Công Nghệ CCS: Giải Pháp Lưu Giữ Carbon Để Đạt Net Zero

CCS là gì và gồm những khâu nào?

CCS (Carbon Capture and Storage – Thu giữ và lưu trữ carbon) 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 khí CO₂

Đây là quá trình tách khí CO₂ ra khỏi các chất khác trong khí thải từ một nguồn phát thải cụ thể. Thu giữ CO₂ sau khi đốt cháy nhiên liệu là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay. Khi khí thải đi qua một dung môi hóa học, CO₂ sẽ được thu thập. Sau đó, CO₂ sẽ được tách khỏi dung môi trong một thiết bị tách, tạo thành dòng CO₂ tinh khiết có thể lưu trữ. Sau khi CO₂ được tách ra, phần còn lại của khí sẽ được thải ra khí quyển. Các thiết bị thu giữ CO₂ sau đốt có thể loại bỏ hơn 90% khí thải CO₂ bằng các dung môi và công nghệ hiện có.

Ngoài công nghệ thu giữ CO₂ sau khi đốt nhiên liệu, còn có các phương pháp thu giữ CO₂ trước khi đốt nhiên liệu (được gọi là công nghệ phân tách hydrocarbon) và khi đốt oxy tinh khiết.

Vận chuyển khí CO₂

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

Lưu trữ khí CO₂

Khí CO₂ sẽ được chuyển đến một địa điểm thích hợp, nơi nó có thể được lưu trữ vĩnh viễn. Tầng sâu ngậm nước mặn, bể dầu, khí đã khai thác kiệt, hang động hoặc lớp nền muối, hoặc lớp than không thể khai thác là một số nơi CO₂ được lưu trữ dưới lòng đất.

Ngoài việc được lưu trữ vĩnh viễn, CO₂ cũng có thể được sử dụng trong thương mại như một phần của chuỗi giá trị. Khi đó, CCS sẽ được thay thế bằng CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage – Thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon). Chẳng hạn, có thể tăng sản lượng bằng cách bơm khí carbon xuống các mỏ dầu đã được khai thác gần cạn kiệt để tăng cường thu hồi dầu khí (EOR – Enhanced Oil Recovery). Nó cũng có thể được gọi là quá trình năng lượng sinh học thông qua CCS (BECCS – Bioenergy with Carbon Capture and Storage) khi được sử dụng cho các quy trình sử dụng sinh khối như gỗ.

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

Công nghệ thu hồi và lưu giữ khí thải CO2 trong mục tiêu Net Zero

Điều kiện thúc đẩy đến hành trình Net Zero

Cùng với hiệu suất năng lượng và sự phát triển của Công nghệ Năng lượng Mặt Trời, Carbon Capture and Storage (CCS) được coi là động lực hiệu quả thứ ba cho hành trình Net Zero. Đây là giải pháp quan trọng trong việc giảm phát thải ròng và đạt được mục tiêu Net Zero.

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

Số lượng dự án CCS hiện đang tăng nhanh. Theo Global CCS Institute, tính đến tháng 9/2022, sẽ có 194 dự án CCS/CCUS trên toàn cầu, tăng 44% so với năm 2021. Trong đó, Hoa Kỳ đứng đầu với 34 dự án CCS mới được thành lập từ năm 2021; Canada kế tiếp với 19 dự án và Anh với 13 dự án. Đã có 30 dự án CCS đã được thực hiện, tạo ra khoảng 42,58 triệu tấn CO2/năm. Các dự án này chủ yếu được thực hiện trên đất liền và nhằm mục đích tăng cường hệ số thu hồi dầu. Ngoài ra, hiện có 153 dự án CCS đang được phát triển và 11 dự án đang được xây dựng. Các tập đoàn dầu khí lớn trên thế giới là chủ sở hữu của phần lớn các dự án CCS. Tập đoàn Exxon Mobil nổi tiếng với việc 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)

Đan Mạch đã trở thành quốc gia đầu tiên chôn khí thải CO2 nhập khẩu từ nước ngoài khi thành lập dự án Greensand ở độ sâu 1.800 mét dưới Biển Bắc vào tháng 3 năm 2023. Mục tiêu của dự án là lưu trữ 8 triệu tấn CO2 mỗi năm đến năm 2030, với giai đoạn thử nghiệm bắt đầu vào cuối năm 2022.

Nhiều chính phủ trên toàn cầu cũng ủng hộ CCS và ban hành các chính sách giúp thúc đẩy các dự án này thông qua 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, chẳng hạn như CCUS Infrastructure Fund (Vương quốc Anh) và Innovation Fund (Liên minh châu Âu); hỗ trợ hoạt động cho các chính sách sử dụng tín chỉ thuế dựa trên CO2 được thu giữ, lưu trữ và sử dụng, chẳng hạn như tín dụng thuế 45.

Các giải pháp quan trọng khác không thể thay thế

Mặc dù Carbon Capture and Storage (CCS) (công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon) được coi là một giải pháp quan trọng để giảm phát thải khí nhà kính, nhưng một số quốc gia đã cảnh báo rằng công nghệ này không thể thay thế việc giảm mạnh sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nghĩa là các quốc gia phải hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Ngoài ra, Liên minh châu Âu (EU) và 17 quốc gia khác đã đưa ra cảnh báo này vào ngày 14 tháng 7 năm 2023. Các quốc gia này nhấn mạnh các công nghệ giảm khí thải, chẳng hạn như CCS, phải được coi là nền tảng cho các bước tiếp theo hướng đến chấm dứt sử dụng nhiên liệu hóa thạch và chỉ đóng một vai trò nhỏ trong việc giảm khí CO₂ trong ngành năng lượng.

Phát triển năng lượng tái tạo vẫn là động lực chính cho hành trình Net Zero (mục tiêu phát thải ròng bằng không) (Ảnh minh họa internet)

Nhiều chuyên gia cho rằng Carbon Capture and Storage (CCS) không nên được coi là phương pháp duy nhất để khử carbon trong các lĩnh vực sử dụng nhiều nhiên liệu hóa thạch. Nó có thể được coi là giải pháp bắc cầu để khử carbon trong một số ngành mà giải pháp phát thải thấp đòi hỏi thời gian lâu hơn, chẳng hạn như ngành sản xuất xi măng. CCS cũng góp phần quan trọng trong việc giảm phát thải ròng và đạt được mục tiêu Net Zero.

Ngoài ra, sự phát triển của CCS cũng gặp phải một số thách thức khác, chẳng hạn như thiếu các 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; và các quan điểm khác nhau về hiệu quả và khả thi của công nghệ này.

Biến đổi khí hậu không thể được giải quyết triệt để bằng một giải pháp duy nhất. Do đó, các giải pháp như công nghệ thu hồi và lưu giữ carbon Carbon Capture and Storage (CCS) sẽ góp phần vào chiến lược toàn cầu về giảm lượng khí thải và đạt được Net Zero, ngoài các động lực chính là đẩy nhanh sự phát triển Renewable Energy Certificate (REC) (chứng chỉ năng lượng tái tạo) và tăng cường hiệu suất năng lượng.

Vũ Phong Energy Group