Việc tìm hiểu cách thu giữ và lưu trữ khí carbon dioxide là một trong những cách mà các nhà khoa học muốn áp dụng để trì hoãn tác động của sự nóng lên toàn cầu trong khí quyển. Hiện nay, cộng đồng khoa học xem đây là một phần thiết yếu để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu . Điều này được thực hiện thông qua các phương pháp lưu trữ carbon khác nhau.
Carbon dioxide là một loại khí giữ nhiệt được tạo ra cả trong tự nhiên và do các hoạt động của con người. Carbon dioxide nhân tạo có thể đến từ việc đốt than, khí đốt tự nhiên và dầu để sản xuất năng lượng.
Carbon dioxide sinh học có thể đến từ quá trình phân hủy chất hữu cơ, cháy rừng và các thay đổi sử dụng đất khác.
Sự tích tụ carbon dioxide và các 'khí nhà kính' khác trong bầu khí quyển có thể giữ nhiệt và góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Quá trình cô lập carbon có thể trì hoãn sự nóng lên của bầu khí quyển.
Quá trình cô lập carbon đảm bảo carbon dioxide để ngăn không cho nó xâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất.
Ý tưởng là ổn định carbon ở dạng rắn và hòa tan để nó không làm cho bầu khí quyển nóng lên. Quá trình này cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc giảm “dấu vết carbon” của con người.
Cô lập Carbon là gì?
Lưu trữ carbon là hoạt động thu giữ hoặc loại bỏ carbon từ khí quyển và lưu trữ nó. Đây là một trong nhiều phương pháp được áp dụng để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.
Nó cũng có thể có nghĩa là loại bỏ khí nhà kính khỏi bầu khí quyển và đưa chúng vào kho lưu trữ carbon dài hạn để ngăn chặn sự nóng lên của hành tinh.
Ngăn chặn bầu khí quyển của trái đất nóng lên thêm nữa là một nỗ lực tập thể to lớn của nhân loại. Từ việc chấm dứt sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu phát thải carbon đến việc thiết lập mục tiêu phát thải ròng bằng 2050 vào năm XNUMX, mọi giải pháp tiềm năng đều quan trọng nếu chúng ta muốn ngăn chặn biến đổi khí hậu chưa từng có.
Cùng với quá trình chuyển đổi sang các hệ thống năng lượng sạch và khử cacbon cho các hoạt động phát thải cao như xây dựng hoặc vận chuyển. Nhân loại đang nỗ lực phối hợp để loại bỏ carbon khỏi bầu khí quyển của chúng ta, bằng cách điều chỉnh cách chúng ta xây dựng, tiêu thụ, du lịch và tạo ra năng lượng.
Nhưng các phương pháp như cô lập carbon cho thấy cách chúng ta có thể làm việc với môi trường tự nhiên để giải quyết khủng hoảng khí hậu.
Điều gì liên quan đến quá trình cô lập carbon?
Thu hồi và cô lập carbon tuân theo quy trình ba bước bao gồm:
- Thu giữ hoặc Bảo vệ Carbon dioxide từ các quy trình công nghiệp hoặc nhà máy điện
- Vận chuyển Carbon dioxide được thu giữ và nén
- Lưu trữ Carbon oxit vào các thành tạo đá sâu dưới lòng đất
Các loại cô lập carbon
Với các ngành công nghiệp trên khắp thế giới thải ra 10 Gigaton (một tỷ tấn) khí nhà kính mỗi năm, nhu cầu cô lập carbon là rất lớn.
Dưới đây là một số loại cô lập carbon sẽ giúp bạn giải quyết vấn đề nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu trên cơ sở cá nhân.
- Cô lập trong rừng
- Cô lập trong đất
- Lưu trữ và thu khí trực tiếp (DAC)
- Cô lập ở đồng cỏ
- cô lập đất ngập nước
- Cô lập carbon đại dương
- Nhà máy điện Thu hồi và Lưu trữ Carbon (CCS)
- phân tử thiết kế
- Cô lập carbon địa chất
- Cô lập carbon công nghiệp
1. Cô lập trong rừng
Rừng và rừng cây được công nhận là một trong những hình thức cô lập carbon tự nhiên tốt nhất.
Trung bình, rừng lưu trữ lượng carbon gấp đôi so với lượng chúng thải ra, trong khi ước tính khoảng 25% lượng khí thải carbon được cô lập bởi các cảnh quan giàu rừng như vùng chăn nuôi và đồng cỏ (cánh đồng, đồng cỏ, vùng cây bụi, v.v.).
Khi cây, cành và lá chết và rơi xuống đất, chúng giải phóng carbon mà chúng đã tích trữ vào đất.
Do đó, việc bảo vệ và bảo tồn các môi trường tự nhiên như vậy là rất quan trọng để đảm bảo các bể chứa carbon thu giữ CO2 một cách hiệu quả. Cháy rừng và các hoạt động của con người như phá rừng , xây dựng hoặc nông nghiệp thâm canh là mối đe dọa lớn nhất đối với quá trình tự nhiên này.
