Thách thức trong cuộc đua thu hồi carbon

Một nghiên cứu mới cho thấy máy hút CO2 trực tiếp từ không khí có thể cắt giảm chi phí đáp ứng các mục tiêu về khí hậu toàn cầu

Công nghệ CCS vướng nhiều tranh cãi

Ngành công nghiệp dầu khí đang đặt cược công nghệ CCS sẽ phục vụ một thị trường rộng lớn gồm các ngành công nghiệp nặng như xi măng và thép hiện có rất ít lựa chọn tốt để cắt giảm khí thải.

Một nhà máy giấy ở thành phố Vicksburg, tiểu bang Mississippi, có thể chỉ ra liệu việc thu giữ lượng khí thải carbon dioxide và lưu trữ nó sâu dưới lòng đất có phải là con đường khả thi để chống lại biến đổi khí hậu hay không. Dự án đề xuất của International Paper đã được Bộ Năng lượng Mỹ chọn vào tháng 2 và phân bổ khoản tài trợ lên tới 88 triệu USD.

Theo các công ty đứng sau dự án, nếu thành công, hệ thống CCS sẽ thu giữ và lưu trữ vĩnh viễn 120.000 tấn CO2 mỗi năm, tương đương với lượng khí thải của 27.000 ôtô chạy bằng khí đốt. Amazon, một đối tác trong dự án, lấy giấy bìa từ nhà máy để làm hộp và bao bì. SLB, gã khổng lồ dịch vụ dầu mỏ, đang thiết kế và chế tạo hệ thống thu giữ CO2, cộng tác với RTI International, một tổ chức phi lợi nhuận đã phát triển công nghệ này.

Dự án nhà máy giấy ở Vicksburg chỉ là một ví dụ về các khoản tài trợ 12 tỉ USD từ Luật Cơ sở hạ tầng lưỡng đảng năm 2021 đang hỗ trợ phát triển công nghệ thu hồi carbon trên khắp nước Mỹ, như một phần trong nỗ lực của chính quyền Biden nhằm đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Công nghệ CCS ngày nay đắt tiền, phức tạp về hậu cần và phải đối mặt với nhiều tranh cãi về vai trò trong quá trình chuyển đổi năng lượng, cũng như những lo ngại về an toàn, nơi cơ sở hạ tầng đường ống sẽ được mở rộng. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã mô tả việc thu hồi và lưu trữ CO2 là “rất quan trọng” để đạt lượng khí thải ròng bằng 0, nhưng cảnh báo ngành dầu khí không nên lạm dụng như một cách để duy trì hiện trạng về nhiên liệu hóa thạch. Một số nhà hoạt động khí hậu cáo buộc ngành công nghiệp này chỉ đơn giản đầu tư vào CCS như một cách để mở rộng việc khai thác dầu khí.

Công nghệ CCS thường sử dụng sự hấp thụ hóa học để thu giữ CO2 thải ra từ hoạt động công nghiệp. Khí thải được ngưng tụ thành chất lỏng để vận chuyển, thường thông qua đường ống và được lưu giữ ở độ sâu hàng nghìn mét dưới mặt đất trong các giếng dầu đã cạn kiệt hoặc các cấu tạo địa chất như hồ chứa nước mặn.

Những thách thức trong việc triển khai công nghệ CCS là rất lớn. IEA cho biết, thế giới cần thu giữ hơn 1 tỉ tấn CO2 hằng năm vào năm 2030, gấp hơn 20 lần so với 45 triệu tấn thu được vào năm 2022. Đến năm 2050, lượng CO2 thu được cần đạt 6 tỉ tấn - gấp hơn 130 lần so với mức năm 2022. Tuy nhiên, công nghệ CCS cho đến nay vẫn là “kém hiệu quả”, với chỉ 5% dự án được công bố đã đạt được quyết định đầu tư cuối cùng. Cơ quan này cho biết, ngành công nghiệp cần chứng minh công nghệ CCS có thể hoạt động kinh tế ở quy mô lớn sau khi gặp khó khăn trong việc tăng cường triển khai trong nhiều năm.

