Những công nghệ làm thay đổi tương lai ngành năng lượng thế giới
Tương lai, những công nghệ mới nổi dưới đây sẽ làm thay đổi cách chúng ta sản xuất, sử dụng năng lượng để ngăn chặn thảm họa khí hậu thông qua mục tiêu Net-Zero 2050. Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật, phân tích về chủ đề đang được quan tâm này.
Lưu trình công nghệ DAC (Nguồn: Dreamstime).
Dự án FlyZero ra đời máy bay hydro:
Khí thải carbon là một mối quan tâm lớn khi nói đến các chuyến bay thương mại, nhưng có một giải pháp tiềm năng rất khả thi, đó là ứng viên nhiên liệu sạch hydro. Dự án được biết đến với tên gọi FlyZero do Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ Anh (ATI) kết hợp với Chính phủ Anh nghiên cứu thực hiện.
Dự án FlyZero đặt ra một tầm nhìn mang tính cách mạng cho tương lai ngành hàng không - nơi một thế hệ máy bay mới chạy bằng hydro lỏng giúp các doanh nghiệp, nền văn hóa, gia đình và quốc gia được kết nối mà không có khí thải carbon. Dự án được tài trợ bởi Bộ Kinh doanh, Năng lượng và Chiến lược Công nghiệp Anh (DBEIS). FlyZero bắt đầu được “khởi nghiệp” năm 2021 như một dự án nghiên cứu chuyên sâu về máy bay thương mại không phát thải carbon. Nghiên cứu độc lập đã tập hợp các chuyên gia từ khắp Vương quốc Anh để đánh giá những thách thức về thiết kế, nhu cầu sản xuất, vận hành và cơ hội thị trường của máy bay không phát thải carbon tiềm năng.
FlyZero đã xác định 6 ‘viên gạch công nghệ’ quan trọng đòi hỏi sự phát triển nhanh chóng để mở khóa chuyến bay hydro lỏng cùng với các công nghệ cho phép, đánh giá tính bền vững, các yêu cầu về vận hành và cơ sở hạ tầng, cũng như phân tích kinh tế. Cụ thể, dự án sẽ cho ra đời một chiếc máy bay cỡ trung bình chạy hoàn toàn bằng hydro lỏng. Có khả năng chở 279 hành khách bay nửa vòng trái đất không dừng. Nếu công nghệ thành công, nó sẽ trở thành chuyến bay không carbon phi điểm dừng giữa London và Tây Mỹ, hoặc London đến New Zealand. Đây cũng là dự án tham vọng của ATI nhằm hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 trong bối cảnh an ninh năng lượng được quan tâm hơn bao giờ hết.
Theo ATI, máy bay sẽ vận hành bằng hydro lỏng được trữ ở độ âm -250oC. Ở mức nhiệt độ này khí hydro sẽ đông đặc với tỷ trọng cao, đảm bảo đủ năng lượng cung cấp cho chuyến bay nửa vòng quanh trái đất (khoảng 20.000 km). Thông tin về dự án còn khá khiêm tốn, nhưng theo tiết lộ ban đầu, máy bay có kích thước tương tự máy bay tầm trung với sải cánh rộng 54 m, thân hình tròn trịa y chang Airbus. Máy bay này sẽ được trang bị hai động cơ tua bin phản lực, khí hydro thay cho xăng. Riêng thùng chứa hydro động lạnh sẽ nằm ở phần sau của máy bay, ngoài ra sẽ có thêm 2 thùng phụ nhỏ phía trước, gắn kín dưới bụng máy bay.
Cũng theo ATI, rào cản lớn nhất của FlyZero chính là việc lưu trữ hydro bởi hydro là khí dễ bốc, dễ cháy nổ như thảm họa từng diễn ra với khinh khí cầu Hindenburg năm 1937. Bởi vậy, việc lưu trữ cần được toán cực kỳ tỉ mỉ và thận trọng. Chưa hết, hiện tại, việc sản xuất khí hydro rất đắt so với nhiên liệu hóa thạch, nên chuỗi cung ứng nhiên liệu còn hạn chế. Tuy nhiên, theo dự báo, tình hình sẽ khác khi công nghệ phát triển và mối quan tâm của con người ngày càng cao, chưa kể an ninh năng lượng ngày thêm cấp thiết. Dự kiến vào giữa thập niên thứ 3 của thế kỷ này, nhiên liệu hydro lỏng sẽ trở thông dụng, rẻ hơn và an toàn hơn nên việc đi trước đón đường của FlyZero sẽ hợp lý và khả thi hơn.