2. Cô lập trong đất
Cacbon có thể được thực vật hấp thụ trong đất thông qua quá trình quang hợp và có thể được lưu trữ dưới dạng cacbon hữu cơ trong đất (SOC).
Như vậy, các hệ thống nông nghiệp làm suy giảm và cạn kiệt lượng carbon hữu cơ của đất. Ngoài ra, thông qua đầm lầy, than bùn và đầm lầy, carbon có thể được thu giữ và lưu trữ dưới dạng cacbonat.
Các cacbonat này tích tụ qua hàng nghìn năm khi CO2 trộn lẫn với các nguyên tố khoáng khác, chẳng hạn như khoáng chất canxi hoặc magiê, tạo thành "caliche" trong sa mạc và đất khô cằn.
Cuối cùng, carbon được lưu trữ trong cacbonat này được giải phóng khỏi trái đất, nhưng không lâu lắm—sau hơn 70,000 năm trong một số trường hợp trong khi chất hữu cơ của đất lưu trữ carbon trong vài năm.
Các nhà khoa học đang nghiên cứu các cách để đẩy nhanh quá trình hình thành cacbonat bằng cách thêm silicat nghiền mịn vào đất để lưu trữ cacbon trong thời gian dài hơn.
3. Lưu trữ và thu khí trực tiếp (DAC)
Cách tiếp cận này sử dụng hóa chất hoặc chất rắn để thu khí từ không khí loãng, sau đó, như trong trường hợp của BECCS, lưu trữ nó trong một thời gian dài dưới lòng đất hoặc trong các vật liệu lâu bền.
Đây là phương pháp thu giữ carbon trực tiếp từ không khí bằng cách sử dụng các nhà máy công nghệ tiên tiến. Người ta đã phát hiện ra rằng về mặt lý thuyết, việc thu giữ trực tiếp từ không khí có thể loại bỏ CO₂ khỏi không khí hiệu quả hơn gấp nghìn lần so với thực vật.
Quá trình này đã được sử dụng trong các tàu ngầm dưới bề mặt đại dương và trong các phương tiện vũ trụ ở xa trên nó. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều năng lượng và tốn kém, dao động từ $500-$800 cho mỗi tấn carbon được loại bỏ.
Mặc dù các kỹ thuật như thu khí trực tiếp có thể hiệu quả nhưng chúng vẫn còn quá tốn kém để thực hiện trên quy mô lớn.
Ví dụ như các thùng chứa cô lập carbon từ Lackner của Đại học bang Arizona, cùng với các dự án khác như cơ sở bẫy carbon vừa khai trương của Climeworks ở Thụy Sĩ.
4. Cô lập ở đồng cỏ
Trong khi rừng thường được coi là bể chứa carbon quan trọng, đồng cỏ cũng có thể cô lập nhiều carbon hơn dưới lòng đất và khi chúng cháy, carbon sẽ cố định trong rễ và đất thay vì trong lá và sinh khối gỗ.
Đồng cỏ và đồng cỏ là những khu vực lưu trữ carbon đáng tin cậy hơn so với rừng do cháy rừng nhanh chóng và nạn phá rừng ảnh hưởng đến rừng.
Tuy nhiên, rừng có khả năng lưu trữ nhiều carbon hơn đồng cỏ, nhưng trong điều kiện không ổn định do biến đổi khí hậu, đồng cỏ có thể phục hồi tốt hơn.
5. Cô lập đất ngập nước
Giống như tất cả các loài thực vật, thực vật vùng đất ngập nước hấp thụ carbon từ không khí dưới dạng carbon dioxide và lưu trữ carbon đó trong sinh khối. Chúng được biết đến như tài sản tự nhiên quan trọng, có khả năng hấp thụ carbon trong khí quyển và hạn chế thất thoát carbon sau đó để tạo điều kiện lưu trữ lâu dài.
Chúng có thể được quản lý có chủ ý để cung cấp một giải pháp tự nhiên nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu cũng như giúp bù đắp tổn thất trực tiếp của vùng đất ngập nước do các thay đổi sử dụng đất và các tác nhân tự nhiên khác nhau. Hơn nữa, các vùng đất ngập nước như đầm lầy than bùn thu giữ carbon với mật độ carbon trên mỗi ha cao hơn so với đất rừng hoặc đất nông nghiệp.
6. Cô lập carbon đại dương
Môi trường thủy sinh và các vùng nước lớn cũng là những nơi hấp thụ CO2 rất hiệu quả . Đại dương hấp thụ khoảng 25% lượng khí carbon dioxide thải ra từ các hoạt động của con người hàng năm.
