Thu giữ và lưu trữ CO2 - Chìa khóa hướng tới Net Zero

Nóng lên cuộc tranh luận về công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ CO2

Trong hơn một thế kỉ vừa qua, các ngành công nghiệp và mỗi hành động sinh hoạt của con người đã liên tục đổ vào bầu khí quyển các loại khí nhà kính. Phát thải có thể đến từ chính sinh hoạt hàng ngày của con người và các ngành công nghiệp. Cụ thể, 40 tỷ tấn là lượng CO₂ nhân loại thải ra mỗi năm.

Công nghệ "Thu hồi, Sử dụng và Lưu trữ Carbon" (CCUS) dùng để hút lượng khí CO₂ dư thừa ra khỏi bầu khí quyển - để biến nó thành nhiên liệu sản xuất và thậm chí là chôn sâu dưới lòng đất. Các công nghệ CCUS có vai trò quan trọng trong việc xử lý khí thải ở các ngành công nghiệp nặng. Một số quy trình sản xuất như xi măng, hóa chất - phát thải CO₂ từ chính phản ứng hóa học - nên không thể giải quyết hoàn toàn bằng điện tái tạo. Các công nghệ CCUS có thể loại bỏ khí CO₂ khỏi khí quyển bằng cách kết hợp với năng lượng sinh học hoặc công nghệ thu hồi trực tiếp từ không khí..

Nhật Bản thúc đẩy thu giữ và lưu trữ khí CO2

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2025, toàn thế giới mới có khoảng hơn 50 triệu tấn CO2 được thu giữ và lưu trữ. Nếu các dự án trong kế hoạch được triển khai đúng tiến độ, công suất thu giữ có thể đạt khoảng 430 triệu tấn/năm vào năm 2030. Còn công suất lưu trữ có thể lên tới 670 triệu tấn/năm.

Theo phân tích của Market Research Future, quy mô thị trường Thu hồi, Sử dụng và Lưu trữ Carbon (CCUS) dự kiến sẽ tăng trưởng từ 8,8 tỷ USD năm 2025 lên 30 tỷ USD vào năm 2035, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm.

Nhật Bản là một trong những nước có lịch sử phát triển các công nghệ Thu hồi và Lưu trữ Carbon lâu đời nhất ở châu Á. Quốc gia này đặt mục tiêu lưu trữ từ 6-12 triệu tấn CO2/năm vào năm 2030 và nâng lên thành 120 triệu tấn CO2/năm vào năm 2050. Để đạt mục tiêu này, Chính phủ Nhật Bản sẽ đầu tư công hơn 25 tỷ USD trong vòng 10 năm tới để phát triển các công nghệ mới.

Direct Air Capture là công nghệ thu trực tiếp trực tiếp CO2 từ không khí. Nhà máy này có thể thu tới 500 kg mỗi ngày. Một phần của lượng CO2 được sử dụng để tạo ra khí Metan. Quạt hút không khí đi qua vật liệu hấp thụ, CO2 bị giữ lại, sau đó hệ thống dùng nhiệt, áp suất để tách CO2 ra thành dòng khí CO2 đậm đặc. Vật liệu hấp thụ rắn dạng cấu trúc như dạng tổ ong, để cho lượng lớn không khí đi qua nhưng giảm tổn thất về áp suất và giảm năng lượng tiêu thụ của thiết bị

Ông Hiroshi Nishimura - Chuyên gia điều khiển hệ thống DAC cho biết: "Lượng CO2 ở trong không khí có thể ở mức thấp khoảng 400 ppm. Để thu và tách lượng nhỏ Carbon như vậy cũng vô cùng khó khăn, tuy nhiên đây là công nghệ có giá trị cao. Ngoài ra, tạo khí Metan từ CO2 cũng là một kỹ thuật khó. Thách thức của chúng tôi làm thế nào để sản xuất hiệu quả và với chi phí thấp".