Thu giữ CO2 trực tiếp:
Thông qua quá trình quang hợp, cây xanh được xem là “nhà máy tự nhiên” tốt nhất trong việc giảm thiểu CO2 trong khí quyển. Hiểu được quá trình này, tương lai con người sẽ cho ra đời công nghệ mới có khả năng “quang hợp” tương tự như cây cối, lưu giữ carbon dioxide (CO2) ở mức cao hơn mà không tốn kém đất đai, hạ tầng. Đó là công nghệ Direct Air Capture (thu khí trực tiếp), gọi ngắn là DAC. Nó liên quan đến việc thu carbon dioxide từ không khí và lưu trữ trong các hang động địa chất sâu dưới lòng đất, hoặc sử dụng kết hợp với hydro để sản xuất nhiên liệu tổng hợp.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hiện có 19 nhà máy thu khí trực tiếp (DAC) đang hoạt động trên quy mô toàn cầu, thu được hơn 0,01 Mt (triệu tấn) CO2/năm và một nhà máy thu 1 triệu tấn CO2/ năm đang được phát triển ở Mỹ. Nhà máy mới nhất đi vào hoạt động (tháng 9/2021), đang thu gom 4 ngàn tấn CO2/năm để lưu trữ trong các bazan tại Iceland. Trong Kịch bản phát thải ròng vào năm 2050, DAC được mở rộng quy mô để thu được hơn 85 MtCO2/năm vào năm 2030 và ~ 980 MtCO2/năm vào năm 2050. Mức độ triển khai này sẽ cần thêm một số cuộc trình diễn quy mô lớn để cải tiến công nghệ và giảm chi phí thu giữ.
Với DAC, CO2 được chiết suất trực tiếp từ khí quyển và được lưu giữ vĩnh viễn trong các thành bazan địa chất sâu nên loại bỏ được carbon, hoặc có thể được sử dụng. Ví dụ như trong chế biến thực phẩm, hoặc kết hợp với hydro để sản xuất nhiên liệu tổng hợp.
Ngày nay, hai phương pháp tiếp cận công nghệ đang được sử dụng để thu CO2 từ không khí: DAC lỏng và rắn. Hệ thống lỏng đưa không khí đi qua các dung dịch hóa học (ví dụ: dung dịch hydroxit), loại bỏ CO2. Hệ thống tái hòa nhập các hóa chất trở lại quá trình bằng cách áp dụng nhiệt ở nhiệt độ cao trong khi trả lại phần còn lại của không khí cho môi trường. Công nghệ DAC rắn sử dụng các bộ lọc hấp thụ rắn liên kết hóa học với CO2. Khi các bộ lọc được làm nóng và đặt trong chân không, chúng sẽ giải phóng CO2 đậm đặc, sau đó được giữ lại để lưu trữ, hoặc sử dụng.
Hầu hết các dự án quy mô lớn sử dụng CO2 thu được vẫn dẫn đến việc tái phát vào bầu khí quyển (chẳng hạn như khi đốt cháy nhiên liệu tổng hợp). Điều này sẽ không tạo ra khí thải tiêu cực, nhưng vẫn có thể tạo ra các lợi ích về khí hậu, nhất là khi nhiên liệu tổng hợp thay thế nhiên liệu hóa thạch thông thường. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển đổi sang phát thải ròng, CO2 được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp cần được thu hồi để tránh phát thải chậm từ CO2 khi nhiên liệu được đốt cháy.
