Công nghệ thu giữ CO₂ sau đốt (post-combustion carbon capture – PCC) là một giải pháp quan trọng nhằm giảm phát thải khí nhà kính từ các ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như điện, xi măng, thép, hóa dầu và sản xuất hydro. Nguyên lý hoạt động của công nghệ này là tách CO₂ ra khỏi dòng khí thải sau khi nhiên liệu đã được đốt cháy, bằng cách dẫn dòng khí qua hệ thống xử lý thu giữ chuyên biệt.
Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là hấp phụ hóa học, sử dụng dung môi gốc amine – có khả năng hấp thụ CO₂ khi tiếp xúc với khí thải. Sau đó, dung môi sẽ được tái sinh bằng nhiệt để thu hồi CO₂ tinh khiết, sẵn sàng cho các mục đích vận chuyển, sử dụng hoặc lưu giữ lâu dài. Ngoài ra, các công nghệ như hấp phụ vật lý và phân tách bằng màng cũng đang được nghiên cứu nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng.
Công nghệ PCC đóng vai trò then chốt trong chiến lược giảm phát thải CO₂ toàn cầu, đặc biệt trong các lĩnh vực khó khử carbon. Khác với các phương pháp thu giữ trước đốt, PCC có thể tích hợp vào các cơ sở hiện hữu mà không đòi hỏi thay đổi lớn về hạ tầng, từ đó hỗ trợ các quốc gia đạt được cam kết khí hậu trong ngắn hạn mà vẫn đảm bảo tính ổn định về kinh tế.
2. Các phương pháp thu giữ CO₂
2.1. Hấp phụ hóa học
Sử dụng dung môi hóa học, chủ yếu là các amine như monoethanolamine (MEA), để hấp thụ CO₂ từ khí thải trong cột hấp phụ. Sau khi hấp phụ, dung môi được đưa đến cột giải hấp và đun nóng để giải phóng CO₂ nồng độ cao, sau đó được nén và lưu trữ.
Ưu điểm:
-
Tính hiệu quả cao với dòng khí có nồng độ CO₂ thấp.
-
Có thể tích hợp dễ dàng vào các nhà máy hiện có.
Hạn chế:
-
Tiêu tốn năng lượng lớn cho quá trình tái sinh dung môi.
-
Dung môi có thể suy giảm theo thời gian do bị ô nhiễm từ tạp chất.
2.2. Hấp phụ vật lý
Áp dụng các chất rắn (than hoạt tính, silicat, vật liệu MOF…) để hấp phụ CO₂ thông qua tương tác vật lý bề mặt. Quá trình giải hấp được thực hiện bằng thay đổi nhiệt độ (TVSA) hoặc áp suất (PSA).
Ưu điểm:
-
Tiết kiệm năng lượng hơn so với hấp phụ hóa học.
-
Vật liệu hấp phụ ít bị suy thoái và có thể tái sử dụng.
Hạn chế:
-
Nhạy cảm với độ ẩm cao.
-
Hiệu suất giảm dần qua nhiều chu kỳ nếu không có vật liệu cải tiến.
2.3. Phân tách bằng màng
Dùng màng polyme hoặc vật liệu lai (như MOF nhúng trong ma trận polymer) để tách CO₂ khỏi các khí khác dựa trên đặc tính thấm chọn lọc.
Ưu điểm:
-
Thiết kế mô-đun, dễ mở rộng.
-
Không cần hóa chất tái sinh dung môi.
Hạn chế:
-
Hiệu quả tách CO₂ phụ thuộc vào áp suất và tính chọn lọc – thấm.
-
Màng dễ bị suy thoái bởi chất ô nhiễm và nhiệt độ cao.
2.4. Các công nghệ mới
Gồm các phương pháp như thu giữ bằng đông lạnh, dung môi tiên tiến, hoặc vật liệu nano. Đặc biệt, phương pháp đông lạnh CO₂ thông qua làm lạnh sâu khí thải để ngưng tụ CO₂ thành dạng lỏng hoặc rắn đang được nghiên cứu mạnh mẽ, tuy nhiên tiêu tốn năng lượng đáng kể và đòi hỏi nguồn nhiệt giá rẻ.
3. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp
3.1. Ngành điện
Các nhà máy điện than và khí áp dụng hệ thống hấp phụ amine để thu giữ CO₂ sau quá trình đốt. Hệ thống cần tối ưu hóa hiệu quả đối với nồng độ CO₂ thấp (nhất là ở nhà máy khí) và có biện pháp xử lý tạp chất SOx, NOx (ở nhà máy than).
3.2. Ngành xi măng
CO₂ sinh ra chủ yếu từ quá trình nung vôi. Khí thải được xử lý bằng hệ thống hấp phụ hóa học tương tự như trong ngành điện.
3.3. Ngành thép
Khí thải từ lò cao giàu CO₂, thuận lợi cho quá trình thu giữ. Tuy nhiên, hệ thống cần chịu được biến động lớn về thành phần khí thải và nhiệt độ cao.
3.4. Ngành lọc – hóa dầu
Ứng dụng PCC tại:
-
Khu vực sản xuất hydro (khí thải giàu CO₂ từ steam methane reforming).
-
Khu cracking xúc tác (tách CO₂ từ quá trình đốt).
-
Lò hơi – lò đốt (điểm phát thải lớn CO₂ cần được thu giữ ở đầu ra ống khói).
4. Một số dự án điển hình
4.1. Dự án Boundary Dam (Canada)
-
Nhà máy điện than thương mại đầu tiên tích hợp PCC (2014).
-
Sử dụng dung môi gốc amine, thu giữ khoảng 1 triệu tấn CO₂/năm (~90%).
-
CO₂ sử dụng để tăng cường thu hồi dầu (EOR) và lưu trữ địa chất.
4.2. Dự án Petra Nova (Hoa Kỳ)
-
Hoạt động từ 2017–2020 tại Texas.
-
Thu giữ 1,6 triệu tấn CO₂/năm (~90%) từ tổ máy than.
-
CO₂ được vận chuyển đến mỏ dầu để phục vụ EOR.
5. Chi phí thu giữ CO₂
Chi phí thu giữ CO₂ sau đốt dao động từ 40–90 USD/tấn CO₂, cao hơn so với các phương pháp khác do:
-
Áp suất và nồng độ CO₂ thấp trong khí thải.
-
Tiêu hao năng lượng lớn cho tái sinh dung môi và nén CO₂.
Tuy nhiên, nhờ khả năng ứng dụng vào nhà máy hiện hữu mà không cần thay đổi cấu trúc, công nghệ này vẫn được ưu tiên và đang từng bước được tối ưu chi phí nhờ vào tiến bộ vật liệu, thiết kế và quy mô.
6. Kết luận
Công nghệ thu giữ CO₂ sau đốt đã chứng minh được hiệu quả qua các dự án thực tế tại Canada, Hoa Kỳ và Trung Quốc. Đây là một giải pháp khả thi cho các quốc gia có tỷ trọng điện than – điện khí cao, giúp duy trì hoạt động nhà máy trong khi vẫn thực hiện cam kết giảm phát thải CO₂ theo Thỏa thuận Paris.
Tác giả: TS. Phùng Quốc Huy – Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng châu Á – Thái Bình Dương (APERC)
Nguồn: Tạp chí Năng lượng Việt Nam (https://nangluongvietnam.vn/tong-quan-cong-nghe-thu-giu-co2-sau-khi-dot-va-mot-so-ket-qua-kiem-chung-ban-dau-33468.html)
Có thể bạn quan tâm: Tháp xử lý khí thải công nghiệp tốt nhất hiện nay
