Nhiều công ty khởi nghiệp đang nghiên cứu xử lý chất thải thực vật thành carbon cô đặc để chôn hoặc bơm vào lòng đất. Nó giống như nhiên liệu hóa thạch, nhưng quá trình diễn ra theo chiều ngược lại.

Hệ thống thu gom carbon ở Aberdeenshire, Scotland. Ảnh: Jane Barlow / ZUMA

Than vốn là nhiên liệu có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời. Hàng triệu năm trước, thực vật đầm lầy hấp thụ năng lượng mặt trời và trong quá trình đó, chúng “ăn” carbon dioxide. Thực vật chết, tích tụ và biến đổi theo thời gian địa chất thành đá giàu năng lượng. Dĩ nhiên, loại nhiên liệu có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời này không thể tái tạo như các tấm pin mặt trời. Đồng thời, quá trình đốt than giải phóng carbon vào khí quyển, thúc đẩy biến đổi khí hậu diễn ra nhanh chóng.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu con người có thể đảo ngược quá trình đó, tạo ra phiên bản than từ chất thải thực vật và chôn nó dưới lòng đất? Đây chính là ý tưởng đang thúc đẩy sự ra đời của ngày càng nhiều các dự án carbon: Sử dụng các buồng gia nhiệt đặc biệt, các kỹ sư có thể biến đổi sinh khối nông nghiệp và chất thải thực vật khác thành carbon cô đặc ở thể rắn. Giống như những loài thực vật cổ đại hấp thụ CO₂ và sau đó biến thành than, đây là carbon được cô lập tự nhiên từ khí quyển, sau đó được chủ động lưu giữ trong hàng ngàn năm.

Rõ ràng là, kỹ thuật "loại bỏ carbon" như vậy không thể thay thế cho việc cắt giảm lượng khí thải và đưa lượng carbon dư thừa đó ra khỏi khí quyển ngay từ đầu, tuy nhiên, kết hợp với một loạt các kỹ thuật khác sẽ góp phần thực hiện mục tiêu loại bỏ carbon hiện đang là một chủ đề nóng hơn bao giờ hết. Trong nhiều năm, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) của Liên Hợp Quốc đã nhấn mạnh rằng, để giữ cho mức tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu dưới 1,5 độ C so với nhiệt độ thời kỳ tiền công nghiệp, chúng ta sẽ cần loại bỏ carbon dưới hình thức này hay hình thức khác, bằng nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau.

Nếu quy mô được mở rộng trong những năm tới, loại bỏ và lưu trữ carbon sinh khối có thể là một trong những kỹ thuật đó. Đầu tiên, sinh khối chất thải như thân cây ngô được thu gom và đun trong môi trường nhiệt độ cao, nồng độ oxy thấp, trong một lò phản ứng đặc biệt –quá trình này được gọi là nhiệt phân. Nó không đốt cháy vật liệu bằng lửa, mà là thổi bằng nhiệt để loại bỏ hàm lượng nước và biến thành carbon đậm đặc. (Lưu ý rằng quá trình này khác với năng lượng sinh học áp dụng thu hồi và lưu trữ carbon, ở phương pháp này, các loại cây đặc biệt được trồng để đốt và sản xuất điện, đồng thời thu gom khí thải từ nhà máy điện).

Theo Andrew Jones, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Carba, một công ty đang sử dụng quy trình này để chôn carbon: "Về cơ bản, kỹ thuật này giống như làm nóng vật liệu trong lò nướng bánh pizza mà không cần oxy. Địa điểm thực hiện tối ưu là một mỏ than bị bỏ hoang, giống như đưa carbon trở lại ngay tại nơi nó xuất hiện. Về cơ bản, chúng tôi đang đảo ngược quá trình khai thác than".

