Biến đổi khí hậu là một thách thức toàn cầu. Nó đòi hỏi những giải pháp công nghệ tiên tiến. Trong bối cảnh đó, hệ thống thu giữ carbon[1] (CCS) nổi lên như một công cụ quan trọng. Đặc biệt, nó giúp giảm phát thải khí nhà kính. Đối với các kỹ sư môi trường, việc hiểu rõ công nghệ này là rất cần thiết. Nó mở ra nhiều cơ hội và trách nhiệm mới.
Việt Nam đã cam kết đạt mức phát thải ròng bằng 0 (Net-Zero) vào năm 2050. Để đạt được mục tiêu này, việc chuyển đổi năng lượng là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, quá trình này cần thời gian. Do đó, các công nghệ giảm phát thải như CCS đóng vai trò cầu nối. Chúng giúp duy trì an ninh năng lượng. Đồng thời, chúng giảm thiểu tác động môi trường.
Hệ thống thu giữ carbon là gì?
Hệ thống thu giữ carbon (CCS) là một tập hợp các công nghệ. Chúng được thiết kế để thu giữ khí CO2. Khí này thường phát thải từ các nguồn công nghiệp lớn. Ví dụ như nhà máy điện, nhà máy xi măng hoặc nhà máy thép. Sau khi thu giữ, CO2 được vận chuyển. Nó sau đó được lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất. Mục đích là ngăn chặn nó đi vào khí quyển.
Một khái niệm mở rộng hơn là CCUS[2] (Carbon Capture, Utilization, and Storage). CCUS không chỉ thu giữ và lưu trữ. Nó còn tìm cách sử dụng CO2 đã thu giữ. CO2 có thể được dùng trong các quy trình công nghiệp. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu hoặc hóa chất. Điều này tạo ra giá trị kinh tế. Đồng thời, nó giảm lượng khí thải carbon.
Các công nghệ thu giữ carbon chính
Có ba phương pháp chính để thu giữ carbon. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng. Chúng phù hợp với các loại nguồn phát thải khác nhau.
Thu giữ sau đốt
Đây là phương pháp phổ biến nhất. Nó thu giữ CO2 từ khí thải sau khi nhiên liệu đã được đốt. Khí thải đi qua một bộ hấp thụ. Tại đây, CO2 được tách ra khỏi các khí khác. Công nghệ thu giữ sau đốt[3] thường sử dụng dung môi hóa học. Dung môi này hấp thụ CO2. Sau đó, CO2 được giải phóng bằng cách tăng nhiệt độ. Phương pháp này có thể áp dụng cho các nhà máy điện hiện có.
Thu giữ trước đốt
Phương pháp này áp dụng cho các nhà máy điện tích hợp khí hóa. Nhiên liệu hóa thạch được chuyển hóa thành khí tổng hợp. Khí này chứa CO và H2. CO sau đó được chuyển hóa thành CO2 và H2. CO2 được tách ra trước khi đốt H2. H2 sạch được đốt để tạo ra điện. Phương pháp này hiệu quả hơn. Tuy nhiên, nó phức tạp hơn trong việc tích hợp.
Đốt bằng oxy
Trong phương pháp này, nhiên liệu được đốt bằng oxy tinh khiết. Nó không dùng không khí. Điều này tạo ra khí thải chủ yếu là CO2 và hơi nước. Hơi nước dễ dàng tách ra. Kết quả là dòng CO2 có độ tinh khiết cao. Dòng CO2 này rất phù hợp cho việc lưu trữ. Tuy nhiên, việc sản xuất oxy tinh khiết đòi hỏi nhiều năng lượng.
Gần đây, công nghệ hấp thụ rắn[4] đang được nghiên cứu. Nó hứa hẹn giảm năng lượng tiêu thụ. Mitsubishi Electric đang thử nghiệm một máy thu giữ CO2. Máy này sử dụng phương pháp hấp thụ rắn. Nó tách CO2 từ khí thải lò hơi. Phương pháp này không cần quá trình bay hơi. Do đó, nó giảm đáng kể năng lượng cần thiết. Công nghệ này có tiềm năng lớn cho hiệu quả năng lượng.
Vai trò của thu giữ carbon trong chiến lược năng lượng của Việt Nam
Việt Nam đang tích cực triển khai các giải pháp giảm phát thải. Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt kế hoạch. Kế hoạch này nhằm chuyển đổi từ than đá sang năng lượng sạch. Đến năm 2030, Việt Nam sẽ thí điểm hệ thống thu giữ carbon. Các nhà máy điện than cũ sẽ là nơi thí điểm. Kế hoạch này cũng xem xét ngừng hoạt động một số nhà máy than. Điều này sẽ xảy ra nếu không đạt được mục tiêu giảm phát thải.
