BECCS – mảnh ghép còn thiếu trong lộ trình Net Zero 2050 của Việt Nam?

Trong nỗ lực cắt giảm phát thải khí nhà kính toàn cầu, công nghệ BECCS (Bioenergy with carbon capture and storage) đang nổi lên như một giải pháp mang tính bước ngoặt nhằm tạo ra "phát thải âm". Khác với các dạng năng lượng tái tạo thông thường chỉ dừng lại ở mức giảm phát thải, BECCS kết hợp khả năng hấp thụ CO2 tự nhiên của sinh khối với kỹ thuật lưu trữ địa chất, giúp trực tiếp rút bớt lượng khí nhà kính ra khỏi bầu khí quyển. Trong bối cảnh Việt Nam đang nỗ lực hiện thực hóa mục tiêu Net Zero vào năm 2050, việc khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên sinh khối sẵn có kết hợp công nghệ BECCS được xem là mảnh ghép chiến lược không thể thiếu. 

Giải mã BECCS và cơ chế "phát thải âm"

BECCS là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Bioenergy with carbon capture and storage, dịch sang tiếng Việt là Năng lượng sinh học kết hợp với thu hồi và lưu trữ carbon. 

Để hiểu vì sao BECCS lại giữ vai trò quyết định, trước hết cần nhìn vào cơ chế vận hành của công nghệ này. BECCS hoạt động dựa trên cơ chế vận hành gồm ba giai đoạn liên hoàn:

Giai đoạn 1: Thực vật và sinh khối hấp thụ khí CO2 từ bầu  khí quyển thông qua quá trình quang hợp tự nhiên để sinh trưởng.

Giai đoạn 2: Tiếp thep, nguồn sinh khối này được đưa vào các nhà máy để chuyển đổi thành năng lượng sinh học dưới dạng điện, nhiệt hoặc nhiên liệu lỏng.

Giai đoạn 3:  Cuối cùng, thay vì xả khí phát thải phát sinh trong quá trình đốt hoặc chuyển hóa sinh khối ra ngoài môi trường, hệ thống công nghệ sẽ thu hồi triệt để lượng CO2 này. Lượng CO2 sau đó được nén và đem đi cô lập địa chất sâu dưới lòng đất hoặc chuyển sang làm nguyên liệu sử dụng cho ngành công nghiệp.

Khác với năng lượng mặt trời hay năng lượng gió giúp không làm tăng thêm CO2 hay còn gọi là phát thải bằng 0, BECCS chủ động rút CO2 ra khỏi bầu khí quyển trong quá trình cây phát triển, rồi giữ chặt lượng CO2 đó không cho quay trở lại không khí. Kết quả là lượng CO2 trong bầu khí quyển thực sự bị giảm đi. Nhờ chu trình tuần hoàn này, BECCS không chỉ đạt mức cân bằng carbon mà còn tạo ra trạng thái "phát thải âm", giúp giảm trực tiếp lượng CO2  tích tụ trong không khí.

Nền kinh tế sinh học và sự can thiệp vào chu trình carbon

Sự phụ thuộc lâu đời vào nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ hay khí tự nhiên đã đẩy bầu khí quyển đến bờ vực quá tải, gây ra hàng loạt khủng hoảng như biến đổi khí hậu, tuyệt chủng loài, dư lượng thuốc trừ sâu và suy thoái đất. Do đó, nền kinh tế sinh học, nơi thực vật, nấm và côn trùng sẽ thay thế nhiên liệu hóa thạch để sản xuất năng lượng bền vững,  được kỳ vọng không chỉ kiểm soát biến đổi khí hậu mà còn giải quyết suy thoái đất, bảo tồn đa dạng loài và xử lý dư lượng hóa chất. 

Tuy nhiên, nếu chỉ đốt sinh khối thay cho đốt than, chúng ta vẫn đang xả CO2 vào không khí. Để hiểu bản chất của vấn đề, cần nhìn vào chu trình carbon của Trái Đất. Đầu tiên, thực vật trên cạn và tảo biển hấp thụ CO2 từ không khí và nước để phát triển. Sinh vật tiêu thụ và hô hấp giải phóng lại một phần CO2. Khi sinh vật chết, chất hữu cơ phân hủy hoặc bị chôn vùi hàng triệu năm dưới nhiệt độ, áp suất để biến thành nhiên liệu hóa thạch. Việc con người khai thác và đốt nhiên liệu hóa thạch đã giải phóng ồ ạt lượng khí CO2 khổng lồ. Vấn đề cốt lõi của khủng hoảng khí hậu nằm ở việc con người khai thác và đốt nhiên liệu hóa thạch, thứ vốn mất hàng triệu năm để hình thành chỉ trong vài thế kỷ, gây ra sự phát thải liên tục và phá vỡ hoàn toàn sự cân bằng của khí quyển và đại dương. Do vậy, để tăng cường kiểm soát phát thải, đảm bảo nguồn năng lượng tái tạo, chúng ta bắt buộc phải can thiệp sâu hơn bằng các công nghệ hiện đại khác.

