Một giải pháp tiềm năng nhằm giảm khí nhà kính, đang thu hút sự quan tâm là thu giữ và lưu giữ lượng khí thải carbon dioxide (CO2 ) ở dạng hydrat dưới lớp trầm tích đáy đại dương, được giữ ổn định nhờ áp suất tự nhiên do trọng lượng của nước biển tạo ra.

Câu hỏi then chốt đặt ra là lượng CO2 lưu trữ có ổn định không trong điều kiện thời gian lưu giữ kéo dài và nằm ngoài khí quyển.

Nhóm nghiên cứu từ Khoa Hóa học và Kỹ thuật Phân tử Sinh học thuộc Đại học Quốc gia Singapore đã chứng minh bằng thực nghiệm đầu tiên về tính ổn định của CO2 hydrat trong trầm tích đại dương, bước quan trong trong việc biến công nghệ lưu trữ carbon này thành hiện thực trong cuộc sống.

GS Praveen Linga, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, đây là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên sẽ thúc đẩy nghiên cứu phát triển công nghệ này gần thực tế hơn nữa. Phát hiện của nhóm - một phần của dự án được tài trợ thông qua Trung tâm Năng lượng Singapore , lần đầu tiên được xuất bản trên tạp chí khoa học Chemical Engineering Journal.

 Nhóm nghiên cứu của GS Praveen Linga (trái) đã chứng minh bằng thực nghiệm đầu tiên về tính ổn định của hydrat CO2 trong trầm tích đại dương. Ảnh: Đại học Quốc gia Singapore.

Sử dụng lò phản ứng trong phòng thí nghiệm được thiết kế đặc biệt, nhóm nghiên cứu NUS chứng minh được, khí CO2 hydrat có thể duy trì ổn định trong trầm tích đại dương trong khoảng thời gian lên đến 30 ngày. Trong tương lai, quy trình thử nghiệm tương tự được sử dụng để xác nhận tính ổn định của CO 2 hydrat trong thời gian dài hơn nữa.

Ở nhiệt độ thấp và trong điều kiện áp suất cao do đại dương tạo ra, CO2 có thể bị giữ lại trong những phân tử nước, tạo thành một chất giống như băng. Các hyđrat CO2 này hình thành ở nhiệt độ sát điểm đóng băng của nước và có thể lưu trữ tới 184 m3 CO2 trong 1 m3 khối hyđrat.

Sự hiện diện của khối lượng lớn khí metan hydrat ở những địa điểm tương tự trên khắp thế giới và sự tồn tại an toàn của khí metan thể hiện một sự tương đồng tự nhiên cho thấy, khí CO2 hydrat sẽ ổn định và an toàn khi được lưu trữ trong các lớp trầm tích dưới đáy đại dương.

Nhóm nghiên cứu cho rằng, công nghệ này có thể được phát triển thành quy trình quy mô thương mại, cho phép những quốc gia như Singapore cô lập hiệu quả hơn 2 triệu tấn CO2 hàng năm dưới dạng hydrat nhằm giảm phát thải nhà kính từ các khu công nghiệp.

Thử nghiệm với thiết bị được thiết kế đặc biệt, nhóm nghiên cứu của GS Linga tái tạo các điều kiện của đáy đại dương sâu thẳm, nơi nhiệt độ dao động từ 2°C đến 6°C và áp suất cao gấp 100 lần so với áp suất mực nước biển trung bình (sea level) MSL.

Chế tạo một lò phản ứng quy mô vĩ mô, có thể duy trì các điều kiện như vậy là một khó khăn lớn, nguyên nhân chính không thực hiện được các thí nghiệm kiểm tra độ ổn định của CO2 hydrat trước đây. Nhóm nghiên cứu của NUS giả quyết thách thức này bằng giải pháp sử dụng một bình áp suất điều áp tự thiết kế, lót một lớp cát silica, mô phỏng trầm tích đại dương.

Nhóm nghiên cứu tạo ra các hyđrat rắn trên bề mặt và bên trong lớp cát silica, thay đổi áp suất mô phỏng các điều kiện đại dương để quan sát sự ổn định của các hyđrat CO2 rắn, hình thành trong trầm tích. Trong điều kiện có áp suất, các hydrat được quan sát trong 14 đến 30 ngày và cho thấy mức độ ổn định cao.

Công nghệ hydrat này sẽ cho phép các quốc gia cô lập khối lượng lớn khí thải carbon trong các thành tạo địa chất dưới đáy đại dương sâu, bộ sung cho việc lưu trữ CO2 trong các mỏ dầu khí dưới đáy biển đã cạn kiệt và các thành tạo tầng chứa nước mặn. Với các quốc gia như Singapore, đặt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050, công nghệ này là một công cụ quan trọng nhằm giảm lượng khí thải CO2. Sự cô lập dưới đáy đại dương dưới dạng hydrat CO2 là một giải pháp đầy hứa hẹn.

Giai đoạn tiếp theo của nhóm là mở rộng khối lượng và thời gian thử nghiệm lên gấp 10 lần cùng với những đổi mới để phát triển các công cụ và phương pháp định lượng cho công nghệ, nhóm nghiên cứu sẽ chứng minh độ ổn định của khí CO2 hydrat trong 6 tháng.

Với những thí nghiệm được lên kế hoạch trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển các mô hình, có thể dự đoán sự ổn định của khí CO2 hydrat hàng nghìn năm trong tương lai.