Từ lòng đất Hokkaido đến tương lai trung hòa carbon

Nhật Bản – quốc gia từng phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch – đang nỗ lực phát triển các công nghệ đột phá nhằm tiến tới mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050.

Một trong những công nghệ được kỳ vọng nhất chính là thu hồi và lưu giữ carbon dioxide (CCS) – giải pháp giúp giữ lại CO2 phát sinh từ các nhà máy điện, thép, và hóa chất, rồi chôn sâu dưới lòng đất hoặc đáy biển.

Hệ thống thu hồi khí CO2 tại Tomakomai. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bản

Trong số đó, dự án thí điểm CCS Tomakomai tại Hokkaido được xem là cột mốc quan trọng, bởi đây là lần đầu tiên trên thế giới CO₂ được bơm từ đất liền xuống các tầng địa chất dưới đáy biển – một bước đột phá mang tính lịch sử đối với công nghệ lưu trữ carbon.

Công nghệ CCS (Carbon Capture and Storage) hoạt động dựa trên nguyên tắc tách, thu hồi CO2 phát sinh trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch tại các nhà máy, sau đó nén và vận chuyển đến các địa điểm có điều kiện địa chất phù hợp để bơm xuống lòng đất hoặc dưới đáy biển. Các lớp đá không thấm nước sẽ giữ khí CO2 ổn định trong hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm, ngăn không cho chúng thoát ngược trở lại khí quyển.

Một góc nhà máy thí điểm CCS tại Tomakomai nhìn từ trên cao. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bản

Nhật Bản bắt đầu đầu tư nghiên cứu CCS từ năm 2008, khi Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp (METI) ủy quyền cho Công ty Trách nhiệm hữu hạn CCS Nhật Bản (Japan CCS Co., Ltd.) – liên doanh của 35 doanh nghiệp trong các lĩnh vực điện lực, dầu khí, sắt thép, xi măng và kỹ thuật – triển khai dự án thực nghiệm quy mô lớn tại thành phố Tomakomai (Hokkaido). Dự án có tổng vốn đầu tư khoảng 24,3 tỷ yên (159 triệu USD), với sự tham gia của khoảng 100 kỹ sư và chuyên gia trong giai đoạn đầu.

Để lựa chọn vị trí phù hợp cho dự án, các nhà khoa học đã khảo sát hơn 115 khu vực trên khắp Nhật Bản. Tomakomai được chọn nhờ có cấu trúc địa chất lý tưởng – bao gồm lớp đá sa thạch xốp nằm sâu dưới đáy biển (ở độ sâu 1.000–2.000 m), được bao phủ bởi các lớp đá bùn và đá vôi dày có khả năng ngăn khí CO2 rò rỉ ngược lên trên. Ngoài ra, khu vực này có vị trí gần các trung tâm công nghiệp lớn của Hokkaido, thuận tiện cho việc vận chuyển CO2 từ các nhà máy điện và lọc dầu trong vùng.

Tháng 4/2016, CO2 bắt đầu được bơm vào các bể chứa ngầm dưới đáy biển ngoài khơi Tomakomai, đánh dấu cột mốc quan trọng trong lịch sử ngành năng lượng Nhật Bản. Chỉ sau 3 năm, đến năm 2019, dự án đã hoàn thành mục tiêu lưu trữ 300.000 tấn CO2, tương đương lượng khí thải của hơn 100.000 hộ gia đình Nhật Bản trong 1 năm.

Thiết bị đầu giếng của hai giếng bơm ép thành hệ Takinoue, với các van và đồng hồ đo áp suất được sử dụng để kiểm soát lưu lượng CO2. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bản

Theo ông Yoshihiro Sawada, Cố vấn và Trưởng ban Quan hệ quốc tế của Công ty TNHH CCS Nhật Bản, thách thức lớn nhất đối với công nghệ CCS chính là vấn đề an toàn và giám sát.

Ông Sawada cho biết: “Điều quan trọng nhất là giám sát. Chúng tôi bơm CO2 xuống lòng đất trong khi liên tục theo dõi chuyển động địa chất, áp suất, và độ kín của lớp đá. Chính nhờ hệ thống giám sát này mà chúng tôi có thể khẳng định quá trình bơm và lưu trữ diễn ra an toàn”.

Hệ thống giám sát của Tomakomai được ví như “con mắt dưới lòng đất”, bao gồm hàng chục cảm biến địa chấn, máy đo áp suất và nhiệt độ đặt trong lòng đất và đáy biển. Các dữ liệu thu được được truyền về trung tâm điều khiển để phân tích theo thời gian thực. Nếu phát hiện bất kỳ biến động bất thường nào, quy trình bơm sẽ ngay lập tức dừng lại.

Ông Yoshihiro Sawada, Cố vấn, Trưởng ban Quan hệ Quốc tế, công ty CCS Nhật Bản, trả lời phỏng vấn của phóng viên TTXVN. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bản

Nhờ cơ chế giám sát nghiêm ngặt, dự án Tomakomai chưa ghi nhận bất kỳ sự cố rò rỉ hay chấn động địa chất đáng kể nào trong suốt quá trình vận hành. Đây cũng là lý do dự án được quốc tế đánh giá là mô hình mẫu về quản lý an toàn trong CCS.

Sau khi đạt được mục tiêu 300.000 tấn, dự án thực nghiệm đã hoàn tất giai đoạn bơm CO2 vào cuối năm 2019 và bước sang giai đoạn giám sát. Hiện nay, khoảng 20 nhân viên vẫn đang tiếp tục theo dõi tình hình địa chất, đảm bảo tính ổn định của lớp lưu trữ. Theo ông Jiro Tanaka, Phó Ban Quan hệ quốc tế của CCS Nhật Bản, việc dừng bơm không phải là kết thúc, mà là bước đệm cho các dự án thương mại quy mô lớn trong tương lai.

