CCUS: Cách thức hoạt động và tầm quan trọng của CCUS

Sử dụng và lưu trữ thu hồi carbon (CCUS) là một phương pháp công nghệ quan trọng nhằm giảm thiểu tác động của phát thải khí nhà kính trên hành tinh của chúng ta.

1. Sử dụng và lưu trữ thu giữ cacbon (CCUS) là gì?

Sử dụng và lưu trữ thu hồi carbon (CCUS) là một phương pháp công nghệ quan trọng nhằm giảm thiểu tác động của phát thải khí nhà kính trên hành tinh của chúng ta. Đây là một quá trình gồm ba bước bao gồm việc thu giữ lượng khí thải carbon dioxide (CO₂) từ nhiều nguồn khác nhau như nhà máy điện và quy trình công nghiệp, việc sử dụng lượng carbon thu được này cho các mục đích khác nhau như sản xuất hóa chất, nhiên liệu và vật liệu xây dựng hoặc cách khác là lưu trữ vĩnh viễn CO₂ sâu dưới lòng đất trong các thành tạo địa chất. Quá trình này giúp ngăn chặn lượng lớn CO₂ thải vào khí quyển, từ đó đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.

2.Lịch sử Sử dụng và Lưu trữ Carbon (CCUS)?

Lịch sử của việc sử dụng và lưu trữ thu hồi carbon (CCUS) có thể bắt nguồn từ giữa thế kỷ 20, với các nghiên cứu ban đầu tập trung vào tiềm năng thu giữ lượng khí thải CO₂ từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, phải đến cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, những dự án CCUS quy mô lớn đầu tiên mới bắt đầu hình thành. Nổi bật nhất trong số này là dự án mỏ Sleipner ở Na Uy, bắt đầu vào năm 1996 và do Equinor điều hành. Equinor đã bơm CO₂ vào hệ tầng Utsira ở Biển Bắc, biến đây trở thành dự án CCUS quy mô thương mại đầu tiên. Cùng thời gian đó, một dự án quan trọng khác là mỏ Weyburn-Midale ở Canada, sử dụng CO₂ thu được để tăng cường thu hồi dầu, minh họa khía cạnh ‘tận dụng’ của CCUS. Những dự án tiên phong này đặt nền móng cho việc phát triển và triển khai các công nghệ CCUS trên toàn cầu. Trong những năm sau các dự án ban đầu, quy mô và phạm vi tiếp cận của công nghệ CCUS đã mở rộng đáng kể. Đầu những năm 2000, một số quốc gia trong đó có Hoa Kỳ, Canada và Úc đã triển khai các chương trình CCUS đầy tham vọng. Đặc biệt, Hoa Kỳ đã đạt được những tiến bộ đáng kể khi thực hiện Sáng kiến Năng lượng Than sạch và sau đó là dự án FutureGen. Tuy nhiên, FutureGen cuối cùng đã bị hủy do chi phí vượt mức và thách thức kỹ thuật.

Sự phát triển lớn gần đây nhất trong bối cảnh CCUS là việc sử dụng CO₂ thu được cho mục đích thương mại trên quy mô lớn để tăng cường thu hồi dầu (EOR) ở Hoa Kỳ. Điều này được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa tiến bộ công nghệ và khuyến khích kinh tế, bao gồm cả các khoản tín dụng thuế cho hoạt động CO₂-EOR. Ngày nay, việc triển khai các công nghệ CCUS quan trọng hơn bao giờ hết do nhu cầu cấp thiết là giảm phát thải khí nhà kính. Các chính phủ và ngành công nghiệp trên khắp thế giới đang ngày càng nhận ra tầm quan trọng của CCUS trong việc đạt được các mục tiêu phát thải ròng bằng không. Sự ghi nhận này được phản ánh qua việc ngày càng có nhiều chính sách hỗ trợ CCUS và sự đầu tư ngày càng tăng vào nghiên cứu và phát triển của CCUS. Kết quả là chúng ta đang chứng kiến một làn sóng đổi mới và triển khai công nghệ CCUS trên nhiều lĩnh vực và khu vực.

