Cắt giảm khí nhà kính: Càng để chậm càng tốn kém

Hội thảo chuyên đề này của MIT có tên là "Loại bỏ carbon trong nền kinh tế: bên ngoài sản xuất điện". Đồng chủ tịch Hội nghị, Ernest Moniz, giải thích rằng hầu hết các nỗ lực hạn chế khí thải nhà kính có xu hướng tập trung vào sản xuất điện, trong khi ngành này chỉ tạo ra 28% tổng lượng phát thải. "72% lượng phát thải nằm ngoài ngành điện", những lĩnh vực này bao gồm vận tải, sản xuất (29%); công nghiệp (22%); các tòa nhà thương mại và dân cư (12%) và nông nghiệp (9%), theo số liệu năm 2017.

Hội thảo được chia thành ba ban, thảo luận việc khử cacbon trong hệ thống giao thông và công nghiệp, phát triển nhiên liệu ít carbon và quản lý carbon quy mô lớn bao gồm loại bỏ carbon khỏi không khí.

Trong khi điện khí hóa xe khách đang tăng tốc trong những năm gần đây và dự kiến sẽ tăng mạnh trong thập kỷ tới, các bộ phận khác của hệ thống giao thông như máy bay và xe tải hạng nặng sẽ khó điện khí hóa hơn và mất nhiều thời gian hơn.

Giáo sư kỹ thuật cơ khí của MIT, Yang Shao-Horn, cho biết pin lithium-ion ngày nay đã trở thành tiêu chuẩn lưu trữ năng lượng và lượng năng lượng mà chúng có thể lưu trữ trên mỗi đơn vị pin đã cải thiện gấp 10 lần trong 10 năm qua. Nhưng tương lai sẽ đòi hỏi các hóa chất pin mới, chủ đề đang được theo đuổi trong nhiều phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu đang khám phá nhiều con đường đầy hứa hẹn, bao gồm cả pin kim loại-không khí.

Tuy nhiên đối với một số phương tiện như máy bay, pin có thể sẽ không bao giờ đủ. Thay vào đó sẽ cần những cách hiệu quả như sử dụng công nghệ không phát thải carbon để tạo ra nhiên liệu lỏng hoặc khí, như hydro. Việc phát triển các loại nhiên liệu như vậy vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, cô nói, và cần nhiều nghiên cứu hơn.

John Wall, cựu giám đốc công nghệ của Cummins, một trong những nhà sản xuất động cơ diesel hàng đầu thế giới, nói rằng sau 100 năm kinh doanh, công ty năm ngoái đã ra mắt chiếc xe tải điện đầu tiên. Nhưng theo Wall công nghệ cần nhất hiện tại là loại nhiên liệu không phát thải carbon có thể đổ vào và sử dụng ngay trong các phương tiện hiện có.

Wall nói rằng công nghệ ắc quy đã đạt hoặc sẽ sớm đạt đến điểm có thể điện khí hóa các xe tải nhỏ hơn xe đầu kéo 18 bánh. Nhưng vẫn có những hạn chế, chẳng hạn như xe buýt chạy điện sẽ đòi hỏi phải chạy hết lịch trình hàng ngày mà không cần phải sạc lại, có nghĩa là cần một nguồn năng lượng dự phòng.

Đồng chủ tịch Hội nghị chuyên đề, Kristala Prather, Giáo sư Kỹ thuật hóa học tại MIT, nói về những điều kiện cần thiết để phát triển nhiên liệu thay thế ít phát thải carbon từ sinh khối. Bà chỉ ra rằng nhiên liệu sinh học gây tranh cãi, và nhiều chương trình thí điểm nhiên liệu sinh học, chẳng hạn như khuyến khích ethanol làm từ ngô, có kết quả đáng thất vọng và không đạt được mục tiêu sản xuất. "Tại sao chúng ta vẫn nói về nhiên liệu sinh học?", Prather đặt vấn đề.

Prather vẫn lạc quan về tiềm năng của nhiên liệu sinh học, mặc dù còn nhiều thách thức. Lợi thế thứ nhất là các nguyên liệu thô để sản xuất nhiên liệu từ sinh khối rất sẵn có.

Tiếp theo, bà nói rằng có thể khai thác vi khuẩn tạo ra nhiên liệu từ các sản phẩm nông nghiệp được trồng trên vùng đất cận biên không phù hợp với cây lương thực và do đó sẽ không cạnh tranh với sản xuất lương thực.

Nhưng vẫn còn những thách thức như nhiều quy trình tạo ra các sản phẩm phụ độc hại cần xử lý hoặc có thể can thiệp vào chính quy trình sản xuất.

Phó giám đốc chiến lược tại công ty năng lượng gió Orsted Onshore Bắc Mỹ, Francis O'Sullivan, cho biết hydro có thể là năng lượng cầu nối quan trọng để chuyển nền vận tải từ nhiên liệu hóa thạch sang không carbon. Nhưng ông chỉ ra rằng không phải tất cả các quy trình sản xuất hydro đều như nhau. Hầu hết hydro hiện tại được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thông qua một quá trình giải phóng carbon dioxide. Sẽ cần các hệ thống điện phân hiệu quả và có thể mở rộng để sản xuất hydro chỉ bằng nước và điện được sản xuất từ các nguồn sạch.

