Phát triển phương pháp mới để thu giữ hiệu quả carbon dioxide trong khí quyển

• Nhóm nghiên cứu Khoa Hóa học của Đại học Helsinki đã phát triển công nghệ thu giữ carbon dioxide mới sử dụng hợp chất siêu bazơ (superbase)-alcohol
• 1g hợp chất này có thể hấp thụ trực tiếp 156mg CO₂, và không phản ứng với các thành phần khác trong không khí như nitơ hay oxy
• CO₂ đã được thu giữ có thể được giải phóng để tái sử dụng chỉ bằng cách gia nhiệt ở 70°C trong 30 phút, nên hiệu quả năng lượng cao hơn so với xử lý nhiệt trên 900°C của công nghệ hiện có
• Hợp chất không độc hại, chi phí thấp, và vẫn duy trì 75% hiệu năng sau 50 lần tái sử dụng, 50% sau 100 lần
• Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ thử nghiệm hợp chất này trong nhà máy thí điểm quy mô trình diễn, đồng thời đang thúc đẩy phát triển phiên bản rắn kết hợp với silica hoặc graphene oxide

---

Phát triển hợp chất mới để thu giữ carbon dioxide

• Khoa Hóa học của Đại học Helsinki đã phát triển một hợp chất mới có thể trực tiếp thu giữ carbon dioxide trong khí quyển
  • Hợp chất gồm sự kết hợp giữa siêu bazơ (superbase) và alcohol
  • 1g hợp chất có thể hấp thụ 156mg CO₂, và không phản ứng với các khí khác trong không khí như nitơ hay oxy
• So với các công nghệ thu giữ hiện có, hợp chất này có dung lượng hấp thụ vượt trội và vẫn hiệu quả ngay cả trong không khí môi trường chưa qua xử lý (untreated ambient air)

Hiệu quả giải phóng và tái sử dụng CO₂

• CO₂ đã được thu giữ có thể dễ dàng được giải phóng bằng cách gia nhiệt ở 70°C trong 30 phút
  • CO₂ được giải phóng có thể được thu hồi ở dạng tinh khiết để tái sử dụng
  • Trong khi các hợp chất hiện có cần nhiệt độ cao trên 900°C, hợp chất lần này có thể tái sinh ở nhiệt độ thấp
• Hợp chất có thể được sử dụng lặp lại, và vẫn giữ 75% khả năng hấp thụ sau 50 lần sử dụng, 50% sau 100 lần

Thành phần và đặc tính của hợp chất

• Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại bazơ khác nhau để tìm ra tổ hợp phù hợp nhất
  • Cuối cùng, họ đã tìm ra hợp chất tối ưu bằng cách kết hợp 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene (TBN) với benzyl alcohol
• Hợp chất không độc hại, và tất cả các thành phần cấu thành đều có thể được sản xuất với chi phí thấp
• Thí nghiệm đã được tiến hành trong khoảng hơn 1 năm để xác định tổ hợp tối ưu

Kế hoạch áp dụng ở quy mô công nghiệp

• Nhóm nghiên cứu có kế hoạch mở rộng từ thí nghiệm quy mô gram lên nhà máy thí điểm quy mô công nghiệp
  • Để làm được điều này, cần chuyển hợp chất lỏng sang dạng rắn
  • Họ dự kiến sẽ liên kết nó với silica hoặc graphene oxide để tăng cường tương tác với CO₂

Ý nghĩa của nghiên cứu

• Công nghệ này được đánh giá là một giải pháp thu giữ carbon bền vững với các đặc tính nhiệt độ thấp, chi phí thấp, không độc hại
• Trong tương lai, các thử nghiệm trình diễn sẽ được tiến hành để xác minh khả năng ứng dụng công nghiệp
• Nghiên cứu do nghiên cứu sau tiến sĩ Zahra Eshaghi Gorji dẫn dắt, và được công bố như một thành tựu nghiên cứu đổi mới của Đại học Helsinki

