Trong tương lai, có thể trung hòa hàng triệu tấn CO₂ bằng nước thải từ quá trình sản xuất thép kiềm và xi măng.

Bất chấp Hiệp định Khí hậu Paris và tất cả các biện pháp tiết kiệm năng lượng, lượng khí thải CO₂ toàn cầu vẫn tiếp tục tăng. Những nỗ lực bảo vệ khí hậu hiện nay, chẳng hạn như mở rộng năng lượng mặt trời và năng lượng gió, cho đến nay vẫn chưa đủ để ngăn chặn hoặc thậm chí đảo ngược xu hướng này. Do đó, trong nhiều năm qua, các chuyên gia khí hậu đã liên tục kêu gọi loại bỏ CO₂ khỏi khí quyển và lưu trữ lâu dài lượng khí này.

Trọng tâm chính là phương pháp mô phỏng một quá trình tự nhiên đã kiểm soát nồng độ CO₂ trong khí quyển hàng tỷ năm nay: sự phong hóa đá, trong đó CO₂ được liên kết hóa học thành các hợp chất gọi là cacbonat—thường được biết đến, ví dụ, như bột nở. Các cacbonat này đi vào môi trường thông qua quá trình phong hóa các loại đá giàu đá vôi. Mưa cuốn chúng xuống sông và đại dương, nơi chúng phản ứng với CO₂. Bằng cách này, khí nhà kính CO₂ vẫn được liên kết hóa học trong thời gian dài và được loại bỏ khỏi khí quyển.

Kết quả nghiên cứu được thực hiện bởi Trung tâm Helmholtz-Zentrum Hereon, công bố trên Tạp chí Environment, Science & Technology Letters. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển một quy trình quy mô công nghiệp dựa trên nguyên lý này, có thể liên kết và cô lập hàng triệu tấn carbon dioxide mỗi năm.

Phản ứng của axit cacbonic

"Về cơ bản, quy trình của chúng tôi dựa trên một phản ứng mà nhiều người sẽ nhớ từ các tiết học hóa học - phản ứng trung hòa bazơ bởi axit," Giáo sư Helmuth Thomas, Người đứng đầu Viện Chu trình Carbon Hereon, giải thích.

Một ví dụ điển hình trong sách giáo khoa là phản ứng giữa natri hydroxit với axit clohidric, tạo ra muối ăn. CO₂ hoạt động theo cách tương tự. CO₂ từ không khí phản ứng với nước tạo thành axit cacbonic. Khi axit cacbonic này phản ứng với một bazơ - một chất lỏng kiềm - sẽ tạo thành bicacbonat, chất này sẽ liên kết CO₂ trong nước trong thời gian dài. Ý tưởng đằng sau dự án này không phải là sử dụng cacbonat có nguồn gốc từ đá cho phản ứng với axit cacbonic, mà là sử dụng nước thải công nghiệp có tính kiềm.

"Nước thải có tính kiềm này được tạo ra với số lượng lớn - ví dụ như trong sản xuất xi măng hoặc thép," Thomas nói. Cho đến nay, chúng thường được trộn với axit sulfuric hoặc axit clohidric để trung hòa tính kiềm trước khi thải ra sông. Nói cách khác: tiềm năng hấp thụ CO₂ của nước thải vẫn chưa được khai thác triệt để và dường như bị lãng phí.

Nhưng nếu trong tương lai, thay vì axit sulfuric, nước thải kiềm được trung hòa bằng CO₂ - hay axit cacbonic? Phương pháp này sẽ cho phép liên kết hóa học một lượng lớn khí nhà kính dưới dạng bicacbonat ở quy mô công nghiệp. Câu hỏi đặt ra là thực tế có thể liên kết được bao nhiêu carbon dioxide bằng quy trình này. Để trả lời câu hỏi đó, cần đến chuyên môn hóa học của Thomas, người đã tính toán chính xác lượng CO₂ được chuyển hóa trong các hệ thống như vậy.

Kết quả rất rõ ràng: việc trung hòa CO₂ theo cách này rất đáng giá - đặc biệt là vì mức tiêu thụ năng lượng của các cơ sở rất thấp. Các ràng buộc về môi trường và quy định, đặc biệt là liên quan đến điều kiện pH, được đáp ứng thông qua việc tự động điều chỉnh lượng nước thải ra cho phù hợp với điều kiện ban đầu của dòng sông tiếp nhận.

Tiềm năng toàn cầu

Các chuyên gia đã thảo luận về việc liên kết hóa học CO₂ với cacbonat trong một thời gian. Một ý tưởng là vận chuyển bột đá từ núi xuống biển bằng tàu hỏa và xe tải, chất lên tàu và phân tán ra đại dương. Nhưng nỗ lực về mặt hậu cần sẽ rất lớn. Hơn nữa, không ai biết cacbonat từ bột đá sẽ phản ứng với CO₂ trong nước hiệu quả và nhanh như thế nào - hoặc liệu chúng có đơn giản là chìm xuống trước khi phản ứng xảy ra hay không. Điều này không phải là vấn đề trong một cơ sở công nghiệp: toàn bộ phản ứng diễn ra tại chỗ và cân bằng khối lượng có thể được tính toán chính xác.

"Điều tuyệt vời là công nghệ cần thiết đã có sẵn," Thomas nói. Quá trình này có thể bắt đầu ngay lập tức - không giống như nhiều phương án khác để giảm lượng CO₂ trong khí quyển. Tiềm năng là rất lớn nếu tất cả nước thải công nghiệp có tính kiềm trên toàn thế giới được sử dụng cho quy trình này, khoảng 30 triệu tấn CO₂ có thể được hấp thụ mỗi năm.