Quá trình loại bỏ carbon dioxide là gì?
Loại bỏ carbon dioxide (hay đơn giản là “loại bỏ carbon”) nhằm mục đích giúp giảm thiểu biến đổi khí hậu bằng cách loại bỏ trực tiếp carbon dioxide từ khí quyển. Các chiến lược loại bỏ carbon bao gồm những phương pháp quen thuộc như trồng cây cũng như các công nghệ mới như thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí – hấp thụ CO2 từ không khí sau đó cô lập dưới lòng đất.
Loại bỏ carbon khác với thu giữ và lưu trữ carbon (CCS), vốn thu giữ phát thải tại nguồn – ví dụ như từ nhà máy điện hoặc nhà máy sản xuất xi măng – và ngăn chặn phát thải đó xâm nhập vào khí quyển ngay từ nguồn. Thu giữ carbon là một hình thức giảm phát thải chứ không phải là loại bỏ carbon.
Loại bỏ carbon đóng vai trò quan trọng như thế nào trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu?
Các kịch bản mô hình khí hậu mới nhất cho thấy, bên cạnh giảm phát thải đáng kể và nhanh chóng, việc loại bỏ carbon quy mô lớn sẽ là cần thiết để giữ cho nhiệt độ tăng không quá 1,5oC. Lượng carbon cần loại bỏ cuối cùng sẽ phụ thuộc vào tốc độ giảm phát thải trong ngắn hạn cũng như quy mô và thời gian của bất kỳ sự vượt ngưỡng (gia tăng nhiệt độ trên 1,50C) nào. Cả các phương pháp loại bỏ carbon tự nhiên và công nghệ, ước tính khoảng 7 tỷ đến 9 tỷ tấn/năm vào năm 2050. Để dễ hình dung, Hoa Kỳ đã phát thải hơn 6 tỷ tấn khí nhà kính vào năm 2023. Thế giới giảm phát thải càng nhanh trong ngắn hạn, thì càng ít phải dựa vào việc loại bỏ carbon. Ngược lại, khi lượng phát thải toàn cầu tiếp tục tăng, sẽ cần nhiều carbon phải loại bỏ hơn để đáp ứng các mục tiêu khí hậu toàn cầu.
Trong khi việc tăng cường khả năng loại bỏ carbon tự nhiên thông qua trồng rừng và quản lý rừng đã được quan tâm từ lâu, những nỗ lực phát triển và triển khai các tiếp cận và công nghệ mới đã được đẩy mạnh hơn trong thời gian gần đây. Chỉ trong chưa đầy một thập kỷ, việc loại bỏ carbon đã phát triển từ một khái niệm chuyên biệt trở thành một hợp phần được chấp nhận rộng rãi trong các kế hoạch ứng phó với biến đổi khí hậu và đã nhận được hàng tỷ đô la tài trợ từ chính phủ và đầu tư tư nhân .
Sự mở rộng này phần lớn được thúc đẩy bởi báo cáo năm 2018 của IPCC, trong đó kết luận rằng cần phải loại bỏ hàng trăm tỷ tấn carbon vào cuối thế kỷ này để đạt được các mục tiêu khí hậu toàn cầu. Các báo cáo gần đây của IPCC từ năm 2022 đã khẳng định lại điều này. Mức độ loại bỏ carbon hiện nay vẫn còn thấp hơn nhiều so với mức cần thiết trong những thập kỷ tới, cho thấy nhu cầu đầu tư vào khu vực công và tư nhân để tiếp tục gia tăng.
Khí CO2 được loại bỏ khỏi khí quyển như thế nào?
Việc loại bỏ carbon có thể được thực hiện bằng nhiều hình thức, từ các công nghệ mới đến các biện pháp quản lý đất đai. Câu hỏi lớn đặt ra là liệu những tiếp cận này có thể loại bỏ carbon với tốc độ và quy mô cần thiết trong những thập kỷ tới hay không.
Mỗi cách tiếp cận loại bỏ carbon đều liên quan những yếu tố đánh đổi, bao gồm chi phí, nhu cầu tài nguyên (như năng lượng, đất đai và nước), các lợi ích hoặc tác động tiêu cực đến con người hoặc môi trường,… Hiểu rõ mức độ của những sự đánh đổi này trong các hoàn cảnh khác nhau và đầu tư vào một danh mục các tiếp cận loại bỏ carbon sẽ là chìa khóa để cân bằng chúng.
