Trong hành trình toàn cầu hướng đến mục tiêu Net Zero 2050, câu hỏi CCS là gì đang trở thành tâm điểm của các cuộc thảo luận về chính sách năng lượng và môi trường. Công nghệ thu hồi và lưu giữ carbon (Carbon Capture and Storage – CCS) được xem là một trong những giải pháp then chốt để khử carbon cho các ngành công nghiệp nặng.
Bài viết này sẽ giải thích chi tiết CCS là gì, 3 bước hoạt động cốt lõi, vai trò trong chiến lược giảm phát thải và tình hình triển khai trên toàn thế giới.
CCS là gì?
CCS (viết tắt của Carbon Capture and Storage) là một bộ công nghệ được thiết kế để thu giữ khí carbon dioxide (CO2) từ các nguồn phát thải lớn như nhà máy điện, nhà máy xi măng, thép, sau đó vận chuyển và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất, ngăn không cho chúng thoát ra khí quyển.
Mục đích chính của công nghệ thu hồi carbon là giảm thiểu tác động của khí nhà kính từ các hoạt động công nghiệp không thể loại bỏ hoàn toàn trong ngắn hạn.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), CCS là một trụ cột quan trọng, không thể thiếu bên cạnh việc nâng cao hiệu suất năng lượng và phát triển năng lượng tái tạo, giúp thế giới đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net Zero) vào năm 2050.
» Đọc thêm : Năng lượng tái tạo là gì? Lợi ích & xu hướng tương lai
3 bước hoạt động của công nghệ CCS
Quy trình hoạt động của công nghệ lưu giữ carbon bao gồm ba giai đoạn chính, mỗi giai đoạn đều đòi hỏi kỹ thuật và công nghệ chuyên biệt.
Bước 1 – Thu giữ CO2 (Carbon Capture)
Đây là bước đầu tiên và phức tạp nhất, nhằm mục đích tách CO2 ra khỏi các khí khác trong dòng khí thải công nghiệp. CO2 có thể được thu giữ từ các nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch, nhà máy sản xuất xi măng, thép hoặc nhà máy sản xuất hydro. Có ba phương pháp thu giữ chính:
- Thu giữ CO2 sau đốt (Post-combustion capture): Đây là phương pháp phổ biến nhất. Khí thải sau khi đốt nhiên liệu sẽ được cho đi qua một dung môi hóa học có khả năng hấp thụ CO2. Sau đó, dung môi này được đun nóng để giải phóng CO2 gần như tinh khiết. Công nghệ này có thể loại bỏ hơn 90% CO2 từ khí thải.
- Thu giữ CO2 trước đốt (Pre-combustion capture): Nhiên liệu (như than hoặc khí) được xử lý trước khi đốt để chuyển hóa thành một hỗn hợp khí gọi là “syngas”, chủ yếu gồm hydro và CO2. CO2 sau đó được tách ra khỏi hỗn hợp này, còn lại hydro được sử dụng làm nhiên liệu sạch để đốt.
- Thu giữ bằng oxy tinh khiết (Oxyfuel combustion): Nhiên liệu được đốt trong môi trường gần như oxy tinh khiết thay vì không khí thông thường. Quá trình này tạo ra dòng khí thải gần như chỉ chứa CO2 và hơi nước, giúp việc thu giữ khí thải CO2 trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
Bước 2 – Vận chuyển CO2 (Transportation)
Sau khi được thu giữ, CO2 được nén lại thành dạng lỏng 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): Là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất cho việc vận chuyển khối lượng lớn CO2 trên đất liền hoặc ngoài khơi.
- Tàu thủy: Sử dụng cho các quãng đường dài, đặc biệt là vận chuyển giữa các quốc gia không có kết nối đường ống.
- Ô tô tải và tàu hỏa: Phù hợp cho việc vận chuyển khối lượng nhỏ hoặc trong giai đoạn đầu của dự án.
Bước 3 – Lưu trữ CO2 (Storage/Sequestration)
Đây là bước cuối cùng, CO2 lỏng được bơm sâu xuống lòng đất để lưu trữ carbon dioxide vĩnh viễn. Để đảm bảo an toàn và ngăn ngừa rò rỉ, CO2 phải được lưu trữ ở độ sâu tối thiểu 1km dưới lòng đất, nơi áp suất và nhiệt độ cao sẽ giữ nó ở trạng thái siêu tới hạn (trạng thái giữa lỏng và khí). Các địa điểm lưu trữ phù hợp bao gồm:
- Tầng chứa nước mặn sâu (Saline aquifers): Đây là các lớp đá rỗng ngầm chứa nước mặn không thể sử dụng cho sinh hoạt hoặc nông nghiệp, có tiềm năng lưu trữ lớn nhất.
- Mỏ dầu khí đã khai thác kiệt (Depleted oil/gas reservoirs): Tận dụng các cấu trúc địa chất đã được chứng minh là có khả năng giữ dầu khí trong hàng triệu năm, đồng thời tái sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn.
