Geoengineering: Giải pháp chống biến đổi khí hậu.

Lời đầu tiên

Ảnh minh họa. Nguồn ảnh: The Ecosia Blog.

Mục đích của bài viết nhằm để giới thiệu và cung cấp tri thức về “Geoengineering”, đồng thời cũng sẽ luận bàn về vấn đề biến đổi khí hậu. Đây sẽ là bài đầu tiên trong chuỗi các bài viết về Vật lý của tôi, mặc dù tôi cho rằng vấn đề biến đổi khí hậu nên thuộc về lĩnh vực Môi trường học, Khí tượng học và Sinh học hơn là Vật lý nói chung. Như quý độc giả đã được thông tin trên các phương tiện truyền thông đại chúng, giải Nobel Vật lý năm 2021 được trao cho ba nhà khoa học là Giáo sư Manabe từ Đại học Princeton, Giáo sư Hasselmann từ Viện Khí tượng Max Planck và Giáo sư Parisi tại Đại học Rome Sapienza về công trình lập mô hình Vật lý của khí hậu Trái Đất, định lượng độ biến động và dự đoán một cách đáng tin cậy về sự ấm lên toàn cầu. Biến đổi khí hậu hiện đang là một vấn đề nóng trên toàn thế giới, đe dọa đến sự tồn tại và phát triển của loài người nói riêng và hệ sinh thái nói chung. Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc lần thứ 26 (COP26) được tổ chức vào năm ngoái đã kêu gọi toàn thể các quốc gia thống nhất giảm dần sử dụng điện than và trợ cấp nhiên liệu hóa thạch không hiệu quả. Hội nghị đã đặt mục tiêu hạn chế gia tăng nhiệt độ toàn cầu ở mức 1,5 độ C theo Hiệp định Paris. Các bạn đọc nên ghi nhớ kỹ con số 1,5 độ C này, tôi sẽ giải thích chi tiết hơn về nó, đồng thời phân tích tại sao phải là mức này mà không phải một con số nào khác.

Để các bạn dễ theo dõi, bài viết được chia thành ba phần chính, gồm các đề mục nhỏ như sau:

Phần I: Biến đổi khí hậu. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu nhiệt độ toàn cầu tăng trên 1,5 độ C? 1. Sơ lược về biến đổi khí hậu. 2. Viễn cảnh tồi tệ nếu nhiệt độ toàn cầu tăng trên 1,5 độ C. Phần II: Về thuật ngữ Geoengineering Phần III: Geoengineering - Giải pháp điên rồ cải tạo lại toàn bộ khí hậu Trái Đất 1. Quản lý bức xạ Mặt Trời (Solar Radiation Management). 1.1. Tăng suất phản chiếu (Albedo Enhancement). 1.2. Gương phản xạ không gian (Space Reflectors). 1.3. Sol khí trong tầng bình lưu (Stratospheric Aerosols). 2. Loại bỏ khí nhà kính (Greenhouse Gas Removal). 2.1. Trồng rừng (Afforestation). 2.2. Than sinh học (Biochar). 2.3. Năng lượng sinh học (Bio-energy). 2.4. Loại bỏ khí cacbon đioxit từ không khí bên ngoài (Ambient Air Capture). 2.5. Tăng độ kiềm của nước (Ocean Alkalinity Enhancement) và phong hóa tăng cường (Enhanced Weathering).

Phần I: Biến đổi khí hậu. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu nhiệt độ toàn cầu tăng trên 1,5 độ C?

1. Sơ lược về biến đổi khí hậu.

Ảnh minh họa.

Biến đổi khí hậu là thuật ngữ được dùng để chỉ sự thay đổi của khí hậu từ sinh quyển, khí quyển, thủy quyền tới thạch quyển trong hiện tại và tương lai do tác động chủ yếu của con người làm thay đổi các thành phần của khí quyển Trái Đất. Sự thay đổi này kết hợp với các yếu tố biến động của tự nhiên dẫn tới các biến đổi của khí hậu qua các thời kỳ.

