Công nghệ 'tóm' CO2 từ tàu biển để chống biến đổi khí hậu

Một năm trước, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đã thắt chặt các mục tiêu phát thải cho vận tải biển ngang hàng với các ngành khác và hướng tới đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Nhưng các loại nhiên liệu phát thải thấp như methanol, hydro và amoniac không có sẵn.

Trước thực tế này, nhà hải dương học hóa học Jess Adkins từ Viện Công nghệ California (Caltech) cho rằng ông có thể giúp ngành vận tải biển giảm phát thải bằng cách trang bị cho các tàu chở hàng lò phản ứng có khả năng biến carbon dioxide (CO2) thải ra từ quá trình đốt nhiên liệu thành muối biển.

Quá trình này tương tự như những gì đã diễn ra tự nhiên trong các đại dương. Nước biển hấp thụ khoảng một phần ba lượng CO2 thải ra khí quyển, khiến nó tăng tính axit và hòa tan canxi cacbonat, một chất có nhiều trong đại dương. Ông Adkins cho biết: "Canxi cacbonat là thành phần tạo nên xương san hô, vỏ sò và tất cả những thứ hình thành phần lớn trầm tích dưới đáy đại dương". Sau đó, canxi cacbonat hòa tan phản ứng với CO2 trong nước để tạo thành muối bicarbonate, khóa chặt CO2. Ông Adkins cho biết hiện tại đã có 38 nghìn tỷ tấn bicarbonate trong đại dương.

Ông Adkins đã thành lập công ty khởi nghiệp Calcarea đang thiết kế và thử nghiệm các lò phản ứng biến CO2 thành muối bicarbonate. Theo ông, đây là phản ứng đã diễn ra trong hàng tỷ năm trên hành tinh: "Nếu có thể đẩy nhanh quá trình này, chúng ta có cơ hội tìm ra cách lưu trữ CO2 an toàn và lâu dài".

Công ty Calcarea mô phỏng quá trình tự nhiên này bằng cách dẫn khí thải của tàu biển đến một lò phản ứng đặt trong thân tàu. Tại đó, khí thải được kết hợp với nước biển và đá vôi - loại đá chủ yếu hình thành từ canxi cacbonat. CO2 trong khí thải phản ứng với hỗn hợp, tạo ra nước mặn khóa chặt CO2 dưới dạng muối bicarbonate.

Ông Adkins cho biết mục tiêu là một lò phản ứng quy mô lớn có thể giúp thu giữ và lưu trữ khoảng một nửa lượng khí thải CO2 của các con tàu.

Trong thế giới tự nhiên, phản ứng diễn ra trong hơn 10.000 năm, nhưng với các lò phản ứng của Calcarea, thời gian giảm xuống chỉ còn khoảng một phút. Việc rút gọn thời gian đạt được nhờ đưa CO2 và đá vôi tiếp xúc chặt chẽ với nhau. Theo ông Adkins, nước mặn từ lò phản ứng của Calcarea thải ra đại dương, sẽ không đe dọa sinh vật biển hoặc cân bằng hóa học của nước biển.

Ông Adkins cho biết: "Điều tuyệt vời là bản thân con tàu đóng vai trò một máy bơm nước tự nhiên”. Ông cũng nhấn mạnh hệ thống này đòi hỏi nước phải liên tục di chuyển để tạo phản ứng giữa các nguyên tố khác nhau, và chính chuyển động của tàu sẽ hỗ trợ điều này.

Ông tiết lộ rằng công ty cũng đang xem xét việc bổ sung một bộ lọc sơ bộ vào hệ thống để loại bỏ các chất ô nhiễm khác từ khí thải hòa vào nước, chẳng hạn như các hạt và nhiên liệu chưa cháy.

Sau hai năm đầu tư cho dự án, vào tháng 1/2023, ông đã tách Calcarea ra khỏi Caltech. Ông đã cùng ba người đồng sáng lập là Melissa Gutierrez, sinh viên Caltech, kỹ sư Pierre Forin và giáo sư Will Berelson của Đại học Nam California (USC) huy động được 3,5 triệu USD tiền tài trợ và tập trung vào ngành vận tải biển.

Cho đến nay, Calcarea đã tạo được hai lò phản ứng mẫu, một ở bãi đậu xe USC và một ở Cảng Los Angeles. Vào cuối tháng 5, Calcarea đã công bố quan hệ đối tác công ty vận tải quốc tế Lomar. Ông Adkins tin tưởng rằng điều này sẽ giúp đưa các mẫu lò phản ứng đầu tiên được lắp đặt trên tàu. Lò phản ứng sẽ được thiết kế riêng cho các kích cỡ tàu khác nhau.

Trước khi Calcarea sẵn sàng lắp đặt lò phản ứng đầu tiên, vẫn còn một số thách thức về kỹ thuật cần giải quyết. Ví dụ, biện pháp lắp đặt để lò phản ứng nằm vừa vặn trong tàu và việc vận chuyển đá vôi.

Chi phí của hệ thống, theo ước tính hiện tại, là khoảng 100 USD cho mỗi tấn CO2 thu được từ khí thải, bao gồm cả doanh thu mà tàu mất đi do phải nhường chỗ cho lò phản ứng.

Một số tàu chở hàng đã trang bị thiết bị tương tự trên tàu để thu và thải khí lưu huỳnh vốn có hại cho sức khỏe con người và môi trường. Theo Hiệp hội Cảng Anh, tính đến tháng 6/2023, chúng đã được lắp đặt trên khoảng 5% tàu vận tải thương mại toàn cầu. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nước thải từ thiết bị lọc này có thể " độc hại đối với các sinh vật biển". Trong khi đó, các lò phản ứng của Calcarea cũng thu lưu huỳnh trong quy trình loại bỏ CO2 của chúng.

Theo giáo sư Daniel Sigman tại Đại học Princeton (Mỹ), người không liên quan đến Calcarea, phương pháp tiếp cận của công ty có nhiều ưu điểm. Đầu tiên, nó là sự tăng tốc của một quá trình tự nhiên.

Thứ hai, vì phản ứng xảy ra trong tàu và không tiêu thụ hết nguồn CO2 nên nó sẽ không làm tăng nồng độ axit của đại dương và sẽ không góp phần gây ra vấn đề axit hóa đại dương, gây hại cho sinh vật biển. Đại dương tạo ra 50% lượng oxy chúng ta cần. Đại dương còn hấp thụ 25% lượng khí thải carbon dioxide và thu giữ 90 phần trăm lượng nhiệt dư thừa do khí thải này tạo ra. Đại dương được ví là "bể chứa carbon" lớn nhất của hành tinh - một vùng đệm quan trọng chống lại tác động của biến đổi khí hậu.

Ông Sigman nhận định rằng vì những người sáng lập Calcarea là chuyên gia về chu trình cacbon của đại dương, nên họ có thể tránh được những cạm bẫy tiềm ẩn của việc loại bỏ CO2.