Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng trở nên cấp bách, việc giảm thiểu lượng khí thải carbon dioxide (CO2) khỏi khí quyển là một nhiệm vụ tối quan trọng. Trong số các giải pháp công nghệ tiên tiến để xử lý khí thải, công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) nổi lên như một công cụ then chốt, hứa hẹn mang lại hy vọng trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên toàn cầu và axit hóa đại dương. Vậy, CCS hoạt động như thế nào và vai trò của nó trong tương lai là gì?
CCS là gì?
CCS (viết tắt của Carbon Capture and Storage) là một quy trình công nghệ được thiết kế để thu giữ khí carbon dioxide (CO2) phát thải từ các nguồn công nghiệp lớn, chẳng hạn như nhà máy điện, nhà máy xi măng, nhà máy thép, và các cơ sở sản xuất hóa chất. Sau khi được thu giữ, CO2 sẽ được nén lại, vận chuyển đến một địa điểm an toàn và lưu trữ lâu dài, thường là dưới lòng đất, để ngăn chặn nó thoát ra khí quyển.
Mục tiêu chính của CCS là giảm thiểu đáng kể lượng khí nhà kính từ các ngành công nghiệp mà việc loại bỏ hoàn toàn khí thải là thách thức trong ngắn hạn. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), CCS được coi là một trụ cột không thể thiếu, bên cạnh việc nâng cao hiệu quả năng lượng và phát triển năng lượng tái tạo, để thế giới có thể đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net Zero) vào năm 2050.
Quy trình hoạt động của công nghệ CCS
Quy trình CCS bao gồm ba giai đoạn chính, mỗi giai đoạn đòi hỏi kỹ thuật và công nghệ chuyên biệt. Mời các anh em kỹ thuật cùng với công ty xử lý khí thải tại Hà Nội khám phá chi tiết hơn ngay sau đây:
Thu giữ Carbon (Carbon Capture)
Đây là bước đầu tiên và cũng là bước phức tạp nhất trong chuỗi quy trình CCS. Mục tiêu của giai đoạn này là tách khí CO2 ra khỏi các khí thải hỗn hợp tại nguồn phát thải công nghiệp. Có ba phương pháp thu giữ chính đang được áp dụng:
- Thu giữ CO2 sau đốt (Post-combustion capture): Đây là phương pháp phổ biến nhất và có thể áp dụng cho các nhà máy hiện có. Khí thải sau khi đốt nhiên liệu hóa thạch sẽ được cho đi qua một dung dịch hóa học có khả năng hấp thụ CO2. Sau đó, dung dịch này được đun nóng để giải phóng CO2 gần như tinh khiết. Công nghệ này có khả năng loại bỏ hơn 90% lượng CO2 từ khí thải.
- Thu giữ CO2 trước đốt (Pre-combustion capture): Trong phương pháp này, nhiên liệu (như than hoặc khí tự nhiên) được xử lý trước khi đốt để chuyển hóa thành một hỗn hợp khí gọi là “syngas”, chủ yếu bao gồm hydro và CO2. CO2 sau đó được tách ra khỏi hỗn hợp này, còn lại hydro sẽ được sử dụng làm nhiên liệu sạch để đốt. Phương pháp này thường được áp dụng cho các nhà máy điện mới.
- Thu giữ bằng oxy tinh khiết (Oxyfuel combustion): Thay vì đốt nhiên liệu trong không khí thông thường, phương pháp này sử dụng oxy tinh khiết. Quá trình này tạo ra dòng khí thải có nồng độ CO2 rất cao và chủ yếu là hơi nước, giúp việc thu giữ CO2 trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn đáng kể.
Ngoài ra, một phương pháp khác đang được nghiên cứu và phát triển là thu giữ carbon trực tiếp từ không khí (Direct Air Capture – DAC). Phương pháp này thu giữ CO2 từ bầu khí quyển xung quanh, thay vì từ các nguồn phát thải điểm. Mặc dù chi phí hiện tại còn cao, DAC được xem là giải pháp tiềm năng để loại bỏ lượng CO2 đã tồn tại trong khí quyển.