Bên cạnh BECCS, thế giới đang triển khai các công nghệ bắt giữ carbon trực tiếp như DOC, viết tắt của Direct ocean capture - thu hồi carbon trực tiếp từ đại dương nhằm chiết xuất CO2 hòa tan trong nước biển. Đại dương có vai trò điều hòa quan trọng khi liên tục hấp thụ và giải phóng CO2. Nhằm hỗ trợ hệ sinh thái biển, công nghệ DOC ra đời nhằm chiết xuất trực tiếp lượng CO2 hòa tan trong nước biển, ngăn chặn tình trạng axit hóa đại dương và giảm áp lực khí nhà kính. Ngoài ra, thuật ngữ DAC chỉ công nghệ Direct air capture, có nghĩa là thu hồi carbon trực tiếp từ không khí để hút CO2 trong bầu khí quyển. Ví dụ điển hình là doanh nghiệp Carbonology tại Trung Quốc đã ứng dụng công nghệ DAC tích hợp AI, kết hợp điện phân nước sản xuất hydro xanh và áp dụng phản ứng Fischer-Tropsch để sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững. Trong đó, Fischer-Tropsch là một công nghệ tổng hợp hydrocarbon có từ những năm 1920 tại Đức. Quá trình tổng hợp alkan từ CO và H2 sử dụng xúc tác kim loại (sắt, coban, niken) này đã được dùng để sản xuất 700.000 tấn nhiên liệu tổng hợp hàng năm, phục vụ Thế chiến II khi Đức khan hiếm dầu mỏ.

Công nghệ chuyển đổi sinh khối là chìa khóa tối ưu hóa chuỗi giá trị 

Trước những chi phí và nguồn lực khổng lồ dành cho việc thu hồi CO2 ở nồng độ vô cùng loãng từ khí quyển hay đại dương, một câu hỏi phản biện mang tính chiến lược được đặt ra: Liệu chúng ta có thực sự cần thiết phải đầu tư quá lớn vào các công nghệ thu hồi trực tiếp này, trong khi một nguồn carbon đậm đặc dồi dào đang nằm ngay trong rác thải sinh khối? 

Khi rác thải sinh khối không được xử lý sẽ phân hủy tự nhiên và giải phóng CO2, methane (CH4) vào không khí. Thay vì để lượng tài nguyên hữu cơ khổng lồ này phân hủy tự do và tiếp tục gây ô nhiễm môi trường, việc tái chế và biến sinh khối thành năng lượng là một bài toán kinh tế và khí hậu tối ưu hơn rất nhiều. Chúng ta hoàn toàn có thể thu gom và biến chúng thành năng lượng sinh học như cồn sinh học hay biochar từ 4 nguồn sinh khối thải chính bao gồm:

1. Sinh khối nông nghiệp: Tàn dư từ cây trồng gồm có rơm rạ, trấu, lõi ngô, bã mía hoặc phụ phẩm nông nghiệp như vỏ hạt, rác rau củ, cuối cùng là chất thải chăn nuôi như phân động vật,...
2. Sinh khối lâm nghiệp: Gồm phế thải khai thác gỗ (cành, vỏ, mùn cưa, dăm gỗ) và phế thải cắt tỉa rừng.
3. Sinh khối hữu cơ đô thị: Rác thải thực phẩm sinh hoạt, rác nhà bếp thương mại và rác sân vườn.
4. Sinh khối công nghiệp: Phế thải từ quá trình chế biến thực phẩm như bã ngũ cốc, bã trái cây và chế biến gỗ (mùn cưa, phôi bào).

