Chúng ta đang nhận thức rõ về tác động của biến đổi khí hậu do lượng khí nhà kính gây ra. Các loại khí nhà kính phổ biến nhất trên Trái Đất gồm: hơi nước, khí carbonic (CO2), khí metan (CH4), khí oxyt nitơ (N2O), khí ozone, và các loại khí CFC như sulfur hexafluoride, hydrofluorocarbons và perfluorocarbons. Mức độ góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính của các khí chính có thể sắp xếp theo trình tự sau: 1. Hơi nước 36–72%; 2. Khí carbonic 9–26%; 3. Khí metan 4–9%; và 4. Khí ozone 3–7% (IPCC, 2007). Theo ước tính của IPCC khí CO2 chiếm tới 60% nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu. Nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng 28% từ 288 ppm lên 366 ppm trong giai đoạn 1850–1998 và hiện nay nồng độ CO2 tăng khoảng 10% trong chu kỳ 20 năm. Chính vì vậy, khí CO2 đã trở thành đối tượng chính trong các nỗ lực của loài người nhằm giảm phát thải khí nhà kính, dưới các hình thức hoặc là giảm phát thải khí CO2 hoặc thu hồi và cất giữ nó một cách an toàn và lâu dài... Vì vậy mà nhóm chúng em đã cùng nhau tìm hiểu và đưa ra bài báo cáo về những “PHƯƠNG PHÁP THU HỒI VÀ CẤT GIỮ CO2” nhằm củng cố kiến thức và giúp cho mọi người có một cái nhìn tổng quát hơn, sâu sắc hơn về lợi ích của các phương pháp xử lý CO2 hiện nay.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG - - TIỂU LUẬN MƠN HỌC HĨA MƠI TRƯỜNG Capture and TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MỤC LỤC MỤC LỤC ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta nhận thức rõ tác động biến đổi khí hậu lượng khí nhà kính gây Các loại khí nhà kính phổ biến Trái Đất gồm: nước, khí carbonic (CO ), khí metan (CH ), khí oxyt nitơ (N O), khí ozone, loại khí CFC sulfur hexafluoride, hydrofluorocarbons perfluorocarbons Mức độ góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính khí xếp theo trình tự sau: Hơi nước 36–72%; Khí carbonic 9–26%; Khí metan 4–9%; Khí ozone 3–7% (IPCC, 2007) Theo ước tính IPCC khí CO chiếm tới 60% nguyên nhân nóng lên tồn cầu Nồng độ CO khí tăng 28% từ 288 ppm lên 366 ppm giai đoạn 1850–1998 nồng độ CO tăng khoảng 10% chu kỳ 20 năm Chính vậy, khí CO trở thành đối tượng nỗ lực lồi người nhằm giảm phát thải khí nhà kính, hình thức giảm phát thải khí CO thu hồi cất giữ cách an tồn lâu dài Vì mà nhóm chúng em tìm hiểu đưa báo cáo “PHƯƠNG PHÁP THU HỒI VÀ CẤT GIỮ CO ” nhằm củng cố kiến thức giúp cho người có nhìn tổng qt hơn, sâu sắc CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG lợi ích phương pháp xử lý CO Dù cố gắng nhiều kiến thức có giới hạn nên khơng tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý thầy để báo cáo sau đầy đủ tốt CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG CHÚ THÍCH IPCC: Intergovernmental Panel on climate change GHG: Green House Gases CLC: Chemical looping combustion ZIF: Zeolitic Imidazolate Frameworks MDEA: Metyl diethanolamin IGCC: Intergrated gasification combined-cycle BECCS: Bio Energy with carbon capture and storage CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG PHẦN I THỰC TRẠNG Nguồn gốc CO phản ứng liên quan: 1.1 Nguồn gốc CO : Carbon dioxide thu từ nhiều nguồn khác tự nhiên như: - Có sẵn khơng khí lành với hàm lượng 