- Các lớp địa chất khác: Bao gồm các vỉa than không thể khai thác hoặc các hang muối dưới lòng đất.
» Đọc thêm : Tuabin gió là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin gió
CCUS là gì? Phân biệt CCS và CCUS
Bên cạnh CCS, bạn có thể thường nghe đến thuật ngữ CCUS. Vậy CCUS là gì và nó khác gì so với CCS?
Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS)
CCUS là viết tắt của Carbon Capture, Utilization, and Storage. Điểm khác biệt cốt lõi giữa CCS và CCUS nằm ở chữ “U” – Utilization (Sử dụng). Thay vì chỉ lưu trữ, công nghệ CCUS mở ra hướng tái sử dụng CO2 đã thu giữ như một nguồn nguyên liệu cho các quy trình công nghiệp khác.
Các ứng dụng của CO2 đã thu giữ
- Enhanced Oil Recovery (EOR): Đây là ứng dụng phổ biến nhất của CCUS hiện nay. CO2 được bơm vào các mỏ dầu đang cạn kiệt để làm giảm độ nhớt của dầu, giúp đẩy lượng dầu còn lại lên bề mặt và tăng sản lượng khai thác. Một phần CO2 sẽ được lưu trữ vĩnh viễn trong mỏ dầu.
- Sản xuất nhiên liệu sinh học (BECCS): Kết hợp với năng lượng sinh khối để tạo ra nhiên liệu có dấu chân carbon âm.
- Sản xuất vật liệu: CO2 có thể được chuyển đổi thành các sản phẩm có giá trị như nhựa, polymer hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuất bê tông, giúp khóa carbon vào vật liệu xây dựng.
Phương pháp loại bỏ CO2 khỏi khí quyển (CDR)
Ngoài việc thu giữ CO2 tại nguồn, các công nghệ còn hướng đến việc loại bỏ CO2 đã có sẵn trong khí quyển (Carbon Dioxide Removal – CDR).
Direct Air Capture (DAC)
Công nghệ thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí (DAC) sử dụng các quạt lớn để hút không khí qua các bộ lọc hóa học có khả năng giữ lại CO2. Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn nhưng hiện tại chi phí vẫn còn rất cao và tiêu tốn nhiều năng lượng.
Bioenergy with CCS (BECCS)
BECCS là sự kết hợp giữa việc sử dụng sinh khối (thực vật) để tạo ra năng lượng và thu giữ lượng CO2 phát sinh từ quá trình này. Vì thực vật hấp thụ CO2 trong quá trình phát triển, việc đốt chúng để lấy năng lượng và sau đó chôn lượng CO2 này được coi là một phương pháp tạo ra “phát thải âm”.
» Đọc thêm : Báo giá chi phí lắp điện năng lượng mặt trời mới nhất
Vai trò của CCS trong lộ trình Net Zero 2050
Động lực thứ ba cho hành trình Net Zero
Theo IEA và IPCC (Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu), CCS được xem là động lực quan trọng thứ ba trong hành trình đạt Net Zero, chỉ sau việc cải thiện hiệu suất năng lượng và sử dụng năng lượng tái tạo. Nó không phải là giải pháp thay thế, mà là công cụ bổ trợ không thể thiếu.
Dự báo phát triển CCS đến 2050
IEA dự báo, để đạt được mục tiêu Net Zero, công suất thu giữ CO2 toàn cầu cần tăng một cách đột phá:
- 2020: 40 triệu tấn CO2/năm.
- 2030: 1,6 tỷ tấn CO2/năm.
- 2050: 7,6 tỷ tấn CO2/năm. Trong đó, khoảng 95% lượng CO2 thu được sẽ được lưu trữ vĩnh viễn và 5% còn lại sẽ được tái sử dụng.
CCS trong các ngành công nghiệp khó giảm phát thải
Đối với các ngành như sản xuất xi măng, thép và hóa chất, nơi CO2 được sinh ra từ chính các phản ứng hóa học chứ không chỉ từ việc đốt nhiên liệu, CCS hiện là giải pháp khả thi duy nhất để khử carbon trên quy mô lớn.
Tình hình triển khai CCS trên thế giới
Thống kê dự án CCS toàn cầu
Theo Viện CCS Toàn cầu (Global CCS Institute), tính đến năm 2022, có tổng cộng 194 dự án CCS trên toàn thế giới, tăng 44% so với năm 2021.
- 30 dự án đang vận hành.
- 11 dự án đang xây dựng.
- 153 dự án đang trong giai đoạn phát triển. Tổng công suất thu giữ của các dự án đang phát triển là 244 triệu tấn CO2 mỗi năm.
Phân bố dự án CCS theo khu vực
- Châu Mỹ: Dẫn đầu với 94 dự án (trong đó 80 dự án ở Mỹ).
- Châu Âu: 73 dự án (trong đó 27 dự án ở Anh).
- Châu Á – Thái Bình Dương: 21 dự án.
- Trung Đông: 6 dự án.
