Ảnh minh họa

Trong một nghiên cứu mới được Tạp chí Joule công bố, các nhà nghiên cứu đã xem xét một loạt các lĩnh vực công nghiệp khác nhau để xem xét các phương án khử carbon có sẵn, tiềm năng giảm phát thải; mức độ sẵn sàng công nghệ và mức độ hiệu quả của mỗi dạng công nghệ cho việc áp dụng đại trà rộng rãi.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng ngay cả khi chỉ sử dụng các phương án có mức độ hoàn thiện trung bình và cao - chủ yếu liên quan đến thu hồi và lưu trữ carbon, chuyển đổi nhiên liệu sang hydro hoặc sinh khối - thì hầu hết các ngành công nghiệp đều đã sẵn sàng để cắt giảm trung bình 85% lượng khí thải.

Dưới đây là bản tóm tắt ngắn gọn về các lĩnh vực nhóm nghiên cứu đã đánh giá, các công nghệ đã sẵn sàng triển khai và những điểm vẫn còn thiếu sót.

Nguồn: Internet

Ngành luyện kim

Hầu hết các quy trình sản xuất sắt và thép đều liên quan đến lò cao sử dụng nhiên liệu hóa thạch và lò nung oxy để đạt được nhiệt độ cao, cũng như than cốc làm chất khử, dẫn đến lượng phát thải khoảng 2 tấn khí thải C0₂ cho mỗi tấn thép được sản xuất.

Điều này hoàn toàn có thể thay thế than cốc bằng hydro xanh và sử dụng cùng loại hydro đó để cung cấp năng lượng cho lò hồ quang điện nhằm sản xuất thép xanh - thực tế, hiện đã có các nhà máy thép xanh đang hoạt động, một trong số đó đã cung cấp cho hãng xe Volvo. Ngoài ra, còn có những lựa chọn khác đang được đưa vào hệ thống công nghệ, chẳng hạn như điện hóa.

Nguồn: Internet

Xi măng và vôi

Hầu hết lượng khí thải carbon từ xi măng và vôi là "lượng khí thải từ quá trình" dường như không thể tránh khỏi nếu con người tiếp tục sử dụng các vật liệu này. Điều đó có nghĩa là việc sản xuất cũng như sử dụng các loại vật liệu này sẽ tạo ra một lượng phát thải lớn.

Cũng giống như ngành luyện kim, việc chuyển đổi lò nung vôi và xi măng sang chạy bằng hydro, sinh khối hoặc điện có thể giảm tới 40% tổng lượng khí thải của ngành mà không ảnh hưởng nhiều đến nhu cầu năng lượng.

Nguồn: Internet

Hầu hết lượng khí thải trong sản xuất nhôm hiện nay - khoảng 2/3 đến từ nguồn điện, nhiệt điện thông thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân.

13 - 16% lượng khí thải có thể được loại bỏ bằng cách chuyển sang sử dụng nồi hơi và lò nung chạy bằng điện hoặc nhiên liệu hydro trong quy trình tinh chế alumina, mặc dù những phương pháp này vẫn cần được phát triển đáng kể.

Cho đến nay, cách sản xuất nhôm sạch nhất và dễ dàng nhất hiện nay là tái chế nó thông qua quy trình sản xuất thứ cấp đã được thiết lập tốt, mà các nhà nghiên cứu ước tính sẽ cắt giảm lượng khí thải khoảng 95%.

Nguồn: Internet

Thủy tinh

Nhiệt lò là nguồn phát thải lớn nhất khi sản xuất thủy tinh, chỉ cần chuyển sang sử dụng lò điện hoặc nhiên liệu sinh học sẽ giảm khoảng 80% tổng lượng khí thải - và trong trường hợp sử dụng điện, có thể thực sự giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 15 - 25% so với các phương pháp truyền thống.

Ngoài ra, việc sử dụng thủy tinh tái chế và nguyên liệu đầu vào đã nung còn có tiềm năng giảm thêm 5% lượng khí thải mà không làm tăng thêm đáng kể chi phí vật liệu hoặc năng lượng.