Dưới đây là 6 lựa chọn để loại bỏ carbon khỏi khí quyển:
1) Cây cối và rừng
Thực vật loại bỏ khí carbon dioxide khỏi không khí một cách tự nhiên, và cây cối đặc biệt tốt trong việc lưu trữ CO2 loại bỏ khỏi khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Việc mở rộng, phục hồi và quản lý thảm thực vật để khuyến khích hấp thụ carbon nhiều hơn có thể tận dụng năng lực của quá trình quang hợp, chuyển đổi carbon dioxide trong không khí thành carbon được lưu trữ trong gỗ và đất.
Một số phương pháp quản lý có thể làm tăng khả năng hấp thụ carbon của cây cối và rừng bao gồm:
– Trồng lại rừng, hay khôi phục hệ sinh thái rừng sau khi chúng bị tàn phá do cháy rừng hoặc bị chặt phá cho mục đích nông nghiệp hoặc thương mại.
– Trồng dặm cây, hay tăng mật độ rừng ở những khu vực cây cối bị mất đi do bệnh hoặc các tác động khác.
– Chăn thả kết hợp lâm nghiệp, hay kết hợp cây trồng vào hệ thống chăn nuôi.
– Nông lâm kết hợp trên đất canh tác, hay kết hợp cây trồng xen canh với hệ thống canh tác.
– Trồng rừng đô thị, hay tăng diện tích cây xanh ở các khu vực đô thị.
Nghiên cứu trước đây của WRI ước tính rằng tiềm năng loại bỏ carbon về mặt lý thuyết từ rừng và cây cối ngoài rừng ở Hoa Kỳ tính đến năm 2020 là hơn nửa tỷ tấn mỗi năm, tương đương với tổng lượng phát thải hàng năm của ngành nông nghiệp Hoa Kỳ. Hơn nữa, các phương pháp loại bỏ CO2 thông qua rừng có thể tương đối rẻ so với các phương án loại bỏ carbon khác (thường dưới 50 đô la Mỹ/tấn CO2) và mang lại nguồn nước và không khí sạch hơn.
Một thách thức lớn là đảm bảo việc mở rộng rừng ở một khu vực không gây tổn hại đến rừng ở nơi khác. Ví dụ, việc ngừng sản xuất nông nghiệp trên đất nông nghiệp sẽ làm giảm nguồn cung lương thực. Điều này có thể dẫn đến việc chuyển đổi các khu rừng khác thành đất nông nghiệp – làm cho phát thải nhà kính cao hơn – trừ khi sự cải thiện năng suất nông nghiệp có thể bù đắp được sự thiếu hụt đó. Tương tự, việc không khai thác gỗ từ một khu rừng có thể dẫn đến khai thác quá mức ở khu rừng khác. Những yếu tố này khiến việc phục hồi và quản lý các khu rừng hiện có, cũng như trồng thêm cây trên các vùng đất phù hợp về mặt sinh thái bên ngoài đất nông nghiệp, trở nên đặc biệt quan trọng.
2) Loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối
Công nghệ loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối (BiCRS) bao gồm các quá trình sử dụng sinh khối từ thực vật hoặc tảo để loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí và sau đó lưu trữ nó trong thời gian dài. Các phương pháp này nhằm mục đích tận dụng khả năng lưu trữ carbon của thực vật vượt ra ngoài vòng đời tự nhiên của chúng: trong khi cây chỉ loại bỏ và lưu trữ carbon cho đến khi chúng chết và phân hủy, thì loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối nhằm mục đích cô lập CO2 mà thực vật hấp thụ một cách lâu dài hơn.
Có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ carbon sử dụng sinh khối. Chúng bao gồm việc sản xuất than sinh học (nhiệt phân sinh khối trong môi trường ít oxy tạo thành một chất cải tạo đất tương tự than củi có khả năng cô lập carbon); dầu sinh học (sử dụng quá trình tương tự để tạo ra một chất lỏng được bơm xuống lòng đất); và lưu trữ vĩnh viễn sinh khối giàu carbon trong các hầm chứa. Thu giữ và lưu trữ carbon qua năng lượng sinh học (BECCS) là một con đường loại bỏ carbon khác, liên quan đến việc dùng sinh khối tạo ra năng lượng và sau đó thu giữ và cô lập CO2 phát thải ra. Một dạng BECCS nổi bật trong nhiều kịch bản khử carbon quy mô nền kinh tế là chuyển đổi sinh khối thành hydrogen, có thể tạo ra nhiên liệu âm carbon.
Mặc dù việc loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối có thể mang lại hiệu quả loại bỏ CO2 lâu dài, nhưng không phải tất cả các quá trình đều nhất thiết mang lại lợi ích ròng về carbon.