Dự án nhà máy giấy ở Vicksburg vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. SLB tự tin rằng nó sẽ chứng tỏ được tính khả thi về mặt công nghệ, Fred Majkut, Phó Chủ tịch cấp cao về giải pháp carbon của SLB cho biết. Ông Majkut nói mục tiêu là để chứng minh việc CCS cũng có hiệu quả kinh tế.

Đối với International Paper, dự án này là một cách tiềm năng để sản xuất các sản phẩm có hàm lượng CO2 thấp hơn cho người tiêu dùng có ý thức về khí hậu và là cơ hội tiềm năng để thu được lợi ích tài chính thông qua việc bán tín chỉ carbon.

Dự án CCS tại nhà máy giấy International Paper ở Vicksburg sẽ thu giữ và lưu trữ vĩnh viễn 120.000 tấn CO2 mỗi năm

Công nghiệp nặng khử CO2

Nhà máy ở Mississippi là một minh họa về cách ngành công nghiệp dầu khí đang cố gắng chứng minh CCS là một công cụ hữu hiệu trong cuộc đua cắt giảm khí thải, sau khi sử dụng công nghệ tương tự trong nhiều thập niên để khai thác dầu. Ngành công nghiệp này đã sử dụng các kỹ thuật lưu trữ carbon từ những năm 70 của thế kỷ XX trong một quy trình gọi là tăng cường thu hồi dầu, trong đó CO2 được bơm xuống lòng đất để tạo áp lực đẩy nhiều dầu thô hơn tới các giếng sản xuất.

Chevron, Exxon, Baker Hughes và SLB, cùng nhiều hãng khác, đang tái sử dụng kỹ thuật này, đặt cược CCS sẽ phục vụ một thị trường lớn gồm các ngành công nghiệp nặng như xi măng và thép hiện có rất ít lựa chọn tốt để cắt giảm lượng khí thải. Theo Rystad Energy, tổng chi tiêu cho các dự án CCS dự kiến sẽ đạt 241 tỉ USD trên toàn thế giới vào năm 2030 nếu tất cả các dự án đã công bố được khởi động. Mỹ và Anh là những nước dẫn đầu, với các khoản đầu tư dự kiến lần lượt đạt 85 và 45 tỉ USD vào cuối thập niên này.

Tại Mỹ, đầu tư vào công nghệ quản lý CO2 đã tăng hơn gấp đôi, lên 1,2 tỉ USD vào năm 2023, năm đầu tiên sau khi Đạo luật Giảm lạm phát được thông qua, theo Clean Investment Monitor. Luật hỗ trợ ngành này với khoản tín dụng thuế lên tới 85 USD cho mỗi tấn khí thải được thu hồi và lưu trữ.

Các nhà máy xi măng tạo ra khí thải không chỉ từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch mà còn tùy thuộc các vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất. Khoảng 2/3 lượng khí thải CO2 của ngành này đến từ các phản ứng hóa học xảy ra khi phá vỡ đá vôi. Theo Liên Hợp Quốc, xi măng là một trong những sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu, chỉ đứng sau nước uống và chịu trách nhiệm cho khoảng 7% lượng khí thải CO2 trên thế giới. Xi măng và thép chiếm khoảng 14% lượng khí thải toàn cầu.

Ông Majkut nói: “Hiện tại, những ngành công nghiệp này không có cách nào để khử CO2 một cách hiệu quả về mức 0 mà không thu giữ. Nếu muốn sản xuất xi măng, sẽ có lượng CO2 phát thải chỉ vì vật liệu đang được sử dụng”. Theo ông Majkut, việc lưu trữ carbon đã là một hoạt động kinh doanh thương mại lớn, SLB đang cố gắng giải quyết vấn đề thu giữ, vốn là một trong những trở ngại lớn trong việc mở rộng quy mô công nghệ do chi phí cao. Ông nói thêm, dung môi sẽ được sử dụng để thu giữ CO2 tại nhà máy ở Mississippi hứa hẹn sẽ giảm nhu cầu năng lượng của quá trình thu giữ và làm cho quá trình này hiệu quả hơn về mặt chi phí.

