Tái chế hạ tầng dầu khí để chuyển đổi năng lượng

Việc xây dựng quy mô lớn các tấm pin mặt trời và turbine gió đòi hỏi nhiều khoáng sản và kim loại. Đồng thời, hạ tầng nhiên liệu hóa thạch hiện có đang dần lỗi thời. Vì vậy, liệu có thể tái chế các bộ phận của hệ thống năng lượng cũ để xây dựng hệ thống mới? Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Công nghệ và Xã hội của Empa đã tìm hiểu vấn đề này trong một nghiên cứu.

Nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ dự án CircEUlar của EU và công bố trên tạp chí Nature Communications. Nhóm nghiên cứu phân tích trữ lượng của 22 loại vật liệu có trong các mỏ than, giàn khoan dầu khí, nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch và các đường ống lớn hiện nay. Theo chuyên gia Hauke Schlesier, để đánh giá tiềm năng của “mỏ đô thị” này, trước tiên cần biết có những vật liệu nào trong đó.

Hai nguyên liệu nổi bật là thép và đồng. Cả hai đều có mặt với số lượng lớn trong hạ tầng nhiên liệu hóa thạch và rất cần thiết cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Đồng được dùng trong máy biến áp và cáp điện, còn thép dùng cho các kết cấu. Theo nghiên cứu, việc tái chế hạ tầng nhiên liệu hóa thạch có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu thép và khoảng một phần ba nhu cầu đồng cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Khi hạ tầng nhiên liệu hóa thạch dần bị loại bỏ, lượng vật liệu này sẽ sẵn sàng để tái chế. Theo tính toán, năng lực tái chế toàn cầu hiện nay đủ để thu hồi lượng thép và đồng cần thiết.

Kinh tế và thân thiện với môi trường hơn

Nhóm nghiên cứu khẳng định việc tái chế thép và đồng từ hạ tầng nhiên liệu hóa thạch là hoàn toàn hợp lý. Quá trình tái chế hai kim loại này thân thiện với môi trường hơn nhiều so với khai thác nguyên sinh. Khai thác thép tạo ra xỉ, bụi mịn và lượng lớn khí CO₂, còn khai thác đồng sinh ra chất thải độc hại. Trong khi đó, tái chế chủ yếu cần điện: thép được nấu chảy trong lò điện, còn đồng được thu hồi bằng phương pháp điện hóa.

Về mặt kinh tế vĩ mô, tận dụng lại nguồn thép và đồng sẵn có mang lại nhiều lợi ích. Các nhà nghiên cứu cho rằng nên bắt đầu tái chế càng sớm càng tốt để giảm chi phí phát sinh sau này. Việc khai thác nguyên liệu mới gây tác động đến môi trường và sức khỏe, kéo theo các chi phí xã hội lớn (chi phí ngoại tác). Theo ông Schlesier, tái chế thép và đồng từ hạ tầng nhiên liệu hóa thạch có thể giúp tiết kiệm từ 4 đến 11 nghìn tỷ USD chi phí ngoại tác vào năm 2050. Hơn nữa, chi phí tái chế không cao hơn khai thác nguyên sinh nên có tính cạnh tranh. Ngoài ra, có thể tránh phát thải tới 2 tỷ tấn CO₂ tương đương, tương đương khoảng 50 năm lượng phát thải của Thụy Sĩ.

Thách thức lớn nhất là thiếu động lực thúc đẩy tái chế. Đối với các công ty nhiên liệu hóa thạch thuộc sở hữu nhà nước, việc giảm chi phí xã hội có thể là động lực để sớm loại bỏ hạ tầng cũ. Điều này ít đúng với các doanh nghiệp tư nhân vì họ thường không có lợi ích kinh tế trong việc giảm chi phí ngoại tác. Do đó, cần có thêm các chính sách khuyến khích từ chính phủ.

Lợi ích đối với quá trình chuyển đổi năng lượng

Thép và đồng tái chế có thể được sử dụng trên toàn thế giới trong các tấm pin mặt trời, tua-bin gió, đường dây điện và thiết bị điện phân khai thác hydro. Một hướng đi đầy triển vọng là dùng thép tái chế thay cho nhôm trong hệ thống giá đỡ pin mặt trời, giúp giảm khoảng một phần ba lượng phát thải carbon của các tấm pin. Lượng thép thu hồi từ hạ tầng nhiên liệu hóa thạch đủ để đáp ứng gấp 2-5 lần nhu cầu thép nhằm đạt các mục tiêu khí hậu đối với điện mặt trời.

Thép và đồng tái chế cũng có thể được dùng để chế tạo turbine gió, giúp giảm khoảng một phần ba lượng phát thải carbon của chúng. Nếu toàn bộ thép tái chế được dành riêng cho khai thác turbine gió, lượng này đủ đáp ứng toàn bộ nhu cầu thép đến năm 2050 để đạt các mục tiêu khí hậu. Ngoài ra, chúng còn có thể được sử dụng trong đường dây truyền tải điện và thiết bị điện phân khai thác hydro. Theo ông Schlesier, điều quan trọng là các công nghệ năng lượng sạch phải dần thay thế hạ tầng nhiên liệu hóa thạch để lượng thép và đồng sẵn có trong đó được tái sử dụng.

Ngày Trái đất Vượt ngưỡng 2026

Ngày Trái đất vượt ngưỡng (Earth Overshoot Day) là thời điểm tính toán mà từ đó con người bắt đầu tiêu thụ tài nguyên vượt quá khả năng tái tạo của Trái đất trong năm. Năm 2026, ngày này rơi vào 30/7. Điều đó cho thấy mô hình tiêu thụ tài nguyên hiện nay không phù hợp với mục tiêu trung hòa khí hậu. Thu hẹp khoảng cách này đòi hỏi đổi mới, cam kết lâu dài và các giải pháp có tác động chỉ thể hiện rõ theo thời gian.

Empa cũng đóng góp vào quá trình chuyển đổi này thông qua một số sáng kiến: Mining the Atmosphere: nghiên cứu tái định nghĩa vai trò của môi trường xây dựng trong hệ thống khí hậu bằng cách chủ động loại bỏ carbon khỏi khí quyển và lưu giữ trong vật liệu. ACHIEVE: sáng kiến SWEET nhằm phát triển các lộ trình giảm những nguồn phát thải khó cắt giảm của Thụy Sĩ, từ công nghiệp, sinh khối đến thu giữ và vận chuyển carbon, đồng thời tích hợp vào chiến lược khử carbon quốc gia. Beyond Zero: đơn vị thuộc tòa nhà đổi mới NEST, thúc đẩy các công nghệ xây dựng giảm hoặc âm phát thải CO₂ và đánh giá khả năng biến các công trình thành nơi lưu trữ carbon.

Đường đua Net Zero và lời giải cho Việt Nam

Na Uy xem xét lại khoản trợ cấp 3,7 tỷ USD cho điện gió nổi

Chuyển dịch năng lượng: Người lao động dầu khí sẽ đi đâu?

Châu Á tái định hình an ninh năng lượng từ khủng hoảng Trung Đông