Số lượng dự án CCUS đang dần tăng lên

Trong vài năm qua, số lượng các dự án CCUS đang hoạt động trên toàn thế giới đã tăng lên đáng kể. Các dự án này rất đa dạng, trải dài từ các ngành công nghiệp từ sản xuất điện đến sản xuất xi măng và phân bổ rộng rãi về mặt địa lý, từ Bắc Mỹ đến Châu Á. Một dự án đáng chú ý là cơ sở Petra Nova ở Texas, đây là hệ thống thu hồi carbon sau đốt lớn nhất thế giới được lắp đặt trên một nhà máy điện đốt than. Trong khi đó, ở Châu Âu, dự án Northern Lights ở Na Uy thể hiện sự tiến bộ lớn trong lĩnh vực vận tải và lưu trữ. Dự án này được thiết kế để lưu trữ CO₂ thu được từ các cơ sở công nghiệp trên khắp Châu Âu trong một hồ chứa bên dưới Biển Bắc. Ngoài các dự án hoạt động này, một số cơ sở CCUS mới đang được triển khai. Ví dụ, các dự án Net Zero Teesside và Zero Carbon Humber ở Anh nhằm mục đích tạo ra các cụm công nghiệp không carbon đầu tiên trên thế giới. Mặc dù tốc độ tăng trưởng trong việc triển khai CCUS là đáng khích lệ nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm để đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải toàn cầu. Để đẩy nhanh tốc độ triển khai CCUS hơn nữa, các chính phủ và ngành công nghiệp phải tiếp tục hỗ trợ nghiên cứu và đầu tư vào các công nghệ này, đồng thời tạo ra khung chính sách hỗ trợ cho việc áp dụng chúng. Điều này sẽ đảm bảo rằng CCUS vẫn là một thành phần quan trọng trong nỗ lực toàn cầu nhằm giảm lượng khí thải

3.Cách thức hoạt động của việc Sử dụng và Lưu trữ Thu giữ Carbon (CCUS).

Thu hồi carbon là nền tảng của quy trình CCUS và nó dựa vào kỹ thuật cải tiến và hóa học tiên tiến. Quá trình này bắt đầu tại các nhà máy điện và các ngành công nghiệp thải ra carbon dioxide (CO₂) như một phần hoạt động của họ. Tại các cơ sở này, dung môi hoặc màng được sử dụng để hấp thụ CO₂ từ khí thải, một quá trình được gọi là khử lưu huỳnh trong khí thải. Hành động “chà” này tách carbon dioxide khỏi các loại khí khác. Sau đó, dung môi hoặc màng chứa CO₂ sẽ được đun nóng. Quá trình gia nhiệt này dẫn đến giải phóng CO₂ đậm đặc ra khỏi dung môi. CO₂ thu được sau đó sẽ sẵn sàng cho giai đoạn tiếp theo của quy trình – vận chuyển đến nơi lưu trữ hoặc nơi có thể sử dụng. Mặc dù quá trình thu giữ có vẻ đơn giản nhưng nó liên quan đến việc tối ưu hóa nghiêm ngặt để tối đa hóa hiệu quả, giảm thiểu tổn thất năng lượng và đảm bảo môi trường làm việc an toàn. Những tiến bộ không ngừng trong công nghệ đang làm cho quá trình này trở nên hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn, mở đường cho một tương lai bền vững.