0,04% - Khí từ miệng núi lửa - Sản phẩm cháy hợp chất hữu - Hoạt động hô hấp sinh vật sống hiếu khí - Từ số sinh vật sản xuất từ lên men hô hấp tế bào - Từ q trình hơ hấp xanh vào buổi tối - 1.2 Các phản ứng liên quan: Sự đốt cháy tất loại nhiên liệu có chứa carbon, khí metan (khí tự nhiên), dầu hỏa cất (xăng, dầu diesel, dầu hỏa, propan), than đá, gỗ chất hữu cơ, Ví dụ: Phản ứng hóa học metan oxy: Phân hủy nhiệt đá vôi (CaCO ) cách nung nóng (nung) vào khoảng 850°C (1.560°F), sản xuất vơi sống (oxit canxi, CaO), hợp chất mà có nhiều công dụng công nghiệp: Tất sinh vật hiếu khí sinh CO chúng oxy hố carbohydrate, acid béo protein Số lượng lớn phản ứng liên quan phức tạp không mô tả cách dễ dàng Ví dụ: Phương trình hơ hấp glucose monosaccharides khác: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Carbon dioxide sản phẩm phụ trình lên men đường sản xuất bia, rượu whisky, đồ uống có cồn việc sản xuất ethanol sinh học Nấm men chuyển hố đường để tạo CO ethanol, gọi rượu: Carbon dioxide làm thay đổi độ pH nước Carbon dioxide tan nước để tạo acid yếu gọi acid carbonic H CO , theo phản ứng sau: Sau đó, acid carbonic phản ứng chút đảo ngược nước để tạo cation hydronium, H O + ion bicarbonate, , theo phản ứng sau: Các dạng tồn CO : Carbon dioxide khí trái đất loại khí thải Ngồi ra, Carbon dioxide hòa tan đại dương để hình thành acid carbonic (H CO ), bicarbonate () carbonat () Có khoảng 50 lần lượng carbon hòa tan đại dương tồn khí Các đại dương đóng vai trò bể chứa carbon khổng lồ chứa khoảng phần ba lượng CO thải hoạt động người Ảnh hưởng CO đến môi trường người: Các đại dương hấp thụ khoảng 50% lượng khí carbon dioxide (CO ) thoát từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến phản ứng hóa học làm giảm pH đại dương, từ bắt đầu thời đại công nghiệp làm tăng khoảng 30% ion H + thơng qua q trình gọi "acid hóa đại dương" Các nghiên cứu chứng minh lượng CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG CO hòa tan đại dương ngày tăng tác động bất lợi sinh vật biển, bao gồm: - Tỷ lệ san hô tạo xương chúng giảm đi, sản lượng nhiều loài sứa tăng - Khả tảo biển động vật phù du tự để trì vỏ bảo vệ giảm xuống - Sự sống sót lồi cá biển, bao gồm cá thương mại động vật có vỏ bị giảm xuống Đáng ý: Carbon dioxide khí nhà kính, điều có nghĩa hậu xảy nóng lên tồn cầu gì? Bức xạ từ Mặt trời làm bầu khí quyển, đại dương đất đai Trái Đất ấm lên Các xạ đến qua bầu khí bên ngồi để đến Trái đất, phần lớn khơng thể khỏi bầu khí bầu khí hoạt động van chiều Chính xác có xạ khỏi khí tùy thuộc vào nồng độ khí nhà kính (bao gồm CO , khí metan, ) Tuy nhiên, gọi hiệu ứng nhà kính khơng phải điều xấu - khơng có nó, nhiệt độ bề mặt trái đất -18 °C, thay giá trị thực tế khoảng 15°C Mối quan tâm đề cập trước đó, lượng xạ phụ thuộc vào nồng độ khí nhà kính khí - làm tăng nồng độ lượng khí thải carbon dioxide, có nghĩa lượng xạ tràn khơng gian Điều có nghĩa nhiệt độ bề mặt Trái Đất tăng lên - khoảng 0,6°C ± 0,2°C kỷ trước Sự ấm lên tăng theo thời gian có hậu tai hại Những thứ bao gồm: Mực nước biển dâng cao - Vùng đồng duyên hải thấp mực nước biển nên với mực nước biển dâng cao, điều kết tan chảy băng hai cực Trái Đất CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG