Loại bỏ carbon dioxide biển là một hình thức kỹ thuật địa kỹ thuật

Tháng 5 năm ngoái tại Grundartangi, một cảng nhỏ ở phía tây Iceland, một chiếc xà lan chất đầy dăm gỗ bắt đầu thực hiện những chuyến đi thường xuyên đến một vùng biển cách bờ biển 190 dặm. Đến tháng 9, gần 20.000 tấn — tương đương khoảng 1.400 xe tải đổ — “rác thải gỗ” đã bị đẩy xuống biển. Đây không phải là nỗ lực bí mật đổ rác xuống biển. Thay vào đó, đây là một trong những nỗ lực mới nhất trong cuộc đua loại bỏ khí carbon dioxide dư thừa ra khỏi bầu khí quyển.

Hầu hết mọi người đều đã nghe về các chương trình loại bỏ carbon dioxide trên đất liền (CDR), đáng chú ý nhất là “thu trực tiếp không khí”. Iceland là quốc gia tiên phong trong lĩnh vực này — nhà máy Climeworks Orca, nằm không xa thủ đô Reykjavik của đất nước, đang hút 4.000 tấn CO2 từ khí quyển và bơm sâu xuống lòng đất mỗi năm. Nhưng con số đó còn lâu mới đạt đến mức mà các chuyên gia cho là cần thiết. Trong báo cáo đánh giá gần đây nhất, Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) lưu ý rằng việc loại bỏ carbon dioxide “là cần thiết để đạt được các mục tiêu toàn cầu và quốc gia” là hạn chế sự nóng lên ở mức từ 1,5 đến 2 độ C để tránh “những tác động lớn, không thể đảo ngược về mặt sinh thái và xã hội”.

Chính xác hơn, IPCC cho biết việc loại bỏ tới 15 gigaton carbon mỗi năm có thể cần thiết để duy trì dưới ngưỡng 1,5 độ. Điều đó có nghĩa là thu giữ lượng khí thải tương đương với lượng khí thải hàng năm của 3,3 tỷ ô tô chạy bằng xăng trong 80 năm. “Đây không phải là vấn đề chỉ có một giải pháp”, Nicholas Ward, một nhà khoa học về trái đất tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) cho biết. “Chúng ta không nhất thiết cần giải pháp 15 gigaton có thể giải quyết mọi vấn đề về khí thải của chúng ta — chúng ta cần một túi công cụ gồm một loạt các giải pháp năm phần trăm”.

Người ta biết rất ít về mức độ hiệu quả của những kỹ thuật này trong việc chống lại hiện tượng nóng lên toàn cầu — hoặc về những hậu quả không mong muốn.

Working Tide, công ty khởi nghiệp bảy năm tuổi có trụ sở tại Hoa Kỳ đang thử nghiệm với dăm gỗ ở Iceland, đang đặt cược rằng đại dương chính là nơi hoàn thiện những giải pháp nhỏ này, dưới hình thức loại bỏ carbon dioxide biển, hay mCDR. Trong hàng tỷ năm, đại dương đã hấp thụ CO2 từ khí quyển, chuyển hóa nó thành các dạng carbon khác nhau lưu thông qua các dòng hải lưu hoặc lắng xuống đáy biển. Ngày nay, đại dương hấp thụ 30 phần trăm lượng khí thải CO2 do con người tạo ra, một khả năng lớn hơn 42 lần so với khí quyển. Working Tide muốn tận dụng hệ thống này bằng cách “triển khai” “rác thải gỗ” của ngành công nghiệp gỗ, thường được bán làm nguyên liệu để đốt làm năng lượng sinh học hoặc chỉ đơn giản là để mục nát — các quá trình giải phóng carbon được lưu trữ trong gỗ trở lại không khí.

“Chúng tôi muốn có cách đơn giản nhất có thể để thực hiện những gì chúng tôi cần làm”, Kristinn Hróbjartsson, tổng giám đốc của Working Tide tại Iceland cho biết. “Nếu chúng tôi có thể làm điều đó với một miếng gỗ có kích thước bằng quả bóng golf, chúng tôi muốn làm điều đó hơn là thông qua một quy trình khổng lồ nào đó”.

