Ứng dụng công nghệ lưu trữ và thu hồi carbon để giảm phát thải ngành sản xuất

Một phần ba nhu cầu năng lượng của ngành dành cho quá trình làm nóng ở nhiệt độ cao, trong đó có rất ít lựa chọn thay thế hoàn toàn cho việc sử dụng trực tiếp nhiên liệu hóa thạch. Khí thải từ quy trình sản xuất, sinh ra từ các phản ứng hóa học và do đó không thể tránh được bằng cách chuyển sang sử dụng nhiên liệu thay thế chiếm 1/4 tổng lượng khí thải công nghiệp nặng. Vì vậy, việc thu hồi và lưu giữ carbon (CCS) được xem là một trong các biện pháp quan trọng để giảm phát thải khí nhà kính trong ngành công nghiệp sản xuất xi măng, thép, hoá chất.

Tiềm năng của công nghệ thu hồi Carbon trong giảm phát thải nhà kính

Thu hồi, sử dụng và lưu trữ CO2 (Carbon Capture Utilization and Storage – CCUS) là công nghệ liên quan đến việc thu hồi CO2 từ các nguồn phát thải lớn (bao gồm các nhà máy điện, các cơ sở công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hoặc sinh khối để làm nhiên liệu), qua đó làm giảm tác động tới quá trình biến đổi khí hậu. Ngoài ra, CO2 cũng có thể được thu hồi trực tiếp từ khí quyển. CO2 sau khi thu hồi, sẽ được hóa lỏng để vận chuyển tới các khu vực lưu trữ (các mỏ dầu khí đã cạn kiệt, các tầng nước ngầm khoáng hóa, các tầng chứa muối và các vỉa than không thể khai thác,…), hoặc sử dụng vào các công việc khác trong chuỗi giá trị tạo ra lợi nhuận.

Số lượng dự án CCUS hiện đang tăng nhanh, theo thống kê của Global CCS Institute, tính đến tháng 9/2022, có 194 dự án CCS/CCUS trên toàn cầu, tăng 44% so với năm 2021. Trong đó, khoảng 21 nhà máy CCS quy mô lớn đang hoạt động, tổng khối lượng hàng năm do các nhà máy vận hành loại bỏ lên đến khoảng 40 triệu tấn CO2. Mỹ là quốc gia dẫn đầu trong việc thực hiện các dự án CCUS trên thế giới, chiếm hơn 60% công suất CCUS hiện tại và khoảng 50% công suất đang được phát triển so với các quốc gia trên thế giới ⁽¹⁾. CO2 thu được đang được ứng dụng nhiều nhất nhằm tăng cường khả năng thu hồi dầu. Ngoài ra, CO₂ có thể được ứng dụng trong sản xuất các hợp chất quan trọng và kết hợp với hydro để tạo ra xăng tổng hợp, nhiên liệu máy bay phản lực và dầu diesel.

Tại Châu Âu, Rohrdorfer đã đầu tư khoảng 3 triệu Euro vào nhà máy thu gom carbon đầu tiên ở Châu Âu cho ngành Xi măng. Nhà máy bắt đầu đi vào vận hành vào giữa năm 2022, hiện đang thu gom 2 tấn CO2/ngày. Có hai động cơ chính khiến Rohrdorfer đầu tư vào thử nghiệm thu gom carbon. Thứ nhất là tạo ra khái niệm và tiêu chuẩn để đánh giá các yếu tố kỹ thuật, chất lượng và thương mại hoá cho việc thu hồi CO2 trong ngành công nghiệp xi măng. Thứ 2 là chứng minh tiềm năng chuyển đổi CO2 thành các hợp chất có giá trị thay vì là một vấn đề phải được xử lý (ví dụ như metanol, etylen hoặc axit formic) ⁽²⁾.