Tác động đến nơng nghiệp - Nóng lên tồn cầu có ảnh hưởng lớn đến suất nông nghiệp Giảm tầng ozone - Sự nóng lên làm tăng độ che phủ mây vào mùa đông Thời tiết khắc nghiệt tăng - khí hậu nóng lên thay đổi hệ thống thời tiết trái đất, có nghĩa có nhiều hạn hán lũ lụt nhiều bão thường xuyên mạnh Sự lây lan bệnh - Bệnh lây lan sang khu vực trước lạnh để chúng tồn Thay đổi hệ sinh thái - Cũng giống bệnh, phạm vi thực vật động vật thay đổi, dẫn đến di cư loại động vật đến khu vực có khí hậu thích hợp Như vậy, tác động lượng khí thải CO lớn gây vấn đề lớn Thậm chí giảm bớt lượng nhỏ khí thải nhà kính giúp giảm bớt vấn đề mà hệ tương lai phải đối mặt PHẦN II NGUYÊN TẮC - PHƯƠNG PHÁP THU HỒI VÀ CÔ LẬP CO Tại phải cô lập thu giữ CO ? Mục đích để làm gì? 1.1 Lý do: Vì CO cơng nhận khí nhà kính (GHG), có khả gây hại cho mơi trường Ủy ban liên Chính phủ Thay đổi Khí hậu (IPCC) cơng nhận việc phát thải liên tục lượng khí CO mức gia tăng ảnh hưởng đến khí hậu Trong tác động trực tiếp CO lên môi trường chưa rõ ràng, tồn cầu quốc gia giới hạn việc phát thải bao gồm Nghị định thư Kyoto kêu gọi giảm phát thải khí nhà kính (GHG) Liên minh châu Âu sử dụng phương thức tiếp cận thương mại để giảm CO Việc giảm lượng khí nhà kính quan trọng tác động biến đổi khí hậu dự đốn ảnh hưởng CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG tới đâu từ 1-12% GDP nhiều nước thay đổi khí hậu, lũ lụt, hạn hán mực nước biển dâng cao Khí thải carbon dioxide chiếm 77% lượng phát thải khí nhà kính người tạo năm 2004 Hơn 98% khí thải CO phát sinh từ việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch bao gồm than đá, khí đốt tự nhiên dầu mỏ Cụ thể đốt cháy than chiếm tới 33% Thu hồi carbon liên quan đến việc lưu trữ carbon dioxide dài hạn dạng carbon khác để giảm nhẹ trì hỗn nóng lên tồn cầu tránh thay đổi khí hậu nguy hiểm CO bầu khí hoạt động chăn ấm làm cho nhiệt độ Trái Đất tăng xạ bị giữ lại nhiều phản xạ lại khơng gian Trái đất nóng lên, băng tan gây lũ lụt, hạn hán, Nên đề xuất cách để làm chậm tích tụ khí khí biển, thải cách đốt nhiên liệu hóa thạch Trong tự nhiên CO lập thu giữ qua trình sinh học, hóa học thể chất Vì vậy, q trình nhân tạo đưa để tạo hiệu ứng tương tự, bao gồm việc thu hồi bắt giữ nhân tạo quy mô lớn việc cô lập CO công nghiệp sản xuất sử dụng tầng chứa nước ngầm lòng đất, hồ chứa, nước đại dương, cánh đồng dầu già bồn chứa carbon dioxide 1.2 Mục đích lập thu giữ CO : Khí thải CO từ việc đốt nhiên liệu hoá thạch nghiên cứu từ thời kỳ công nghiệp Với 85% lượng giới đến từ nhiên liệu hóa thạch, nguồn lượng quan trọng tương lai Nhưng nhu cầu nhiên liệu hoá thạch ngày tăng nên lượng CO thải năm tăng đáng kể Điều dẫn đến mối quan ngại tác động lượng khí thải CO thay đổi khí hậu tồn cầu Nên lập thu giữ CO lựa chọn quan tâm để ổn định giảm nồng độ CO Năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch phần quan trọng kinh tế nước giới nên lượng sản xuất từ nhà máy điện đốt CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 10 Hình II.3 Cấu trúc loại vật liệu xốp Cấu trúc loại vật liệu cho phép hút nhiều loại khí nitơ (N ), metan (CH ), hydro (H ) hay carbonic (CO ) Song, điều kiện áp suất thấp, có