng cô lập carbon trong đại dương, đặc biệt tập trung vào vấn đề axit hóa đại dương, là tình trạng đang phá hủy các rạn san hô trên thế giới. Axit hóa đại dương xảy ra do lượng CO2 được hấp thu trong khí quyển tăng lên, khiến nước biển trở nên có tính axit hơn. Các tác giả đã trích dẫn nghiên cứu của David Keith tại Đại học Harvard cho thấy rằng, có thể thêm magiê cacbonat và các khoáng sản khác vào đại dương để làm giảm nồng độ axit và cô lập CO2 khí quyển được hấp thụ trong nước biển. Mặc dù khả năng cô lập CO2 trong đại dương rất lớn, nhưng những rủi ro liên quan đến môi trường biển cần phải được đánh giá đầy đủ," các tác giả kết luận.

 

Keith còn thành lập một công ty mới có tên Carbon Engineering, phát triển các "cây máy móc nhân tạo" quy mô công nghiệp - được thiết kế để thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí. Không giống như BECCS và hệ thống than sinh học, là các hệ thống sản xuất ra điện hoặc nhiên liệu, cây cơ khí không tạo ra năng lượng, và trên thực tế, cần có khí tự nhiên để hoạt động.

 

Sau hội thảo về khí thải âm tính 2012, GCEP đã ban hành một yêu cầu quốc tế về các đề xuất để phát triển mạng lưới công nghệ phát thải carbon âm tính. Những người đoạt giải sẽ được công bố vào cuối năm nay.

 

GCEP là đối tác công nghiệp có trụ sở tại Stanford để giải quyết thách thức của biến đổi khí hậu toàn cầu bằng cách hỗ trợ nghiên cứu sáng tạo về các công nghệ năng lượng có thể làm giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính. ExxonMobil, GE, Schlumberger, Toyota và DuPont tài trợ cho bản báo cáo.

 

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-02/su-gns021413.php

 

Thanh Vân - Dostdongnai, theo Eurekalert.