Hệ thống thu, tách và lưu trữ khí CO2 có tên là CCS này trị giá 18 tỷ Yen (112 triệu USD), được hỗ trợ chủ yếu từ ngân sách của Chính phủ. Mỗi ngày, trên 500 tấn CO2 của nhà máy nhiệt điện đã được thu lại và không thải ra môi trường.

Ông Hideo Kitamura - Điều hành nhóm nghiên cứu và phát triển hệ thống CCS chia sẻ: "Phương pháp thu và lưu trữ khí CO2 (CCS) không chỉ áp dụng đối với khí thải từ các nhà máy nhiệt điện, mà cả các lĩnh vực liên quan đến khí đốt tự nhiên. Chúng tôi dự định mở rộng phương pháp này đối với khí thải từ lĩnh vực sản xuất như trong sản xuất thép hay sản xuất xi măng".

Dự án thu giữ và lưu trữ khí Carbon dioxide ngoài khơi Tomakomai, Hokkaido được Chính phủ Nhật Bản hỗ trợ toàn bộ trong giai đoạn thử nghiệm. Nhưng dự kiến bắt đầu thương mại hóa, khởi động kinh doanh vào khoảng năm tài khóa 2030. CO2 được bơm vào các lớp đá xốp như các tầng chứa nước ngầm, các mỏ dầu, khí tự nhiên. Khí được bơm vào sẽ không thể di chuyển lên trên nhờ có các lớp đá dày và không thấm (gọi là lớp Caprock).

Ông Yoshihiro Sawada - Trung tâm thực nghiệm CCS Tomakomai, Hokkaido nêu ý kiến: "Thách thức lớn nhất với chúng tôi là vận hành hệ thống CCS này an toàn và giám sát cũng rất quan trọng. Chúng tôi phải giám sát khi bơm CO2 xuống lòng đất và phải biết chính xác CO2 đã được bơm xuống an toàn. Thực chất đó là một hệ thống công nghệ giám sát. Ngoài ra, trong quá trình lưu trữ CO2, việc đảm bảo an toàn cũng rất quan trọng".

Lần đầu tiên trên thế giới một dự án bơm khí CO2 xuống lòng đất dưới đáy biển ở độ sâu khoảng 1.000 m với khối lượng là 300.000 tấn, đến nay quá trình bơm đã kết thúc, nhưng các nhà khoa học vẫn tiếp tục đánh giá tác động đến môi trường trong quá trình lưu trữ CO2 dưới lòng biển.

Vào tháng 5, Chính phủ Nhật Bản đã thực thi đầy đủ một luật kinh doanh bao gồm hệ thống cấp phép cho việc khoan thăm dò và lưu trữ các tầng địa chất có khả năng chứa CO2. Mục tiêu là thương mại hóa công nghệ này vào năm 2030 và xa hơn nữa là xuất khẩu công nghệ.

Cuộc đua xây dựng hạ tầng thu giữ và lưu trữ CO2

Nhật Bản nói riêng và toàn bộ khu vực châu Á - Thái Bình Dương đang nổi lên là một thị trường lưu trữ CO2 tăng trưởng nhanh nhất, được thúc đẩy bởi quá trình công nghiệp hóa - đòi hỏi nhu cầu năng lượng ngày càng cao. Đầu tư vào công nghệ thu giữ và lưu trữ CO2 tại khu vực này dự kiến đạt 622 tỷ USD vào năm 2050. Và ngay từ lúc này, thế giới không chỉ chứng kiến cuộc đua xây dựng hạ tầng trí tuệ nhân tạo AI, mà một cuộc đua nữa cũng đang diễn ra. Đó là xây dựng hạ tầng lưu trữ Carbon.

Trung Quốc mới đây đã đưa vào hoạt động Dự án thu giữ, sử dụng và lưu trữ CO2 trên biển, phía ngoài cửa sông Châu Giang, miền Nam Trung Quốc. Quy trình vận hành bao gồm thu giữ CO2 từ khai thác dầu, nén khí thành trạng thái siêu tới hạn, rồi bơm ngược trở lại vào các bể chứa dầu ngầm dưới lòng đất. Lượng CO2 được bơm vào sẽ hòa trộn với lượng dầu còn lại, làm giảm độ nhớt và làm giãn nở thể tích của dầu, giúp tăng cường thu hồi dầu thô và lưu trữ CO2 vĩnh viễn.