Thách thức đối với kỹ thuật này là vi khuẩn thích nhai nguyên liệu thực vật chết và giải phóng carbon dioxide như một sản phẩm phụ, cùng với metan - một loại khí nhà kính thậm chí còn mạnh hơn. Đây là một vấn đề đặc biệt nghiêm trọng ở Bắc Cực, nơi băng vĩnh cửu đang tan, giải phóng nguyên liệu thực vật cổ đại cho vi khuẩn ăn. Nhưng nó cũng là một vấn đề phổ biến ở những khu vực đông dân: Chất thải nông nghiệp, chất thải cảnh quan từ sân bãi, sinh khối từ các khu rừng (cây được chặt bớt nhằm giảm vật liệu dễ cháy và giảm nguy cơ cháy rừng), những chất như vậy thường bị mục rữa và thải ra carbon hoặc bị đốt cháy - giải phóng cả carbon và sol khí có hại đối với chất lượng không khí và sức khỏe con người. Do lò phản ứng loại bỏ carbohydrate mà vi khuẩn yêu thích, tạo ra than củi, carbon được chôn dưới lòng đất không trở thành thức ăn của vi khuẩn, vì vậy nó có khả năng tồn tại lâu dài.

Theo Paul Dauenhauer, cố vấn cấp cao và đồng sáng lập Carba và là kỹ sư hóa học tại Đại học Minnesota, Twin Cities, thậm chí không cần sử dụng một mỏ than bỏ hoang để loại bỏ sinh khối đã qua xử lý - Carba cũng đang triển khai tại các bãi chôn lấp - vì vậy kỹ thuật này có thể được sử dụng hầu như ở bất cứ đâu.

Khi áp dụng cho các lĩnh vực nông nghiệp, loại carbon này được gọi là than sinh học, góp phần cải thiện đất và làm tăng năng suất cây trồng trong một số trường hợp. Theo Sanjai Parikh, người tạo ra Cơ sở dữ liệu than sinh học, một công cụ truy cập mở tại Đại học UC Davis (California, Mỹ) dành cho những nhà sản xuất và sử dụng than sinh học: Nó vẫn cô lập carbon, mặc dù chỉ ở trên bề mặt. Mặc dù một phần than sinh học sẽ xuống cấp nhưng sự ổn định của nó kéo dài hàng trăm đến hàng ngàn năm.

Vật liệu này cũng giúp giữ nước trong đất cát vốn có xu hướng thoát nước nhanh chóng. "Than sinh học là một vật liệu có khả năng hấp thụ cao", Wendy Lu Maxwell-Barton, giám đốc điều hành của Sáng kiến than sinh học quốc tế cho biết. "Đây là lý do tại sao than sinh học là một chất cải tạo đất phi thường... Nó làm cho đất có khả năng chống chịu tốt hơn với cả điều kiện hạn hán cũng như lũ lụt".

Theo Maxwell-Barton, than sinh học cũng có thể định lượng được: Với một lượng sinh khối nhất định, có thể tạo ra một lượng carbon nhất định để lưu giữ trong đất hoặc dưới lòng đất. Thực tế, than sinh học chiếm tới 90% thị trường loại bỏ carbon, trong đó các công ty trả tiền để bù đắp lượng khí thải nhà kính của họ.

Trong khi đó, để định lượng chính xác lượng carbon được cô lập bằng cách khôi phục một hệ sinh thái rừng phức tạp thì khó hơn nhiều. Không phải con người không nên bảo vệ những môi trường sống này - "các giải pháp dựa vào thiên nhiên" như vậy sẽ hấp thụ carbon, hỗ trợ các loài sinh vật, giảm lũ lụt và thúc đẩy ngành du lịch. Tuy nhiên, rủi ro đáng tiếc là một vụ cháy rừng có thể phá hủy một khu rừng được bảo vệ, đưa carbon trở lại bầu khí quyển. Về mặt lý thuyết, chôn carbon dưới dạng than củi bảo vệ nó tốt hơn về lâu dài.

Ngoài việc chôn carbon rắn hoặc rải nó lên các cánh đồng, các nhà nghiên cứu cũng đang biến sinh khối chất thải thành carbon lỏng (dầu) và bơm vào các giếng dầu cũ.