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Tóm lại một bình luận tôi từng viết trước đây: lý do tách CO2 khỏi không khí khó là vì nồng độ của nó quá thấp
  Xấp xỉ thì không khí gồm 78% nitơ, 21% oxy, 0,9% argon, còn CO2 chỉ khoảng 0,04%, thực chất gần như ở mức sai số làm tròn
  Vì vậy cách tiếp cận “ngay từ đầu đừng phát thải, hoặc thu giữ ngay tại điểm phát thải” thực tế hơn nhiều

  • Tôi cũng luôn khó hình dung việc lấy CO2 ra khỏi không khí một cách hiệu quả kiểu “tách lại nguyên liệu từ một chiếc bánh đã nướng”
    Nó phân tán quá loãng trong toàn bộ khí quyển, nên tôi nghi ngờ liệu có thể tạo ra một gradient nồng độ đủ ý nghĩa trên thang thời gian của con người hay không
  • Nhưng ở những nơi có nồng độ CO2 cao như ống khói nhà máy, công nghệ này có thể vẫn hữu ích
  • Về căn bản thì không tạo ra CO2 hiệu quả hơn nhiều so với việc loại bỏ nó
    Trừ những trường hợp ngoại lệ như máy bay, tôi nghĩ dùng năng lượng cho điện mặt trời, điện gió, pin, vật liệu cách nhiệt, heat pump... sẽ tốt hơn nhiều
  • Nhưng tôi cũng tò mò không biết nguyên nhân của suy giảm nhận thức là do chính CO2, hay thiếu oxy mới là nguyên nhân thực sự
  • Dù sao thì thực vật vẫn xử lý chuyện này khá tốt mà

• Bản thân nghiên cứu trong lĩnh vực này rất thú vị và có nhiều khả năng ứng dụng, nhưng loại bỏ CO2 trên quy mô toàn cầu là chuyện thực tế không thể làm nổi
  Cuối cùng, giải pháp vẫn chỉ là “ngay từ đầu phát thải ít hơn”
  Ý chí chính trị còn thiếu, nên tôi cũng không tin sẽ có ý chí để xây dựng một hệ thống thu giữ và cô lập khổng lồ

  • Tôi đồng ý là cần ý chí chính trị, nhưng tôi nghĩ việc xây dựng và vận hành hệ thống thì chưa chắc đã cần có đồng thuận chính trị đầy đủ
    Cũng tự hỏi liệu chính cái phần “chúng ta” phải phối hợp với nhau đó mới là thứ rốt cuộc đòi hỏi ý chí chính trị hay không
  • Tuy vậy, nếu carbon thu được được chuyển thành nguyên liệu hóa học hoặc nhiên liệu tổng hợp bằng quy trình Fischer–Tropsch thì có thể sẽ có tính kinh tế
    Vấn đề là hiệu suất theo thể tích hơn là hiệu suất năng lượng; hiện tại chất hấp phụ chỉ bắt được vài chục g CO2 trên mỗi kg
    Nếu các vật liệu này được cải thiện thì ứng dụng công nghiệp sẽ khả thi
    Tham khảo thêm, các loài như cottongrass có thể mọc cả ở vùng tundra, nên vừa thu giữ carbon vừa sản xuất vật liệu sinh học
  • Một cách khác là thu giữ tập trung ở đầu ra của các nguồn phát thải lớn như nhà máy điện hoặc nhà máy xi măng
  • Trong những lĩnh vực khó lưu trữ bằng pin, cách tạo nhiên liệu từ không khí có thể hữu ích
    Khi giá điện thấp, nó thậm chí có thể kinh tế hơn, và nếu thay thế khai thác nhiên liệu hóa thạch thì có thể tiến gần phát thải ròng bằng 0
  • Dù hiện giờ có vẻ chưa cần, nhưng sau khi đạt phát thải ròng bằng 0 thì CO2 trong khí quyển vẫn còn rất nhiều, nên phải bắt đầu nghiên cứu từ bây giờ