Thu giữ CO2 trực tiếp dự kiến sẽ là chìa khóa trong quá trình chuyển đổi sang một hệ thống năng lượng bằng không, trong đó lượng CO2 thải vào khí quyển tương đương với lượng được loại bỏ. Do một số lĩnh vực như hàng không và công nghiệp nặng khó khử cacbon nên các công nghệ loại bỏ cacbon có thể bù đắp lượng khí thải và hỗ trợ quá trình chuyển đổi nhanh hơn.
Lợi ích của DAC được đánh giá như là tiết kiệm đất và nước, loại bỏ nhu cầu vận chuyển CO2 đường dài. Năng lượng được sử dụng để thu giữ CO2 sẽ quyết định mức độ tiêu cực của hệ thống và cũng có thể là một yếu tố quyết định đáng kể đến chi phí cho mỗi tấn CO2 được thu giữ. Ví dụ, cả công nghệ thu giữ chất rắn và chất lỏng đều có thể được cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo, trong khi nhiệt thải cấp thấp được thu hồi có thể cung cấp năng lượng cho hệ thống DAC rắn.
Do công nghệ này vẫn chưa được trình diễn ở quy mô lớn nên giá thành của DAC trong tương lai là không chắc chắn. Ước tính chi phí khai thác rất khác nhau, từ 100 USD/tấn đến 1.000 USD/tấn. Vào năm 2018, hãng Carbon Engineering của Canada đã công bố nghiên cứu dài kỳ cho thấy chi phí khai thác từ 94 USD/tấn đến 232 USD/tấn có thể đạt được tùy thuộc vào các giả định tài chính, chi phí năng lượng và cấu hình nhà máy cụ thể.
Một nhà máy có quy mô này sẽ đủ điều kiện để được hưởng tín dụng thuế 45Q (cung cấp 35 USD cho mỗi tấn CO2 được sử dụng để thu hồi dầu tăng cường và 50 USD cho mỗi tấn CO2 được lưu trữ). Hơn nữa, nó cũng có thể đủ điều kiện để nhận được tín chỉ Tiêu chuẩn Nhiên liệu Carbon của California, nếu CO2 được sử dụng để sản xuất nhiên liệu vận tải carbon thấp. Các khoản tín dụng này được giao dịch ở mức xấp xỉ 200 USD/tCO2 vào năm 2020. Ở quy mô nhỏ hơn, một số công ty DAC hiện đang cung cấp các dịch vụ bù trừ thương mại cho các cá nhân, cũng như các công ty sẵn sàng trả tiền đăng ký định kỳ để loại bỏ CO2 khỏi bầu khí quyển và thay mặt họ lưu trữ dưới lòng đất, giá dao động từ 600 USD đến 1000 USD/tCO2.
Trong thời gian tới, việc trình diễn quy mô lớn các công nghệ DAC cần sự hỗ trợ có mục tiêu của chính phủ, bao gồm việc thông qua các khoản tài trợ, tín dụng thuế và mua sắm công để loại bỏ CO2. Việc triển khai công nghệ cũng có thể được hưởng lợi từ các sáng kiến của khu vực doanh nghiệp và cam kết giảm thiểu carbon thông qua thị trường tự nguyện. Các cơ hội triển khai dài hạn sẽ được liên kết chặt chẽ với các cơ chế định giá CO2, khuôn khổ tính toán mạnh mẽ để nhận biết và định giá lượng khí thải tiêu cực liên quan đến việc lưu trữ CO2 thu được từ khí quyển. Qua các dự án đang hoạt động cho thấy, các mô hình hiện có đòi hỏi một lượng năng lượng rất lớn như đề cập ở trên. Nếu được cải thiện trong tương lai, DAC có thể chứng minh là một trong những công nghệ tốt nhất cho môi trường và cho mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 như đề cập trong Hội nghị biến đổi khí hậu Paris 2015 và COP26./.
Link tham khảo:
1/ https://www.sciencefocus.com/future-technology/future-technology-22-ideas-about-to-change-our-world/
2/ https://aviationa2z.com/index.php/2021/12/19/hydrogen-aircraft-designed-with-huge-range-but-belly-cargo-will-suffer/
3/ https://www.iea.org/reports/direct-air-capture
https://khcncongthuong.vn/
