Giảm mức CO2 bằng thời tiền công nghiệp trong 10 năm?

Một quy trình mới mang tên STEP đang được các nhà khoa học Mỹ giới thiệu như phương án dùng đồng thời ánh sáng và nhiệt lượng mặt trời để thu gom, chuyển đổi CO2 trong khí quyển. Ý tưởng này hướng tới hai mục tiêu cùng lúc: làm giảm lượng khí nhà kính đang tích tụ, đồng thời tạo ra những nguyên liệu có thể sử dụng để sản xuất nhiên liệu cho máy móc. Nếu được phát triển thành công, công nghệ có thể mở thêm hướng xử lý carbon khác biệt so với những giải pháp chỉ tập trung vào hấp thụ hoặc lưu giữ CO2. STEP là tên viết tắt của quy trình thu gom carbon bằng điện hóa học và nhiệt lượng mặt trời, được một nhóm nhà khoa học thuộc Đại học George Washington và Đại học Howard đề xuất về mặt lý thuyết. Nghiên cứu này sau đó được mô tả thực nghiệm lần đầu trong một bài báo đăng trên The Journal of Physical Chemistry, qua đó cung cấp cơ sở ban đầu cho cách tiếp cận kết hợp ánh sáng với sức nóng mặt trời. Điểm đáng chú ý nằm ở việc nhiệt lượng, vốn thường bị xem là yếu tố gây xuống cấp vật liệu quang điện, nay được tận dụng như một phần hữu ích của quy trình. Trong hệ thống STEP, ánh sáng mặt trời cung cấp năng lượng cho các tế bào điện phân, giúp tách CO2 thành những sản phẩm khác nhau tùy theo nhiệt độ phản ứng. Cùng lúc, nhiệt lượng mặt trời được dùng để nung nóng các tế bào, qua đó giảm lượng năng lượng cần thiết cho quá trình chuyển đổi hóa học vốn thường đòi hỏi nhiều năng lượng. Cách phối hợp này cho phép hệ thống đưa vào carbon nhiều năng lượng mặt trời hơn so với trường hợp chỉ sử dụng riêng công nghệ quang điện hoặc riêng công nghệ quang nhiệt. Các nhà nghiên cứu vận hành quá trình điện phân trong môi trường muối lithium carbonate, bởi CO2 dù là hợp chất tương đối khó phản ứng vẫn có thể được hấp thụ khi nhận đủ năng lượng mặt trời. Khi phản ứng diễn ra ở mức nhiệt từ 750 đến 850 độ C, sản phẩm thu được là carbon ở dạng lỏng, còn nhiệt độ trên 950 độ C tạo ra CO. Những kết quả thí nghiệm cho thấy việc kết hợp ánh sáng và nhiệt lượng mặt trời giúp quy trình hấp thụ, chuyển đổi CO2 tiết kiệm năng lượng khoảng 34 đến 50 phần trăm. Lượng carbon tạo thành có thể được giữ lại, thay vì tiếp tục tồn tại dưới dạng khí trong bầu khí quyển, dù bài nghiên cứu không mô tả đây là giải pháp duy nhất cho vấn đề phát thải. Bên cạnh đó, CO và hydro phát sinh khi quy trình STEP phân tách nước có thể được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp nhiên liệu diesel và xăng. Nhờ vậy, hệ thống không chỉ tập trung vào việc loại bỏ CO2 mà còn hướng tới biến một phần sản phẩm của quá trình thành nguồn nguyên liệu phục vụ giao thông hoặc máy móc. Giáo sư Stuart Licht, nhà hóa học tại Đại học George Washington, cho rằng CO2 thường khó bị loại bỏ vì tính chất ít phản ứng, nhưng năng lượng mặt trời có thể giúp quá trình hấp thụ diễn ra thuận lợi hơn. Ông tin rằng STEP có khả năng đưa lượng CO2 trong khí quyển trở về mức thời tiền công nghiệp chỉ trong vòng 10 năm, nếu công nghệ được triển khai phù hợp. Đây là nhận định đầy tham vọng của nhóm nghiên cứu, trong khi hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào khả năng mở rộng hệ thống và ứng dụng ngoài điều kiện thí nghiệm. Một hướng tiếp cận khác từng được đưa ra là xây dựng những cây nhân tạo có khả năng hấp thụ CO2 trực tiếp từ không khí, mô phỏng chức năng thu giữ carbon của thực vật. Tuy nhiên, chi phí đầu tư quá lớn khiến ý tưởng này chưa được thực hiện, tạo khoảng trống cho các công nghệ mới có khả năng giảm chi phí năng lượng. STEP được chú ý vì tận dụng cùng một nguồn tự nhiên cho cả phần cung cấp điện lẫn phần tạo nhiệt, thay vì xem nhiệt mặt trời như một trở ngại cần loại bỏ. Dù vậy, thông tin hiện có chủ yếu mô tả nguyên lý, kết quả thí nghiệm và tiềm năng của quy trình, chưa phải bằng chứng cho một hệ thống thương mại đã hoạt động trên quy mô lớn. Công nghệ vẫn cần được đánh giá thêm về độ bền vật liệu, khả năng cung cấp ánh sáng ổn định, xử lý sản phẩm và chi phí vận hành trong nhiều điều kiện khác nhau. STEP vì thế mở ra một hướng nghiên cứu đáng chú ý, nhưng mục tiêu đưa CO2 về mức thời tiền công nghiệp trong 10 năm vẫn là kỳ vọng cần tiếp tục kiểm chứng.