Khi thế giới đang trên đà vượt quá các mục tiêu nhiệt độ đã đặt ra, nỗ lực loại bỏ khí nhà kính khỏi khí quyển ngày càng tăng lên.

Trong vài tháng tới, một nhóm các nhà khoa học Mỹ dự định sẽ đổ một dung dịch chống axit (giống như thuốc trị đầy hơi) xuống vùng biển Massachusetts. Họ sẽ sử dụng thuyền, phao nổi và tàu lặn tự hành để theo dõi sự thay đổi trong thành phần hóa học của nước, mà họ hy vọng có thể giúp một vùng nhỏ của Đại Tây Dương hấp thụ nhiều carbon dioxide từ khí quyển hơn bình thường.

Thí nghiệm trị giá 10 triệu USD này, có tên LOC-NESS, nhằm kiểm nghiệm một chiến lược nổi bật trong việc đảo ngược hiện tượng nóng lên toàn cầu bằng cách loại bỏ CO₂ khỏi bầu khí quyển. Tuy nhiên, việc này sẽ không rẻ cũng chẳng dễ dàng. Khi thế giới có nguy cơ vượt quá các mục tiêu nhiệt độ đã đề ra trong Thỏa thuận khí hậu Paris năm 2015, ngày càng nhiều nhà khoa học và chuyên gia chính sách cho rằng việc loại bỏ carbon sẽ là điều cần thiết trong thế kỷ này nếu nhân loại muốn đạt được các mục tiêu khí hậu dài hạn.

Chính phủ, các công ty điện lực và hàng trăm công ty khởi nghiệp trên toàn cầu hiện đang đầu tư hàng tỷ đô la vào các chiến lược loại bỏ carbon, được chia làm ba hướng chính: hút trực tiếp carbon từ không khí; thay đổi đại dương để hấp thụ nhiều carbon hơn bình thường; và tăng cường khả năng hấp thụ carbon trên đất liền. Tại Hoa Kỳ chẳng hạn, một số công ty đang có kế hoạch xây dựng nhiều cơ sở quy mô lớn để “thu giữ trực tiếp từ không khí” bằng cách lọc CO₂ ra khỏi không khí loãng. Tại châu Âu, các công ty năng lượng đang phát triển chiến lược thu giữ carbon từ các nhà máy sinh khối đốt gỗ vụn, rơm rạ và vật liệu hữu cơ khác — CO₂ thu được sau đó sẽ được bơm xuống lòng đất dưới biển Bắc.

Nhiều công ty hiện đang bán tín chỉ loại bỏ carbon tự nguyện cho các tổ chức như Microsoft và Google để giúp họ thực hiện các cam kết khí hậu. Theo một số ước tính, thế giới có thể cần loại bỏ hơn 6 tỷ tấn CO₂ khỏi khí quyển mỗi năm vào giữa thế kỷ để đạt được các mục tiêu khí hậu dài hạn.

Nếu thành công, những công nghệ này có thể giúp nhiều quốc gia và doanh nghiệp đạt được cam kết khí hậu — và giúp thế giới chặn đứng đà nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, ngành công nghiệp loại bỏ carbon đang gặp nhiều khó khăn, một phần do thiếu các tiêu chuẩn quốc tế cho công nghệ này và thiếu cam kết chính thức từ các chính phủ. Một trở ngại lớn khác là sự thay đổi chính trị dưới thời Tổng thống Donald Trump: Hoa Kỳ vốn là nhà tài trợ chính cho nghiên cứu và phát triển công nghệ loại bỏ carbon, nhưng ông Trump hiện đang cắt giảm đầu tư vào khí hậu và năng lượng sạch. Các nhà nghiên cứu cho biết quan trọng hơn cả là vẫn còn những câu hỏi khoa học về việc thị trường loại bỏ carbon non trẻ này cùng các công nghệ liên quan có thực sự đạt được kỳ vọng hay không.

Đây là lúc các dự án nghiên cứu học thuật như LOC-NESS phát huy vai trò, khi thử nghiệm các chiến lược loại bỏ carbon trong môi trường thực tế. Dù khoa học cơ bản đằng sau thí nghiệm trên đại dương này đáng tin cậy, các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết chắc nó sẽ vận hành thế nào trong thực tế. “Các chi tiết là rất quan trọng,” Adam Subhas, nhà địa hóa học tại Viện Hải dương học Woods Hole ở Massachusetts, người đứng đầu dự án LOC-NESS kéo dài 4 năm, cho biết. “Khu vực tư nhân đang rất sôi động,” Subhas nói, “và điều tối quan trọng là khoa học phải theo kịp.”

