Loại bỏ hàng tỷ tấn CO₂: Bài toán năng lượng và công nghệ

Các kế hoạch chấm dứt hiện tượng ấm lên toàn cầu phụ thuộc vào việc đưa lượng phát thải khí nhà kính ròng về mức 0 (dao động vài gigaton). Nhưng tiến trình này đang không mấy khả quan. Lượng khí CO₂ đã đạt mức cao kỷ lục trong năm ngoái, và lần đầu tiên, nhiệt độ trung bình trên Trái đất đã tăng 1,5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), để giới hạn mức tăng nhiệt ở ngưỡng 2°C cần phải hút một lượng lớn CO₂ ra khỏi khí quyển và lưu giữ lâu dài.

Có cả các phương pháp cũ và mới để làm điều này. Các phương pháp truyền thống như trồng thêm nhiều cây trong rừng ôn đới và nhiệt đới, đưa thêm carbon vào đất có chi phí rẻ, nhưng đều có giới hạn. Rừng có thể cháy, bị sâu bệnh tàn phá hoặc bị chặt hạ, từ đó giải phóng lượng carbon đã lưu trữ. Bên cạnh đó, lượng vi sinh vật trong đất cũng sẽ dần phân hủy phần lớn carbon. Tuy nhiên, các phương pháp này đều khó kiểm chứng và bị giới hạn bởi diện tích đất sẵn có. Một lựa chọn khác là nghiền khoáng chất và rải lên đồng ruộng để cố định carbon trong không khí. Dẫu vậy, giống như cây cối và đất, cách tiếp cận này cũng cần diện tích đất lớn để hấp thụ được 1 tấn carbon.

Bên cạnh các cách tiếp cận kể trên, hiện nay, một số công ty đang triển khai các quạt công suất lớn hoặc máy bơm để tách CO₂ khỏi không khí hoặc nước biển thông qua phản ứng hóa học, sau đó dẫn khí này tới các hệ thống tiêm ngầm dưới lòng đất.

Tuy nhiên, các hệ thống thu giữ trực tiếp từ không khí (Direct Air Capture - DAC) tiêu thụ rất nhiều năng lượng và hóa chất, đồng thời hiện vẫn tạo ra các chất thải phụ độc hại. Để tạo ra tác động đáng kể trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu, tất cả các phương pháp loại bỏ carbon cả truyền thống lẫn công nghệ mới nhiều khả năng sẽ phải được mở rộng quy mô cho đến khi những hệ quả ngoài ý muốn của chúng đặt ra giới hạn.

Vậy, cần gì để mở rộng quy mô DAC lên mức hàng tỷ tấn mỗi năm? Hãy cùng xem xét.

Chôn CO₂ ở đâu?

Các nhà địa chất đã xác định được nhiều tầng chứa có thể lưu trữ hàng nghìn tỷ tấn CO₂ được bơm ngầm trong lòng đất suốt hàng thế kỷ. Hiện tại, khoảng 51 megaton CO₂ được lưu trữ mỗi năm và các kế hoạch đã công bố sẽ mở rộng con số này gấp 7 lần trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, đóng góp của các hệ thống thu giữ trực tiếp từ không khí (DAC) hiện nay là rất nhỏ bé; gần như toàn bộ các dự án thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) ngày nay đều bơm ngầm CO₂ thu hồi từ quá trình khai thác hoặc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chứ không phải từ khí quyển. Dẫu vậy, hạ tầng bơm ngầm hiện có hoàn toàn có thể được sử dụng cho DAC khi công nghệ này được mở rộng quy mô và việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch dần suy giảm.

Khởi đầu chậm cho một nhiệm vụ khổng lồ

Để giữ mức ấm lên dưới 2°C, cần phải loại bỏ tổng cộng 525 đến 755 gigaton CO₂ khỏi khí quyển vào năm 2100, theo một nghiên cứu tổng quan năm 2018 do nhóm nghiên cứu quốc tế dẫn dắt bởi Viện Nghiên cứu Mercator về Toàn cầu chung và Biến đổi khí hậu. Con số này sẽ còn tăng nếu lượng phát thải toàn cầu không sớm bắt đầu giảm mạnh.

Trong giai đoạn 2019-2023, chỉ có 9 gigaton CO₂ được loại bỏ, trong đó 99,9% đến từ quản lý rừng.

Tất cả các phương pháp mới, như DAC, biochar và tăng cường phong hóa đá, chỉ loại bỏ được dưới 2 triệu tấn mỗi năm, theo báo cáo State of Carbon Dioxide Removal 2024. Điều này chỉ chiếm khoảng 0,004 gigaton CO₂ trong giai đoạn 2019-2023. Trong số đó, chỉ 0,00001 gigaton được loại bỏ nhờ DAC.

Mở rộng quy mô lên hàng gigaton mỗi năm

Các kịch bản của IPCC nhằm giới hạn mức ấm lên ở 2°C phụ thuộc vào việc DAC và các phương pháp loại bỏ carbon mới khác phải tăng tốc nhanh trong vài thập kỷ tới, đạt 6 đến 12 gigaton CO₂ mỗi năm vào cuối thế kỷ này đủ để bù đắp lượng khí thải nhà kính còn lại từ công nghiệp và nông nghiệp. Con số này còn nằm ngoài 2 đến 5 gigaton được loại bỏ hằng năm nhờ đất và rừng.

Tuy nhiên, các hệ thống thu giữ và bơm CO₂ lại tiêu tốn rất nhiều năng lượng, đến mức một số cơ sở DAC được cho là đã gặp khó khăn trong việc bù đắp chính dấu chân carbon của mình. Gần đây, các nhà nghiên cứu ở Ả Rập Xê Út ước tính rằng thế giới sẽ phải tạo thêm 4,4 terawatt điện và nhiệt không phát thải để duy trì khả năng loại bỏ 10 gigaton CO₂ mỗi năm bằng DAC - lớn hơn đáng kể so với toàn bộ lượng năng lượng sạch được tiêu thụ trong năm 2024.

Theo IEEE Spectrum