Việc chuyển hóa các nguồn sinh khối trên thành điện năng, nhiệt năng hoặc nhiên liệu lỏng sẽ giúp tạo ra nguồn năng lượng sạch, góp phần hiện thực hóa tiềm năng kinh tế từ sinh khối, và làm chủ các con đường công nghệ chuyển đổi chính là chìa khóa then chốt nhằm khai thác triệt để và tối ưu hóa toàn bộ chuỗi giá trị sinh khối. Ba con đường công nghệ chính hiện đang được áp dụng trên thế giới để chuyển hóa rác thải sinh khối thành nguồn năng lượng phục vụ BECCS bao gồm:

• Nhiệt hóa: Sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để phân hủy sinh khối. Phương pháp này bao gồm đốt cháy trực tiếp trong nồi hơi phát điện; khí hóa trong điều kiện thiếu oxy để tạo khí tổng hợp; và nhiệt phân trong môi trường hoàn toàn không có oxy để tạo ra than sinh học, dầu sinh học và khí cháy.
• Sinh hóa: Tận dụng vi sinh vật hoặc enzyme để phân hủy chất hữu cơ. Quá trình phân hủy kỵ khí xử lý sinh khối ướt trong điều kiện không có oxy để tạo ra khí sinh học (biogas/biomethane), hiện đã được ứng dụng quy mô lớn như nhà máy Lanes Farm Energy tại Vương quốc Anh cung cấp khí đốt cho 9.600 hộ gia đình hay các nhà máy Bio-LNG tại Đức. Quá trình lên men sử dụng nấm men chuyển hóa đường và tinh bột thành ethanol sinh học.
• Hóa học: Sử dụng chất xúc tác hóa học để sản xuất nhiên liệu có mật độ năng lượng cao. Quá trình chuyển vị este biến dầu mỡ động thực vật thành diesel sinh học, trong khi công nghệ hóa lỏng thủy nhiệt (HTL) thì chuyển hóa bùn thải ướt thành dầu thô sinh học phục vụ nâng cấp thành xăng và nhiên liệu máy bay.

Tiềm năng của Việt Nam và bệ phóng hướng tới BECCS

Trên thế giới, Trung Quốc đã vươn lên thành cường quốc năng lượng sinh học với công suất điện sinh khối đạt gần 46 GW, tạo ra hơn 208 tỷ kWh điện. Tuy nhiên, do rào cản về quỹ đất nông nghiệp dành cho nhiên liệu sinh học lỏng thế hệ thứ nhất, Trung Quốc đang đẩy mạnh nghiên cứu công nghệ BECCS để sớm đạt mức phát thải âm.

Đối với Việt Nam, dư địa phát triển năng lượng sinh học là rất lớn với khoảng 60 triệu tấn phụ phẩm sinh khối mỗi năm từ trấu, bã mía, hay phế thải gỗ. Việt Nam đã bước đầu chủ động chuyển đổi thông qua việc thử nghiệm đốt kèm sinh khối với than tại các nhà máy nhiệt điện lớn thuộc Vinacomin, quy định bắt buộc áp dụng xăng E10 trên toàn quốc, phát triển hầm ủ khí sinh học tại các trang trại chăn nuôi lợn quy mô lớn, cùng các chính sách thu hút đầu tư như Quy hoạch phát triển điện lực (PDP VIII), cơ chế DPPA và giá FiTs.

Trong các thập kỷ tới, lộ trình tối ưu để ứng phó với biến đổi khí hậu là thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch bằng các nguồn năng lượng xanh. Năng lượng sinh học đóng vai trò then chốt trong cấu trúc năng lượng toàn cầu nhờ khả năng tuần hoàn carbon tự nhiên và xử lý rác thải.

Dù Việt Nam đã đạt được những bước tiến ban đầu trong việc khai thác 60 triệu tấn sinh khối, việc chỉ dừng lại ở các công nghệ đốt hoặc phân hủy thông thường vẫn chưa thể loại bỏ hoàn toàn carbon khỏi chu trình. Để hiện thực hóa cam kết Net Zero vào năm 2050, Việt Nam cần định hướng tích hợp công nghệ BECCS vào hệ thống hạ tầng năng lượng sinh học hiện có. Việc kết hợp phát điện sinh khối với hệ thống thu hồi CO2 tại nguồn, kết hợp triển khai các công nghệ thu hồi khí quyển (DAC) và đại dương (DOC), sau đó tiến hành lưu trữ địa chất hoặc chuyển hóa công nghiệp, sẽ tạo ra cơ chế "phát thải âm" triệt để. Đây chính là giải pháp chiến lược và là mảnh ghép hoàn chỉnh giúp Việt Nam tự chủ năng lượng bền vững và đạt được mục tiêu Net Zero vào năm 2050.