Tại Australia, nhà máy lọc Carbon đầu tiên của nước vừa được khai trương ngày 17 tháng 6 vừa qua, thu hồi khí CO2 từ các hoạt động của tập đoàn sản xuất thuốc nổ Orica. Từ đó chuyển hóa nó thành nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp.

Ông Marcus Dawe - Giám đốc điều hành MCI Carbon nhận định: "Chúng tôi đang loại bỏ khí thải CO2 bằng cách chuyển chúng thành các vật liệu rắn để sử dụng trong nền kinh tế tuần hoàn. Chúng được sử dụng trong xi măng và bê tông, trong tấm thạch cao, trong thủy tinh, giấy và nhiều mặt hàng sản xuất khác... Chúng tôi có thể áp dụng một cơ sở như thế này và đặt nó ở bất kỳ nơi nào trên thế giới có lượng phát thải công nghiệp. Chẳng hạn như trong ngành thép và xi măng, những lĩnh vực khó giảm phát thải. Và điều này sẽ giúp họ khử Carbon trong khi vẫn tạo ra lợi nhuận".

Chính phủ Australia kì vọng, các nhà máy như thế này sẽ giúp làm giảm tổng lượng phát thải CO2 - hiện là khoảng 400 triệu tấn mỗi năm.

Trong khi đó, châu Âu dẫn đầu về hạ tầng vận chuyển - lưu trữ xuyên biên giới, tiêu biểu là dự án Northern Lights của Na Uy. Dự án này đã được Chính phủ Na Uy phê duyệt nâng công suất lưu trữ lên tối thiểu 5 triệu tấn CO2/năm và đã nhận chứng nhận lưu trữ Carbon đầu tiên vào tháng 12/2025 sau khi CO2 được bơm thành công vào bể chứa Aurora ngoài khơi.

Vì sao vẫn có những quan ngại về công nghệ lưu trữ CO2?

Các mục tiêu khí hậu mạnh mẽ đang tiếp thêm động lực mới cho các công nghệ thu giữ và lưu trữ Carbon. Đầu tư vào lĩnh vực này đã tăng hơn 15 lần trong 5 năm qua, vượt 5 tỷ USD trong năm ngoái. Trong hai năm qua, hơn 30 dự án đã đạt quyết định đầu tư cuối cùng.

Tuy vậy, vẫn có những lo lắng về các công nghệ này. Thứ nhất là chi phí quá cao. Theo IEA, chi phí thu giữ Carbon dao động từ 15-25 USD/tấn CO2 ở các nguồn dễ thu giữ và trên 120 USD/tấn CO2 ở các nguồn khó thu giữ. Chi phí này khiến nhiều dự án không thể tự đứng vững nếu không có hỗ trợ của Chính phủ.

Thứ hai là rủi ro chính sách và pháp lý. Tại Mỹ, các thay đổi chính sách đột ngột đang tạo ra rào cản lớn đối với ngành năng lượng.

Và cuối cùng là lo ngại rò rỉ khí CO2. Mặc dù các chuyên gia cho rằng nguy cơ thấp nếu lựa chọn đúng cấu trúc địa chất, nhưng nhiều cộng đồng vẫn lo ngại.

Bất chấp những quan ngại trên, số lượng dự án thu giữ, sử dụng và tích trữ CCUS trên toàn cầu tiếp tục tăng mạnh nhờ các chính sách hỗ trợ, đầu tư tư nhân và nhu cầu khử Carbon công nghiệp tăng vọt. Đây hứa hẹn sẽ là một lĩnh vực xuất khẩu công nghệ mà một số nước như Mỹ, Nhật Bản và nhất là Trung Quốc đang đẩy mạnh để "đi tắt đón đầu".