Ông Tanaka chia sẻ: “Dự án này được thiết kế như một thử nghiệm để xác định các vấn đề kỹ thuật và hướng cải thiện. Khi đạt được mục tiêu, việc bơm dừng lại là điều tự nhiên. Chính phủ Nhật Bản hiện đang chuẩn bị khởi động 9 dự án CCS mới trên toàn quốc và Tomakomai sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong số đó”.

Ông Jiro Tanaka, Phó Ban Quan hệ Quốc tế, Công ty CCS Japan, trả lời phỏng vấn của phóng viên TTXVN. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bản

Các dự án mới dự kiến thu giữ CO2 từ nhiều nguồn khác nhau như nhà máy điện, nhà máy thép, nhà máy lọc dầu, với tổng công suất từ 1,5 đến 2 triệu tấn CO2 mỗi năm. Trong tương lai gần, Tomakomai có thể trở thành trung tâm lưu trữ carbon quy mô lớn đầu tiên của Nhật Bản, góp phần trực tiếp vào mục tiêu giảm phát thải quốc gia.

Theo ước tính của Viện Nghiên cứu Công nghệ Đổi mới cho Trái Đất (RITE), tiềm năng lưu trữ carbon của Nhật Bản có thể đạt tới 146 tỷ tấn CO2, tương đương lượng khí thải trong vòng 100 năm. Điều này mở ra triển vọng to lớn cho việc ứng dụng CCS như một phần không thể thiếu trong chiến lược năng lượng quốc gia.

Các nhà khoa học nhận định nếu được triển khai trên quy mô toàn cầu, công nghệ CCS có thể giúp giảm tới 5,5 tỷ tấn CO2 mỗi năm, tương đương 16% tổng lượng khí thải cần giảm để giữ mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Đến năm 2050, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự báo CCS có thể đóng góp tới 13% tổng lượng cắt giảm khí thải CO2 toàn cầu.

Hiện nay, nhiều quốc gia phát triển như Na Uy, Canada, Mỹ và Brazil cũng đang triển khai các dự án CCS quy mô lớn. Tuy nhiên, Tomakomai được xem là dự án tiên phong về kỹ thuật khi lần đầu tiên trên thế giới thực hiện bơm CO2 từ đất liền ra các bể chứa dưới đáy biển – một bước tiến vượt trội so với mô hình truyền thống chỉ lưu trữ dưới đất liền.

Một vị trí bơm CO2 vào bể chứa cách đất liền từ 3-4km. Ảnh: Phạm Tuân – Pv TTXVN tại Nhật Bả

Không chỉ đóng vai trò thực nghiệm công nghệ, Tomakomai còn giúp thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định an toàn cho CCS trong môi trường biển, đồng thời mang lại bài học quý báu về quản lý vận hành, hợp tác địa phương và sự chấp thuận xã hội – những yếu tố then chốt để mở rộng ứng dụng công nghệ này trong tương lai.

Chính phủ Nhật Bản hiện đặt mục tiêu thương mại hóa CCS vào năm 2030, song song với việc phát triển chuỗi giá trị carbon khép kín, kết nối giữa nguồn phát thải – hạ tầng vận chuyển – khu vực lưu trữ. Tại Hokkaido, kế hoạch tiếp theo là thu giữ CO₂ từ Nhà máy điện Hokkaido Electric và Nhà máy lọc dầu Izumi Kosan, sau đó vận chuyển và lưu trữ ở ngoài khơi Tomakomai.

Tuy nhiên, con đường phía trước vẫn còn nhiều thách thức. Chi phí đầu tư và vận hành cao, cùng với nhu cầu thiết lập hệ thống đường ống và mua đất phù hợp, là những yếu tố cần được giải quyết để CCS có thể trở nên khả thi về kinh tế. Bên cạnh đó, sự đồng thuận của cộng đồng dân cư địa phương cũng là yếu tố quan trọng, đặc biệt khi CCS liên quan đến hạ tầng ngầm và môi trường biển.

Mặc dù còn nhiều rào cản, nhưng thành công của dự án Tomakomai đã mở ra hướng đi mới cho Nhật Bản và cả thế giới trong nỗ lực giảm phát thải khí nhà kính. Không chỉ chứng minh tính khả thi về kỹ thuật và độ an toàn, dự án còn góp phần thay đổi nhận thức của xã hội về vai trò của công nghệ trong bảo vệ môi trường.

Trong khi năng lượng tái tạo như gió và Mặt Trời vẫn cần thời gian để chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu năng lượng, CCS được xem là “cầu nối chuyển tiếp” giúp giảm nhanh lượng phát thải trong các ngành công nghiệp nặng – nơi khó đạt được mức phát thải bằng 0. Ông Sawada nhấn mạnh: “CCS không phải là đích đến cuối cùng, mà là một phần trong giải pháp toàn cầu nhằm đạt mục tiêu trung hòa carbon. Dự án Tomakomai là minh chứng rằng Nhật Bản có thể vừa phát triển kinh tế, vừa góp phần bảo vệ hành tinh”.

Từ một thành phố ven biển nhỏ ở Hokkaido, Tomakomai đã trở thành biểu tượng của hy vọng – nơi minh chứng rằng trí tuệ và công nghệ con người có thể đồng hành cùng thiên nhiên thay vì đối lập với nó. Dự án không chỉ là niềm tự hào của Nhật Bản mà còn là bước khởi đầu cho thế giới hướng tới một tương lai xanh – sạch – bền vững.

Theo vnanet.vn