Với những điều trên đã cho thấy việc sử dụng hydro hay điện hóa đóng vài trò quan trọng nhằm phát triển ngành công nghiệp xanh.

Rào cản công nghiệp đối với quá trình khử carbon

Đến bây giờ, phần lớn lượng khí thải công nghiệp đến từ việc sử dụng nhiệt và năng lượng, phần lớn trong số đó có thể được điện khí hóa hoặc chuyển đổi thành nhiên liệu sạch - và từ khí thải của quá trình, phần lớn trong số đó có thể được thu giữ và lưu trữ. Vẫn còn một số lỗ hổng công nghệ để đạt được mức phát thải carbon tuyệt đối bằng 0, đặc biệt là trong các lĩnh vực như gốm đòi hỏi nhiệt độ cực cao - nhưng có thể đạt được mức giảm 85% lượng khí thải công nghiệp bằng cách sử dụng máy móc và kỹ thuật hiện có.

Tuy nhiên, có rất nhiều vấn đề, con người có thể điện khí hóa mọi thứ, nhưng nếu tính đến việc khử carbon trong lưới điện, giống như việc giảm phát thải ngành công nghiệp sản xuất nhưng lại tăng lượng phát thải ngành điện.

Thách thức của việc này là sử dụng lưới điện sạch, tái tạo trên toàn thế giới chỉ trở nên trầm trọng hơn bởi thực tế là xanh ngành công nghiệp sản xuất đòi hỏi một lượng năng lượng sạch không lồ. Vì vậy, các công ty năng lượng không chỉ phải tăng công suất hiện có; họ phải tạo ra nhiều năng lượng sạch hơn rất nhiều so với những gì họ từng tạo ra.

Tương tự như vậy, các quy trình sử dụng hydro sẽ đòi hỏi phải tăng mạnh sản xuất hydro xanh trên toàn thế giới - đòi hỏi nhiều năng lượng sạch hơn, cũng như cơ sở hạ tầng và hậu cần cần thiết để di chuyển và lưu trữ hydro một cách an toàn.

Và ngay cả ở lĩnh vực công nghiệp, với nhiên liệu hóa thạch vẫn rẻ hơn nhiều so với điện ở nhiều thị trường, việc điện khí hóa các mục tiêu khử cacbon ở mức độ thấp này có thể dẫn đến chi phí vận hành tăng thêm 200 - 300%. Tương tự như vậy, việc thu hồi và lưu trữ carbon cũng có thể rất tốn kém, cộng thêm từ 10 - 250 USD vào chi phí cho mỗi tấn CO₂ được xử lý, tùy thuộc vào công nghệ sử dụng và quy trình khử carbon. Đó là ngoài việc nâng cấp cơ sở hạ tầng điện trị giá hàng triệu USD; điện khí hóa một số doanh nghiệp công nghiệp có thể yêu cầu kết nối lưới điện quy mô Gigawatt.

Như vậy, các nhà nghiên cứu ước tính kết quả có thể là chi phí sản xuất thép trên toàn thế giới tăng 15% và chi phí bê tông có thể tăng lên đến 30%.

Và mặc dù năng lượng sạch có thể là một thách thức lớn vào lúc này, nhưng nền kinh tế rất mạnh đối với năng lượng mặt trời và gió, cả hai đều có tính cạnh tranh cao về mặt chi phí - và một số đột phá quan trọng trong việc khoan siêu sâu có thể giải phóng một lượng năng lượng địa nhiệt - Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng được lấy từ nhiệt trong tâm Trái Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất. Chưa kể đến năng lượng hạt nhân tiên tiến, có thể tạo ra năng lượng quy mô công nghiệp ngay tại chỗ.

Vì vậy, mặc dù việc này không hề dễ dàng nhưng chắc chắn là có thể thực hiện được trong tương lai. Và với sự giám sát thích hợp của chính phủ, cũng như tư duy sáng suốt và tốc độ phát triển công nghệ ngày càng nhanh, có rất nhiều hy vọng trong việc xanh hóa các ngành công nghiệp.

Nguồn: Hướng đến sản xuất xanh bằng công nghệ hiện có