Tổng thống Joe Biden cam kết cắt giảm 50% lượng khí thải nhà kính của M¬ vào năm 2030

CEO SLB Olivier Le Peuch cho biết CCS sẽ đóng vai trò hàng đầu trong mục tiêu doanh thu hằng năm của công ty là 3 tỉ USD vào năm 2030 và 10 tỉ USD vào năm 2040 cho danh mục năng lượng mới của mình. SLB trong tháng này đã công bố khoản đầu tư gần 400 triệu USD vào Aker Carbon Capture, một công ty thu giữ carbon thuần túy có trụ sở tại Na Uy, trong nỗ lực đẩy nhanh việc triển khai công nghệ ở quy mô thương mại.

Đối thủ cạnh tranh Baker Hughes đang phát triển công nghệ thu khí trực tiếp sau khi mua lại một công ty có tên là Mosaic Materials vào năm 2022. Công nghệ này nhằm mục đích thu giữ lượng khí thải CO2 nồng độ thấp, khó thu giữ hơn, trực tiếp từ khí quyển cũng như từ các nhà máy công nghiệp. Baker Hughes dự đoán công nghệ này có thể sẽ được tung ra thị trường vào cuối năm 2026.

Công nghệ CCS ngày nay đắt tiền, phức tạp về hậu cần và phải đối mặt với nhiều tranh cãi về vai trò trong quá trình chuyển đổi năng lượng, cũng như những lo ngại về an toàn, nơi cơ sở hạ tầng đường ống sẽ được mở rộng.

Chevron và Exxon xây dựng trung tâm CCS ở bờ Vịnh

Bờ biển vùng Vịnh của Mỹ, nơi có rất nhiều mỏ dầu khí và các nhà máy công nghiệp khác, đang nổi lên như một trung tâm đầu tư CCS ở Mỹ. Jeff Gustavson, Phó Chủ tịch phụ trách năng lượng carbon thấp tại Chevron, cho biết khu vực này có tiềm năng tăng cường nhanh chóng việc sử dụng công nghệ vì địa chất thuận lợi cho việc lưu trữ nằm gần nơi có lượng khí thải tập trung cao, dễ thu giữ hơn với chi phí thấp hơn. Ông Gustavson cho biết, khoảng 100 triệu tấn CO2 được thải ra hằng năm từ Houston đến Port Arthur, Texas.

Chevron và Exxon đang nhắm tới mục tiêu chi tiêu lần lượt là 10 tỉ USD và hơn 20 tỉ USD cho các công nghệ giảm khí thải bao gồm CCS trong các dự án lớn đang được phát triển dọc theo Bờ biển vùng Vịnh.

Exxon trong 2 năm qua đã ký kết các thỏa thuận thu giữ lượng khí thải carbon từ nhà sản xuất amoniac và phân bón CF Industries và nhà sản xuất thép Nucor. Công ty dầu mỏ lớn nhất nước này đang đặt mục tiêu khởi động hệ thống CCS tại CF Industries vào nửa đầu năm 2025.

Dan Ammann - Chủ tịch phụ trách giải pháp carbon thấp tại Exxon - cho biết, 3 hợp đồng này kết hợp hứa hẹn sẽ loại bỏ 5 triệu tấn khí thải hằng năm - tương đương với việc chuyển đổi 2 triệu ôtô chạy bằng xăng sang xe điện. Exxon đã hoàn tất việc mua lại nhà điều hành đường ống dẫn khí CO2 Denbury với giá 5 tỉ USD vào cuối năm 2023. Thỏa thuận này đã mang lại cho Exxon khoảng 900 dặm đường ống trải dài qua Mississippi, Louisiana và Texas, nằm gần ít nhất 10 địa điểm lưu trữ trong khu vực.

Ông Ammann nói về việc mua lại Denbury: “Nó mang lại cho chúng tôi quy mô tức thời, khả năng tiếp cận tức thời trên nguồn phát thải khổng lồ dọc theo Bờ biển vùng Vịnh này. Nó cũng mang lại cho chúng tôi khả năng phát triển kho lưu trữ dọc theo đường ống”. Exxon cho biết họ hiện sở hữu mạng lưới đường ống dẫn khí CO2 lớn nhất ở Mỹ.