Như quý vị đã biết, khí hậu bao gồm các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, áp suất khí quyển, các hiện tượng xảy ra trong khí quyển và nhiều yếu tố khí tượng khác trong khoảng thời gian dài ở một vùng, miền xác định. Khí hậu hoàn toàn khác với khái niệm thời tiết. Thời tiết thường chỉ về mặt thời gian, do nó chỉ đề cập đến các diễn biến về khí tượng trong hiện tại hoặc tương lai gần. Như vậy, chúng ta có thể hiểu khí hậu của một khu vực phụ thuộc vào tọa độ địa lý, độ cao, địa hình và các dòng nước lưu ở các đại dương lân cận cũng như độ ổn định của băng tuyết bao phủ. Khí hậu phân ra các kiểu khác nhau dựa trên các thông số chính xác về nhiệt độ và lượng mưa. Chẳng hạn, khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc trưng bởi nhiệt độ trung bình năm trên 20 độ C thay đổi theo mùa, một mùa có nhiệt độ cao và môt mùa có nhiệt độ thấp hơn; thời tiết diễn biến thất thường, mùa mưa có năm đến sớm có năm đến muộn, lượng mưa có năm ít có năm nhiều dễ gây ra hạn hán và lũ lụt; bên cạnh đó thì lượng mưa trung bình năm rất lớn, vào khoảng 1500 mm. Việt Nam chúng ta nhìn chung thuộc đới khí hậu nhiệt đới trong khu vực nhiệt đới gió mùa. Tuy vậy, khí hậu nước ta phân bố thành ba vùng khí hậu riêng biệt theo sơ đồ phân loại khí hậu Köppen gồm khí hậu cận nhiệt đới ẩm ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ, khí hậu nhiệt đới gió mùa ở miền Trung và Nam Trung Bộ, khí hậu nhiệt đới xavan ở miền cực Nam Trung Bộ và Nam Bộ. Ngoài ra, do nước ta giáp với Biển Đông và nằm ngoài rìa Đông Nam của châu Á, khí hậu Việt Nam còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa mậu dịch, thường thổi ở các vùng có vĩ độ thấp.

Trở lại với vấn đề biến đổi khí hậu, có hai nguyên nhân dẫn đến tình trạng này. Nguyên nhân chủ quan, hiển nhiên ai cũng biết, là do con người. Để phục vụ cho sự gia tăng dân số chóng mặt và phát triển kinh tế, công nghiệp, con người đã và đang hủy diệt môi trường. Đốt rừng, chặt phá rừng làm tổn hại đến thiên nhiên, khiến hệ sinh thái bị tàn phá khi sinh vật mất đi môi trường sinh sống; hàng loạt khí thải, chất thải từ nhà máy, phương tiện công cộng và chăn nuôi làm ô nhiễm không khí, đất và nguồn nước; đánh bắt cá, săn bắt động vật hàng loạt và bừa bãi dẫn đến giảm đa dạng sinh học và suy thoái môi trường;... Có lẽ, khi môi trường hoàn toàn bị hủy hoại bởi chính bàn tay con người và Trái Đất đứng trên bờ vực của sự diệt vong, chúng ta mới thấy được tiền tệ, của cải vật chất hoàn toàn không thể ăn được, chúng ta cũng chẳng còn nơi nào trên vũ trụ này để sống và tồn tại nữa. Đối với nguyên nhân khách quan, sự thay đổi trong hoạt động của Mặt Trời, của quỹ đạo Trái Đất, sự dịch chuyển của các lục địa,... góp phần vào tình trạng tồi tệ như hiện nay.

Nhà kính.

Hẳn quý độc giả đã nghe nhiều đến hiệu ứng nhà kính. Về cơ bản, nhà kính hoạt động theo nguyên lý tự làm nóng lên do bức xạ Mặt Trời đi qua các lớp mái và tường làm bằng kính trong suốt, không khí sẽ được làm ấm bởi nhiệt từ những bề mặt nóng và qua đó được giữ lại bên trong nhà kính. Những thực vật và cấu trúc bên trong nhà kính sau khi được làm ấm lại bức xạ lần nữa nhiệt năng của chúng trong dải quang phổ hồng ngoại. Hiệu ứng nhà kính cũng hoạt động tương tự như thế. Lượng bức xạ Mặt Trời, nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho mặt đất, theo nguyên lý thì 47% lượng bức xạ Mặt Trời được bề mặt Trái Đất hấp thụ, 19% được khí quyển hấp thụ, 30% bị phản xạ vào không gian và 4% còn lại tới bề mặt Trái Đất lại bị phản xạ vào không gian. Bức xạ nhiệt của Mặt Trời là bức xạ có sóng ngắn nên dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp khí cacbon đioxit để đi tới mặt đất, trong khi đó, bức xạ nhiệt từ Trái Đất vào vũ trụ là bức sóng dài, không có khả năng xuyên qua lớp khí cacbon đioxit dày và bị khí này cùng với hơi nước trong khí quyển hấp thụ. Lớp khí cacbon đioxit, cùng với các loại khí nhà kính khác như CFC, metan, các nhóm khí thải nitơ oxit,... có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của Trái Đất trên quy mô toàn cầu. Khi lượng khí nhà kính trong khí quyển quá nhiều và vượt ngưỡng cho phép, chúng sẽ hấp thụ nhiệt từ tia cực quang. Lượng nhiệt từ Mặt Trời truyền xuống Trái Đất bị giữ lại ở tầng đối lưu và không thoát ra được, dẫn đến hiệu ứng nhà kính gây ấm lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.

