Một kỹ thuật viên khuấy trộn đá thải tại một mỏ bạch kim và paladium ở Montana, một phần nhỏ trong số 2 tỷ tấn chất thải kiềm được tạo ra mỗi năm.

Những lợi ích rõ ràng

Quá trình khoáng hóa CO2 có thể giúp khắc phục các vấn đề môi trường mà hoạt động khai thác tạo ra, chẳng hạn như việc giải phóng các kim loại nặng từ đá nghiền.
Tháng 3 năm nay, trên tạp chí Economic Geology, Siobhan Wilson - nhà hóa sinh học tại Đại học Alberta, Edmonton - và các đồng nghiệp đã giới thiệu các kỹ thuật đẩy nhanh quá trình phong hóa, chẳng hạn như thêm axit loãng. Kỹ thuật này đồng thời có thể "khóa" các kim loại nặng ở lại bên trong các khoáng chất gốc cacbon mới hình thành, giữ cho chúng khỏi nhiễm vào nguồn nước ngầm. Các nhóm nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng cacbonat cũng có thể bẫy các sợi amiăng độc hại còn sót lại trong quặng mỏ chrysotile.

Các chất thải công nghiệp khác, chẳng hạn như bùn đỏ từ sản xuất nhôm và “xỉ” còn sót lại từ quá trình sản xuất thép và sắt, cũng nhiều khả năng phản ứng hóa học để liên kết và lưu trữ CO2. Tuy nhiên, theo Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NAS), việc cacbon hóa hoàn toàn những chất thải này đòi hỏi phải xây dựng các nhà máy tốn kém để tăng tốc độ phản ứng.

Cũng có thể khoáng hóa CO2 bằng bột đá bazan, một loại vật liệu xây dựng - theo nhóm của Phil Renforth thuộc Đại học Heriot-Watt. Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng nếu thêm loại bột đá này vào đất nông nghiệp trên khắp thế giới, có thể thu được tới 2 gigatons (GT) CO2 mỗi năm. Bột đá bazan cũng có thể củng cố đất với các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như kali và kẽm, vốn bị nông nghiệp thâm canh làm cho cạn kiệt. Những lợi ích còn lớn hơn nữa, các nhà khoa học cho biết, bởi bột đá bazan sẽ phản ứng với CO2, tạo ra bicarbonate, phần lớn trong số đó theo thời gian sẽ chảy qua sông ra biển; và khi ở biển, bicarbonate, với tính kiềm, có thể chống lại quá trình axit hóa đại dương.

Một điểm cộng khác, theo nhóm công nghệ phát thải âm của NAS, các loại khoáng chất gốc cacbon còn có thể dùng làm nguyên liệu thô cho bê tông và vật liệu làm đường. Báo cáo của NAS lưu ý rằng, việc thay thế 10% vật liệu xây dựng bằng khoáng chất gốc cacbon có thể giảm 1,6 GT khí thải CO2 mỗi năm thông qua giảm sản xuất xi măng. Nhiều công ty trên toàn cầu đã nhảy vào lĩnh vực này để sản xuất và bán các vật liệu mới.

CO2 phản ứng tự nhiên với đá, tạo thành các vệt trắng khoáng chất gốc cacbon.

Cái giá phải trả

Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô khoáng hóa kéo theo những chi phí khổng lồ, cả về tài chính và môi trường.

Theo ước tính của Wilson và nhóm của cô, để trữ 1 tấn CO2, việc khai thác, nghiền và mài đá siêu mafic chỉ tốn khoảng 10 USD. Nhưng di chuyển đá, khuấy nó thành bùn và các bước khác để tăng tốc độ khoáng hóa sẽ làm tăng chi phí này lên từ 55$ đến 500$. Chi phí này tương đương với quy trình thu hồi CO2 truyền thống - sử dụng các amin (hợp chất hữu cơ có nguyên tử gốc là nitơ) lỏng - vốn đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi và mang lại lợi ích về thương mại.

Ngoài ra, sẽ cần một lượng đá khổng lồ để làm giảm mức CO2 toàn cầu. Theo một báo cáo được công bố trực tuyến vào ngày 6/5 trên Chemical Geology của nhóm Peter Kelemen, nhà địa chất học tại Đại học Columbia, để tiêu thụ 1 GT CO2 sẽ cần 10 đến 100 GT chất thải hay 5 đến 50 km3 vật liệu. Từng đó đủ để vùi Washington D.C xuống sâu 30 đến 300 mét - mà vẫn chỉ có thể thu giữ khoảng một phần tư lượng CO2 mà con người thải ra khí quyển mỗi năm.

“Chúng ta không tạo ra bất cứ thứ gì tương đương với quy mô chúng ta tạo ra CO2," Klaus Lackner, nhà vật lý điều hành một trung tâm tại Đại học bang Arizona, Tempe, nơi đang đánh giá tất cả các loại “công nghệ phát thải âm” (NET), nhận định.

Đó là chưa kể, tất cả hoạt động khai thác, nghiền và vận chuyển tự nó sẽ tạo ra CO2, trừ khi chạy bằng năng lượng tái tạo. Và chỉ một chút kim loại nặng từ đá nghiền nhỏ bị rò rỉ ra ngoài có thể làm ô nhiễm nguồn nước ngầm.

“Quy mô của vấn đề là hàng chục tỷ tấn CO2 mỗi năm," Gregory Dipple, nhà địa chất học tại Đại học British Columbia, Vancouver, nói. Cách duy nhất để giải quyết vấn đề đó là tạo ra một ngành công nghiệp quy mô lớn hơn cả ngành dầu khí. Chúng ta có đủ đá, nhưng câu hỏi đặt ra là làm thế nào khoáng hóa CO2 theo cách mang lại lợi ích ròng cho môi trường?”

Một câu hỏi khác, ngoài giá cả, là làm thế nào để lôi kéo các công ty xây dựng một ngành công nghiệp thu giữ cacbon đủ lớn. Đến nay, chưa có biện pháp nào thưởng cho quá trình khoáng hóa như một cách để giảm lượng cacbon trong khí quyển.

"Có lý do để hy vọng điều đó sẽ thay đổi," Noah Deich, giám đốc điều hành của Carbon180, một công ty phi lợi nhuận đang thúc đẩy Quốc hội Mỹ tăng cường tài trợ và khuyến khích các công nghệ phát thải âm, bao gồm cả việc khoáng hóa.

Lackner cho biết thêm, nếu các cơ quan quản lý có cơ chế ưu đãi thuế cho các mỏ và các nhà máy được xác minh là tạo ra các chất thải kiềm thì động lực khoáng hóa CO2 sẽ tăng vọt, và các ngành công nghiệp có thể bắt đầu giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu trên quy mô lớn cần thiết.

Hoàng Nam