Nhà máy khử muối lớn nhất châu Âu ở Barcelona, Tây Ban Nha. Hệ thống BMED có thể tích hợp vào bất kỳ cơ sở nào có đường ống chảy ra biển. Nguồn: AP Photo/Emilio Morenatti
45% khí thải CO2 tồn tại trong khí quyển; phần còn lại được hấp thụ qua hai chu trình: 1) chu trình cacrbon sinh học giữ CO2 trong chất thực vật và đất, và 2) chu trình carbon nước hấp thụ CO2 từ khí quyển vào đại dương. Mỗi chu trình lần lượt giữ khoảng 25% và 30% lượng khí CO2 thải ra.
CO2 tan trong đại dương phản ứng lại để hình thành các chất hóa học gây tăng độ axit đại dương. Các khoáng chất trong đá dọc đường duyên hải tan rã đóng vai trò cân bằng đối trọng lại tính axit, trong quá trình phong hóa địa chất. Song tốc độ và lượng khí thải CO2 tăng mạnh (nhất là trong 60 năm qua) đã vượt quá tốc độ phong hóa địa chất, dẫn tới độ axit trong đại dương tăng 30%.
Khi các đại dương axit hóa, hàng triệu loài sinh vật biển và toàn bộ hệ sinh thái – nhất là rạn san hô – sẽ không thể thích nghi được.
Chúng ta đã khiến các hệ thống tái cân bằng tự nhiên của Trái đất quá tải, và gây hại cho hệ sinh thái trong quá trình này. Mới đây, với sự hỗ trợ của tổ chức Sáng kiến Carbon vào Biển, các nhà nghiên cứu tại Đại học McMaster và Đại học Toronto đã tìm hướng giải quyết những thách thức này.
Tin tốt là chúng ta có thể tái cân bằng độ pH trong đại dương nhờ quá trình tăng độ kiềm của nước (OAE). Hơn nữa, việc tái cân bằng cũng sẽ thúc đẩy hấp thụ nhiều CO2 hơn từ khí quyển. Nếu cẩn thận và liên tục phục hồi độ kiềm của đại dương, chúng ta có thể đồng thời giải quyết hiện tượng axit hóa đại dương và nồng độ CO2 dư thừa trong khí quyển.
Phương pháp rõ ràng nhất là bổ sung khoáng chất kiềm dã được nghiền nhỏ vào đại dương để trực tiếp giảm độ axit trong nước. Tuy nhiên, để thực hiện thì quy mô sẽ vô cùng lớn: ước tính mỗi năm sẽ cần đưa vào đại dương lượng chất kiềm tương đương với gần 8.000 tòa nhà Empire State, bắt đầu từ giữa thế kỷ này để đạt được các mục tiêu phát thải IPCC. Rõ ràng, cách này không thể là giải pháp duy nhất.
Các nhà khoa học nhận định phương pháp điện hóa hoạt động dựa trên năng lượng khử carbon là một trong những cách tốt nhất để chống lại tình trạng axit hóa đại dương. Sử dụng quy trình điện phân màng lưỡng cực (BMED), độ axit của nước biển được loại bỏ trực tiếp mà không cần bổ sung thêm chất khác. Công nghệ này chỉ cần nước biển, điện và các lớp màng chuyên dụng. Tính giản đơn và dạng mô-đun của công nghệ BMED đem lại phương pháp loại bỏ carbon linh hoạt, dễ áp dụng trên quy mô lớn và tiết kiệm chi phí.
Năm 2015, với một nhóm nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu Palo Alto và Phát triển X, các tác giả xây dựng và thử nghiệm hệ thống BMED trên quy mô nhỏ. Hệ thống vận hành tốt và vô cùng hứa hẹn khi kết hợp với cơ sở vật chất sẵn có, chẳng hạn như các nhà máy khử mặn.
Tuy nhiên, công nghệ BMED có hạn chế về phần các tấm màng chuyên dụng được bán trên thị trường. Hơn nữa, chúng chiếm tỷ lệ lớn (khoảng 30%) trong chi phí vốn và có hạn sử dụng ngắn ngủi do dễ bị xuống cấp.
Để khắc phục, nhóm nghiên cứu tìm cách phát triển những tấm màng siêu mỏng, có thể mở rộng để dùng trong quy trình BMED sửa đổi, đồng thời xác định những điều kiện hoạt động hiệu quả, các thiết bị liên kết công nghiệp tối ưu, và những địa điểm lý tưởng trên toàn cầu để triển khai công nghệ OAE ở khắp thế giới.
Tấm màng siêu mỏng sẽ tách axit hiệu quả hơn các tấm màng thương mại hiện có, đồng thời kỹ thuật sản xuất và cách sử dụng tối ưu sẽ giảm mạnh chi phí sản xuất và vận hành. Việc phát triển các hệ thống BMED tiết kiệm chi phí sẽ mở ra con đường tới dẫn tới quá trình tăng độ kiềm của nước hiệu quả kinh tế.□
Phương Anhlược dịch
Nguồn: https://theconversation.com/new-electrochemical-technology-could-de-acidify-the-oceans-and-even-remove-carbon-dioxide-in-the-process-222359
Bài đăng Tia Sáng số 9/2024