Hút carbon từ không khí

Cách rẻ nhất để rút carbon khỏi khí quyển là trồng thêm rừng, nhưng cây không phải giải pháp vĩnh viễn vì có thể bị chặt phá hoặc cháy rừng — mối đe dọa ngày càng tăng. Vì vậy, nhiều nhà khoa học và doanh nhân tập trung vào những giải pháp vĩnh viễn hơn — dù đắt đỏ hơn.

Phương pháp đơn giản nhất là thu giữ trực tiếp từ không khí ở quy mô công nghiệp, nhưng cũng là phương pháp đắt nhất, với chi phí khoảng 600–1.000 USD cho mỗi tấn CO₂, cao gấp khoảng 10 lần giá tín chỉ carbon trong hệ thống giao dịch phát thải của Liên minh châu Âu.

Cơ sở thu giữ carbon trực tiếp từ không khí lớn nhất thế giới dự kiến đi vào hoạt động cuối năm nay tại Tây Texas, do hai công ty Occidental Petroleum (Houston, Mỹ) và Carbon Engineering (Squamish, Canada) hợp tác vận hành. Nhóm này dự định chôn dưới lòng đất 500.000 tấn CO₂ mỗi năm. Họ cũng đang xây dựng cơ sở thứ hai như một phần của “trung tâm thu giữ trực tiếp từ không khí” nhận khoản tài trợ 600 triệu USD từ Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) dưới thời Tổng thống Joe Biden vào năm 2023. Một khoản tài trợ 600 triệu USD khác từ DOE được cấp cho một trung tâm thu giữ carbon ở Louisiana, nơi có hai cơ sở sử dụng công nghệ từ Heirloom Carbon Technologies (California) và Climeworks (Zurich, Thụy Sĩ) — công ty hiện vận hành cơ sở thu giữ carbon lớn nhất thế giới ở Iceland.

Cả hai trung tâm được DOE tài trợ đều sẽ bơm CO₂ thu được xuống lòng đất. Nhờ luật cơ sở hạ tầng được Quốc hội thông qua năm 2021, DOE còn dự kiến đầu tư thêm 2,3 tỷ USD cho các dự án thu giữ CO2 từ không khí khác. Nhưng kể từ khi ông Trump nhậm chức, DOE đã đóng băng chương trình tài trợ này, bao gồm cả tiền cam kết cho các nhà máy ở Texas và Louisiana. Hiện chưa rõ liệu cơ quan này có thực hiện các cam kết tài trợ hiện tại hay không — điều mà nhiều chuyên gia lo ngại sẽ đe dọa tính khả thi của cả hai trung tâm.

“Chúng tôi thực sự không biết liệu chính quyền Trump có tôn trọng các hợp đồng này không, dù về mặt pháp lý chúng có hiệu lực,” một người từng làm việc trong lĩnh vực loại bỏ carbon tại DOE cho biết. Người này bị sa thải cùng khoảng 2.000 nhân viên đang trong giai đoạn thử việc vào tháng 2. “Nó đặt nhiều dự án này vào tình thế rất rủi ro,” cựu nhân viên DOE nói thêm, yêu cầu giấu tên vì lo ngại bị trả đũa.

Một số người còn lo ngại rằng chính quyền Trump sẽ có thêm động thái làm chậm tiến trình, như đóng băng ngân sách đã dành để mua tín chỉ loại bỏ carbon thay mặt chính phủ Mỹ. Cũng có lo ngại rằng chính quyền có thể dỡ bỏ sáng kiến liên ngành có tên “Carbon Negative Shot,” vốn đặt mục tiêu mở rộng quy mô công nghệ và giảm chi phí loại bỏ carbon xuống dưới 100 USD mỗi tấn vào năm 2032. Chính phủ lẽ ra có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu và phát triển, cũng như tạo ra các tiêu chuẩn chung cho một ngành công nghiệp hiện hoạt động thiếu kiểm soát, ông Wil Burns — đồng Giám đốc Viện Luật và Chính sách Loại bỏ Carbon tại Đại học American ở Washington DC — nhận định. Nhưng những nỗ lực đó “đang bị cuốn trôi” bởi chính quyền mới, ông Burns nói thêm. Bộ Năng lượng Mỹ đã không phản hồi yêu cầu bình luận từ tạp chí Nature.

