Công nghệ thu hồi và lưu giữ carbon trong hành trình đến Net Zero

Công nghệ thu hồi và lưu giữ carbon – Carbon Capture and Storage (CCS) được nhiều chuyên gia quốc tế xem là giải pháp trung và dài hạn quan trọng để đạt mức phát thải ròng bằng 0.

CCS là gì và gồm những khâu nào?

CCS (Carbon Capture and Storage) là quá trình thu hồi carbon (…CO2) từ các nguồn phát thải, sau đó được vận chuyển tới các điểm lưu giữ an toàn, lâu dài như các cấu tạo địa chất sâu dưới lòng đất, lòng biển…

CCS bao gồm 3 khâu chính: Thu hồi/thu giữ, vận chuyển và lưu trữ carbon.

Thu giữ CO2

Đây là quá trình tách CO2 khỏi các thành phần khác trong toàn bộ lượng khí thải từ một nguồn phát thải cụ thể. Hiện nay, giải pháp được sử dụng nhiều nhất là thu giữ CO2 sau khi nhiên liệu được đốt cháy. Khí thải sẽ được chạy qua một dung môi hóa học để lấy CO2. CO2 sau đó sẽ được tách khỏi dung môi trong một thiết bị tách, trở thành dòng CO2 tinh khiết có thể lưu trữ. Phần khí còn lại (sau khi được tách CO2) sẽ được thải vào khí quyển. Với các dung môi và công nghệ hiện tại, các thiết bị thu giữ CO2 sau đốt có thể loại bỏ hơn 90% CO2 khỏi khí thải.

Ngoài công nghệ thu giữ CO2 sau khi đốt nhiên liệu, còn có các giải pháp thu giữ CO2 trước khi đốt nhiên liệu (hay còn được biết đến là công nghệ phân tách hydrocarbon) và thu giữ CO2 khi đốt nhiên liệu bằng oxy tinh khiết (Oxyfuel).

Vận chuyển CO2

CO2 sau khi được tách ra khỏi các thành phần khác trong khí thải sẽ được nén hoặc hóa lỏng để có thể vận chuyển dễ dàng hơn. Ngày nay, CO2 thường được vận chuyển bằng đường ống, hoặc tàu thủy (cho khoảng cách xa), hoặc ô tô tải, tàu hỏa (nếu khối lượng CO2 không lớn).

Lưu trữ CO2

CO2 sẽ được vận chuyển đến một vị trí phù hợp, nơi có thể được lưu trữ vĩnh viễn. Có nhiều vị trí lưu trữ CO2 khác nhau dưới lòng đất như tầng sâu ngậm nước mặn; các bể dầu, khí đã khai thác kiệt; các lớp nền muối hoặc hang động; hoặc các lớp than không thể khai thác.

Ngoài lưu trữ vĩnh viễn, CO2 cũng có thể được sử dụng cho mục đích thương mại như một phần của chuỗi giá trị. Khi đó, CCS sẽ được gọi là CCUS. Chẳng hạn như, để tăng cường thu hồi dầu khí (Enhanced Oil Recovery – EOR), bằng cách bơm CO2 xuống các mỏ dầu khí đã được khai thác gần cạn kiệt để tăng sản lượng. Hay khi được áp dụng cho các quy trình sử dụng sinh khối như gỗ, đây được gọi là quá trình năng lượng sinh học qua CCS (BECCS).

Cơ sở thu hồi và lưu giữ carbon Quest ở Fort Saskatchewan, Alta (Ảnh: The Canadian Press)

Vai trò của công nghệ thu hồi và lưu giữ CO2 trong mục tiêu Net Zero

Một động lực cho hành trình Net Zero

CCS được xem là động lực hiệu quả thứ ba cho hành trình Net Zero, sau hiệu suất năng lượng và sự phát triển của năng lượng tái tạo.

Theo nhận định từ báo cáo của IEA: “Net Zero vào năm 2050: Lộ trình cho ngành năng lượng toàn cầu” năm 2021, trong lộ trình để hướng tới Net Zero vào giữa thế kỷ, lượng CO2 thu hồi & lưu trữ được sẽ tăng nhẹ trong 5 năm tiếp theo từ mức 40 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020. Đến năm 2030, cần khoảng 1,6 tỷ tấn CO2 được thu giữ mỗi năm và con số này sẽ tăng lên thành 7,6 tỷ tấn vào năm 2050. Trong đó, 95% lượng CO2 bị thu giữ này nên lưu trữ trong kho địa chất vĩnh viễn và 5% còn lại được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học hoặc cho các mục đích khác.