Đến năm 2050, tất cả các nhà máy điện than sẽ phải chuyển đổi. Chúng sẽ sử dụng nhiên liệu sạch. Hoặc chúng sẽ tích hợp công nghệ thu giữ carbon. Mục tiêu cuối cùng là loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng than trong sản xuất điện. Điều này cho thấy tầm quan trọng của CCS. Nó là một phần không thể thiếu trong lộ trình Net-Zero của Việt Nam.
Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) cũng đang quan tâm đến công nghệ này. EVN đã thảo luận với Toshiba. Họ bàn về các dự án năng lượng mới. Trong đó có công nghệ thu giữ carbon cho nhà máy điện. Sự hợp tác này nhấn mạnh cam kết của EVN. Họ muốn đảm bảo hoạt động an toàn và bền vững. Đồng thời, họ muốn đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.
Ứng dụng và tiềm năng của CCUS tại Việt Nam
Ngoài việc giảm phát thải, CCUS còn có nhiều ứng dụng khác. Ngành dầu khí là một ví dụ điển hình. Nó là một trong những ngành tiêu thụ CO2 lớn nhất. CO2-EOR[5] (thu hồi dầu tăng cường bằng CO2) đã được áp dụng. Nó giúp cải thiện sản lượng dầu. Đặc biệt là ở các giai đoạn sau của mỏ dầu. Công nghệ này mang lại lợi ích kép. Nó vừa tăng cường sản xuất dầu. Đồng thời, nó lưu trữ CO2 dưới lòng đất.
Việt Nam có tiềm năng lớn cho CCUS. Đặc biệt là trong các mỏ dầu khí đã cạn kiệt. Các mỏ này có thể trở thành nơi lưu trữ CO2 an toàn. Ngoài ra, CO2 thu giữ có thể được sử dụng. Nó có thể dùng để sản xuất vật liệu xây dựng. Hoặc nó có thể dùng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp. Điều này tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn carbon. Nó giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Thách thức và triển vọng
Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc triển khai CCS/CCUS vẫn đối mặt với thách thức. Chi phí đầu tư ban đầu là một rào cản lớn. Công nghệ này đòi hỏi cơ sở hạ tầng phức tạp. Nó bao gồm hệ thống thu giữ, vận chuyển và lưu trữ. Ngoài ra, cần có khung pháp lý rõ ràng. Khung pháp lý này phải quản lý việc lưu trữ CO2 dài hạn.
Tuy nhiên, triển vọng của CCS/CCUS là rất sáng sủa. Với sự hỗ trợ của chính phủ và các đối tác quốc tế, Việt Nam có thể vượt qua các thách thức này. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ là rất quan trọng. Nó giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả. Các dự án thí điểm sẽ cung cấp kinh nghiệm quý báu. Chúng giúp mở rộng quy mô triển khai trong tương lai.
Các kỹ sư môi trường đóng vai trò trung tâm. Họ sẽ thiết kế, vận hành và giám sát các hệ thống này. Họ cũng sẽ đảm bảo tuân thủ các quy định môi trường. Việc phát triển trung tâm dữ liệu xanh bền vững cũng là một phần của nỗ lực này. Nó góp phần vào một tương lai xanh hơn.
Kết luận
Hệ thống thu giữ carbon là một công nghệ không thể thiếu. Nó giúp Việt Nam đạt được mục tiêu Net-Zero vào năm 2050. Mặc dù còn nhiều thách thức, tiềm năng của CCS/CCUS là rất lớn. Nó mang lại lợi ích kinh tế và môi trường. Với sự đầu tư vào nghiên cứu, phát triển và hợp tác quốc tế, Việt Nam có thể xây dựng một tương lai năng lượng bền vững. Các kỹ sư môi trường sẽ là những người tiên phong trong hành trình này.
Thông Tin Thêm
- Hệ thống thu giữ carbon (CCS): Công nghệ thu giữ khí CO2 từ các nguồn phát thải công nghiệp lớn, sau đó vận chuyển và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất để ngăn chặn phát thải vào khí quyển.
- CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage): Khái niệm mở rộng của CCS, bao gồm cả việc thu giữ, vận chuyển, lưu trữ CO2 và sử dụng CO2 đã thu giữ trong các quy trình công nghiệp hoặc để sản xuất sản phẩm.
- Thu giữ sau đốt (Post-combustion capture): Phương pháp thu giữ CO2 từ khí thải sau khi nhiên liệu đã được đốt cháy, thường sử dụng dung môi hóa học để hấp thụ CO2.
- Hấp thụ rắn (Solid adsorption): Một phương pháp thu giữ CO2 sử dụng vật liệu rắn có khả năng hấp thụ CO2. Phương pháp này thường ít tiêu tốn năng lượng hơn so với hấp thụ lỏng truyền thống.
- CO2-EOR (Enhanced Oil Recovery using CO2): Kỹ thuật thu hồi dầu tăng cường bằng cách bơm CO2 vào các mỏ dầu để giảm độ nhớt của dầu và tăng áp suất, giúp đẩy dầu ra khỏi mỏ, đồng thời lưu trữ CO2 dưới lòng đất.