Công nghệ thu giữ carbon

Công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) là quá trình loại bỏ carbon khỏi khí quyển (loại bỏ carbon hoặc thu giữ trực tiếp từ không khí) hoặc ngăn chặn carbon xâm nhập vào khí quyển ngay từ đầu (thu giữ carbon tại nguồn). Carbon là sản phẩm phụ của nhiều quy trình công nghiệp và nhiều nhà sản xuất đang tìm cách để đạt được mục tiêu phát thải carbon ròng bằng không. Công nghệ thu giữ carbon có thể giúp giảm lượng khí thải carbon, một nguyên nhân trực tiếp gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Công nghệ thu giữ carbon là vũ khí quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Thu giữ và lưu trữ trực tiếp từ không khí (DAC+S) là một giải pháp loại bỏ carbon: thu giữ CO₂ trực tiếp từ không khí, sau đó lưu trữ vĩnh viễn hoặc sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp. Thu giữ carbon sau quá trình đốt là hình thức thu giữ carbon phổ biến nhất vì các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch có thể được trang bị công nghệ CCS một cách hồi tố.

Thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) là một phương pháp có thể giúp giảm phát thải vì sẽ thu giữ CO₂ từ nhiên liệu hóa thạch tại các nguồn điểm, ngăn không cho CO₂ này xâm nhập vào khí quyển. Các công nghệ thu giữ bao gồm thu giữ sau đốt, thu giữ trước đốt và thu giữ bằng oxy-nhiên liệu.

Công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí sử dụng thiết bị quay như máy bơm chân không để hút không khí từ khí quyển, cho phép carbon trong không khí liên kết với các chất hóa học được gọi là chất hấp phụ. Sau đó, chất hấp phụ được đun nóng để giải phóng khí carbon dioxide đã được thu giữ.

Công nghệ thu giữ và lưu trữ trực tiếp từ không khí (DAC+S) là một giải pháp loại bỏ carbon: thu giữ CO₂ trực tiếp từ không khí, sau đó lưu trữ vĩnh viễn hoặc sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp. Thu giữ carbon sau quá trình đốt là hình thức thu giữ carbon phổ biến nhất vì các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch có thể được trang bị công nghệ CCS một cách hồi tố.

Công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí (Direct Air Capture - DAC) là quá trình thu giữ carbon dioxide (CO2) trực tiếp từ khí quyển và tạo ra dòng carbon dioxide (CO2) để lưu trữ hoặc sử dụng cho việc sản xuất nhiên liệu trung hòa carbon và khí gió.

Khí carbon dioxide được loại bỏ khi không khí xung quanh tiếp xúc với môi trường hóa chất, điển hình là các chất hấp phụ hoặc dung môi kiềm trong nước. Sau đó, khí carbon dioxide trong môi trường hóa chất được loại bỏ bằng cách gia nhiệt, dẫn đến quá trình khử nước và nén.

Thu giữ trước khi đốt cháy là quá trình loại bỏ carbon trước khi quá trình đốt cháy hoàn tất. Quá trình này thường được áp dụng trong các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc các quy trình phát thải nhiều CO2 như sản xuất phân bón và hóa chất hoặc đốt rác thải.

CO2 được thu giữ từ khí thải trong ống khói hoặc các nguồn phát thải điểm khác. Công nghệ thu giữ carbon trước quá trình đốt cháy trong công nghiệp phổ biến hơn và hiện đang được sử dụng ở quy mô nhỏ hơn so với quy mô cần thiết trong một nhà máy điện.

Trong công nghệ thu giữ carbon trước khi đốt cháy, khi nhiên liệu hóa thạch được oxy hóa một phần, ví dụ như trong lò khí hóa, CO từ khí tổng hợp thu được (CO và H2) sẽ phản ứng với hơi nước (H2O) được thêm vào và chuyển hóa thành CO2 và H2. Khí CO2 sau đó có thể được thu giữ từ dòng khí thải tương đối tinh khiết. H2 có thể được sử dụng làm nhiên liệu; CO2 được loại bỏ trước khi đốt cháy.

Việc thu giữ khí thải trước khi đốt cháy so với sau khi đốt cháy đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. CO2 được loại bỏ sau quá trình đốt cháy, nhưng trước khi khí thải đạt đến áp suất khí quyển. Quy trình này là tiêu chuẩn và có quy mô tương đương với quy trình yêu cầu đối với các nhà máy điện trong hầu hết các quy trình thu giữ CO2 trong ứng dụng công nghiệp.

Như tên gọi cho thấy, thu giữ CO2 sau quá trình đốt cháy là việc loại bỏ CO2 khỏi nhiên liệu hóa thạch sau khi quá trình đốt cháy hoàn tất. Carbon được thu giữ ngay tại nguồn phát sinh trong khí thải; điển hình là tại các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Công nghệ tiên tiến này được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nặng về carbon quy mô nhỏ và vừa. Công nghệ này có một lợi thế rất lớn là có thể được tích hợp vào các hệ thống hiện có đang sản sinh carbon, giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2.

Công nghệ thu giữ carbon sau quá trình đốt cháy loại bỏ CO2 thông qua các amin (các hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tử nitơ có cặp electron tự do). Có nhiều loại amin, với các đặc tính khác nhau liên quan đến việc thu giữ CO2. Một ví dụ điển hình là monoethanolamine (MEA), chất này phản ứng rất mạnh với các khí có tính axit như CO2. Monoethanolamine có thời gian phản ứng nhanh, cho phép loại bỏ một tỷ lệ CO2 tương đối cao, ngay cả trong các dòng khí có nồng độ CO2 thấp hơn, nhờ đó trở thành một lựa chọn rất hiệu quả để loại bỏ CO2.

Quá trình đốt nhiên liệu bằng oxy diễn ra trong môi trường oxy tinh khiết. Để hạn chế nhiệt độ ngọn lửa ở mức thường thấy trong quá trình đốt cháy thông thường, khí thải đã được làm mát sẽ được tuần hoàn và bơm vào buồng đốt. Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu bằng oxy chủ yếu bao gồm hơi nước và CO2. Hơi nước ngưng tụ nhờ quá trình làm lạnh. Điều này tạo ra một dòng khí CO2 gần như tinh khiết.

Quá trình đốt nhiên liệu bằng oxy trong các nhà máy điện có thể được gọi là chu trình "không phát thải". Điều này là do lượng CO2 được lưu trữ không bằng một phần nhỏ lượng CO2 được loại bỏ từ các dòng khí thải thu giữ trước và sau quá trình đốt cháy. Một phần nhỏ CO2 chắc chắn sẽ tích tụ trong nước ngưng tụ, cần được xử lý hoặc thải bỏ đúng cách để đảm bảo nhãn hiệu "không phát thải".

Công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) là một phương pháp có thể giúp giảm phát thải bằng cách thu giữ CO₂ từ nhiên liệu hóa thạch tại các nguồn phát thải điểm, ngăn không cho CO₂ này xâm nhập vào khí quyển. Các công nghệ thu hồi bao gồm thu hồi sau đốt, thu hồi trước đốt và thu hồi bằng oxy-nhiên liệu.

Công nghệ thu giữ và lưu trữ trực tiếp từ không khí (DAC+S) là một giải pháp loại bỏ carbon: thu giữ CO₂ trực tiếp từ không khí, sau đó lưu trữ vĩnh viễn hoặc sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp.