Thách thức quản lý cac bon

Công nghiệp khử cacbon để đối phó với biến đổi khí hậu là một vấn đề cực kỳ phức tạp cần tất cả các bên liên quan phối hợp với nhau

Việc nói rằng hành tinh của chúng ta phải đối mặt với tình trạng khẩn cấp về khí hậu là điều hiển nhiên. Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), một cơ quan của Liên hợp quốc, đã đưa ra cảnh báo nghiêm trọng trong báo cáo được công bố gần đây. “Nhiệt độ bề mặt toàn cầu sẽ tiếp tục tăng cho đến ít nhất là giữa thế kỷ này theo tất cả các kịch bản phát thải được xem xét. Báo cáo cho biết trong đánh giá tóm tắt dành cho các nhà hoạch định chính sách, hiện tượng nóng lên toàn cầu 1,5°C và 2°C sẽ bị vượt quá trong thế kỷ 21 trừ khi lượng khí cac bon di oxit (CO2) và các khí thải gây hiệu ứng nhà kính khác giảm sâu trong những thập kỷ tới.

Là một phần của Hiệp ước Khí hậu Paris, hầu hết các quốc gia đã đồng ý hạn chế mức tăng nhiệt độ toàn cầu xuống dưới 2°C và theo đuổi các chính sách để hạn chế mức tăng này xuống 1,5°C. Điều này đã được tái khẳng định trong Hội nghị cấp cao COP26 tổ chức tại Glasgow vào tháng 11 năm ngoái. Để đạt được mục tiêu này, tất cả các quốc gia đã cam kết giảm lượng khí thải carbon của họ. Điều này phải được thực hiện thông qua một hệ thống Các khoản đóng góp do Quốc gia xác định (NDCs).

Một tỷ lệ đáng kể trong số các cam kết đáp ứng các mục tiêu NDC có liên quan đến Năng lượng xanh. Đó cũng là khía cạnh mà nhìn chung các phương tiện truyền thông thường hướng đến. Trong khi Năng lượng xanh là một thành phần nội tại và quan trọng của quá trình hạn chế phát thải cac bon, thì một yếu tố quan trọng khác là quá trình khử cac bon trong ngành công nghiệp.

Nếu các nền kinh tế lớn như Mỹ, Liên minh châu Âu (EU), Trung Quốc và Ấn Độ phải đạt được mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050-2060, thì công nghiệp khử cac bon phải được ưu tiên.

Tuy nhiên, điều này nói dễ hơn làm. Những thách thức do quá trình khử cac bon gây ra rất đa dạng và không có câu trả lời dễ dàng.

Do đó, những nỗ lực nhằm khử cac bon trong ngành công nghiệp cần phải dựa vào một số trụ cột. Đầu tiên là tìm các nguồn năng lượng thay thế không có cac bon hoặc cac bon thấp và đủ tốt để tạo ra nhiệt lượng và năng lượng cần thiết cho sản xuất công nghiệp. Thứ hai là sự di chuyển, bất cứ khi nào có thể, đến các quy trình không sử dụng cac bon hoặc quy trình nâng cấp có thể sử dụng năng lượng cac bon thấp. Trụ cột thứ ba, nơi không thể tránh khỏi việc phát thải CO2 - ít nhất là dựa trên công nghệ hiện có - là Thu giữ và Sử dụng hoặc Lưu trữ cac bon di oxit (CCUS). Lựa chọn cuối cùng, là tạo ra sự bù đắp cac bon bằng cách trồng và phát triển cây xanh.

Chúng ta hãy xem xét từng trụ cột này và những thách thức về chính sách và công nghệ mà chúng đặt ra.

Nguồn năng lượng sạch/cac bon thấp

Cùng với chiến lược tái tạo như năng lượng mặt trời và gió, có nhiều lĩnh vực mới đang nổi lên sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định hình tương lai. Hai lĩnh vực chính là hydro và năng lượng gió ngoài khơi & công nghệ năng lượng mới.

Lựa chọn mang lại nhiều hứa hẹn nhất là Hydro xanh có thể là một nguồn nhiệt tuyệt vời không chứa khí nhà kính khi bị đốt cháy. Có một sự trùng hợp thú vị khi chuyển sang Hydro xanh. Yếu tố này đã có một loạt các ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. Hầu hết hydro được sản xuất ngày nay là bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, hiện nay, 6% lượng khí đốt tự nhiên toàn cầu và 2% lượng than toàn cầu được chuyển sang sản xuất hydro.

Tuy nhiên, tồn tại một phương pháp thay thế để sản xuất hydro - bằng cách điện phân nước tách nó thành hydro và oxy. Trong khi điện phân cần điện, nếu nguồn điện từ các nguồn tái tạo được sử dụng cho quá trình này, thì Hydrogen xanh tạo ra có thể đưa ra câu trả lời cho một vấn đề dường như khó chữa.