• Với tốc độ phát thải hiện tại, có thể trong vòng 20 năm nữa các hộ gia đình sẽ cần máy lọc CO2
  Hiện nay soda lime (Ca(OH)₂) là tiêu chuẩn, hấp thụ khoảng 250 mg CO2 trên mỗi gram
  Ưu điểm của công nghệ mới là có thể tái sử dụng bằng cách gia nhiệt, nên có thể hữu ích cho việc làm sạch không khí trong nhà

  • Khi nồng độ CO2 cao sẽ xảy ra suy giảm chức năng nhận thức
    Trong nhà thường xuyên lên tới 2000~3000 ppm, và từ 700~1000 ppm đã bắt đầu giảm khả năng tập trung
    Hệ thống thông gió trao đổi nhiệt sẽ giúp ích
  • Ưu điểm của vật liệu mới là nó ở dạng lỏng
    Các chất hấp thụ dùng trong nghiên cứu trước đây cũng có tính thuận nghịch, nhưng vấn đề là tiêu tốn nhiều năng lượng
  • Nếu hoạt động ở 160°F (khoảng 70°C) và không độc thì nó cũng có tiềm năng cho gia đình
    Có vẻ cũng sẽ hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng không khí ở trường học
    Tuy vậy, xử lý sau khi thu giữ mới là bài toán then chốt
  • Tôi muốn biết cơ sở của ước tính “20 năm” đó là gì
  • Cũng thú vị nếu công nghệ này có thể được dùng trong sản xuất xi măng

• Hiện tại, các kho lưu trữ carbon có nguồn gốc sinh học là cách cô lập hiệu quả nhất
  Kho lưu trữ ướt bằng biochar hoặc kho lưu trữ khô dạng khối carbon có vẻ đầy hứa hẹn
  Những cách này ít năng lượng, dạng mô-đun nên thực tế hơn DAC, và thậm chí có thể trở thành nền tảng cho một hệ thống tiền tệ carbon

• Thu giữ trực tiếp từ không khí (DAC) không có tính kinh tế do giới hạn khi mở rộng quy mô
  Thu giữ gần nguồn phát thải thực tế hơn, nhưng nếu không có trợ cấp thì không làm nổi
  Theo đạo luật IRA thì mức hỗ trợ hiện vào khoảng 50 USD mỗi tấn

  • Về căn bản thì loại bỏ nguồn phát thải vẫn tốt hơn thu giữ, nhưng cuối cùng vẫn sẽ cần cả thu giữ từ không khí
  • DAC là không bền vững, nên tôi nghĩ các phương án thay thế như CCS bằng sinh khối đại dương sẽ tốt hơn
    Ví dụ, thu hoạch quy mô lớn rong biển hoặc thực vật phù du rồi cô lập chúng
  • Nhưng nếu không loại bỏ lượng CO2 tích lũy từ thời Cách mạng Công nghiệp thì không thể kéo nhiệt độ quay lại
    Ta giống như đang mang nợ, và việc trả món nợ đó sẽ đòi hỏi một lượng năng lượng gần như khó tưởng tượng nổi
    Tôi không nghĩ có khả năng giải quyết được trong vòng 50 năm
  • Cũng còn bài toán lưu trữ CO2 ở đâu
    Nếu rò rỉ thì có thể gây thương vong hàng loạt như thảm họa Lake Nyos
    Thậm chí còn khiến người ta có cảm giác sống cạnh chất thải hạt nhân còn hơn

• Tiêu đề bài báo sẽ chính xác hơn nếu là “phương pháp thu giữ CO2 tương đối hiệu quả”
  Đây không phải hiệu suất tuyệt đối, mà chỉ là mức cải thiện so với các dung môi hiện có

  • Trước đây tôi từng giao cho sinh viên bài tập thiết kế hệ thống loại bỏ CO2, và lý do hiệu suất lý thuyết tăng lên là vì nồng độ CO2 trong khí quyển tăng
  • “Tiến gần hiệu suất lý thuyết” và “có thể triển khai về mặt kinh tế” là hai chuyện hoàn toàn khác nhau

• Cuối cùng thì tính kinh tế quyết định tất cả
  Trồng cây rẻ hơn, và nếu tính cả doanh thu từ gỗ thì cách này có thể là không hiệu quả