Carbon đi theo cả hai hướng trong đại dương. Khi carbon dioxide thải vào bầu khí quyển từ đại dương, nó tạo ra cái được gọi là dòng khí quyển tích cực. Một thông lượng tiêu cực đề cập đến đại dương hấp thụ carbon dioxide. Hãy nghĩ về những thông lượng này như một lần hít vào và thở ra, trong đó hiệu ứng tổng thể của các hướng đối lập này sẽ quyết định hiệu ứng tổng thể.
Các vùng biển lạnh hơn và giàu chất dinh dưỡng có khả năng hấp thụ nhiều khí carbon dioxide hơn các vùng biển ấm hơn. Do đó, các vùng cực thường đóng vai trò là bể chứa carbon. Đến năm 2100, phần lớn đại dương toàn cầu dự kiến sẽ trở thành một bể chứa carbon dioxide khổng lồ. Lượng carbon này chủ yếu được giữ ở các tầng nước mặt của đại dương. Tuy nhiên, lượng carbon dư thừa có thể làm axit hóa nước, đe dọa đến sự đa dạng sinh học tồn tại bên dưới.
7. Nhà máy điện Thu hồi và Lưu trữ Carbon (CCS)
Công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) bao gồm việc thu giữ khí carbon dioxide được tạo ra từ quá trình sản xuất điện hoặc các hoạt động công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất xi măng hoặc thép. Khí CO2 này sau đó được nén và vận chuyển đến các cơ sở ngầm sâu, nơi nó được bơm vào các tầng đá để lưu trữ vĩnh viễn.
8. phân tử thiết kế
Các nhà khoa học đang chế tạo các phân tử có thể thay đổi hình dạng bằng cách tạo ra các loại hợp chất mới có khả năng bảo vệ và thu giữ carbon dioxide từ không khí.
Các phân tử được thiết kế hoạt động như một bộ lọc, chỉ thu hút phần tử mà nó được thiết kế để tìm kiếm. Trên thực tế, điều này có thể đưa ra một cách hiệu quả để tạo ra nguyên liệu thô đồng thời giảm lượng carbon trong khí quyển.
9. Cô lập carbon địa chất
Quá trình này liên quan đến việc lưu trữ carbon dioxide trong các thành tạo địa chất dưới lòng đất, chẳng hạn như trong đá.
Carbon dioxide được thu giữ từ các nguồn carbon dioxide công nghiệp như các công ty sản xuất thép hoặc xi măng hoặc các nguồn liên quan đến năng lượng như nhà máy điện hoặc cơ sở xử lý khí tự nhiên, sau đó được bơm vào đá xốp để lưu trữ lâu dài.
Việc thu hồi và lưu trữ carbon như vậy cho phép sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho đến khi một nguồn năng lượng khác được giới thiệu trên quy mô lớn
10. Cô lập carbon công nghiệp
Đây có thể không phải là một loại cô lập carbon hiệu quả và được chấp nhận rộng rãi, nhưng nó có thể được sử dụng trong một số ngành công nghiệp. Chúng thu giữ carbon theo ba cách từ nhà máy điện, đốt trước, đốt sau và nhiên liệu oxy.
Quá trình đốt cháy sơ bộ liên quan đến việc thu giữ carbon trong các nhà máy điện trước khi nhiên liệu được đốt cháy. Mục đích là để loại bỏ carbon khỏi than trước khi nó bị đốt cháy.
Trong quá trình đốt cháy sau, carbon được loại bỏ khỏi đầu ra của nhà máy điện sau khi nhiên liệu đã được đốt cháy. Điều này có nghĩa là khí thải được thu giữ và lọc sạch khí carbon dioxide trước khi chúng đi lên ống khói. Điều này đạt được bằng cách cho khí đi qua amoniac, sau đó được thổi sạch bằng hơi nước, giải phóng carbon dioxide để lưu trữ.
Trong khi nhiên liệu ôxy hoặc nhiên liệu đốt ôxy được đốt cháy, nó sẽ hấp thụ nhiều ôxy hơn và kết quả là lưu trữ tất cả các loại khí được tạo ra. Thay vì tốn nhiều công sức để tách carbon dioxide khỏi các loại khí thải khác, quy trình này thu giữ toàn bộ sản phẩm đầu ra từ ống khói và lưu trữ tất cả.
Oxy tinh khiết được thổi vào lò để làm sạch khí thải, do đó nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn, tạo ra hơi nước và khí carbon dioxide tương đối tinh khiết.
Sau khi hơi nước được loại bỏ bằng cách làm mát và ngưng tụ, biến nó thành nước, carbon dioxide có thể được lưu trữ một cách an toàn.
Kết luận
Để kết thúc bài viết này, quá trình cô lập carbon theo các loại khác nhau này đã tạo điều kiện thuận lợi cho tính bền vững của môi trường vì có các hoạt động tạo ra carbon hàng ngày trong môi trường chủ yếu là do các hoạt động của con người.
Do đó, điều rất quan trọng là các phương pháp và loại cô lập carbon này được khuyến khích để cứu và duy trì môi trường.