CO bị giữ lại, khí khác giải phóng Khó khăn lớn mà nhóm nghiên cứu gặp phí số thành phần cấu tạo nên loại vật liệu kể khơng rẻ, kim loại indium CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 24 3.3.4 Polyme xốp (miếng bọt biển nhựa dẻo) Hình II.4 Chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp (IGCC) Là plastic giống miếng xốp hút khí thải nhà kính carbon dioxide (CO ) dễ dàng chuyển đổi dạng nhiên liệu hóa thạch nhiễm thành nguồn lượng mới, ví dụ hydro Vật liệu – giống dạng plastic dùng để gói thực phẩm Loại polyme ổn định, rẻ tiền, hút CO tốt Loại vật liệu phần cơng nghệ tích hợp gọi “chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp” (IGCC), chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch thành khí hydro Vật liệu phình cách từ từ hút khí CO khoảng trống nhỏ tí xíu nằm phân tử Tiến sĩ Cooper trường Đại học Liverpool giải thích: “Khi áp suất giảm xuống, chất hấp phụ xẹp thải khí CO mà họ thu giữ lại chuyển hóa thành hợp chất carbon có ích” Vật liệu loại bột giống cát, có màu nâu, tạo cách gắn kết nhiều phân tử gốc carbon nhỏ bé thành mạng lưới Cooper giải thích rằng, ý tưởng sử dụng cấu trúc có cảm hứng từ polystyrene, chất dẻo CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 25 sử dụng xốp vật liệu đóng gói khác Polystyrene hấp phụ lượng nhỏ CO hoạt động nở phồng Một lợi việc sử dụng vật liệu chúng có xu hướng ổn định Các vật liệu chịu acid sơi, chứng minh polyme chịu điều kiện khắc nghiệt nhà máy điện để hấp phụ khí CO Các polyme có ưu điểm khả hấp phụ CO mà không nhận nước kèm, nước làm tắc nghẽn vật liệu khác làm chúng hoạt động hiệu Về nguyên tắc, vật liệu tái sử dụng có tuổi thọ cao chúng bền 3.4 CO đâu sau q trình thu gi ữ l ập Cách v ận chuy ển CO sau trình thu giữ lập CO vận chuyển đến địa điểm bảo quản phù hợp 3.4.1 Lưu giữ khí thành tạo địa chất sâu khác (bao gồm hình thành muối mỏ khí thải) 3.4.1.1 Lưu trữ địa chất (hấp thu địa chất): Bơm CO vào, dạng siêu tới hạn, trực tiếp vào thành tạo địa chất ngầm (các mỏ dầu, mỏ khí đốt, hình thành nước muối, đường nối than unmineable, thành tạo bazan chứa đầy nước muối đề xuất khu vực bảo quản) Các chế bẫy địa hố ngăn khơng cho CO khỏi bề mặt CO bơm vào mỏ dầu suy giảm để làm tăng phục hồi dầu Than dùng để chứa CO , CO ln gắn liền với bề mặt than CO bơm vào mỏ dầu để thu hồi dầu mà thường không hồi phục phương pháp truyền thống CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 26 3.4.1.2 Lưu trữ đại dương: Trong khứ, người ta cho CO lưu trữ đại dương, điều làm trầm trọng thêm tình trạng acid hóa đại dương bị coi bất hợp pháp theo quy định cụ thể Hình II.5 Sơ đồ lưu trữ CO biển 3.4.1.3 Các bể chứa dầu khí Việc bơm CO vào bể dầu khí để tăng suất áp dụng phổ biến ngành công nghiệp dầu mỏ Mỹ nước dẫn đầu giới công nghệ này, với khoảng 48 triệu CO bơm vào lòng đất năm để tăng sản lượng khai thác dầu mỏ khí đốt CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG 27 Lợi kỹ thuật việc lưu trữ CO chi phí bù đắp phần từ doanh thu sản xuất dầu khí đốt Tuy nhiên, kể khơng có lợi nhuận từ khai thác dầu khí đốt, bơm CO vào bể dầu hoàn toàn cạn kiệt để lưu trữ lâu dài Các bể chứa dầu khai thác bị bỏ hoang xem điểm lưu trữ CO đầy tiềm