Các công ty mCDR khác đang thử nghiệm trồng các loại cây thủy sinh tiêu thụ CO2, như tảo bẹ và tảo, sau đó thả chúng xuống đại dương sâu hoặc chôn chúng trong lòng đất, giống như cơ sở Climeworks Orca của Iceland chôn carbon thu được từ không khí. Một số công ty khác đang bơm nước biển qua hệ thống lọc điện phân giúp tăng khả năng cô lập carbon của nước và loại bỏ axit dư thừa, một sản phẩm phụ của CO2 có thể tàn phá các loài sinh vật biển.

Loại bỏ carbon dioxide biển là một hình thức kỹ thuật địa kỹ thuật

Cơ sở Working Tide thu thập các mảnh gỗ vụn sẽ được đổ xuống biển.
Working Tide

Bất kể phương pháp nào, và mặc dù hệ sinh thái các nhà nghiên cứu, công ty tư nhân, nhà đầu tư mạo hiểm và chính phủ đang mở rộng nhanh chóng tập trung sự chú ý và tiền bạc vào mCDR, thực tế là người ta biết rất ít về mức độ hiệu quả của các kỹ thuật này trong việc chống lại sự nóng lên toàn cầu — hoặc về phạm vi hậu quả không mong muốn mà chúng có thể gây ra cho môi trường biển. Ward, người có phòng thí nghiệm là một phần của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, cho biết: “Có thể nói rằng các quy định đang tụt hậu so với tốc độ đầu tư của cả nghiên cứu và ngành công nghiệp”. “Tiền nghiên cứu không phải là vô hạn và trong trường hợp của chúng tôi, đó là tiền của người nộp thuế, vì vậy chúng ta nên nghĩ đến các giải pháp có tiềm năng nhất”.

Xem thêm  Flying Inexperienced: The Pursuit of Carbon-Neutral Aviation Revs Up

Loại bỏ carbon dioxide biển là một hình thức kỹ thuật địa kỹ thuật, có lẽ là từ gây chia rẽ nhất trong khoa học khí hậu ngày nay. Mặc dù các nhà khoa học và chính phủ có vẻ lo ngại hơn về các nỗ lực kỹ thuật địa kỹ thuật khí quyển, như thay đổi khả năng phản xạ của bầu trời bằng cách tiêm lưu huỳnh dioxide, họ cũng đã bày tỏ lo ngại về mCDR, nếu chỉ vì nó ít được hiểu biết. Diện tích nhỏ của Iceland và sự thừa nhận về tính cấp bách của cuộc khủng hoảng khí hậu đã biến nơi này thành một vườn ươm lý tưởng cho khoa học mCDR. Nhưng những cảnh báo ngày càng nghiêm trọng của IPCC và các nhóm khác về nhu cầu phải hành động ngay bây giờ và hành động theo nhiều cách bao gồm mCDR đã đủ lớn để thu hút sự chú ý của các chính phủ lớn hơn nhiều, bao gồm cả chính quyền Biden.

Thay vì sử dụng điện để tách axit ra khỏi nước biển, một số công ty đang thử nghiệm với đá kiềm.

Năm ngoái, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến-Năng lượng (ARPA-E) của Bộ Năng lượng đã tạo ra một chương trình cụ thể nhằm hỗ trợ phát triển công nghệ để cải thiện khả năng đo lường và giám sát carbon trong đại dương của các nhà khoa học. Vào tháng 10, chương trình — có tên là Cảm biến Xuất khẩu Carbon Nhân tạo Thông qua Quan sát Đại dương (SEA-CO2) — đã công bố đợt tài trợ đầu tiên: 36 triệu đô la sẽ được phân phối cho 11 phòng thí nghiệm, tổ chức học thuật và các công ty tư nhân tại chín tiểu bang.