Sơ đồ thể hiện hiệu ứng nhà kính. Nguồn ảnh: Wikipedia.

2. Viễn cảnh tồi tệ nếu nhiệt độ toàn cầu tăng trên 1,5 độ C.

Biểu đồ cho thấy lượng khí thải của các nước và thế giới. Nguồn: Trên ảnh.

0,5 độ đồng nghĩa với thời tiết cực đoan hơn, thường xuyên hơn, nặng nề hơn, và kéo dài hơn.
- Daniela Jacob, nhà khoa học khí hậu tại Trung tâm Dịch vụ Khí hậu Đức.

Sự khác biệt tưởng chừng có vẻ vô cùng nhỏ bé, chỉ cách biệt ít nhất là 0,5 độ C nếu tăng 2 độ C thay vì mục tiêu 1,5 độ C, lại có vai trò tối quan trọng, sống còn với hệ sinh thái, khu vực băng giá và các đại dương trên Trái Đất. Việc vượt qua ngưỡng 1,5 độ C có nguy cơ gây ra các tác động biến đổi khí hậu nghiêm trọng hơn nhiều đối với con người, động vật hoang dã nói riêng và hệ sinh thái nói chung. Các báo cáo từ các nhà khoa học cho thấy trường hợp nóng lên 1,5 độ C, ít nhất 70% các rạn san hô bị phá hủy nhưng nếu nóng lên toàn cầu ở mức 2 độ C thì hơn 99% sẽ biến mất hoàn toàn. Điều đó sẽ phá hủy môi trường sống của các loại cá và hệ sinh thái dưới biển. Với sự nóng lên toàn cầu 1,5 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp, chỉ 0,2% số lượng các khu vực trú ẩn còn lại, ở nhiệt độ ấm lên 2 độ C, nơi trú ẩn an toàn từ nhiệt cho các rạn san hô sẽ không còn nữa. Theo một nghiên cứu của Giáo sư Terry Hughes, rạn san hô Great Barrier của Úc vẫn có cơ hội sống sót nếu hiện tượng ấm lên toàn cầu dừng ở mức 1,5 độ C.

Tương lai của rạn san hô Great Barrier phần nhiều phụ thuộc vào mức độ nóng lên của hành tinh này. Nếu chúng ta có thể giữ ở mức 1,5 độ C trung bình toàn cầu thì theo tôi chúng ta vẫn có thể giữ rạn san hô Great Barrier Reef phát triển tốt. Nhưng nếu lên đến 3, 4 độ C nóng lên toàn cầu, là hướng chúng ta hiện đang tiến gần đến thì chẳng còn gì ở rạn Great Barrier hay bất cứ rạn san hô dọc xích đạo nữa.
- Giáo sư Terry Hughes nói với Reuters [1].