Ví dụ, nếu cây trồng được canh tác đặc biệt để sử dụng cho việc loại bỏ carbon sinh khối, chúng có thể làm giảm sản lượng lương thực hoặc ảnh hưởng đến hệ sinh thái tự nhiên. Điều này có thể dẫn đến việc phải mở rộng diện tích đất canh tác và phá hủy rừng và đồng cỏ, cả hai đều giải phóng carbon và có thể xóa bỏ lợi ích khí hậu của BiCRS, đồng thời làm trầm trọng thêm tình trạng mất an ninh lương thực và mất mát hệ sinh thái.
Mặt khác, nếu các qúa trình BiCRS sử dụng các nguồn sinh khối không cạnh tranh với cây lương thực hoặc hệ sinh thái về đất đai – như tảo hoặc vật liệu thải – chúng có thể mang lại hiệu quả loại bỏ carbon ròng. Ví dụ, nhiều chất thải nông – lâm nghiệp như vỏ cây, vỏ hạt, thân và vỏ ngô thường bị đốt hoặc để cho tự phân hủy; việc sử dụng những vật liệu này để loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối có thể mang lại lợi ích từ góc độ khí hậu. Trên toàn cầu, nguồn cung cấp chất thải sinh khối có thể thấp hơn nhu cầu tiềm năng sử dụng, đặc biệt là khi các lĩnh vực công nghiệp khác nhau đang tìm cách thay thế nhiên liệu hóa thạch.
Để khai thác tối đa tiềm năng loại bỏ carbon của các lộ trình BiCRS, cần có các chính sách và ưu đãi thị trường để khuyến khích sử dụng sinh khối phế thải và hạn chế việc sử dụng cây trồng có chủ đích, vì điều này có thể làm suy yếu khả năng tự nhiên của rừng và đất trong việc hấp thụ carbon.
3) Thu giữ trực tiếp từ không khí
Công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí (DAC) là quá trình hấp thụ hóa học khí carbon dioxide từ không khí xung quanh, sau đó lưu trữ nó dưới lòng đất hoặc trong các sản phẩm có tuổi thọ cao như bê tông. Công nghệ này tương tự như công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) được sử dụng để giảm phát thải từ các nguồn như nhà máy điện và các cơ sở công nghiệp. Điểm khác biệt là DAC loại bỏ lượng carbon dư thừa đã được phát thải vào khí quyển, thay vì thu giữ nó tại nguồn.
Việc đo lường và tính toán lợi ích khí hậu của công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí tương đối đơn giản, và quy mô tiềm tằng của nó là rất lớn. Tuy nhiên, công nghệ này hiện vẫn còn tốn kém và tiêu hao nhiều năng lượng.
Ước tính chi phí cho công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon trực tiếp từ không khí (DAC) rất khác nhau: giá mua tín chỉ loại bỏ carbon tự nguyện từ công nghệ này dao động từ 100 USD đến hơn 2.000 USD mỗi tấn CO2 tùy thuộc vào công nghệ, nguồn năng lượng, việc sử dụng các ưu đãi chính sách và các yếu tố khác. Chi phí trung bình dự kiến sẽ giảm xuống khi các dự án được xây dựng và công nghệ được cải thiện.
Công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí cũng đòi hỏi lượng nhiệt và điện năng đầu vào đáng kể: Việc loại bỏ 1 tỷ tấn carbon dioxide khỏi không khí có thể cần khoảng 7% lượng tiêu thụ năng lượng hiện tại của Mỹ (giả sử mỗi tấn cần 2.000 kWh ). Do đó, để tối đa hóa lượng carbon được loại bỏ ròng, công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí cần được cung cấp năng lượng bởi các nguồn năng lượng carbon thấp hoặc bằng không.
Đầu tư vào phát triển công nghệ và kinh nghiệm triển khai, cùng với sự gia tăng nguồn năng lượng sạch, giá rẻ có thể thúc đẩy triển vọng thu giữ carbon trực tiếp từ không khí ở quy mô lớn.
Công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí đã thu hút được sự đầu tư đáng kể từ cả khu vực công và tư nhân trong những năm gần đây, giúp thúc đẩy sự phát triển của hơn 150 công ty trên toàn thế giới tính đến đầu năm 2026. Tại Mỹ, nguồn tài trợ cho nghiên cứu và trình diễn DAC và các phương pháp loại bỏ carbon khác đã tăng đáng kể từ năm 2019, mặc dù những thay đổi chính trị gần đây đã đóng băng hoặc trì hoãn các khoản tài trợ cho DAC.