Ward và các đồng nghiệp của ông tại cơ sở Sequim, Washington của PNNL đã được trao hơn 2 triệu đô la để phát triển các mô hình và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm hiểu rõ hơn về hiệu quả và tác động của một trong những kỹ thuật mCDR được hiểu rõ hơn — tăng cường độ kiềm của đại dương (OAE). Giảm độ axit của nước biển sẽ làm tăng độ kiềm của nước; độ kiềm càng cao thì lượng CO2 trong khí quyển mà nước biển có thể hấp thụ và chuyển hóa thành carbon vô cơ ổn định hơn, ít có khả năng thẩm thấu trở lại không khí. Từ năm ngoái, công ty Ebb Carbon đã vận hành hệ thống OAE của mình tại cơ sở Sequin, lọc nước biển qua một loạt màng, khi được xung điện, sẽ chiết xuất axit của nước biển. Ward cho biết với khoản tài trợ của liên bang, phòng thí nghiệm sẽ thử nghiệm các phương pháp OAE từ một số công ty khác.

Hệ thống Ebb Carbon có thể làm cho nước biển ít có tính axit hơn, cho phép nước biển hấp thụ nhiều carbon dioxide hơn.

Hệ thống Ebb Carbon có thể làm cho nước biển ít có tính axit hơn, cho phép nước biển hấp thụ nhiều carbon dioxide hơn.
PNNL

Matthew Eisaman, đồng sáng lập Ebb Carbon và là phó giáo sư tại Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh của Đại học Yale, cho biết phương pháp điện phân cũng có thể được sử dụng để kiềm hóa nước muối từ các nhà máy khử muối. Theo Eisaman, các cơ sở như vậy tạo ra khoảng 40 tỷ gallon nước muối mỗi ngày trên toàn cầu, phần lớn trong số đó được thải ra biển. Ông cho biết: “Nếu bạn chuyển đổi tất cả lượng muối đó thành kiềm bằng quy trình mà chúng tôi đang theo đuổi”, hơn 1 tỷ tấn CO2 được lấy từ không khí và lưu trữ trong đại dương mỗi năm. Việc giảm axit hóa ở quy mô đại dương là điều không thể, nhưng Eisaman cho biết đó không phải là mục tiêu của Ebb Carbon. Ông chỉ ra các trang trại nuôi hàu ở các vịnh và cửa sông xung quanh Sequin đang bị axit hóa, làm mỏng vỏ của các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ. “Bạn có thể sử dụng phương pháp này để giữ cho vùng nước cục bộ tương đối nhỏ đó giống với trạng thái cân bằng tiền công nghiệp lý tưởng cho động vật có vỏ”.

Xem thêm  Nhà máy xi măng và hoạt động của chúng

Thay vì sử dụng điện để sốc axit từ nước biển, các công ty khác đang thử nghiệm với đá kiềm, như bazan hoặc olivin, qua hàng nghìn năm sẽ phân hủy và hòa vào đại dương. Để đẩy nhanh quá trình tự nhiên đó, thường được gọi là “phong hóa đá tăng cường”, vật liệu có thể được khai thác, nghiền thành bột và trộn vào đại dương. Eisaman lập luận rằng “hệ thống mở” như thế này, sử dụng chu trình carbon của riêng Trái đất thay vì “hệ thống khép kín” như thu giữ không khí trực tiếp, là “phương pháp có tiềm năng mở rộng quy mô lên hàng gigaton và với chi phí thấp”. (Working Tide cũng phủ một lớp vật liệu kiềm lên các mảnh gỗ của mình, với mục tiêu đồng thời chuyển CO2 ra đại dương và chống lại quá trình axit hóa.)

“Chúng tôi đang can thiệp vào thế giới tự nhiên, nghĩa là chúng tôi cần phải rất cẩn thận về những gì mình làm”, một giám đốc công ty khởi nghiệp cho biết.