Trong lĩnh vực năng lượng, ông nói, "hydro có một vai trò quan trọng, kết hợp với năng lượng tái tạo," ví dụ như trong vận chuyển và trong các quy trình công nghiệp. Mặc dù có nhiều vấn đề cần giải quyết về mặt lưu trữ và vận chuyển hydro hiệu quả, "năng lượng này cho phép chúng ta linh hoạt, và do đó là một con đường đáng để khám phá," và đã có nhiều tiến bộ trong sản xuất hydro, O'Sullivan nói. Ví dụ, Anh hiện đang xây dựng một nhà máy điện phân 100 megawatt để sản xuất hydro chạy bằng tua-bin gió ngoài khơi. Nhưng hiện tại các dự án như vậy không khả thi nếu không có trợ cấp của chính phủ.

Howard Herzog, kỹ sư nghiên cứu cao cấp của Sáng kiến Năng lượng MIT, cho biết khoảng 30% tổng lượng khí thải nhà kính trên toàn thế giới đến từ các nguồn khó loại bỏ. Do đó cần phát triển các cách để thu giữ và lưu trữ carbon tại nguồn phát thải hoặc thu trực tiếp từ không khí. Cách dễ nhất là thu tại các nhà máy sản xuất năng lượng, nơi tập trung nhiều khí nhà kính.

Nhưng thu carbon trực tiếp từ trong không khí có thể là cách duy nhất để làm sạch những khí thải không đến từ các nguồn sản xuất năng lượng mà từ các quy trình sản xuất nhất định. Ví dụ, sản xuất xi măng giải phóng lượng carbon dioxide từ đốt nóng đá vôi.

"Câu hỏi không phải là liệu chúng ta có thể lấy carbon dioxide ra khỏi không khí hay không - chúng ta có thể làm điều đó ngay hôm nay. Câu hỏi thực sự là chi phí," Herzog nói. Chi phí loại bỏ 1 tấn carbon dioxide vào khoảng 1.000 USD, và mức giá này cần giảm xuống còn 1/10 thì mới có khả năng ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên một số nhà máy thí điểm vẫn được xây dựng, bao gồm một nhà máy ở Texas có thể thu 1,6 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm.

Ruben Juanes, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại MIT, nói về các cách xử lý carbon dioxide được thu giữ, bao gồm việc sử dụng các giếng dầu và khí đã cạn kiệt, và các tầng chứa nước mặn sâu dưới lòng đất. "Chúng có mặt ở khắp nơi và cung cấp một sức chứa sẵn có khổng lồ," ông nói.

Nhưng vẫn còn những thách thức, chẳng hạn như đưa carbon dioxide từ nguồn đến vị trí lưu trữ dưới lòng đất. Lượng carbon dioxide tỉ lệ thuận với tổng lượng xăng dầu hiện đang được phân phối trên toàn thế giới thông qua các đường ống và bể chứa khổng lồ. Do đó sẽ cần một cơ sở hạ tầng tương đương nếu muốn vận chuyển carbon dioxide.

Arun Majumdar, giáo sư tại Đại học Stanford và cựu giám đốc sáng lập của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến về Năng lượng (ARPA-E), nói rằng về tổng thể đây là một vấn đề quy mô gigaton. Để đáp ứng mục tiêu giữ mức ấm lên toàn cầu dưới 2 độ C, chúng ta chỉ có thể phát thải thêm 800 gigaton carbon dioxide. Điều này có nghĩa là với tốc độ phát thải 40 gigatons mỗi năm, chúng ta chỉ còn 20 năm nữa để sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Vì vậy, bất kỳ giải pháp nào cũng cần có khả năng hoạt động ở quy mô gigaton.

Majumdar cho rằng không thể tránh khỏi nhiệt độ tăng thêm 2 độ C, và chúng ta nên chuẩn bị cho khả năng nhiệt độ trung bình thực tế trong thế kỷ này tăng lên khoảng 3 đến 3,5 độ. "Chúng ta nên xem xét các phương án để xử lý các kịch bản như vậy," bao gồm cả các phương án gây tranh cãi như tác động lên địa cầu để hạn chế lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái đất.

Trong khi đó, Herzog nói thêm rằng bất kỳ biện pháp nào chúng ta thực hiện ngày hôm nay cũng sẽ rẻ hơn nhiều so với những thập kỷ sau. "Mất 20 hoặc 40 USD để giữ cho một tấn carbon không vào bầu khí quyển ngày hôm nay, nhưng để lấy carbon ra khỏi không khí sẽ tốn hàng trăm USD một tấn," ông nói.

http://news.mit.edu/2020/deep-cuts-greenhouse-emissions-are-tough-doable-experts-say-0227