nhiều lý Thứ nhất, lượng dầu khí ban đầu khơng hàng triệu năm, chứng tỏ cấu trúc kín khít hồn hảo bể chứa Thứ hai, khảo sát khai thác dầu cung cấp đặc điểm địa chất bể chứa mơ hình máy tính giúp khảo sát vận động hydrocarbon bể chứa áp dụng cho việc bơm CO sau Cuối cùng, hồn tồn tận dụng sở hạ tầng khai thác dầu khí để tiến hành lưu trữ CO Tuy nhiên, đặc điểm đồng thời điểm bất lợi việc lưu trữ CO lâu dài 3.4.1.4 Bể chứa nước mặn sâu Một số bể trầm tích bị ngập mặn chứa đầy nước lợ, khơng thể cung cấp nước cho sinh hoạt nông nghiệp, điểm đến thích hợp cho CO cô lập Tương tự bể dầu khí, bể nước mặn thấy đất liền khơi Chúng thường phần túi dầu túi khí nên có chung số đặc điểm Ngành khai thác dầu thường loại bỏ nước mặn trình khai thác dầu cách bơm nước mặn từ bể dầu sang bể nước mặn 3.4.1.5 Những vỉa than khai thác Những vỉa than không đủ dày, nằm sâu mặt đất có cấu tạo vững khiến việc khai thác khơng thể thực hiện, trở thành kho chứa CO Các vỉa than có khả thẩm thấu lưu trữ loại khí metan, loại khí gắn kết vật lý với vỉa than tách Các nghiên cứu cho thấy CO chí liên kết với vỉa than chặt chẽ metan đó, CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG 28 bơm vào vỉa than, CO đẩy metan Khí sau thu hồi qua lỗ khoan đưa lên mặt đất, tạo khoản lợi nhuận bù đắp cho chi phí bơm CO Bên cạnh khả tách khí từ vỉa than metan, dự án bơm khí vào vỉa than khai thác cần phải xem xét đến số yếu tố bao gồm độ sâu, tính thẩm thấu, cấu trúc, tính liên tục vỉ than khả lập khí theo phương thẳng đứng (giảm khả rò rỉ từ lên), vài yếu tố khác Khi CO bơm vào vỉa than, nằm yên trừ trường hợp áp suất bị giảm than bị khai thác Hình II.6 Kỹ thuật lưu trữ CO vỉa than CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG 29 Tuy nhiên, khơng phải tất dạng vỉa than tách khí metan Nếu khơng có vỉa than metan, kỹ thuật lưu trữ CO giảm sức hấp dẫn mặt kinh tế Hiện tại, chưa có dự án thương mại liên quan đến việc bơm lưu trữ CO vỉa than khai thác Và chưa có kinh nghiệm thực tế, việc lưu giữ CO mỏ than ổn định nhiều so với hai hình thức lưu trữ đề cập 3.4.1.6 Cất trữ khống chất Hình II.7 Chu trình lập CO khống chất Trong q trình này, CO phản ứng toả nhiệt với oxit kim loại sẵn có, tạo nên carbonate bền vững Quá trình xảy cách tự nhiên qua nhiều năm tạo nên lượng lớn đá vôi bề mặt Ý tưởng sử dụng khoáng chất olivin xúc tiến giáo sư địa hóa học Schuiling Tốc độ phản ứng CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG 30 đẩy lên nhanh hơn, ví dụ cách phản ứng nhiệt độ cao và/hoặc áp suất cao, cách xử lý trước khoáng chất, nhiên phương pháp cần thêm nhiều lượng IPCC ước tính nhà máy điện trang bị CCS sử dụng phương pháp cất trữ khoáng chất cần thêm 60-180% lượng so với nhà máy điện khơng có CCS Tính kinh tế việc cất trữ carbon dioxide với quy mô lớn kiểm tra kế hoạch thử nghiệm giới Newcastle, Australia Những kỹ thuật để kích hoạt phản ứng khống chất phát triển hãng GreenMag Group Đại học Newcastle tài trợ quyền New South Wales Úc để hoạt động vào năm 2013 Một nghiên cứu cô lập CO khống chất tai Mỹ: Cơ lập carbon cách cho phản ứng tự nhiên khoáng chất chứa Mg Ca với CO để tạo nên carbonate có nhiều lợi độc đáo Đáng ý việc carbonate có trạng thái lượng thấp CO , lý việc khống hóa carbon thuận lợi nhiệt động học xảy cách tự nhiên (ví dụ, phong hóa đá thời ký địa chất) Thứ hai, vật liệu thô chẳng hạn khoáng chất chứa magiê phong phú Cuối cùng, carbonate tạo bền vững cách khơng thể tranh cãi việc CO bị thải lại vào khí khơng phải vấn đề 3.4.2 Cách vận chuyển: Vận chuyển CO : Một số giải pháp vận chuyển CO vận dụng thực tế, nhiên, hầu hết áp dụng quy mô nhỏ Dùng đường ống phương pháp vận chuyển khí CO phổ biến Hoa Kỳ Hiện nay, có 5.800 km đường ống vận chuyển khí CO nước này, chủ yếu để phục vụ khu khai thác dầu khí CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 31 Tương tự vận chuyển sản phẩm dầu mỏ khí thiên nhiên, đường ống vận chuyển khí CO đòi hỏi trọng đến thiết kế, giám sát rò rỉ bảo vệ đường ống khỏi áp lực cao, đặc biệt đoạn ống qua khu dân cư Tàu biển dùng để vận chuyển CO khoảng cách xa hay sang nước khác Trên giới, loại chất đốt hoá lỏng tự nhiên, propan butan thường vận chuyển tàu biển tải trọng lớn Các loại phương tiện vận tải đường sử dụng để vận chuyển khí CO phương án không kinh tế triển khai hoạt động CCS quy mơ lớn Chi phí cho vận chuyển đường ống dao động tùy thuộc vào giá thành xây dựng, phí vận hành, bảo trì, quản lý khoản phí khác Đối với loại hình vận chuyển này, lưu lượng khoảng cách vận chuyển yếu tố chủ yếu để xác định chi phí Ngồi phải tính đến vị trí địa lý đường ống (ở bờ hay khơi) mức độ tắc nghẽn lưu thơng dọc tuyến đường vận chuyển (có gặp núi, sơng lớn có qua vùng băng tuyết bao phủ hay Chi phí vận chuyển hàng hải ước tính thực tế chưa có hệ thống vận tải khí CO quy mô lớn (cỡ hàng triệu CO /năm) hoạt động Đối với cự ly xa 1.000km lưu lượng nhỏ vài triệu CO /năm chi phí vận chuyển hàng hải thấp vận chuyển đường ống PHẦN III NHỮNG GIẢI PHÁP SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THU HỒI VÀ CƠ LẬP CO Cơng nghệ sử dụng biến đổi gen để thu hồi Carbon Codexis - Các nhà nghiên cứu Codexis tìm thấy việc lưu giữ carbon hiệu sử dụng enzyme biến đổi gen - Carbonic Anhydrase enzyme giúp nâng cao hiệu thu hồi carbon khoảng 100 lần, giúp giảm lượng cần thiết để thu hồi lưu trữ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 32 - Các carbonic anhydrase (hoặc carbonate dehydratase) tạo thành nhóm enzyme xúc tác chuyển đổi nhanh chóng carbon dioxide nước thành bicarbonate proton (hoặc ngược lại) Phản ứng xúc tác carbonic anhydrase là: CO +H O→H CO Phát triển VSV Pyrococcus furiosus: - Các nhà khoa học thuộc trường Đại học Georgia Đại học Bắc Carolina (Mỹ) đạt bước tiến việc sử dụng khí CO bầu khí để sản xuất nhiên liệu sinh học Theo đó, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển loại vi sinh vật gọi Pyrococcus furiosus có khả hấp thụ khí CO giống thực vật biến chúng thành sản phẩm hữu ích Khí hydro (H ) sử dụng nhằm gây phản ứng hóa học vi khuẩn Pyrococcus furiosus, kết hợp với CO để tạo thành axit hydroxypropionic, hóa chất cơng nghiệp phổ biến dùng để tạo acrylic nhiều sản phẩm khác Bằng thao tác khác di truyền chủng Pyrococcus furiosus, nhà khoa học tạo phiên vi sinh vật mà từ sản xuất sản phẩm cơng nghiệp hữu ích, bao gồm nhiên liệu từ carbon dioxide Khi nhiên liệu tạo qua trình vi khuẩn Pyrococcus furiosus bị đốt cháy, giải phóng lượng khí CO tương đương lượng khí dùng để tạo nó, biến trở thành carbon trung tính, dạng nhiên liệu thay nhiều so với xăng, than đá dầu mỏ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 33 Hình III.1.Vi sinh vật Pyrococcus furiosus Hệ thống BECCS (Bio Energy with Carbon Capture and Storage) - Hệ thống tổng hợp lượng sinh học cách thu hồi lưu trữ khí CO2 - Theo nhà phân tích lượng Jennifer Milne, thuộc Dự án Năng lượng Khí hậu tồn cầu (GCEP) Đại học Stanford (Mỹ), công nghệ hứa hẹn BECCS - Hệ thống BECCS hoạt động cách tận dụng khả bẩm sinh cây, cỏ loại trồng khác, khả hấp thụ CO khí để quang hợp Trong tự nhiên, CO cuối thải trở lại vào khí thực vật phân rã Nhưng thực vật chế biến sở BECCS, lượng phát thải CO giữ lại ngăn không cho trở lại vào môi trường Công nghệ sử dụng nhà máy điện, nhà máy giấy, nhà máy chế biến ethanol sở sản xuất khác Theo ước tính chun gia, cơng nghệ BECCS thu triệu khí thải CO /năm - tương đương với việc loại bỏ lượng khí thải 200.000 tơ tạo CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG 34 Hình III.2 Khả hấp thụ CO khí để quang hợp PHẦN IV KHĨ KHĂN TRONG CÔ LẬP VÀ THU GIỮ CO2 Thu giữ Khơng khí chứa oxy, việc thu giữ lập CO từ khơng khí, sau cất trữ CO , làm chậm lại vòng tuần hồn oxy sinh CO tập trung từ việc đốt than oxy tương đối nguyên chất, xử lý trực tiếp Tuy nhiên, tạp chất luồng CO có tác động lớn đến hành vi chúng pha xử lý gây mối đe dọa đáng kể đến việc tăng khả rò rỉ đường ống nguyên liệu Trong trường hợp có tạp chất CO thu giữ từ không khí, cần phải có quy trình lập chặt chẽ Sự tách CO khỏi phần khí thải (chủ yếu N ) phương tiện hóa học vật lý tốn nhiều vốn lượng Cô lập 2.1 Cất trữ đại dương Tác động môi trường việc cất trữ carbon dioxide đại dương nói chung tiêu cực, chưa hiểu biết kỹ Những nồng độ CO lớn giết chết sinh vật đại dương, vấn đề khác chỗ CO hòa tan cuối cân với khí quyển, nên việc cất trữ không vĩnh viễn Ngoài ra, kết phản ứng CO với nước để tạo nên axit carbonic, H CO , tính axit nước biển tăng lên Các tác động hậu môi trường đến CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 35 dạng sinh vật đáy biển vùng biển sâu trung bình, vùng biển sâu vùng đáy biển chưa hiểu biết rõ ràng Ngay sinh vật thưa thớt lưu vực đại dương sâu thẳm, tác động lượng hóa học khu vực biển sâu đáng kể Phải có thêm nhiều nghiên cứu để xác định quy mô vấn đề tiềm 2.2 Cất trữ bể chứa dầu khí Các lỗ khoan dầu mặt đất điểm rò rỉ CO ống dẫn khơng đặt xác Đồng thời q trình bơm CO xuống phải tiến hành thận trọng, tránh tạo áp suất lớn bể khí khiến vỉa đá bít kín sau khai thác bị phá vỡ, tạo lỗ hổng khí CO Ngoài ra, bể dầu sâu chưa đến 800m khơng thích hợp để lưu trữ CO độ sâu chưa đủ để khí chuyển sang thể lỏng đặc dễ dàng thoát lên mặt đất 2.3 Cất trữ bể chứa nước mặn sâu Mặc dù bể chứa nước biển sâu có tiềm lớn việc lưu giữ CO phương pháp gặp khó khăn việc ước lượng dung tích bể chứa Một số nghiên cứu nguy tiềm ẩn việc bảo tồn tính ngun vẹn bể chứa ảnh hưởng phản ứng hóa học xảy sau bơm CO Các phản ứng làm acid hóa dung dịch bể chứa (làm giảm độ pH), hòa tan lớp muối khống canxi carbonat làm tăng khả thẩm thấu thành bể, khiến chất lỏng chứa đầy CO ngồi, gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt 2.4 Cất trữ địa chất (vỉa than) Những điểm bất lợi mỏ dầu cũ phân bố địa lý dung tích hạn chế chúng, thực tế việc đốt lượng dầu phục hồi bổ sung làm giảm nhiều nỗ lực giảm khí thải CO Các vỉa than khơng thể khai thác sử dụng để lưu trữ CO phân tử CO dính vào bề mặt than đá Tuy nhiên, tính khả thi kỹ thuật tùy thuộc CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 36 vào tính thẩm thấu tầng than Trong q trình hấp thụ carbon dioxide, than đá nhả khí methan hấp thụ trước đó, khí methan phục hồi (phục hồi khí mêtan tầng than tăng cường) Việc bán khí mêtan sử dụng để bù đắp phần chi phí cất trữ CO2 Tuy nhiên, việc đốt khí mêtan thu sinh CO nên phủ nhận số lợi ích việc lập CO ban đầu 2.5 Cất trữ khoáng chất Các phương pháp bão hòa carbon thơng thường chậm chạp với nhiệt độ áp suất môi trường Thách thức quan trọng nỗ lực giải việc xác định lộ trình bão hòa carbon khả thi mặt công nghiệp môi trường phép việc cô lập khống chất triển khai với tính kinh tế chấp nhận Vận chuyển Các vấn đề chưa giải yêu cầu mạng lưới đường ống, quy định kinh tế, chi phí tiện ích, phân loại CO theo luật pháp, an tồn đường ống Hơn nữa, đường ống CO cho công nghệ phục hồi dầu mỏ tăng cường ngày sử dụng, định sách ảnh hưởng đến đường ống CO có tính cấp bách khơng cơng nhận nhiều người Việc phân loại CO vừa hàng hóa vừa chất nhiễm có tiềm tạo xung đột trực tiếp mà cần giải khơng lợi ích việc triển khai CCS tương lai, mà để đảm bảo quán CCS tương lai với hoạt động khai thác đường ống CO ngày nay." PHẦN V PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Intergovernmental panel on climate change Carbon dioxide capture and storage Cambridge University Press, New York, 2005 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 37 Shrikar Chakravarti, Amitabh Gupta, Balazs Hunek Advanced Technology for the capture of carbon dioxide from fl ue gases First national conference on carbon sequestration Washington DC May 15-17, 2011 Stephen A Rackley Carbon capture and storage Butterworth-Heinemann, 2009 https://sites.google.com/site/chungtayvihanhtinhxanh/cong-nghe-xanh/vanchuyen-va-co-lap-co2 http://www.seismoblogs.com/2013/07/global-warming-carbon-emissionand_30.html#sthash.9ty9kmZJ.Obr1V99W.dpbs https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_capture_and_storage http://sequestration.mit.edu/pdf/enclyclopedia_of_energy_article.pdf https://www.sciencedaily.com/releases/2008/02/080214144344.htm https://www.sciencedaily.com/releases/2014/08/140810124200.htm CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 38 ... NGUYÊN TẮC - PHƯƠNG PHÁP THU HỒI VÀ CÔ LẬP CO Tại phải cô lập thu giữ CO ? Mục đích để làm gì? 1.1 Lý do: Vì CO cơng nhận khí nhà kính (GHG), có khả gây hại cho mơi trường Ủy ban liên Chính phủ... bón, hóa chất, khí nhiên liệu (H , CH ), điện Trong trường hợp này, nhiên liệu hóa thạch oxy hóa phần, chẳng hạn quy trình khí hóa Khí tổng hợp thu (CO H O) phân tách thành CO H CO thu được thu. .. lượng khí thải nhà kính phát môi trường Thúc đẩy sử dụng nguồn lượng tái tạo Nguyên tắc chung việc thu giữ cô lập CO : CCS bao gồm ba phần: 2.1 Thu giữ carbon dioxide: Công nghệ bắt giữ cho phép