Tại Viện Hải dương học Woods Hole ở Massachusetts, các nhà khoa học sẽ sử dụng phần tài trợ SEA-CO2 của họ để phát triển các cảm biến có thể gắn vào neo đậu khoa học và phương tiện tự hành dưới nước để liên tục đo nồng độ carbon trong nước biển. Các cảm biến như vậy sẽ có lợi cho các công ty có mục tiêu nuôi tảo lớn — rong biển và tảo bẹ — để hút một lượng lớn CO2 từ không khí, sau đó thả chúng xuống đại dương sâu. Nhưng một số nhà khoa học cho rằng những nỗ lực như vậy là rủi ro. Khi phân hủy trong cột nước, sinh khối này tạo ra carbon hữu cơ “có thể bị vi khuẩn ăn, gây ra đủ loại biến đổi trong môi trường”, Ward nói. “Ví dụ, dưới đáy biển, bạn có carbon hữu cơ có thể biến đổi thành các loại khí nhà kính khác nhau, như nitơ oxit và mêtan, tùy thuộc vào các điều kiện. Nếu chúng ta không theo dõi sản xuất các loại khí nhà kính khác này, chúng ta không thể biết chính xác lượng carbon thực sự được cô lập là bao nhiêu”.

Trên thực tế, Working Tide đưa ra một câu chuyện cảnh báo về việc tảo lớn chìm. Vào năm 2021, công ty đã nộp bằng sáng chế cho một thiết bị nổi được gieo hạt tảo bẹ và “được tăng cường bằng tải trọng dinh dưỡng” oxit sắt để thúc đẩy sự phát triển của thực vật phù du nở hoa, có thể tiêu thụ một lượng lớn CO2 trong khí quyển. Kế hoạch này đã gây ra đủ lo ngại về những hậu quả không mong muốn khiến một số nhà khoa học của công ty được cho là đã nghỉ việc. Trong một bài báo năm 2022 được công bố trên Nature Ecology & Evolution , nhà hóa sinh biển Phillip Boyd của Đại học Tasmania và các đồng tác giả đã mô hình hóa các tác động tiềm ẩn của các thiết bị như thiết bị do Working Tide đề xuất, kết luận rằng chúng có khả năng gây ra “một loạt các mối đe dọa sinh học” đối với các hệ sinh thái ngoài khơi, từ việc thay đổi thành phần hóa học của nước đến sự du nhập của các vi sinh vật xâm lấn. Khi được yêu cầu phản hồi lại lời chỉ trích đó, Hróbjartsson của Working Tide cho biết trong một e-mail: “Chúng tôi sẽ không bao giờ và không bao giờ triển khai bất kỳ thứ gì xuống đại dương mà không được coi là tác động nhỏ nhất hoặc tạm thời đến môi trường đại dương theo khoa học tốt nhất hiện có”.

Nhà hóa học Kai Schulz thêm bột đá vào nước biển như một phần của nghiên cứu ở Kiel, Đức, về việc làm giảm tính axit của đại dương.

Nhà hóa học Kai Schulz thêm bột đá vào nước biển như một phần của nghiên cứu ở Kiel, Đức, về việc làm cho đại dương ít axit hơn.
Michael Sswat / GEOMAR

Xem thêm  The Biden Administration Bets Huge on ‘Native climate Good’ Agriculture

Boyd cho biết công nghệ điện hóa là phương pháp tiếp cận an toàn hơn vì nó được hiểu rõ hơn. “Chúng tôi muốn thử và khuyến khích các phương pháp, thứ nhất là an toàn; thứ hai là hiệu quả trong thời gian dài; và thứ ba là dễ dàng xác minh”. Ông cho biết, với việc triển khai sinh khối, “chúng tôi không chắc kết quả sẽ như thế nào”.

Hróbjartsson đồng ý rằng cần phải thực hiện nhiều nghiên cứu hơn về mCDR, lưu ý rằng phần lớn nỗ lực của công ty đều nằm trong phòng thí nghiệm và dự án thí điểm về chất thải gỗ chỉ là một thử nghiệm nhỏ. “Rõ ràng là chúng tôi đang can thiệp vào thế giới tự nhiên, điều đó có nghĩa là chúng tôi cần phải rất cẩn thận về những gì chúng tôi làm. Và việc ngừng sử dụng nhiên liệu hóa thạch — điều này cũng sẽ không tránh khỏi tác động đến môi trường”, Hróbjartsson nói. “Nhưng tôi nghĩ mọi người đều đồng ý rằng chúng ta cần phải làm gì đó và chúng ta cần có đầy đủ các công cụ để giải quyết vấn đề”.