Biến đổi hóa học đại dương

Một dự án hiện đang có tiến triển là LOC-NESS, nhận được hỗ trợ từ chương trình nghiên cứu công – tư trị giá 24 triệu USD do Cục Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) điều phối. Vào tháng 8 tới, nếu được cấp phép cuối cùng, nhóm này do Subhas chủ trì sẽ thả xuống biển một dung dịch chứa 50 tấn natri hydroxit (không phải loại dùng làm thuốc trung hòa axit cho người) cùng với thuốc nhuộm theo dõi trơ, cách bờ biển Provincetown, bang Massachusetts khoảng 60 km. Các nhà nghiên cứu sẽ theo dõi quá trình dung dịch này khuếch tán, làm giảm độ axit của nước biển và cho phép đại dương hấp thụ nhiều CO₂ hơn từ khí quyển.

Về lý thuyết, Subhas cho rằng các tác động sinh học chủ yếu sẽ ở mức nhẹ và tích cực, nhưng việc giám sát trong thời gian thử nghiệm sẽ giúp nhóm đánh giá ảnh hưởng tiềm tàng đối với các sinh vật tạo vỏ như tảo silic và phiêu sinh vật. Các mô hình máy tính cho thấy, trong khoảng một tuần tiến hành thử nghiệm ngoài thực địa, nhóm nghiên cứu có thể đo lường được lượng CO₂ mà đại dương hấp thụ nhờ biện pháp can thiệp này.

Nếu nhóm nghiên cứu chứng minh được khả năng giám sát và định lượng chính xác lượng CO₂ bổ sung được hấp thụ, tiềm năng mở rộng quy mô là rất lớn: chỉ với mức tăng nhẹ về độ kiềm, các quốc gia ven biển trên toàn thế giới có thể cùng nhau loại bỏ khoảng một tỷ tấn CO₂ mỗi năm khỏi khí quyển — tương đương với lượng khí thải hàng năm của Nhật Bản, chiếm khoảng 3% lượng khí thải toàn cầu. Dù ước tính chi phí của các phương pháp thay đổi hóa học đại dương rất khác nhau, phần lớn cho rằng chúng vẫn rẻ hơn nhiều so với công nghệ thu giữ khí trực tiếp từ không khí.

LOC-NESS chỉ là một trong số 17 dự án được tài trợ từ chương trình nghiên cứu của NOAA, và cho đến nay tất cả đều đang tiến triển. Các dự án khác của NOAA tập trung vào nhiều phương pháp khác nhau nhằm tăng khả năng hấp thụ CO₂ của đại dương, bao gồm bón phân chứa sắt để thúc đẩy sinh trưởng tảo biển và trồng rong biển.

Chương trình này chủ trương thử nghiệm đa dạng các phương án. “Chúng ta vẫn chưa ở thời điểm có thể tổng hợp đầy đủ kiến thức để xác định phương pháp nào hiệu quả ở quy mô lớn,” một cựu viên chức chính phủ từng tham gia chương trình cho biết. Người này từ chối nêu tên vì bị sa thải trong đợt cắt giảm nhân sự hàng loạt dưới thời chính quyền Trump và lo ngại bị trả đũa.

Xanh hóa đất liền

Các nỗ lực loại bỏ carbon trên đất liền cũng đang tiến triển. Nhiều nhà khoa học và doanh nhân trên khắp thế giới đang nghiên cứu cách tận dụng ngành nông nghiệp để giúp đất canh tác hấp thụ và lưu trữ nhiều carbon hơn. Một trong số đó là sản xuất “biochar” — một chất giàu carbon được tạo ra bằng cách chuyển đổi vật liệu thực vật thành một dạng than sinh học có thể cải thiện chất lượng đất và giữ lại carbon trong thời gian dài. Một số nghiên cứu khác thử nghiệm rải các khoáng chất giàu silicat như bazan lên đồng ruộng, bởi chúng phản ứng với CO₂ và nước để tạo ra ion bicarbonate ổn định, hòa tan và trôi ra biển, nơi chúng khóa chặt carbon.

Nhóm nghiên cứu của nhà hóa học Matthew Kanan tại Đại học Stanford, California, đang phát triển một kỹ thuật “nấu” khoáng silicat để tăng độ phản ứng, từ đó đẩy nhanh quá trình hấp thụ carbon khi rải lên đồng ruộng. Kanan cho biết phương pháp này tiêu tốn chỉ một nửa năng lượng so với nhà máy thu giữ CO₂ trực tiếp, trong khi mang lại hiệu quả tương đương, đồng thời còn cải thiện sức khỏe đất và hoàn tất toàn bộ chu trình trong một mùa vụ. Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ tiến hành một loạt thử nghiệm thực địa tại Mỹ trong năm nay.

“Điều quan trọng nhất với chúng tôi là thuyết phục được nông dân,” Kanan nói. “Cách duy nhất để làm điều đó là cung cấp cho họ dữ liệu thực tế thuyết phục từ cánh đồng.”

