Công nghệ thu giữ không khí trực tiếp (DAC) là gì và ưu nhược điểm của nó?
Thu giữ không khí trực tiếp (DAC) là một kỹ thuật giảm carbon hút không khí từ khí quyển và sau đó sử dụng phản ứng hóa học để tách khí carbon dioxide.
Carbon dioxide thu được có thể được lưu trữ dưới lòng đất hoặc được sử dụng để chế tạo các vật liệu bền như xi măng và nhựa. Mục đích của việc thu giữ không khí trực tiếp là sử dụng các phương tiện kỹ thuật để giảm nồng độ carbon dioxide tổng thể trong khí quyển. Bằng cách đó, thu giữ không khí trực tiếp có thể, cùng với các sáng kiến khác, giúp giảm thiểu tác động tàn phá của cuộc khủng hoảng khí hậu.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), có 15 nhà máy thu khí trực tiếp đang hoạt động ở Hoa Kỳ, Châu Âu và Canada. Những nhà máy này thu được hơn 9.000 tấn carbon dioxide mỗi năm. Hoa Kỳ cũng đang phát triển một thiết bị thu khí trực tiếp có khả năng loại bỏ 1 triệu tấn carbon dioxide khỏi không khí mỗi năm.
Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (IPCC) đã cảnh báo rằng để giữ mức carbon dioxide trong khí quyển dưới 440 ppm và nhiệt độ toàn cầu tăng dưới 2 độ C (3,6 độ F), lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu phải giảm từ 30% đến 85% vào năm 2050. Thu giữ không khí trực tiếp có thể giúp giảm lượng khí thải không?
Để làm chậm quá trình biến đổi khí hậu, các nhà khoa học và nhà kinh tế của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu đồng ý rằng các biện pháp dài hạn là cần thiết để giảm phát thải khí nhà kính do con người gây ra. Công nghệ thu giữ không khí trực tiếp đã bị chỉ trích rộng rãi là không đủ để giảm lượng carbon dioxide có hại trong khí quyển. Ngoài ra, chi phí cho mỗi tấn CO2 thu được cao hơn các chiến lược khác để giảm thiểu khủng hoảng khí hậu.
1. Cách hoạt động của Direct Air Capture
Thu giữ không khí trực tiếp sử dụng hai phương pháp khác nhau để loại bỏ carbon dioxide trực tiếp khỏi khí quyển. Phương pháp đầu tiên là sử dụng chất hấp thụ rắn để hấp thụ carbon dioxide. Một ví dụ về chất hấp phụ rắn là một hóa chất cơ bản được đặt trên bề mặt vật liệu rắn. Khi không khí chảy qua chất hấp phụ rắn, một phản ứng hóa học xảy ra kết hợp khí carbon dioxide có tính axit với chất rắn kiềm. Khi chất hấp phụ rắn chứa đầy carbon dioxide, nó được làm nóng đến 80°C đến 120°C hoặc sử dụng chân không để hấp thụ khí từ chất hấp phụ rắn, và chất hấp thụ rắn có thể được làm mát và sử dụng lại.
Một loại hệ thống thu không khí trực tiếp khác sử dụng dung môi lỏng, đây là một quá trình phức tạp hơn. Đầu tiên là một thùng chứa lớn trong đó dung dịch kali hydroxit (KOH) chảy trên bề mặt nhựa. Không khí được hút vào thùng chứa bằng một quạt lớn và khi không khí chứa carbon dioxide tiếp xúc với chất lỏng, hai hóa chất phản ứng tạo thành muối giàu carbon.
Muối chảy vào một buồng khác, nơi diễn ra một phản ứng khác, tạo ra hỗn hợp các hạt canxi cacbonat rắn (CaCO3) và nước (H2O). Một hỗn hợp canxi cacbonat và nước được lọc để tách hai chất này. Bước cuối cùng trong quy trình sử dụng khí tự nhiên để làm nóng các hạt canxi cacbonat rắn đến 900°C, giải phóng khí carbon dioxide có độ tinh khiết cao, sau đó được thu thập và nén.