Cuối cùng, Boyd và các đồng tác giả của ông kết luận rằng có nhu cầu lớn đối với loại nghiên cứu mà chương trình SEA-CO2 sẽ tạo ra. Boyd cho biết: “Loại bỏ carbon biển là một lĩnh vực rất thách thức, vì nó không chỉ liên quan đến khoa học. Có khía cạnh công nghệ, kinh tế, truyền thông với công chúng, khuôn khổ pháp lý và sau đó là thị trường. Và theo như tôi thấy, không có điều nào trong số đó thực sự phù hợp với mục đích tại thời điểm này”.

Một số nhà khoa học cho rằng việc loại bỏ CO2 chỉ đơn giản là để đánh lạc hướng sự chú ý khỏi tính cấp bách của cuộc khủng hoảng khí hậu và là cái cớ để tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch.

Mặc dù các nhà khoa học mới chỉ bắt đầu tìm hiểu về hiệu quả của mCDR, thị trường carbon tư nhân đang phát triển mạnh mẽ và các nhà đầu tư tư nhân đã đặt cược lớn vào thành công của nó. Một số tên tuổi lớn nhất trong ngành công nghệ đã bơm hàng chục triệu đô la vào Ebb Carbon, Working Tide và các công ty khác.

Tất nhiên, những năm gần đây đã cho thấy mối nguy hiểm nghiêm trọng của câu thần chú được Thung lũng Silicon ưa thích, “hành động nhanh và phá vỡ mọi thứ”. Khi nói đến môi trường, hành động nhanh có thể rất quan trọng, nhưng phá vỡ mọi thứ có thể là thảm họa. Một số nhà khoa học đã chỉ ra rằng việc loại bỏ carbon dioxide — và việc bán các tín chỉ carbon đó — chỉ đơn giản là để đánh lạc hướng khỏi tính cấp bách của cuộc khủng hoảng khí hậu và là cái cớ để tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch. Friederike Otto, tác giả chính của báo cáo IPCC mới nhất, gần đây đã nói với The Guardian rằng các công cụ để giữ cho nhiệt độ ấm lên ở mức 1,5 độ đã có sẵn và được hiểu hoàn toàn: ngừng khai thác nhiên liệu hóa thạch, giảm quy mô canh tác công nghiệp và nạn phá rừng, danh sách còn dài. “Chúng ta nên hành động như thể CDR sẽ không bao giờ đạt được”, Otto nói. “Chúng ta hiện không có công nghệ nào hoạt động ở quy mô lớn… vì vậy chúng ta nên đưa ra các chính sách của mình như thể CDR không phải là một lựa chọn”.

Boyd đồng ý rằng công nghệ CDR an toàn, hiệu quả trong việc lưu trữ carbon trong thời gian dài, có thể xác minh và có thể mở rộng quy mô vẫn chưa tồn tại. Nhưng chúng ta cần sự tăng tốc mà doanh nghiệp tư nhân và thị trường carbon có thể mang lại, ông nói. “Nếu chúng ta định xây dựng mối quan hệ đối tác này với các doanh nghiệp, [những doanh nghiệp] có các công cụ, phương tiện và cơ sở hạ tầng để thực sự thúc đẩy điều này, thì phải có một cuộc thảo luận thực chất hơn về những rào cản tốc độ là gì”, ông nói. “Không phải là chúng ta muốn kìm hãm [các công ty], nhưng đồng thời, đại dương là một nơi phức tạp”.

Sửa lỗi, ngày 23 tháng 4 năm 2024 : Một phiên bản trước đó của bài viết này đã trích dẫn không đúng Kristinn Hróbjartsson của Working Tide khi nói rằng công ty không có kế hoạch đánh chìm tảo lớn xuống đại dương. Hiện tại, công ty đang nghiên cứu tác động của việc đánh chìm tảo lớn.

By

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *