Công nghệ Thu giữ và lưu trữ carbon (Carbon Capture and Storage – CCS) là một quy trình công nghệ nhằm thu giữ khí carbon dioxide (CO₂) thải ra từ các nguồn công nghiệp lớn (như nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch, nhà máy xi măng, nhà máy thép, nhà máy lọc dầu, v.v.) trước khi nó đi vào bầu khí quyển. Sau khi được thu giữ, CO₂ sẽ được nén và vận chuyển đến một địa điểm lưu trữ an toàn và lâu dài, thường là các cấu tạo địa chất sâu dưới lòng đất hoặc dưới đáy biển.
Quy trình CCS thường bao gồm ba giai đoạn chính:
- Thu giữ CO₂ (Carbon Capture): Tách khí CO₂ ra khỏi dòng khí thải hỗn hợp từ các nguồn phát thải. Có nhiều phương pháp thu giữ khác nhau, bao gồm:
- Hấp thụ hóa học: Sử dụng các dung dịch hóa học (ví dụ như amine) để hấp thụ CO₂.
- Hấp thụ vật lý: Hòa tan CO₂ trong dung môi hoặc sử dụng vật liệu hấp thụ đặc biệt.
- Màng lọc khí: Sử dụng các màng đặc biệt để tách CO₂.
- Đốt nhiên liệu bằng oxy tinh khiết (Oxyfuel combustion): Đốt nhiên liệu trong môi trường oxy tinh khiết để tạo ra dòng khí thải chủ yếu là CO₂ và hơi nước, dễ dàng thu giữ.
- Thu giữ trước khi đốt (Pre-combustion capture): Tách CO₂ ra khỏi nhiên liệu trước khi đốt, thường được sử dụng trong các nhà máy điện khí hóa than.
- Vận chuyển CO₂ (Carbon Transport): Vận chuyển CO₂ đã được nén đến địa điểm lưu trữ. Phương pháp vận chuyển phổ biến nhất là qua đường ống dẫn. Ngoài ra, CO₂ cũng có thể được vận chuyển bằng tàu biển, xe bồn hoặc tàu hỏa, đặc biệt khi khoảng cách vận chuyển xa hoặc khối lượng CO₂ không lớn.
- Lưu trữ CO₂ (Carbon Storage): Bơm CO₂ đã được nén vào các địa điểm lưu trữ an toàn và lâu dài. Các địa điểm lưu trữ tiềm năng bao gồm:
- Các tầng chứa nước mặn sâu dưới lòng đất (Deep saline aquifers): Các lớp đá xốp chứa nước muối có khả năng giữ CO₂.
- Các mỏ dầu khí đã cạn kiệt (Depleted oil and gas reservoirs): Tận dụng các cấu trúc địa chất đã từng chứa dầu khí.
- Các vỉa than không khai thác (Unmineable coal seams): CO₂ có thể được hấp thụ vào than.
- Khoáng hóa carbon (Mineral carbonation): Phản ứng CO₂ với các khoáng chất để tạo thành các khoáng chất carbonat bền vững.
Ứng dụng của công nghệ CCS rất đa dạng và quan trọng trong việc giảm phát thải khí nhà kính:
- Giảm phát thải từ các ngành công nghiệp nặng: CCS có thể được áp dụng cho các ngành công nghiệp có lượng phát thải CO₂ lớn và khó giảm thiểu bằng các biện pháp khác, như nhà máy điện đốt than và khí đốt, nhà máy xi măng, nhà máy thép, nhà máy hóa chất và lọc dầu.
- Sản xuất hydro xanh (kết hợp với reforming khí tự nhiên hoặc khí hóa than): CCS có thể được sử dụng để thu giữ CO₂ phát sinh trong quá trình sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch, tạo ra “hydro lam” (blue hydrogen) với lượng phát thải carbon thấp.
- Thu hồi dầu tăng cường (Enhanced Oil Recovery – EOR): Trong một số trường hợp, CO₂ thu giữ được có thể được bơm vào các mỏ dầu khí đã cạn kiệt để tăng sản lượng khai thác, đồng thời lưu trữ một phần CO₂ dưới lòng đất. Tuy nhiên, tính bền vững của ứng dụng này vẫn đang được tranh luận do mục tiêu chính là tăng cường sản xuất nhiên liệu hóa thạch.
- Kết hợp với năng lượng sinh học (Bioenergy with Carbon Capture and Storage – BECCS): Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn, trong đó CO₂ được thu giữ từ quá trình đốt sinh khối (vốn đã hấp thụ CO₂ từ khí quyển trong quá trình sinh trưởng) và lưu trữ. BECCS có tiềm năng tạo ra lượng phát thải âm (net-negative emissions).
- Sản xuất nhiên liệu tổng hợp (Synthetic fuels hoặc e-fuels): CO₂ thu giữ có thể được kết hợp với hydro xanh để sản xuất các loại nhiên liệu lỏng hoặc khí tổng hợp, có thể được sử dụng trong các ứng dụng hiện có.
- Ứng dụng trong các quy trình công nghiệp khác: CO₂ thu giữ có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho một số quy trình công nghiệp.
Mặc dù có tiềm năng lớn, việc triển khai CCS vẫn đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm chi phí đầu tư và vận hành cao, yêu cầu về cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ, và các vấn đề liên quan đến an toàn và chấp nhận của cộng đồng. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và các chính sách hỗ trợ, CCS được xem là một giải pháp quan trọng để đạt được các mục tiêu giảm phát thải và trung hòa carbon trên toàn cầu.