Chevron là nhà điều hành và nhà đầu tư chính trong một dự án hàng đầu có tên Bayou Bend, có khu vực lưu trữ CO2 vĩnh viễn rộng khoảng rộng 140.000 mẫu Anh gần Port Arthur và Beaumont, Texas. Dự án là liên doanh với các cổ đông thiểu số Talos Energy và Carbonvert.

Ông Gustavson nói: “Bayou Bend có thể là một trong những dự án lưu trữ CO2 lớn nhất thế giới. Bạn đang nói đến khả năng lưu trữ vài triệu tấn mỗi năm”. Vị CEO này cho biết dự án có tiềm năng tăng thêm dung lượng lưu trữ tùy thuộc vào mức độ tiến bộ kỹ thuật được thực hiện.

Một cơ sở thu hồi CO2 tại Mỹ

Chevron, Exxon, Baker Hughes và SLB, cùng nhiều hãng khác, đang tái sử dụng k¬ thuật lưu trữ carbon, đặt cược CCS sẽ phục vụ một thị trường lớn gồm các ngành công nghiệp nặng như xi măng và thép hiện có rất ít lựa chọn tốt để cắt giảm lượng khí thải.

Phản đối mở rộng đường ống

Việc tăng cường CCS để đáp ứng các mục tiêu phát thải ròng bằng 0 ở Mỹ sẽ đòi hỏi phải mở rộng đáng kể cơ sở hạ tầng đường ống. Bộ Năng lượng Mỹ ước tính rằng mạng lưới đường ống dẫn khí CO2 cần tăng từ khoảng 5.200 dặm hiện nay lên khoảng 30.000-90.000 dặm. Ông Gustavson nói: “Điều quan trọng là địa chất phù hợp gần với lượng khí thải tập trung. Đó là nơi chúng tôi thấy quy mô này được mở rộng nhanh nhất trước tiên, nhưng theo thời gian, chúng ta sẽ cần xây dựng nhiều cơ sở hạ tầng CO2 hơn để có thể vận chuyển CO2 đi khoảng cách xa hơn nhiều nhằm truy cập vào cùng một kho lưu trữ”.

Tuy nhiên, ông Majkut cho biết, quá trình xin cấp phép gặp nhiều thách thức vì các đường ống thường chạy qua ranh giới tiểu bang, đòi hỏi phải có sự phê duyệt từ nhiều khu vực pháp lý và phát sinh thêm các vấn đề khác. Việc mở rộng đường ống đã vấp phải sự phản đối của cộng đồng do người dân lo lắng về sự an toàn khi vận chuyển CO2. Vào năm 2020, một đường ống thuộc sở hữu của Denbury bị rò rỉ ngay bên ngoài làng Saartia, Mississippi, dẫn đến thải ra hơn 31.000 thùng CO2. Hơn 40 người phải nhập viện và 200 người được sơ tán khỏi khu vực. Denbury bị Bộ Giao thông Vận tải Mỹ phạt gần 2,9 triệu USD.

Bộ Năng lượng Mỹ cho biết các đường ống dẫn khí CO2 được đánh giá an toàn, tốt hơn so với các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên và các cơ sở hạ tầng lớn khác như truyền tải điện. Theo Bộ Giao thông Vận tải, không có trường hợp tử vong nào do rò rỉ đường ống dẫn khí CO2 trong 2 thập niên qua, ngoài những trường hợp bị thương phải nhập viện do sự cố rò rỉ Saartia. Miklos, CEO của International Paper cho biết, vẫn còn rất nhiều điều không chắc chắn xung quanh CCS. Tuy nhiên, ông nói, dự án ở Vicksburg là cơ hội để xem xét kỹ lưỡng khả năng tồn tại về mặt kỹ thuật và kinh tế cũng như tác động đến khí hậu trong nhiều năm tới.

Tổng chi tiêu cho các dự án CCS dự kiến sẽ đạt 241 tỉ USD trên toàn thế giới vào năm 2030 nếu tất cả các dự án đã công bố được khởi động. M¬ và Anh là những nước dẫn đầu, với các khoản đầu tư dự kiến lần lượt đạt 85 và 45 tỉ USD vào cuối thập niên này. Tại Mỹ, đầu tư vào công nghệ quản lý CO2 đã tăng hơn gấp đôi, lên 1,2 tỉ USD vào năm 2023.

S.Phương