Các vật liệu còn lại được tái chế vào hệ thống để tái sử dụng. Sau khi được thu giữ, carbon dioxide có thể được bơm vĩnh viễn vào các khối đá dưới lòng đất để giúp hồi sinh các giếng dầu cũ hoặc được sử dụng trong các sản phẩm lâu dài như nhựa và vật liệu xây dựng.
2. Sự khác biệt giữa thu giữ không khí trực tiếp và thu giữ và lưu trữ carbon
Nhiều chuyên gia tin rằng cả hệ thống thu giữ không khí trực tiếp và thu hồi và lưu trữ carbon (CCS) đều là những công nghệ chính để giảm thiểu khủng hoảng khí hậu. Về cơ bản, cả hai công nghệ đều làm giảm lượng carbon dioxide trong khí quyển. Tuy nhiên, không giống như thu giữ không khí trực tiếp, CCS sử dụng một hóa chất để thu giữ carbon dioxide trực tiếp từ nguồn phát thải. Điều này ngăn chặn carbon dioxide xâm nhập vào khí quyển. Ví dụ, CCS có thể được sử dụng để thu giữ và nén tất cả carbon dioxide phát ra từ các ống khói nhà máy nhiệt điện than. Mặt khác, thu giữ không khí trực tiếp thu giữ carbon dioxide đã được thải vào không khí từ các nhà máy nhiệt điện than hoặc các hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch khác.
Cả thu không khí trực tiếp và CCS đều sử dụng các hóa chất cơ bản, chẳng hạn như kali hydroxit và dung môi amin, để tách carbon dioxide khỏi các khí khác. Một khi CO2 bị giữ lại, cả hai quá trình phải nén, vận chuyển và cô lập khí. Mặc dù công nghệ CCS đã trưởng thành hơn một chút so với công nghệ thu khí trực tiếp nhưng cả hai đều là những công nghệ tương đối mới có thể được hưởng lợi từ sự phát triển hơn nữa.
Bởi vì CCS loại bỏ carbon dioxide khỏi nguồn, nó chỉ có thể được sử dụng ở những nơi đốt nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như các cơ sở công nghiệp và nhà máy điện. Về lý thuyết, việc thu khí trực tiếp có thể được sử dụng ở bất cứ đâu, mặc dù việc đặt nó gần nguồn điện hoặc nơi nào đó có thể cô lập carbon dioxide sẽ làm tăng hiệu quả.
3. Tình trạng phát triển của thu giữ không khí trực tiếp
Theo Viện Tài nguyên Thế giới, có ba công ty thu giữ không khí trực tiếp hàng đầu trên thế giới: Clime⁃works ở Thụy Sĩ, Global Thermostat ở Hoa Kỳ và Carbon Engineering ở Canada. Hai trong số họ sử dụng công nghệ hấp phụ rắn để loại bỏ carbon dioxide, trong khi công ty thứ ba sử dụng kỹ thuật carbon dung môi lỏng. Số lượng các nhà máy hoạt động và thí điểm thay đổi theo từng năm, nhưng cơ sở DAC quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới hiện loại bỏ 900 tấn CO2 mỗi năm và một số cơ sở thương mại đang được xây dựng.
Trong 15 năm qua, một nhà máy thí điểm thu khí trực tiếp ở Squamish, British Columbia, Canada đã sử dụng điện tái tạo và khí tự nhiên để cung cấp nhiên liệu cho quy trình dung môi lỏng giúp loại bỏ 1 tấn carbon dioxide mỗi ngày. Công ty hiện đang xây dựng một cơ sở thu khí trực tiếp khác có khả năng thu giữ 100 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm.