Sự quan tâm đến DAC cũng đang tăng lên bên ngoài Hoa Kỳ, với các dự án đang hoạt động trên năm châu lục. Các quốc gia bao gồm Kenya, Anh và Nhật Bản đang tiến hành các dự án thí điểm và trình diễn DAC, và nhà máy DAC lớn nhất đang hoạt động tính đến tháng 1 năm 2026 là ở Iceland. Khi các dự án chuyển từ quy mô thí nghiệm sang giai đoạn trình diễn, chúng cung cấp kinh nghiệm và thử nghiệm để tối ưu hóa công nghệ DAC dựa trên điều kiện thực tế.
4) Khoáng hóa cacbon
Một số khoáng chất tự nhiên phản ứng với CO2, chuyển đổi carbon dioxide từ dạng khí thành dạng rắn và giữ nó vĩnh viễn khỏi khí quyển. Quá trình này thường được gọi là “khoáng hóa carbon” hoặc “phong hóa tăng cường”, diễn ra rất chậm trong tự nhiên, qua hàng trăm hoặc hàng nghìn năm.
Tuy nhiên các nhà khoa học đang tìm cách đẩy nhanh quá trình khoáng hóa carbon, đặc biệt là bằng cách tăng cường sự tiếp xúc của các khoáng chất này với CO2 trong không khí hoặc đại dương. Việc này có thể bao gồm đẩy không khí đi qua các mỏ đuôi quặng lớn (đá còn sót lại từ hoạt động khai thác mỏ) có thành phần khoáng chất phù hợp; nghiền một số loại đá nhất định hoặc phát triển các enzyme có khả năng phân giải các mỏ khoáng để tăng diện tích bề mặt của chúng; rải một số loại đá nghiền nhỏ trên đất trồng trọt hoặc khu vực ven biển, nơi chúng phản ứng và giữ lại carbon dioxide; và tìm cách để một số sản phẩm phụ công nghiệp như tro bay, bụi lò nung hoặc xỉ sắt thép phản ứng được với CO2 cô lập nó.
Quá trình khoáng hóa cacbon cũng có thể được sử dụng để cô lập khí carbon dioxide đã được thu giữ bằng cách bơm CO2 đó vào các loại đá thích hợp, ở đó nó phản ứng để tạo thành carbonat rắn và lưu trữ vĩnh viễn. Các ứng dụng khác có thể cô lập cacbon và thay thế các phương pháp sản xuất thông thường gây phát thải nhiều – ví dụ, sử dụng quá trình khoáng hóa như một phần của sản xuất bê tông, vốn được sử dụng với quy mô hàng tỷ tấn trên toàn cầu.
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng quá trình khoáng hóa carbon là khả thi và một số công ty khởi nghiệp đã và đang phát triển các phương pháp tiếp cận, bao gồm cả vật liệu xây dựng dựa trên khoáng hóa. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc phải làm để vạch ra các ứng dụng hiệu quả về chi phí để triển khai quy mô lớn và cải thiện việc đo lường khả năng cô lập carbon.
5) Các phương pháp loại bỏ carbon ở biển
Một số phương pháp loại bỏ carbon ở biển đã được đề xuất nhằm tận dụng khả năng cô lập carbon của đại dương và mở rộng các giải pháp ngoài các ứng dụng trên đất liền. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và cần nhiều nghiên cứu và thử nghiệm thực địa hơn để hiểu liệu chúng có hiệu quả trong việc loại bỏ carbon hay không và tác động của chúng đối với con người và môi trường là gì. Việc mở rộng nền tảng kiến thức này, kết hợp với việc làm rõ và cải thiện quản trị (cả trong vùng biển quốc gia và quốc tế) là rất quan trọng để hiểu được phương pháp nào phù hợp để đầu tư.
Mỗi phương pháp loại bỏ carbon ở biển đều nhằm mục đích đẩy nhanh chu trình carbon tự nhiên trong đại dương. Các tiếp cận tiềm năng có thể là sinh học – bao gồm việc tận dụng quá trình quang hợp ở thực vật ven biển, rong biển hoặc sinh vật phù du; hoặc phi sinh học – như thêm một số khoáng chất vào nước biển để phản ứng với CO2 hòa tan và giữ nó lại; hoặc là dẫn dòng điện qua nước biển để đẩy nhanh các phản ứng giúp loại bỏ CO2.
Một số phương án loại bỏ carbon ở biển cũng có thể mang lại đồng lợi ích. Ví dụ, carbon xanh dương ven biển (carbon được lưu trữ trong rừng ngập mặn, cỏ biển và đầm lầy nước mặn) và nuôi trồng rong biển có thể loại bỏ carbon đồng thời hỗ trợ phục hồi hệ sinh thái, và việc bổ sung khoáng chất để giúp đại dương cô lập carbon có thể làm giảm sự acid hóa đại dương cục bộ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều chưa biết về tác động sinh thái rộng lớn hơn của các phương pháp này và cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về các rủi ro tiềm tàng trước khi áp dụng chúng ở bất kỳ quy mô nào.