Điện phân là một công nghệ tương đối hoàn thiện, mặc dù hiện nay đắt tiền. Rất có thể khi các ngành công nghiệp và chính phủ chuyển sang giai đoạn khử cac bon và nền kinh tế quy mô phát triển, nó có thể trở nên khả thi hơn về mặt thương mại.

Một nguồn năng lượng sạch hơn có thể có là amoniac. Hiện nay, công dụng chính của amoniac là trong sản xuất phân bón, urê. Tuy nhiên, nó có mật độ năng lượng cao là 3kWh mỗi lít. Điểm hay đó là cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ toàn cầu đã tồn tại cho khí đốt, và do đó, nó có thể tạo thành nền tảng của một giải pháp lưu trữ và phân phối năng lượng tái tạo mới, tích hợp trên toàn thế giới. Mặt khác, các quy trình sản xuất amoniac hiện nay đòi hỏi một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch, chiếm gần 2% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu.

Các nỗ lực đang được thực hiện để thu giữ, sử dụng và lưu trữ CO2 thải ra trong quá trình này - nhiều hơn nữa về điều này sau này - dẫn đến việc sản xuất cái gọi là 'Amoniac Xanh'. Năm ngoái, Ả Rập Xê Út đã vận chuyển 40 tấn Amoniac Xanh đến Nhật Bản để đốt trong một nhà máy điện để sản xuất điện.

Công nghệ năng lượng mới

Nhiều quốc gia đang có kế hoạch nâng cao năng lực và sử dụng các công nghệ năng lượng mới và ngoài khơi thông qua các cánh đồng điện gió nổi ở ngoài khơi; lắp đặt năng lượng sóng và thủy triều đại dương; lắp đặt quang điện nổi; việc sử dụng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học.

Quy trình hóa học cac bon thấp

Trong một số ngành công nghiệp, nơi cac bon được sử dụng như một chất khử - ví dụ như thép - đang được đầu tư để cải thiện các quy trình hiện có hoặc đổi mới các quy trình cac bon thấp.

Có một số sáng kiến khử cac bon có thể được thực hiện trong ngành thép, đặc biệt là ở khu vực Lò cao (BF), một trong những quy trình sử dụng nhiều năng lượng chính. Ba trong số chúng đang được khám phá là: a) Tối ưu hóa hỗn hợp quặng BF bằng cách tối đa hóa hàm lượng sắt trong nguyên liệu thô để giảm việc sử dụng than 2) Tăng cường sử dụng nhiên liệu phun thông qua, ví dụ, phun than nghiền (PCI), khí tự nhiên hoặc thậm chí hydro, và 3) sử dụng khí lò coke trong BF làm nguồn năng lượng.

Kết quả ban đầu trong việc sử dụng Hydro xanh để khử trực tiếp sắt trong lò cao cho thấy tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính từ 18-38%. Tương tự như vậy, các chuyên gia về nhôm là Alcoa và Rio Tinto đã hợp tác để phát triển quy trình nấu chảy nhôm không chứa cac bon, thay thế anode cac bon truyền thống bằng gốm sứ, loại bỏ khí thải CO2.

Mặc dù các quy trình sản xuất mới như vậy có thể góp phần giảm phát thải khí nhà kính, nhưng thực tế vẫn là quá trình hóa học vẫn như vậy, việc phát thải CO2 dường như là không thể tránh khỏi trong tương lai gần. Điều này chắc chắn sẽ đưa chúng ta đến trụ cột tiếp theo của ngành công nghiệp khử cac bon - CCUS.

Thu giữ carbon

CCUS đề cập đến việc thu giữ khí thải CO2 và lưu trữ chúng trong các thành tạo địa chất sâu. Cac bon di oxit thu được cũng có thể được sử dụng để tăng cường thu hồi dầu thô bằng cách bơm nó vào các giếng dầu. Điều này có vẻ hơi lạc hậu, nhưng dữ liệu cho thấy rằng, ít nhất là cho đến khi các công nghệ thay thế liên quan đến Hydro xanh hoặc những thay đổi trong quy trình trở nên hoàn thiện, CCUS hiện là cách hiệu quả nhất về chi phí để giúp ngành công nghiệp khử cac bon.

Ví dụ, Amoniac Xanh được vận chuyển từ Ả Rập Saudi đến Nhật Bản, là kết quả của việc thu giữ và sử dụng CO2.

Chương trình bù đắp cac bon

Mệnh lệnh của Chính phủ

Với sự phức tạp của các thách thức trong quá trình khử cac bon, ngày càng có nhiều điều hiển nhiên rằng đây là một vấn đề không thể chỉ riêng ngành công nghiệp giải quyết. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này nhất thiết sẽ đóng vai trò của nó. Các chính phủ phải vào cuộc và đóng một vai trò quan trọng. Họ có thể sử dụng kết hợp các biện pháp - khuyến khích, sử dụng quyền lực của mình với tư cách là những nhà mua hàng lớn các sản phẩm công nghiệp và đưa ra các hành động quản lý - để hỗ trợ quá trình này.

Để đọc toàn bộ bài báo trên Geospatial World, vui lòng bấm vào đây.