CCUS là một trong những giải pháp hiệu quả nhất về mặt chi phí hiện có để giảm lượng khí thải từ một số quy trình chuyển đổi nhiên liệu và công nghiệp – đặc biệt là những quy trình vốn tạo ra dòng CO2 tương đối tinh khiết (chẳng hạn như xử lý khí tự nhiên và than thành chất lỏng, sản xuất hydro từ hóa thạch, nhiên liệu và sản xuất amoniac). Đầu tư vào CCUS cũng thấp hơn so với các công nghệ năng lượng sạch khác, chỉ chiếm dưới 0,5% tổng vốn đầu tư toàn cầu hàng năm vào các công nghệ hiệu quả và năng lượng sạch. Kể từ năm 2010, khoảng 15 tỷ USD vốn đầu tư vào 15 dự án CCUS quy mô lớn đã được đưa vào vận hành.

Theo ước tính của IEA, CCUS đóng góp 17% vào việc giảm phát thải trong ngành xi măng, 15% đối với ngành ngành thép trong giai đoạn 2017 – 2060. Trong sản xuất xi măng, khí thải CO2 trong quá trình nung đá vôi và đất sét có thể được thu hồi và lưu trữ cô lập trong bê tông đông cứng. CCUS đóng vai trò quan trọng vào quá trình khử cacbon trong ngành hóa chất, chiếm 38% tổng lượng giảm phát thải (3). CO2 thu được sẽ được chuyển hóa thành các hợp chất chứa oxy như nhựa chức năng cao. Khả năng thu giữ CO2 trong hóa chất cũng cao nhất do một số quy trình sản xuất tạo ra dòng CO2 tương đối tinh khiết và chi phí thu giữ tương đối rẻ.

Những thách thức khi nhân rộng triển khai CCUS

Hai thách thức lớn nhất khiến cho CCUS chưa thể mở rộng trên quy mô lớn là chi phí đầu tư cao để thực hiện và thiếu chính sách hỗ trợ nhất quán. Trong các công đoạn từ thu hồi, sử dụng và lưu trữ khí CO2, xây dựng cơ sở hạ tầng dành cho lưu trữ là tốn kém và phức tạp nhất. Sự hỗ trợ của chính phủ các nước là rất quan trọng để thực hiện các dự án CCUS, bao gồm: Hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế và cơ sở hạ tầng (cấp nước, đường ống dẫn CO2, cơ sở xử lý…).

Một rào cản khác làm chậm sự phát triển của CCUS là sự phản đối của công chúng xung quanh sự an toàn của việc lưu trữ CO2 dưới lòng đất tại châu Âu. CCUS được cho là không an toàn và rủi ro, cũng như chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Tuy nhiên, nhiều nỗ lực nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện để giảm thiểu rủi ro cho việc lưu trữ dưới lòng đất. Bên cạnh đó, CCUS được xem là công nghệ hỗ trợ nhiên liệu hóa thạch cạnh tranh với năng lượng tái tạo (4).

Tóm lại, công nghệ thu hồi khí và lưu trữ carbon được xem là “chìa khóa” quan trọng trong và giải quyết các thách thức về biến đổi khí hậu toàn cầu. Khi khuyến nghị Vương quốc Anh (Anh) áp dụng mục tiêu phát thải khí nhà kính (GHG) bằng không vào năm 2050, Ủy ban Biến đổi Khí hậu Vương quốc Anh đã công nhận rằng “CCS là cần thiết, không phải là một lựa chọn” và lưu ý rằng hành động sớm để đáp ứng nhu cầu quốc tế về vật liệu carbon thấp có thể mang lại cho các công ty Vương quốc Anh lợi thế cạnh tranh. Vậy nên, công nghệ CCUS được xem là yếu tố chủ chốt để thế giới đạt được các mục tiêu môi trường, chống lại biến đổi khí hậu qua việc hạn chế sự nóng lên toàn cầu đến 1,5oC vào cuối thế kỷ này.

 

 

 

Nguồn tham khảo
(1) Global CCS Institute. 2022. Global status of CCS 2022
(2) World Cement. 2023. From burden to valuable resource: Transforming CO2 emissions
(3) IEA. 2019. Transforming Industry through CCUS
(4) SN Applied Sciences 2019. Recent developments and challenges ahead in carbon capture and sequestration technologies