Các dự án CCS tiêu biểu
- Hoa Kỳ: Tiên phong với dự án đầu tiên từ năm 1972. Dự án Petra Nova ở Texas có khả năng thu giữ hơn 1 triệu tấn CO2/năm.
- Na Uy: Dự án Sleipner Field ở Biển Bắc đã hoạt động an toàn từ năm 1996.
- Đan Mạch: Dự án Greensand (khởi động tháng 3/2023) là dự án đầu tiên trên thế giới cho phép chôn lấp CO2 nhập khẩu từ các quốc gia khác.
Chính sách hỗ trợ CCS trên toàn cầu
Sự phát triển của CCS phụ thuộc rất lớn vào các chính sách hỗ trợ từ chính phủ.
- Hỗ trợ không hoàn lại: Các quỹ đầu tư cơ sở hạ tầng như Innovation Fund của EU.
- Trợ cấp hoạt động: Các chính sách tín dụng thuế như 45Q của Mỹ, trả tiền cho doanh nghiệp dựa trên mỗi tấn CO2 họ thu giữ và lưu trữ.
- Định giá carbon: Các hệ thống mua bán phát thải (ETS) như của EU tạo ra động lực tài chính cho việc giảm phát thải.
» Đọc thêm : Chi phí lắp điện mặt trời 5KW hòa lưới/bám tải
Thách thức và hạn chế của công nghệ CCS
Thách thức về chi phí
Chi phí vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành cho các dự án CCS vẫn còn rất cao, là rào cản lớn nhất đối với việc triển khai rộng rãi.
“Energy penalty” – Tiêu hao năng lượng
Quá trình thu giữ và nén CO2 đòi hỏi một lượng năng lượng đáng kể, làm giảm hiệu suất ròng của nhà máy.
Hạn chế về địa lý
Không phải quốc gia nào cũng có cấu trúc địa chất phù hợp để lưu trữ CO2 an toàn và lâu dài.
Rủi ro rò rỉ và an toàn dài hạn
Mặc dù rủi ro được đánh giá là rất thấp, nhưng các mối lo ngại về khả năng rò rỉ CO2 và tác động lâu dài đến môi trường vẫn tồn tại, đòi hỏi quy trình giám sát nghiêm ngặt.
Quan điểm khác nhau về vai trò của CCS
Nhiều tổ chức môi trường cảnh báo rằng việc quá phụ thuộc vào CCS có thể làm chậm quá trình chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch. Họ cho rằng CCS chỉ nên là giải pháp bắc cầu, không phải là giải pháp thay thế cho việc phát triển năng lượng tái tạo.
CCS có an toàn không?
Đánh giá từ các tổ chức uy tín
Global CCS Institute khẳng định CCS là “một công nghệ đã được chứng minh và an toàn”. Ngành công nghiệp này đã hoạt động an toàn trong hơn 45 năm, và tất cả các thành phần của nó (thu giữ, vận chuyển, bơm) đều là những công nghệ đã được kiểm nghiệm trong các ngành công nghiệp khác.
Các biện pháp đảm bảo an toàn
An toàn được đảm bảo thông qua việc lựa chọn địa điểm lưu trữ cẩn thận, đánh giá địa chất kỹ lưỡng, giám sát liên tục bằng các cảm biến và tuân thủ các tiêu chuẩn vận hành nghiêm ngặt.
Tương lai của CCS và vai trò trong bức tranh giảm phát thải
CCS trong chiến lược Net Zero
CCS không phải là “viên đạn bạc” giải quyết mọi vấn đề, nhưng nó là một phần không thể thiếu trong bộ công cụ tổng thể để chống lại biến đổi khí hậu. Nó đóng vai trò bổ trợ quan trọng cho năng lượng tái tạo, đặc biệt trong việc khử carbon cho các ngành công nghiệp nặng.
Triển vọng phát triển công nghệ
Trong tương lai, các nỗ lực nghiên cứu và phát triển sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất thu giữ, giảm chi phí vận hành và tích hợp CCS với các công nghệ mới như sản xuất hydro xanh.
Kết luận về vai trò của CCS
Công nghệ thu hồi carbon là một giải pháp cần thiết nhưng không phải là đủ. Để đạt được mục tiêu Net Zero, thế giới cần một cách tiếp cận toàn diện, kết hợp CCS với các động lực chính là hiệu suất năng lượng, điện hóa và sự bùng nổ của năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió.
Hãy liên hệ ngay với Cánh Đồng Nắng Solar để được khảo sát miễn phí và nhận báo giá chi tiết, cạnh tranh nhất thị trường!
CÔNG TY CỔ PHẦN CÁNH ĐỒNG NẮNG SOLAR
📍 Trụ sở: Số 3 Nguyễn Cơ Thạch, Khu đô thị Sala, P. An Lợi Đông, TP. Thủ Đức
📞 Hotline: 0908.308.799
📩 Email: canhdongnangsolar@gmail.com
🌐 Website: canhdongnangsolar.com
🌐 Facebook: https://www.facebook.com/canhdongnangsolar