Biểu đồ cho thấy sự suy giảm của phục hồi san hô dọc 2300km của rạn Great Barrier Reef và tẩy trắng san hô tương ứng với sự biến đổi khí hậu. Tẩy trắng san hô là hiện tượng polyp san hô đẩy các tảo sống trong mô của chúng ra khỏi cơ thể. Thông thường, polyp san hô và các tảo này có quan hệ nội cộng sinh với nhau, trong đó tảo cung cấp tới 90% năng lượng mà san hô cần. San hô bị tẩy trắng vẫn tiếp tục sống nhưng sẽ bắt đầu chết dần vì không có thức ăn. Biểu đồ a cho thấy mật độ tái tạo, đo từ 1996 đến 2016 (n = 47 rạn, 1,784 panels). Biểu đồ b cho thấy mật độ tái tạo vào năm 2018 sau sự kiện gây tử vong hàng loạt vào 2016 và 2017 do tẩy trắng san hô (n = 17 rạn, 977 panels). Diện tích của mỗi hình tròn được chia tỷ lệ với mật độ tái tạo tổng thể của spawners và brooders cộng lại. Màu vàng và xanh lam cho biết tỷ lệ spawners và brooders tương ứng. Nguồn: Nghiên cứu của Giáo sư Terry Hughes, đăng trên Nature.com [2].

Một sự khác biệt đáng kể khác là băng tan. Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học NASA công bố cho thấy mực nước biển toàn cầu đã tăng trung bình gần 3 inch (tương đương 7,62 cm) kể từ 1992 do hệ quả trực tiếp của việc ấm lên toàn cầu và băng tan. Mực nước biển toàn cầu đã dâng lên hơn 20 cm kể từ thời Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất cho đến nay. Theo Cơ quan Hải dương và Khí quyển Quốc gia Mỹ, tốc độ mực nước biển dâng lên toàn cầu đã tăng lên gấp đôi từ 1,4 mm/năm trong hầu hết thế kỷ XX lên 3,6 mm/năm từ năm 2006 đến năm 2015. Nhiệt độ Trái Đất tăng cao khiến băng tan, mặc dù thông thường lượng băng này tan vào mùa hè và được bổ sung vào mùa đông, hiện tượng ấm lên toàn cầu khiến lượng băng tan nhanh hơn và số lượng đóng băng giảm đi. Đồng thời, nước dâng do hiện tượng giãn nở nhiệt của nước biển. Khi nước biển ấm hơn, thể tích sẽ tăng lên dẫn đến mực nước biển sẽ dâng cao lên. Kể cả khi chúng ta dừng phát thải hoàn toàn khí thải nhà kính vào môi trường, mực nước biển vẫn tiếp tục tăng lên chứ không giảm đi. Nếu con người vẫn không hành động ngay bây giờ, nếu các nước không đồng lòng chống biến đổi khí hậu, thảm họa hàng loạt các thành phố, vùng đất, các quốc gia ven biển hoặc quốc đảo nhỏ hoàn toàn bị xóa sổ sẽ xảy ra.

Theo báo cáo, ở nhiệt độ 1,5 độ C, chúng ta có thể ngăn phần lớn băng ở Greenland và phía Tây Nam Cực sụp đổ, giúp hạn chế mực nước biển dâng lên 60 cm vào cuối thế kỷ XXI, tuy nó vẫn là một sự thay đổi đáng kể, có thể làm xói mòn các đường bờ biển, làm ngập hoặc chìm hẳn một số quốc đảo nhỏ và các thành phố ven biển. Đối với kịch bản lạc quan nhất, nước biển sẽ dâng khoảng 35 cm và trong kịch bản tệ nhất nếu nhiệt độ Trái Đất tăng vượt ngưỡng, mực nước biển dâng có thể đạt 86 cm. Trong trường hợp nhiệt độ Trái Đất tăng 3 đến 4 độ C với nỗ lực kiểm soát khí thải gây hiệu ứng nhà kính không hiệu quả, mực nước biển có thể sẽ tăng lên đến trên 1 m, đủ để phá hủy hàng chục đại đô thị ven biển, thậm chí nhấn chìm nhiều quốc đảo trên thế giới. Để quý vị có thể hình dung, hiện nay thủ đô Bangkok của Thái Lan cao 1,5 mét so với mực nước biển. Trong kịch bản tệ nhất, khi nỗ lực chống biến đổi khí hậu không thành và băng tiếp tục tan, Bangkok sẽ xuống chơi với Long Vương. Theo báo cáo của Climate Central, số người ước tính chịu ảnh hưởng của việc nước biển dâng sẽ vô cùng to lớn. Cụ thể: Trung Quốc với 93 triệu người, Bangladesh với 42 triệu người, Ấn Độ với 36 triệu người, Việt Nam với 31 triệu người, Indonesia với 23 triệu người, Thái Lan với 12 triệu người.

Kịch bản của Bộ Tài nguyên và Môi trường về nước biển dâng vào năm 2016.

