Ngày nay, tàu hỏa không phải là điều khủng khiếp đối với môi trường, bởi các kỹ sư đã có sáng kiến chống biến đổi khí hậu khi biến đoàn tàu thành cỗ máy hút CO2.
Tận dụng năng lượng tái tạo từ phanh
Công ty khởi nghiệp CO2Rail có trụ sở tại Mỹ đã vạch ra kế hoạch khiến các đoàn tàu có thể lọc gần 11,3 kg CO2 ra khỏi không khí trên mỗi đoạn đường khoảng 1,6km.
Theo sáng kiến của CO2Rail, hạ tầng đường sắt hiện có vẫn sẽ được sử dụng nhưng trang bị thêm các toa máy hút và bộ phận lưu trữ CO2 để biến chúng thành các bồn chứa carbon di động. Bên cạnh đó, họ vận dụng phương pháp phanh tái tạo để tạo ra năng lượng bổ sung.
Ajay Gambhir là nhà nghiên cứu tại Đại học Hoàng gia London (Anh) và không tham gia vào dự án này. Ông cho biết, việc sử dụng cơ sở hạ tầng đường sắt hiện có cũng như năng lượng từ phanh là những ý tưởng rất sáng tạo để thu giữ carbon trực tiếp từ không khí.
Các toa tàu hút CO2 tận dụng năng lượng do tàu tạo ra mỗi khi phanh hoặc giảm tốc độ. Khi những toa tàu nặng 10 nghìn tấn dừng lại, năng lượng từ quán tính của nó chuyển thành nhiệt (đó là lý do bạn thường cảm thấy rất nóng khi đứng cạnh một đoàn tàu vừa dừng lại).
Đoàn tàu có thể thu lại năng lượng này và lưu trữ nó trong pin – một quá trình được gọi là phanh tái tạo từng được dùng trong xe điện, trong đó có xe điện của hãng Tesla.
Theo đồng sáng lập CO2Rail Eric Bachman và là tác giả của nghiên cứu trên, năng lượng đã được tạo ra nhưng nó bị bỏ phí nên cần thu lại và sử dụng nó.
Nếu nguồn năng lượng trên được sử dụng để cung cấp cho đoàn tàu, nó sẽ giúp ngăn chặn một số khí thải CO2 từ chính đoàn tàu. Tuy nhiên, các tác giả phát hiện ra rằng số năng lượng như vậy cũng có thể được sử dụng để lọc lượng CO2 nhiều gấp 5 lần so với mức có thể tiết kiệm được, nếu nó được dùng cho hệ thống thu giữ CO2 trên tàu.
Cách thức hoạt động
 |
Nhà máy Climeworks ở Thụy Sĩ lọc CO2 từ không khí từ một trạm cố định. |
Các nhà nghiên cứu dự định sử dụng các toa tàu có trang bị lỗ thông hơi để hút không khí. Vì quá trình này được thực hiện khi tàu di chuyển ở tốc độ cao nên nó sẽ loại bỏ nhu cầu sử dụng cánh quạt thường được triển khai tại các trạm thu CO2 cố định, do đó sẽ tiết kiệm được đáng kể năng lượng.
Các toa tàu sẽ có các khoang để thu CO2, sau đó CO2 sẽ được cô đặc và lưu trữ trong một bể chứa chất lỏng. Không khí không có CO2 sẽ được thải trở lại bầu khí quyển từ mặt sau hoặc mặt dưới của toa tàu.
Theo ông Eric Bachman, cứ sau 12 giờ, vào lúc tàu dừng để tiếp nhiên liệu hoặc cho nhân viên thay ca, bình chứa CO2 trên tàu sẽ được đổ vào toa xe bồn đặt tại nhà ga đó.
Khi một số lượng các toa xe bồn này được lấp đầy, chúng sẽ tạo thành một đoàn tàu và khoảng 10.000 tấn CO2 thu giữ được sẽ được chuyển đi để làm nguyên liệu cung cấp giá trị gia tăng hoặc được đưa tới nơi cô lập.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng, một chuyến tàu chở hàng trung bình có thể loại bỏ khoảng 6.000 tấn CO2 mỗi năm.
Với nguồn điện tích hợp được tạo ra bền vững, phương pháp này không chỉ thân thiện với môi trường hơn, mà còn thân thiện với ngân sách với chi phí dự kiến khoảng 50 USD để thu 1 tấn carbon - theo ông Bachman.
Thách thức lớn
Nghiên cứu cho thấy, việc lắp các tấm pin mặt trời vào tàu hỏa cũng sẽ giúp đảm bảo tàu luôn đủ năng lượng. CO2Rail dự kiến sẽ trang bị thêm cho các toa xe hiện có công nghệ thu giữ carbon này.
Chúng ta sẽ phải chờ đợi những toa tàu hút CO2 đầu tiên được chế tạo để có bức tranh rõ hơn về tiềm năng đầy đủ của chúng. Nếu mọi việc suôn sẻ về mặt kinh phí, ông Bachman hy vọng sẽ có một nguyên mẫu vào mùa hè năm 2023.
Để hạn chế hậu quả tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu, hầu hết các nhà khoa học đều nhất trí rằng chúng ta cần giữ nhiệt độ toàn cầu ở mức bằng hoặc dưới 1,5 độ C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp.
Theo báo cáo năm 2021 của Ủy ban Liên minh chính phủ về Biến đổi Khí hậu, việc ngừng phát thải CO2 hiện tại không đủ ấn tượng, chúng ta còn phải loại bỏ 10 tỷ tấn khí này ra khỏi khí quyển hàng năm.
Để thực hiện được những điều trên, chúng ta cần có ý tưởng và tư duy mới về lối sống hiện nay, bao gồm cách thức di chuyển. Bachman nhấn mạnh, việc thu CO2 bằng đường sắt không nhằm thay thế các nhà máy hút CO2 cố định. Thế giới cần nhiều giải pháp ấn tượng như vậy để giải quyết vấn đề. Ông cho rằng, chúng ta cần những gì mà cây cối đang làm.
Colin McCormick là nhà nghiên cứu công nghệ loại bỏ CO2 tại Đại học Georgetown (Mỹ). Ông cho biết, các kỹ thuật khác nhau nhằm tạo điều kiện loại bỏ CO2 cũng đang được thực hiện, từ các cải tiến dựa nhiều vào công nghệ hơn đến các chiến lược hữu cơ hơn như trồng lại rừng.
Ông McCormick thông tin thêm, điều quan trọng là phải nhận ra thách thức phải loại bỏ 10 tỷ tấn CO2 ra khỏi khí quyển hàng năm là rất lớn nên chúng ta phải cần đến một loạt các biện pháp để đạt được mục tiêu này.
