Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức cấp bách nhất mà nhân loại phải đối mặt. Để chống lại những tác động thảm khốc có thể xảy ra do biến đổi khí hậu, các nhà khoa học đang tìm kiếm các công nghệ mới đưa thế giới đến tương lai không phát thải cacbon.

Một giải pháp tiềm năng đang được chú ý nhiều là thu và lưu giữ khí thải CO₂ ở dạng hydrat dưới lớp trầm tích đáy đại dương, nhờ có áp suất tự nhiên do trọng lượng của nước biển ở phía trên tạo ra. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là mức độ ổn định của CO₂ ra sao trong thời gian lưu trữ để cacbon nằm yên và không thải vào khí quyển.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Singapore đã chứng minh bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về tính ổn định của hydrat CO₂ trong trầm tích đại dương. Đây là bước tiến cần thiết để hiện thực hóa công nghệ lưu trữ cacbon này.

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

Bị mắc kẹt trong các chất giống như băng

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

Sự xuất hiện của khối lượng khổng lồ hydrat metan tại các địa điểm tương tự trên thế giới và sự tồn tại an toàn của chúng có điểm tương đồng tự nhiên. Đây là cơ sở để tin rằng các hydrat CO₂ sẽ vẫn ổn định và an toàn nếu được lưu trữ trong các lớp trầm tích dưới đáy đại dương.

Công nghệ này cuối cùng có thể được phát triển thành quy trình thương mại, cho phép các quốc gia như Singapore cô lập hiệu quả hơn hai triệu tấn CO₂ hàng năm dưới dạng hydrat để đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải.

Điều kiện dưới đáy đại dương

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị đặc biệt để mô phỏng các điều kiện dưới đáy đại dương sâu thẳm, nơi nhiệt độ dao động từ 2°C đến 6°C và áp suất cao hơn 100 lần mực nước biển. Việc tạo ra một lò phản ứng vĩ mô có thể duy trì các điều kiện như vậy đặt ra thách thức và là một trong những lý do các thí nghiệm kiểm tra độ ổn định của hydrat CO₂ trước đây không thể thực hiện được. Để khắc phục, các tác giả đã sử dụng một tàu điều áp được thiết kế bên trong, được lót bằng một lớp cát silica, mô phỏng trầm tích đại dương.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hydrat rắn phía trên và bên trong lớp cát silica và chuyển đổi bình điều áp để mô phỏng các điều kiện đại dương nhằm mục đích quan sát tính ổn định của các hydrat CO₂ rắn được hình thành trong trầm tích. Trong điều kiện áp suất, các hydrat có độ ổn định cao trong 14 đến 30 ngày.

Công nghệ hydrat mới sẽ cho phép các quốc gia cô lập khối lượng lớn khí thải cacbon trong các cấu tạo địa chất sâu dưới đại dương, ngoài cách nó hiện được lưu trữ trong các mỏ dầu khí đã khai thác và các tầng chứa nước mặn. Đối với các quốc gia như Singapore, đã đặt mục tiêu trở thành nước không thải cacbon vào năm 2050, thì đây là công cụ hữu dụng để giảm khí thải CO₂. Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ mở rộng quy mô gấp 10 lần và kéo dài thời gian thử nghiệm để chứng minh độ ổn định trong sáu tháng của hydrat CO₂.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2022-03-carbon-dioxide-ocean-floor.html, 7/3/2022