Nếu mực nước biển dâng 100 cm, 17,8% diện tích Thành phố Hồ Chí Minh có nguy cơ bị ngập, trong đó quận Bình Thạnh 80,78% và quận Bình Chánh 36,43% có nguy cơ bị ngập nhiều nhất. Sẽ có khoảng 40% diện tích Đồng bằng Sông Cửu Long, nơi sản xuất 12 triệu tấn gạo/năm, xuất khẩu 6 triệu tấn, bị ngập, khoảng 10 - 12% dân số Việt Nam bị ảnh hưởng trực tiếp và tổn thất khoảng 10% GDP. Trong đó, khoảng 80,6% diên tích Hậu Giang, 50,7% diện tích tỉnh Sóc Trăng, 48,6% diện tích tỉnh Bạc Liêu và 57,7% diện tích Cà Mau sẽ bị ngập nhiều nhất. Các đảo bị tác động mạnh nhất là cụm đảo Vân Đồn, Côn Đảo và Phú Quốc. Một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa của Việt Nam có diện tích ngập không đáng kể. Quần đảo Hoàng Sa thuộc chủ quyền của Việt Nam có nguy cơ ngập lớn hơn, như cụm đảo Lưỡi Liềm với 1258 ha và Tri Tôn với 62,4 ha.

Phần II: Về thuật ngữ Geoengineering

Thuật ngữ “Geoengineering” đã xuất hiện cách đây không lâu khi các nhà khoa học đề xuất các biện pháp cải tạo khí hậu và môi trường, như một cách để chống lại biến đổi khí hậu. Do đây là một thuật ngữ mới nên trong từ điển tiếng Việt chưa có một dịch nghĩa cụ thể về nó. Cá nhân tôi có thể dịch “Geoengineering” là Địa - Kỹ thuật, trong đó tiền tố “geo” trong “geography” tức Địa lý và “engineering” tức Kỹ thuật. Cách dịch này tương tự như cách chúng ta dịch “Geopolitics” (Địa - Chính trị). Tuy nhiên, tôi cho rằng cách dịch “Geoengineering” này chưa hoàn toàn chuẩn xác và chưa đề cập chi tiết về ngữ nghĩa của thuật ngữ nguyên gốc. Từ điển Cambridge định nghĩa về “Geoengineering” như sau:

The study and activity of finding ways to change the Earth's atmosphere in order to reduce global warming (= the gradual increase in world temperatures).

Vì giới hạn khả năng, tôi chưa thể tìm ra một cách dịch nào tốt hơn để dịch nghĩa nó một cách chính xác nhất trong ngôn ngữ của chúng ta. Do đó, tôi xin mạn phép dùng nguyên văn thuật ngữ gốc là “Geoengineering” trong bài viết. Có thể trong tương lai gần, chúng ta sẽ có một cách dịch tốt hơn hoặc có một cách dịch được cộng đồng thừa nhận rộng rãi.

Phần III: Geoengineering - Giải pháp điên rồ cải tạo lại toàn bộ khí hậu Trái Đất

1. Quản lý bức xạ Mặt Trời (Solar Radiation Management).

Minh họa tăng suất phản chiếu. Nguồn ảnh: Wikipedia.

Quản lý bức xạ Mặt Trời là một loại kỹ thuật nhắm đến việc phản xạ ánh sáng Mặt Trời ngược trở lại không gian, qua đó làm giảm sự nóng lên toàn cầu. Các phương pháp được đề xuất bao gồm tăng suất phản chiếu Trái Đất, ví dụ như làm tăng độ phản xạ của các đám mây trên đại dương, hay phun các sol khí sunfat vào tầng bình lưu, hoặc bảo vệ các vùng phản xạ nhiệt tự nhiên như băng trên biển, tuyết và sông băng, hoặc che chắn bức xạ Mặt Trời từ không gian, và nhiều phương án khác. Ưu điểm chính của các kỹ thuật này là tốc độ triển khai nhanh chóng, chi phí có tiềm năng ở mức thấp, và hiệu quả trực tiếp trong việc đảo ngược sự nóng lên toàn cầu. [3]