Một nhà máy thu khí trực tiếp khác được xây dựng ở Iceland sẽ có thể thu giữ 4000 tấn carbon dioxide mỗi năm và sau đó lưu trữ vĩnh viễn khí nén dưới lòng đất. Công ty xây dựng nhà máy này hiện có 15 nhà máy thu không khí trực tiếp nhỏ hơn trên khắp thế giới.
4. Ưu và nhược điểm của việc thu khí trực tiếp
Ưu điểm rõ ràng nhất của việc thu giữ không khí trực tiếp là khả năng giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển. Nó không chỉ được sử dụng rộng rãi hơn CCS mà còn chiếm ít không gian hơn để thu được cùng một lượng carbon so với các công nghệ cô lập carbon khác. Ngoài ra, thu không khí trực tiếp cũng có thể được sử dụng để chế tạo nhiên liệu hydrocarbon tổng hợp. Nhưng để có hiệu quả, công nghệ phải bền vững, rẻ tiền và có thể mở rộng. Cho đến nay, công nghệ thu không khí trực tiếp vẫn chưa thể đáp ứng các yêu cầu này.
a. Ưu điểm
Các công ty chuyên về công nghệ thu không khí trực tiếp hiện đang phát triển các nhà máy thu khí trực tiếp mới, lớn hơn với công suất lên tới 100 triệu tấn CO2 mỗi năm. Nếu các thiết bị thu khí trực tiếp được sản xuất đủ nhỏ, chúng có thể thu được tới 10% lượng carbon dioxide do con người tạo ra. Bằng cách bơm và cô lập carbon dioxide vào lòng đất, carbon có thể được loại bỏ vĩnh viễn khỏi chu trình.
Bởi vì nó dựa vào việc thu giữ carbon dioxide từ khí quyển thay vì trực tiếp từ khí thải nhiên liệu hóa thạch, việc thu giữ không khí trực tiếp có thể hoạt động độc lập với các nhà máy điện và các nhà máy khác đốt nhiên liệu hóa thạch. Điều này cho phép đặt các nhà máy thu không khí trực tiếp linh hoạt và rộng rãi hơn.
So với các công nghệ thu giữ carbon khác, thu giữ không khí trực tiếp không đòi hỏi nhiều đất cho mỗi tấn carbon dioxide được loại bỏ.
Ngoài ra, việc thu giữ không khí trực tiếp có thể làm giảm nhu cầu khai thác nhiên liệu hóa thạch và lượng carbon dioxide thải vào khí quyển có thể được giảm hơn nữa bằng cách kết hợp carbon dioxide thu được với hydro để sản xuất nhiên liệu tổng hợp như metanol.
b. Nhược điểm
Thu giữ không khí trực tiếp đắt hơn các công nghệ thu giữ carbon khác, chẳng hạn như trồng rừng và trồng rừng mới. Một số nhà máy thu giữ không khí trực tiếp hiện có giá từ 250 đến 600 USD/tấn carbon dioxide, với ước tính dao động từ 100 đến 1000 đô la mỗi tấn và chi phí thu giữ không khí trực tiếp trong tương lai là không chắc chắn, theo các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Kinh tế và Môi trường Châu Âu RFF-CMCC, vì nó sẽ phụ thuộc vào tốc độ tiến bộ công nghệ. Tuy nhiên, chi phí trồng rừng chỉ tốn 50 USD/tấn.
Giá thành cao của công nghệ thu không khí trực tiếp là nó đòi hỏi rất nhiều năng lượng để loại bỏ carbon dioxide. Quá trình gia nhiệt để thu không khí trực tiếp của dung môi lỏng và chất hấp thụ rắn rất tốn năng lượng, vì nó đòi hỏi phải làm nóng hóa học đến 900°C và làm mát xuống 80°C -120°C. Trừ khi một nhà máy thu không khí trực tiếp chỉ dựa vào năng lượng tái tạo để tạo ra nhiệt, nó vẫn sẽ cần sử dụng một số nhiên liệu hóa thạch, ngay cả khi quá trình này cuối cùng là carbon âm.