Công ty loại bỏ carbon Charm thực hiện điều này với phương pháp nhiệt phân, cung cấp đồng thời cả dầu lỏng và than rắn cho nông nghiệp. Vật liệu đã qua xử lý được vận chuyển đến các giếng bỏ hoang và bơm xuống lòng đất, tại đây, nó sẽ đông đặc lại. Theo thống kê, có khoảng 2 đến 3 triệu giếng dầu và khí đốt bị bỏ hoang trên khắp nước Mỹ. Đây là một vấn đề đáng quan tâm bởi rất nhiều trong số chúng là nơi phát thải khí mêtan hoặc được niêm phong không đúng cách, để chất lỏng rò rỉ lên bề mặt. Bằng cách bơm dầu sinh khối xuống lòng đất tại các địa điểm này, Charm vừa cô lập carbon vừa bịt kín các giếng đang bị rò rỉ khí nhà kính.

Dù sản phẩm cuối cùng là gì, loại bỏ sinh khối cho phép khai thác quá trình quang hợp của thiên nhiên một cách thông minh để cô lập và sau đó chôn vùi carbon. Có thể nói, ở phương pháp này, thiên nhiên làm hầu hết công việc. Con người chỉ tận dụng quá trình tự nhiên đã được hoàn thiện qua hàng triệu năm.

Tuy nhiên, theo nhà kinh tế khí hậu Gernot Wagner của Trường Kinh doanh Columbia thì trên thực tế, mọi thứ phức tạp hơn. Khi các công ty nhiên liệu hóa thạch khai thác than hoặc dầu từ trái đất, họ đang khai thác các mỏ khoáng sản khổng lồ tương đối dễ khai thác với chi phí thấp, do đó giá của những nhiên liệu đó vẫn ở mức thấp. Nhưng chất thải sinh khối có sẵn trên mặt đất lại có rất nhiều và được phân bố trên khắp hành tinh. (Mặc dù đây là một thế mạnh tiềm năng của phương pháp loại bỏ carbon này, trong đó, mỗi đô thị có thể xử lý chất thải sinh khối của riêng mình để lưu giữ). Khi nhu cầu về than sinh học, tức là nhu cầu đối với công nghệ loại bỏ carbon này gia tăng, càng có nhiều công ty khởi nghiệp đẩy mạnh nhu cầu đối với chất thải thực phẩm, chất thải vỏ ngô, v.v. khiến cho giá đột nhiên tăng, thay vì giảm."

Cũng theo nhà kinh tế khí hậu Gernot Wagner, có một vấn đề tiềm tàng khác, đó là "rủi ro đạo đức": Nếu nhân loại có thể loại bỏ carbon khỏi khí quyển, tức là sẽ ít có động lực để cắt giảm khí thải. Lấy ví dụ như công ty dầu mỏ Occidental Petroleum đang đầu tư mạnh vào các công nghệ loại bỏ carbon như thu gom không khí trực tiếp, đồng thời, họ tiếp tục tăng cường khoan dầu và thu lợi nhuận từ việc khai thác nhiên liệu hóa thạch.

Cuối cùng, khoa học đã chỉ ra rất rõ ràng rằng ngoài việc giảm lượng khí thải, nhân loại phải tìm ra cách loại bỏ nhiều carbon hơn nữa ra khỏi bầu khí quyển. Giải pháp sẽ không chỉ là dựa vào rừng để thu giữ carbon, hoặc quá trình phong hóa đá tăng cường phản ứng với CO₂ trong khí quyển, hoặc chôn sinh khối dưới lòng đất, mà lý tưởng nhất là sự kết hợp của tất cả các kỹ thuật tốt nhất, cả tự nhiên và công nghệ. Áp dụng các chiến lược khác nhau, được thiết kế kỹ thuật cao hoặc có thể rất đơn giản, cho mỗi vị trí và mục tiêu, để từ đó tạo ra sự khác biệt./.