Tuy nhiên, các chiến lược có tiềm năng loại bỏ nhiều carbon nhất có thể đến từ rác thải nông nghiệp, rác rừng và trong một số trường hợp là các loại cây được trồng chuyên biệt, có thể được chuyển hóa thành các sản phẩm có tuổi thọ dài như vật liệu xây dựng. Theo một nghiên cứu toàn diện công bố năm 2023, các kỹ thuật này có thể giúp Mỹ loại bỏ tới 800 triệu tấn CO₂ mỗi năm — tương đương 17% lượng phát thải hàng năm của nước này — với chi phí dưới 100 USD mỗi tấn CO₂.

Thách thức nằm ở việc giải bài toán hậu cần và lôi kéo sự tham gia của mọi thành phần — từ nông dân, người làm lâm nghiệp, vận tải cho đến các nhà sản xuất năng lượng, theo đồng tác giả báo cáo Sarah Baker, nhà hóa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California, hiện đang triển khai các nghiên cứu tương tự tại Đan Mạch và Úc. “Cần phải thực hiện ở cấp cộng đồng.”

Các công ty năng lượng tại Đan Mạch và Thụy Điển cũng đang đi theo hướng tương tự với hai nhà máy năng lượng sinh học dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong vài năm tới. Các nhà máy này sẽ đốt các loại vật liệu từ rơm, mùn cưa cho đến rác rừng, với mục tiêu thu giữ hơn 1,2 triệu tấn CO₂ mỗi năm. Đây sẽ là bước tiến đáng kể, theo nhà nghiên cứu năng lượng Kati Koponen thuộc Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật VTT của Phần Lan. “Chúng ta đã có công nghệ, nhưng chưa từng áp dụng ở quy mô lớn.”

Koponen đã chủ trì một dự án đánh giá các phương án loại bỏ carbon kéo dài 4 năm, kết thúc vào năm ngoái với kinh phí từ chương trình Horizon 2020 của Liên minh châu Âu. Một bài học từ nghiên cứu này là châu Âu sẽ cần một danh mục đa dạng các giải pháp trong vài thập niên tới để đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0. Một mối lo phổ biến về loại bỏ carbon là nó có thể trở thành cái cớ để các công ty và quốc gia trì hoãn chuyển đổi sang năng lượng sạch thực sự, thay vào đó chỉ bù trừ lượng phát thải hóa thạch. Để ngăn điều đó, Koponen và các cộng sự khuyến nghị EU nên đặt ra mục tiêu riêng biệt cho việc cắt giảm phát thải và loại bỏ carbon trong tương lai.

Một bài học khác từ đánh giá của EU là câu chuyện không chỉ xoay quanh carbon. Phương pháp phổ biến — và gây tranh cãi nhất — trong các mô hình được Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) phân tích là trồng cây để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy năng lượng sinh học có khả năng thu giữ và lưu trữ CO₂ dưới lòng đất trong khi sản xuất điện. Dù phương pháp này có thể kéo CO₂ khỏi khí quyển, nó cũng gây tác động tiêu cực như tiêu tốn nhiều nước ngọt, phân bón và làm tổn hại đa dạng sinh học.

Việc mở rộng quy mô loại bỏ carbon dựa vào sinh khối như IPCC đề xuất chắc chắn sẽ làm trầm trọng thêm những vấn đề này, theo Wolfgang Lucht, nhà khoa học hệ thống Trái Đất tại Viện Nghiên cứu Tác động Khí hậu Potsdam ở Đức, người dẫn dắt phần mô hình hóa của dự án Horizon 2020. Ông nói rằng không có con đường dễ dàng nào dẫn tới tương lai với mức loại bỏ carbon khổng lồ, và vì thế các lãnh đạo toàn cầu cần tăng tốc hành động để cắt giảm khí thải ngay bây giờ, thay vì trông chờ thế hệ tương lai giải quyết hậu quả.

“Chúng tôi đang cố gắng hết sức để không chất gánh nặng biến đổi khí hậu lên vai thế hệ sau,” Lucht nói. “Chúng ta cũng không nên bắt họ phải triển khai các giải pháp loại bỏ carbon ở quy mô toàn cầu.”

Một cơ sở tại Iceland do các công ty thu giữ carbon Climeworks và Carbfix vận hành đang hút khí carbon dioxide từ không khí và lưu trữ nó dưới lòng đất. Ảnh: Bloomberg

Tại một nhà máy ở Squamish, Canada, công ty Carbon Engineering đang thử nghiệm công nghệ thu giữ carbon. Ảnh: Bloomberg