Tận dụng cacbon thu được

Sau khi thu hồi carbon, bước tiếp theo là sử dụng lượng carbon dioxide thu được, được gọi là Thu giữ và sử dụng carbon (CCU). Hiện nay, ứng dụng phổ biến nhất của CO₂ thu giữ vẫn là Tăng cường thu hồi dầu (EOR), trong đó CO₂ được bơm vào các bể chứa dầu để tối ưu hóa việc sản xuất dầu. Ngoài ra, CO₂ được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, chẳng hạn như trong quá trình cacbon hóa đồ uống và bảo quản thực phẩm đóng gói. Nó cũng được sử dụng trong lĩnh vực y tế cho một số quy trình gây mê nhất định và trong lĩnh vực nông nghiệp để tăng tốc độ tăng trưởng thực vật trong nhà kính. Ngoài ra, một hình thức ứng dụng CO₂ đáng chú ý là tạo ra đá khô. Đá khô, hay CO₂ rắn, chủ yếu được sử dụng cho mục đích làm mát trong quá trình vận chuyển, đặc biệt đối với hàng hóa cần được giữ đông lạnh hoặc lạnh, chẳng hạn như dược phẩm và thực phẩm. Nó cũng được ứng dụng trong công nghiệp làm sạch, nơi nó được sử dụng để phun nổ hoặc làm sạch các bề mặt. Bên cạnh ứng dụng hiện có của CO₂, nhiều nỗ lực nghiên cứu và phát triển đang mở đường cho những ứng dụng cải tiến mới khác nhau của CO₂ thu được. Một con đường đầy hứa hẹn là chuyển đổi CO₂ thành các sản phẩm có giá trị như nhựa, bê tông và thậm chí cả nhiên liệu, điều này có thể làm giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Một lĩnh vực nghiên cứu thú vị khác là sử dụng CO₂ để sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo. Các nhà khoa học cũng đang khám phá tiềm năng của phân bón gốc CO₂ để thúc đẩy tăng trưởng thực vật. Những trường hợp sử dụng trong tương lai này không chỉ mang lại cơ hội giảm khí nhà kính mà còn kích thích tăng trưởng kinh tế bằng cách tạo ra các ngành công nghiệp mới xung quanh lượng carbon thu được. Toàn bộ tiềm năng sử dụng CO₂ vẫn chưa được khai thác, thúc đẩy chúng ta hướng tới một tương lai bền vững hơn và trung hòa carbon hơn.

Lưu trữ carbon chưa sử dụng

Lưu trữ carbon dioxide (CO₂) thu được, không thể sử dụng vì lý do thương mại, là một khía cạnh quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu của chúng ta. Quá trình này, được gọi là Thu giữ và Lưu trữ Carbon (CCS), thu giữ lượng khí thải CO₂ và lưu trữ nó một cách an toàn dưới lòng đất, ngăn không cho nó thải vào khí quyển. Để làm như vậy, CO₂ thu được sẽ được nén và vận chuyển qua đường ống, bằng tàu thủy hoặc xe tải đến nơi lưu trữ, nơi nó được bơm sâu dưới lòng đất vào các hệ tầng địa chất, điển hình là các mỏ dầu khí đã cạn kiệt hoặc các hệ tầng chứa nước mặn sâu. Những rào cản địa chất tự nhiên này đảm bảo rằng CO₂ vẫn được giữ lại một cách an toàn. Lưu trữ CO₂ theo cách này không chỉ giúp giảm lượng khí thải carbon mà còn mở đường cho một tương lai bền vững hơn. Đó là một giải pháp thiết thực, kết hợp với việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo, có thể góp phần đáng kể vào việc giảm thiểu tác động bất lợi của biến đổi khí hậu.

4. Thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) và Mục tiêu Net-Zero.

Thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) đóng vai trò then chốt trong việc đạt được lượng khí thải carbon bằng không, đặc biệt khi chúng ta xem xét nhu cầu năng lượng hiện tại của thế giới. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), CCUS có thể góp phần giảm gần 20% lượng khí thải CO₂ toàn cầu (khoảng 37 GtCO₂ mỗi năm cho đến năm 2050) đồng thời cắt giảm chi phí giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu khoảng 70%. Hơn nữa, Viện CCS Toàn cầu tuyên bố rằng CCUS, cùng với các công nghệ carbon thấp khác, có thể giúp giảm tới 90% lượng khí thải CO₂ trong các lĩnh vực công nghiệp vào năm 2050. Xem xét những số liệu này, rõ ràng CCUS là một công cụ thiết yếu trong kho vũ khí của chúng tôi để đạt được các mục tiêu không phát thải và chống biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, điều quan trọng cần phải nhận ra là CCUS chỉ là một phần của bức tranh lớn hơn về số không. Để đạt được mức không ròng sẽ đòi hỏi một cách tiếp cận nhiều mặt, bao gồm cả việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời và thủy điện, thúc đẩy hiệu quả và bảo tồn năng lượng cũng như áp dụng các biện pháp bền vững trong nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất khác. Chiến lược toàn diện này sẽ đảm bảo chúng ta giữ cho nhiệt độ toàn cầu không tăng quá ngưỡng quan trọng 1,5 độ C, bảo vệ hành tinh của chúng ta cho các thế hệ tương lai. Những thách thức trong việc sử dụng CCUS cho mục tiêu không có mạng lưới. Mặc dù tiềm năng của CCUS là không thể phủ nhận nhưng việc triển khai nó không phải là không có thách thức. Hiện nay, một trong những trở ngại lớn nhất là chi phí cao liên quan đến công nghệ thu hồi carbon công suất cao. Kết hợp với việc thiếu thuế CO₂ theo quy định và pháp lý toàn diện (hoặc hệ thống khen thưởng), nó vẫn không hấp dẫn đối với nhiều ngành từ góc độ lợi tức đầu tư (ROI), đặc biệt đối với các nước đang phát triển là những quốc gia đóng góp chính vào lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Ngoài ra, sự chấp nhận của công chúng về Thu hồi và Lưu trữ Carbon (CCS) là một vấn đề, do lo ngại về khả năng rò rỉ và các rủi ro môi trường liên quan. Bất chấp những trở ngại này, vẫn có những bước phát triển tích cực sắp tới có thể đẩy nhanh việc thực hiện CCUS. Những tiến bộ công nghệ như dung môi hiệu quả cao hoặc giải pháp màng mới đang giảm chi phí liên quan đến quá trình thu hồi carbon. Các chính phủ trên toàn thế giới đang nhận ra sự cần thiết của CCUS trong việc đạt được các mục tiêu về khí hậu của họ và bắt đầu thiết lập các chính sách hỗ trợ kết hợp với việc tăng thuế CO₂. Ví dụ, khoản tín dụng thuế 45Q của Hoa Kỳ cho việc thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon là một bước đi đúng hướng. Hơn nữa, sự hợp tác quốc tế, chẳng hạn như việc Bộ trưởng Bộ Năng lượng sạch đưa ra “Sáng kiến CCUS toàn cầu”, cho thấy cam kết toàn cầu ngày càng tăng đối với công nghệ quan trọng này.

5. Kết luận

Tóm lại, Thu hồi, Sử dụng và Lưu trữ Carbon (CCUS) là một công nghệ quan trọng cho hành trình khử cacbon của chúng tôi, bất chấp những thách thức mà nó hiện phải đối mặt như chi phí cao, sự phức tạp về quy định và các vấn đề chấp nhận của công chúng. Tuy nhiên, bối cảnh đang thay đổi tích cực, với những tiến bộ trong công nghệ giúp giảm chi phí, các chính sách hỗ trợ của chính phủ như tín dụng thuế 45Q của Hoa Kỳ hoặc thuế phạt carbon của EU sắp có hiệu lực. Trong bối cảnh này, điều cần thiết là các công ty nổi tiếng về lượng khí thải CO₂ phải theo dõi chặt chẽ các xu hướng CCUS và phát triển các chiến lược để tận dụng tiềm năng của nó. Hơn nữa, các công ty nên hỗ trợ sự tham gia tích cực vào các sáng kiến toàn cầu như “Sáng kiến CCUS toàn cầu” của Bộ trưởng Năng lượng sạch. Trong tương lai, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự đoán rằng đến năm 2050, các chiến lược CCUS có thể cung cấp 20% mức giảm phát thải tích lũy cần thiết để hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức dưới 2°C. Điều này ngụ ý việc triển khai CCUS sẽ tăng gấp 20 lần so với mức độ hiện nay, làm nổi bật tiềm năng biến đổi của công nghệ này. Do đó, việc liên tục đổi mới, hỗ trợ chính sách và hợp tác quốc tế là rất quan trọng để khai thác triệt để lợi ích của CCUS và đạt được các mục tiêu về khí hậu của chúng ta.