Hiện số dự án CCS đang có xu hướng tăng nhanh hơn. Theo thống kê của Global CCS Institute, tính đến tháng 9/2022, tổng số dự án CCS/CCUS toàn cầu là 194, tăng 44% so với năm 2021. Trong đó, dẫn đầu là Mỹ với 34 dự án CCS mới được thành lập từ năm 2021, kế đến là Canada (19 dự án) và Anh (13 dự án). Đã có 30 dự án CCS đi vào vận hành với tổng công suất khoảng 42,58 triệu tấn CO2/năm, chủ yếu được phát triển trên đất liền và phục vụ cho mục đích tăng cường hệ số thu hồi dầu. Ngoài ra, hiện có 11 dự án CCS đang trong quá trình xây dựng và 153 dự án đang được phát triển. Các dự án CCS hầu hết đều thuộc về các tập đoàn dầu khí lớn trên thế giới. Tập đoàn Exxon Mobil được biết đến là đơn vị hàng đầu trong công nghệ này và đang sở hữu xấp xỉ 1/5 công suất thu giữ CO2 toàn cầu.

Các nguồn thu giữ CO2 toàn cầu theo lộ trình Net Zero 2050 (Nguồn IEA)

Tháng 3/2023, Đan Mạch đã khai trương dự án Greensand lưu trữ khí thải CO2 ở độ sâu 1.800m dưới Biển Bắc, trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới chôn khí thải CO2 nhập khẩu từ nước ngoài. Dự án này được phép bắt đầu giai đoạn thử nghiệm vào cuối năm 2022, dự kiến đến năm 2030 sẽ lưu trữ được 8 triệu tấn CO2 mỗi năm.

Nhiều chính phủ trên thế giới cũng ủng hộ CCS và ban hành các chính sách khuyến khích, cho phép triển khai các dự án này, thông qua các hỗ trợ không hoàn lại, trợ cấp hoạt động và định giá carbon. Có thể kể đến các chính sách hỗ trợ không hoàn lại như CCUS Infrastructure Fund (Vương quốc Anh) và Innovation Fund (Liên minh châu Âu); trợ cấp hoạt động với chính sách sử dụng tín dụng thuế dựa trên CO2 được thu giữ/lưu trữ/sử dụng, như tín dụng thuế 45Q và 48A (Mỹ).

Không thể thay thế các giải pháp quan trọng khác

Tuy CCS được xem là một trong các giải pháp để giảm phát thải khí nhà kính nhưng nhiều quốc gia đã đưa ra cảnh báo rằng các công nghệ này không thể thay thế việc phải giảm mạnh sử dụng nhiên liệu hóa thạch và các quốc gia cần hạn chế sử dụng loại nhiên liệu này. Đây cũng là cảnh báo mà Liên minh châu Âu (EU) và 17 quốc gia đã đưa ra vào ngày 14/7/2023 vừa qua. Các quốc gia này nhấn mạnh các công nghệ giảm khí thải bao gồm CCS phải được coi là nền tảng cho các bước hướng đến chấm dứt sử dụng nhiên liệu hóa thạch và chỉ giữ vai trò tối thiểu trong việc giảm khí CO2 của ngành năng lượng.

Phát triển năng lượng tái tạo vẫn là động lực chính cho hành trình Net Zero (Ảnh minh họa internet)

Nhiều chuyên gia cũng cho rằng, không nên coi CCS là con đường duy nhất để khử carbon trong các lĩnh vực phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch. Nó có thể được xem là giải pháp bắc cầu để khử carbon trong một số ngành mà giải pháp phát thải thấp đòi hỏi thời gian thực hiện lâu hơn, như ngành sản xuất xi măng.

Ngoài ra, sự phát triển của CCS cũng gặp một số thách thức khác như thiếu chính sách toàn cầu phối hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp nhận CCS, chi phí vốn cao và thiếu các động lực tài chính để hỗ trợ đầu tư, những luồng quan điểm khác nhau về các rủi ro cho việc lưu trữ CO2 dưới lòng đất…

Không có giải pháp nào là duy nhất để giải quyết triệt để vấn đề biến đổi khí hậu. Chính vì thế, bên cạnh các động lực chính là đẩy nhanh sự phát triển năng lượng tái tạo và tăng cường hiệu suất năng lượng, các giải pháp như công nghệ thu hồi và lưu giữ carbon CCS sẽ là một phần trong bức tranh tổng thể về giảm lượng khí thải và con đường đến Net Zero trên quy mô toàn cầu.

Vũ Phong Energy Group

Xem thêm bài viết tiếng Anh