1.1. Tăng suất phản chiếu (Albedo Enhancement).

Đa số mây trên Trái Đất có khả năng phản xạ bức xạ Mặt Trời ngược trở về không gian. Hiện tại, một hiệu ứng phụ của các hoạt động xả thải ra môi trường trong vận tải biển và công nghiệp là sự phát ra các hạt bụi nhỏ, làm tăng mật độ các giọt nước trong mây ngưng tụ trên các hạt bụi đó, và giảm kích thước trung bình của các giọt nước trong mây, gây tăng độ phản xạ của mây. Hiệu ứng phụ này đang giúp giảm nhiệt độ Trái Đất được khoảng 0,5 đến 1,5 độ C so với mức nhiệt độ đáng ra sẽ xảy ra nếu không có hiệu ứng này. Việc phun sương nước biển có thể thực hiện ở những vùng khí nóng bốc lên ngay bên dưới các lớp mây tầng tích, theo nhiều phương án kỹ thuật khác nhau. Một phương án có thể sử dụng tàu Flettner để phun sương nước biển. Việc chỉ cần phun sương ở ngay độ cao thấp, tận dụng dòng khí nóng dâng lên tạo mây, làm giảm rất đáng kể chi phí vận hành.

Mô hình tàu Flettner.

Kỹ thuật dùng tàu phun nước dựa trên ý tưởng của nhà phát minh người Đức Anton Flettner - rôto Flettner. Khi một hình trụ dựng đứng đang quay và đồng thời có luồng gió thổi sẽ tạo thành một lực thẳng góc với dòng không khí. Nguyên nhân là hiệu ứng Magnus, cũng là hiệu ứng mà các cầu thủ áp dụng khi muốn đá một quả bóng xoáy vào khung thành. Trong mô hình, tàu có ba thân, thân chính ở giữa, bên trên là 3 rôto Flettner. Hai thân phụ hai bên tạo ổn định. Năng lượng điện để quay những rôto Flettner và để phun nước biển là do một chân vịt khổng lồ nằm dưới thân chính, chìm dưới nước cung cấp.

1.2. Gương phản xạ không gian (Space Reflectors).

Mô hình gương không gian (Space Mirrors).

Gương không gian (Space Mirrors) là một vệ tinh nhân tạo được thiết kế để phản xạ bức xạ Mặt Trời vào không gian, qua đó làm giảm tác động của biến đổi khí hậu. Tính đến thời điểm hiện nay, gương không gian chỉ dừng lại ở mức độ ý tưởng. Trong quá khứ, Nga đã từng thử nghiệm dự án Znamya. Dự án này là một kế hoạch thử nghiệm các gương không gian trên quỹ đạo nhằm cung cấp năng lượng Mặt Trời và phản xạ bức xạ Mặt Trời. Dự án Znamya đã bị Cơ quan Vũ trụ Liên bang Nga hủy bỏ vì tính không khả thi của nó.

1.3. Sol khí trong tầng bình lưu (Stratospheric Aerosols).

Việc phun các sol khí có khả năng phản xạ bức xạ Mặt Trời ngược trở lại không gian. Hiện nay, nó là một trong các phương pháp được quan tâm. Sol khí là hệ keo của các hạt chất rắn hoặc các giọt chất lỏng, trong không khí hoặc chất khí khác, nó có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc từ con người. Ví dụ cho sol khí tự nhiên là sương mù, dịch tiết của rừng và mạch nước phun. Ion Sunfat thường được dùng do đã có các bằng chứng về tính hiệu quả của chúng từ khí phun trào bởi các núi lửa. Các vật liệu khác đã được đề xuất là các hạt photophoretic, titan dioxide, và bụi kim cương. Việc phun các hạt này có thể được thực hiện bằng pháo cao xạ, máy bay hoặc các khí cầu, do cần đưa được sol khí lên tới tầng bình lưu Trái Đất, tại đó sol khí có thể tồn tại lâu và phát tán rộng, do ít có các hiện tượng xáo trộn ở tầng bình lưu. Các sol khí nếu chỉ được phun ra ở tầng đối lưu sẽ có thời gian tồn tại ngắn ngủi, do các hiện tượng thời tiết phức tạp xảy ra ở tầng đối lưu. Các hiệu ứng không mong muốn của kỹ thuật phun sol khí tầng bình lưu có thể bao gồm sự thay đổi khó kiểm soát của lượng mưa, khả năng gây nên sự phá hủy nhất định với tầng ozon. Kỹ thuật phun sol khí tầng bình lưu cũng hạn chế trong việc kiểm soát khí hậu địa phương, mà tác động của kỹ thuật này ở mức toàn cầu.