Vận chuyển Carbon (Carbon Transport)
Sau khi CO2 được thu giữ và làm tinh khiết, nó sẽ được nén lại thành dạng lỏng hoặc siêu tới hạn để giảm thể tích và thuận tiện cho việc vận chuyển. Các phương thức vận chuyển CO2 tương tự như vận chuyển khí đốt tự nhiên, bao gồm:
- Đường ống (Pipeline): Đây là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất cho việc vận chuyển khối lượng lớn CO2 trên đất liền hoặc ngoài khơi, đặc biệt khi nguồn phát thải và địa điểm lưu trữ gần
- Tàu thủy: Phù hợp cho các quãng đường vận chuyển xa, đặc biệt là vận chuyển giữa các quốc gia không có kết nối đường ống hoặc khi khối lượng CO2 không quá lớn.
- Ô tô tải và tàu hỏa: Được sử dụng cho việc vận chuyển khối lượng nhỏ hoặc trong giai đoạn đầu của các dự án CCS khi hạ tầng đường ống chưa sẵn sàng.
Lưu trữ Carbon (Carbon Storage)
Đây là giai đoạn cuối cùng và quan trọng nhất, đảm bảo CO2 được cô lập vĩnh viễn khỏi khí quyển. CO2 sau khi vận chuyển sẽ được bơm sâu vào các địa điểm địa chất được lựa chọn cẩn thận. Các địa điểm lưu trữ tiềm năng bao gồm:
- Các tầng chứa nước mặn sâu (Deep saline aquifers): Đây là các lớp đá xốp chứa nước muối sâu dưới lòng đất, có khả năng giữ CO2 trong thời gian dài. Chúng được coi là các bể chứa lớn nhất và có tiềm năng nhất.
- Các mỏ dầu khí đã cạn kiệt (Depleted oil and gas reservoirs): Các cấu trúc địa chất đã từng chứa dầu và khí trong hàng triệu năm có khả năng lưu trữ CO2 hiệu quả.
- Các vỉa than không khai thác (Unmineable coal seams): CO2 có thể được hấp thụ vào cấu trúc của
- Khoáng hóa carbon (Mineral carbonation):CO2 phản ứng với các khoáng chất có chứa kim loại (như magie, canxi) để tạo thành các khoáng chất carbonat bền vững, tương tự như quá trình hình thành đá tự nhiên.
Việc lựa chọn địa điểm lưu trữ đòi hỏi nghiên cứu địa chất kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định, khả năng chứa đựng lâu dài và không gây rò rỉ CO2 ra môi trường.
Vai trò và Ứng dụng của CCS
Công nghệ CCS không chỉ giúp giảm phát thải từ các nguồn công nghiệp nặng mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng khác:
- Sản xuất Hydro Xanh: CCS có thể kết hợp với quá trình reforming khí tự nhiên hoặc khí hóa than để sản xuất hydro, tạo ra “hydro lam” (blue hydrogen) với lượng phát thải carbon thấp.
- Năng lượng Sinh học với CCS (BECCS): Khi CO2 được thu giữ từ quá trình đốt sinh khối (vốn đã hấp thụ CO2 từ khí quyển), BECCS có thể tạo ra lượng phát thải âm (net-negative emissions), giúp loại bỏ CO2 khỏi khí quyển.
- Thu hồi Dầu Tăng cường (EOR – Enhanced Oil Recovery): CO2 thu giữ có thể được bơm vào các mỏ dầu đã cạn kiệt để tăng sản lượng khai thác, đồng thời lưu trữ một phần CO2 dưới lòng đất. Tuy nhiên, tính bền vững của ứng dụng này vẫn đang được xem xét.
- Sản xuất Nhiên liệu Tổng hợp: CO2 thu giữ có thể được kết hợp với hydro xanh để sản xuất các loại nhiên liệu tổng hợp (e-fuels).
Thách thức và cơ hội
Mặc dù CCS mang lại nhiều lợi ích, công nghệ này vẫn đối mặt với những thách thức nhất định, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu cao, nhu cầu năng lượng cho quá trình thu giữ, và những lo ngại về tính an toàn và lâu dài của việc lưu trữ CO2. Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, sự hỗ trợ từ các chính sách của chính phủ (như Đạo luật 45Q tại Mỹ), và nhu cầu cấp thiết về hành động khí hậu, CCS đang ngày càng trở nên khả thi và hứa hẹn đóng góp quan trọng vào mục tiêu Net Zero toàn cầu.
HDC là đơn vị chuyên nghiệp trong thiết kế công nghệ xử lý khí thải, thi công hệ thống xử lý đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường. Nếu có nhu cầu, quý khách hãy vui lòng liên hệ ngay qua Hotline để được hỗ trợ sớm nhất nhé. Trân trọng!