6) Nông trại và đất đai
Đất có khả năng cô lập carbon một cách tự nhiên, nhưng đất nông nghiệp đang thiếu hụt lớn carbon do việc cày xới thường xuyên và xói mòn từ hoạt động canh tác và chăn thả làm giải phóng lượng carbon đã được lưu trữ. Vì diện tích đất nông nghiệp rất lớn – bao gồm hơn 4.800 triệu ha trên toàn thế giới, hay hơn một phần ba diện tích đất toàn cầu – nên ngay cả sự gia tăng nhỏ về lượng carbon trong đất trên mỗi mẫu Anh cũng có thể tạo ra tác động đáng kể.
Có nhiều biện pháp có thể làm tăng lượng carbon lưu trữ trong đất, mặc dù lượng và thời gian carbon được cô lập phụ thuộc vào khí hậu khu vực và loại đất, cùng nhiều yếu tố khác.
Việc trồng cây che phủ khi ruộng đất bỏ trống có thể kéo dài quá trình quang hợp quanh năm; sử dụng phân mùn (compost) có thể cải thiện năng suất đồng thời lưu trữ lượng carbon của compost trong đất; và các nhà khoa học đang phát triển các loại cây trồng có rễ sâu hơn, giúp chúng chống chịu hạn hán tốt hơn trong khi giữ thêm carbon vào đất. Nhiều biện pháp làm tăng lượng carbon trong đất cũng cải thiện sức khỏe của đất và có thể giúp hệ thống nông nghiệp chống chịu tốt hơn với biến đổi khí hậu.
Tuy nhiên, quản lý đất để cô lập carbon trên quy mô lớn là một vấn đề phức tạp. Các hệ sinh thái tự nhiên vốn dĩ rất biến động, điều này khiến việc dự đoán, đo lường và giám sát lợi ích carbon lâu dài của bất kỳ biện pháp nào trên một diện tích đất nhất định trở nên thực sự khó khăn. Cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu rõ hơn các biện pháp này ảnh hưởng như thế nào đến quá trình cô lập carbon trong các loại đất và khí hậu khác nhau, cũng như thời gian carbon được lưu trữ.
Hiệu quả của một số biện pháp hấp thụ carbon trong đất – chẳng hạn như trồng cây che phủ và quản lý chăn thả – cũng đang là chủ đề tranh luận khoa học liên tục. Hơn nữa, việc thay đổi điều kiện hoặc thực tiễn quản lý từ năm này sang năm khác có thể xóa bỏ những thành quả đã đạt được trước đó. Và bởi vì các biện pháp canh tác thông minh thích ứng với biến đổi khí hậu cần được áp dụng trên diện tích đất nông nghiệp rộng lớn để loại bỏ một lượng carbon đáng kể, chính phủ và hệ thống thị trường cần phải khuyến khích chủ đất thực hiện các biện pháp này.
Tương lai của việc loại bỏ carbon
Phân tích của WRI cho thấy chiến lược hiệu quả nhất về chi phí và rủi ro thấp nhất để tăng khả năng loại bỏ carbon là phát triển và triển khai đồng thời nhiều phương pháp khác nhau.
Trong tương lai, cần phải tích hợp nhiều phương pháp loại bỏ carbon dioxide khác nhau vào các chiến lược ứng phó biến đổi khí hậu trên toàn thế giới để tránh tình trạng nóng lên toàn cầu ở mức độ nguy hiểm. Những năm gần đây đã chứng kiến những bước tiến quan trọng theo hướng này, nhưng vẫn cần nhiều nỗ lực hơn nữa để đạt được các mục tiêu khí hậu quốc gia và toàn cầu.
Các chính phủ đóng vai trò then chốt trong việc mở rộng quy mô công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon (CDR) vì đây là một lợi ích công nhằm làm sạch bầu khí quyển; cần có sự hỗ trợ chính sách mạnh mẽ hơn để thúc đẩy cả nguồn cung và nhu cầu về loại bỏ carbon, cũng như phát triển các khuôn khổ quản trị vững chắc để đảm bảo các dự án loại bỏ carbon được phát triển và triển khai một cách có trách nhiệm.
Bài viết này được xuất bản lần đầu vào năm 2020, được cập nhật vào tháng 3/2023 và tháng 2/2026 để phản ánh dữ liệu và thông tin mới nhất.
Nguồn: https://www.wri.org/insights/6-ways-remove-carbon-pollution-sky