2. Loại bỏ khí nhà kính (Greenhouse Gas Removal).

2.1. Trồng rừng (Afforestation).

Có lẽ tôi không cần phải nói quá nhiều về trồng rừng và vai trò của cây xanh. Như quý vị đã biết, cây xanh có khả năng quang hợp. Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ. Quang hợp có phương trình tổng quát là:

CO2 + H2O + Năng lượng ánh sáng → (CH2O) + O2

Quang hợp gồm hai pha là pha sáng và pha tối. Pha sáng diễn ra khi có ánh sáng, pha tối có thể diễn ra cả khi có ánh sáng và cả trong tối. Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được biến đổi thành năng lượng trong các phân tử ATP, NADPH, O2 được tạo ra trong pha sáng có nguồn gốc từ các phân tử nước. Trong pha tối, nhờ ATP và NADPH được tạo ra trong pha sáng, CO2 sẽ được biến đổi thành cacbohiđrat. Pha sáng diễn ra ở màng tilacôit trong khi pha tối diễn ra ở chất nền của lục lạp. Quá trình sử dụng ATP và NADPH trong pha tối sẽ tạo ra ADP và NADP+. Các phân tử ADP và NADP+ này sẽ được tái sử dụng trong pha sáng để tổng hợp ATP và NADPH. Có thể nói, rừng giống như một nhà máy thu nhận khí cacbonic và sản xuất ra oxi. Đặc biệt là trong tình trạng Trái Đất đang ngày một nóng lên như hiện nay, việc giảm lượng khí CO2 là điều cực kỳ quan trọng. Ngoài ra, rừng còn giúp điều tiết lượng nước, phòng chống thiên tai, lũ lụt, xói mòn và sạt lở đất. Bên cạnh đó, rừng còn có tác dụng làm tăng độ phì nhiêu, chế ngự dòng chảy giúp ngăn chặn sự bào mòn đất, đặc biệt là ở những vùng đồi núi. Rừng giữ cho lớp đất mặt không bị xói mòn đi, cùng với đó là mọi đặc tính vi sinh vật học và lý hóa cũng như độ phì nhiêu của đất được giữ nguyên.

2.2. Than sinh học (Biochar).

Ảnh minh họa.

Than sinh học (Biochar) là loại than được hình thành khi nhiệt phân các chất hữu cơ ở nhiệt độ khoảng 400 đến 500 độ C trong điều kiện yếm khí. Thuật ngữ này trở nên thông dụng trong ngành nông nghiệp để chỉ loại than được tạo ra từ các loại chất thải hữu cơ trong sản xuất nông lâm nghiệp như trấu, rơm rạ, thân cà lá cây, vỏ hạt cà phê, đậu (đỗ), cùi bắp, mùn cưa, phoi bào, gỗ vụn,… với cấu trúc cacbon xốp tồn tại bền vững và có tác dụng tăng độ phì nhiêu cho đất đặc biệt với các loại đất nghèo, đất axit (độ pH thấp). Quá trình nhiệt phân diễn ra trong điều kiện yếm khí, nếu sử dụng công nghệ hợp lý thì sẽ hạn chế được tối đa khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó khả năng hấp thụ hoặc kìm giữ mùi, khí metan, CO2 và các kim loại nặng nên có tác dụng đáng kể trong việc bảo vệ môi trường sản xuất nông lâm nghiệp.

2.3. Năng lượng sinh học (Bio-energy).

Các dạng năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng sinh học, địa nhiệt,... đang trở thành xu thế chung trên toàn cầu. Trong bài viết này, tôi sẽ nói về địa nhiệt và năng lượng sinh học.