  • Nhưng trồng đủ cây trên toàn thế giới là điều không thể
    Khi rừng chết đi, chúng lại phát thải CO2 nên cần lưu trữ vĩnh viễn
    Bài liên quan: The Guardian – Africa forests transformed from carbon sink to carbon source
  • Các định luật vật lý quan trọng hơn kinh tế
    Muốn hạ CO2 trong khí quyển về mức năm 1980 thì phải di chuyển một lượng vật chất cỡ cả dãy núi
    Sẽ cần hàng triệu xe tải, và rốt cuộc lượng năng lượng phải bỏ vào là khổng lồ
    Kể cả có trồng cây thì cuối cùng cũng sẽ có người chặt và dùng chúng, nên phải chôn ở một dạng bất lợi về năng lượng
  • Ngay cả nếu ngừng hoàn toàn phát thải thì vẫn phải loại bỏ lượng CO2 đã tích tụ
    Trồng rừng quy mô lớn có phát thải phụ cao do đất đai, di chuyển hạ tầng, bảo trì..., nên hiệu quả thấp
    Cuối cùng vẫn phải song hành cả thu giữ CO2 lẫn công nghệ che chắn bức xạ mặt trời
  • Thực vật có hiệu suất thấp nhưng có ưu điểm là đóng gói CO2 ở dạng ổn định
    Nếu thu giữ ở dạng khí thì khó lưu trữ lâu dài, và những cách như đầm lầy nhân tạo có thể là một phương án thay thế
  • Cây mất hàng chục năm để lớn, nên đối phó khí hậu trong ngắn hạn thì không hiệu quả

• Đại dương là thiết bị thu giữ carbon tốt nhất
  Trong 10 năm gần đây, tảo sargassum bùng nổ mạnh, và có thể nguyên nhân là do CO2 tăng
  Nếu thu gom chúng rồi chôn ở sa mạc hoặc vùng đất cằn cỗi thì có thể vừa cải tạo đất vừa cố định carbon

  • Các số liệu và nguyên nhân tính đến năm 2025 được tổng hợp trong báo cáo của USF và bài viết của ABC News
    Phân tích cho rằng sau hạn hán, lượng phosphate chảy vào tăng vọt đã làm tảo sinh sôi mạnh hơn
  • Nhưng để thu gom rong biển thì khó tránh khỏi dùng nhiên liệu hóa thạch, nên tôi nghi ngờ liệu có thể đạt carbon âm ròng hay không
    Phần lớn các ý tưởng cô lập quy mô lớn rốt cuộc đều kết thúc như một ảo tưởng kiểu động cơ vĩnh cửu
  • Tăng độ kiềm của đại dương cũng là một cách, nhưng lại gây axit hóa đại dương và phá hủy môi trường sống
    Tài liệu liên quan: Ocean Visions – Ocean Alkalinity Enhancement
  • Chuyển rong biển lên đất liền dường như cũng không có lý do gì khiến nó hấp thụ thêm CO2

• Nghiên cứu thực tế được nhắc đến trong bài nằm ở bài báo ACS
  Chất cốt lõi là một siêu base tên 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene
  Dung dịch amine gốc nước cũng có thể tái sinh ở dưới 200°C, nên có vẻ truyền thông đã thổi phồng để tiếp thị

  • Có người còn đùa rằng nghe “công nghệ dựa trên animation” nên cứ tưởng là nghiên cứu của Nhật Bản

• Bài báo không đề cập đến chi phí năng lượng
  Chất lỏng này chỉ có thể tái sử dụng dưới 100 lần, và để giải phóng CO2 thì phải đun đến 70°C
  Rốt cuộc cả thu giữ, gia nhiệt lẫn xử lý đều tiêu tốn nhiều năng lượng
  Nếu để thu giữ 1 g CO2 mà lại phát thải hơn 1 g CO2 thì chẳng có ý nghĩa gì
  Trước khi năng lượng không carbon trở nên cực rẻ thì tôi nghĩ rất khó áp dụng ở quy mô lớn