Năng lượng sinh học là loại năng lượng từ nhiên liệu được hình thành thông qua các quá trình sinh học hiện đại, như nông nghiệp và bể tự hoại, thay vì nhiên liệu được tạo ra bởi quá trình địa chất hình thành nên những nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như than đá và dầu mỏ, từ những vật chất sinh học thời tiền sử. Nhiên liệu sinh học có thể được lấy trực tiếp từ thực vật hoặc gián tiếp từ chất thải nông nghiệp, thương mại, chất thải hộ gia đình hoặc công nghiệp. Nhiên liệu sinh học tái tạo thường liên quan đồng thời cố định cacbon, chẳng hạn như những chất xảy ra trong thực vật hoặc vi tảo thông qua quá trình quang hợp. Các nhiên liệu sinh học tái tạo khác được thực hiện thông qua việc sử dụng hoặc chuyển đổi sinh khối (liên quan đến các sinh vật sống, thường đề cập đến thực vật hoặc các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật). Sinh khối này có thể được chuyển đổi thành các chất có chứa năng lượng thuận tiện theo ba cách khác nhau, gồm chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học và chuyển hóa sinh hóa. Việc chuyển đổi sinh khối này có thể dẫn đến việc hình thành nhiên liệu ở dạng rắn, lỏng hoặc khí. Sinh khối mới này cũng có thể được sử dụng trực tiếp cho nhiên liệu sinh học.

Một nhà máy địa nhiệt.

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong tâm Trái Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất. Về cơ bản, các nhà máy điện địa nhiệt lấy năng lượng từ các giếng sản xuất được khoan sâu từ 152 mét đến 3,2 km. Hơi nước và nước cực nóng ở độ sâu này phụt lên do áp lực từ dưới lòng đất sẽ làm quay các tuabin phát điện trên mặt đất. Nước thải của quá trình sản xuất này được thu hồi và bơm trở lại lòng đất thông qua các giếng bơm. Năng lượng địa nhiệt có ở ngay cả ở những vùng lạnh giá nhất của Trái Đất, chỉ cần đào đủ sâu là có. Ở hầu nết các nơi, nhiệt của Trái Đất được cất giữ ở độ sâu hơn 32 km, nhưng ở những điểm có nhiệt ngay gần bề mặt như mạch phun, suối nước nóng và núi lửa phun trào. Điện sản xuất bằng năng lượng địa nhiệt thường có giá thấp hơn điện gió, thủy điện và điện mặt trời.

2.4. Loại bỏ khí cacbon đioxit từ không khí bên ngoài (Ambient Air Capture).

Mô hình Ambient Air Capture của công ty Climeworks.

Climeworks đã áp dụng thiết kế mô-đun để giảm chi phí sản xuất và vận hành, hỗ trợ khả năng mở rộng và đa dạng trong triển khai, dễ vận chuyển và cho phép sản xuất hàng loạt một cách tự động. Hấp phụ và giải hấp CO2 được thực hiện trong cùng các thiết bị, được gọi là “CO2 collector”. Quý độc giả có thể thấy mô tả chu trình như hình vẽ.

2.5. Tăng độ kiềm của nước (Ocean Alkalinity Enhancement) và phong hóa tăng cường (Enhanced Weathering).

Ảnh minh họa.

Một ý tưởng khác được công nhận rộng rãi là tăng tốc các phản ứng phong hóa của các khoáng chất tiêu thụ CO2 khi chúng hòa tan. Phong hóa tăng cường được hiểu là phong hóa được đẩy nhanh bằng cách rải đá silicat nghiền mịn, chẳng hạn như đá bazan, lên đất liền hoặc biển. Phong hóa tăng cường trong môi trường biển hay còn được gọi là tăng cường độ kiềm của đại dương và liên quan đến việc bổ sung các khoáng chất dưới đất trực tiếp vào đại dương hoặc đổ chúng trên các bãi biển nơi tác động của sóng phân tán chúng vào nước để tăng tính kiềm và do đó sẽ hấp thụ CO2 theo lý thuyết. Tăng độ kiềm cho đại dương là một cách tiếp cận để loại bỏ cacbon, bao gồm việc thêm các chất kiềm vào nước biển để tăng cường lượng cacbon tự nhiên của đại dương. Những chất này có thể bao gồm khoáng chất, chẳng hạn như olivin, hoặc các chất nhân tạo, chẳng hạn như vôi hoặc một số sản phẩm phụ công nghiệp.

Bài viết được lên ý tưởng và bắt đầu soạn thảo từ 27/04/2022, hoàn thành vào 01/05/2022.

Dẫn nguồn và tư liệu tham khảo:

[1] https://www.reuters.com/business/cop/australias-great-barrier-reef-will-survive-if-warming-kept-15-degrees-2021-11-04/

[2] Global warming impairs stock–recruitment dynamics of corals, Nature.com, Terry Hughes.

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_geoengineering