Thu hoạch miscanthus, một loại cỏ phát triển nhanh có thể được sử dụng làm cây trồng năng lượng sinh học hoặc được thu hoạch, ướp muối và chôn lấp để cô lập carbon mà nó hấp thụ từ khí quyển. Ảnh: phys.org

Giờ đây, các nhà nghiên cứu Eli Yablonovitch và Harry Deckman từ Đại học California, Berkeley, đã đưa ra một giải pháp có khả năng triển khai rộng rãi nhờ sử dụng những công nghệ đơn giản, rẻ tiền để loại bỏ carbon khỏi bầu khí quyển và lưu trữ nó trong hàng nghìn năm.

Phương pháp này là trồng cây sinh khối để thu giữ carbon từ không khí, sau khi thu hoạch sẽ chôn chúng trong bãi chôn sinh học khô được thiết kế. Nó được gọi là hấp thụ carbon nông nghiệp. Sinh khối sẽ được chôn với muối để ngăn vi sinh vật phát triển cũng như sự phân hủy diễn ra, giữ cho nó luôn được khô ráo để phong tỏa ổn định carbon. Như vậy, kết quả sẽ là âm carbon, đây chính là điều khiến phương pháp này trở thành thứ xoay chuyển tình thế tiềm năng.

Không như những cách khác thiên về trung hòa carbon, hấp thụ carbon nông nghiệp tìm cách để mức carbon ròng là âm. Theo các nhà nghiên cứu, mỗi tấn sinh khối khô có thể hấp thụ khoảng 2 tấn CO2.

Tiền đề phát triển phương pháp hấp thụ carbon nông nghiệp

Nhiều năm trở lại đây, ý tưởng chôn sinh khối để hấp thụ carbon đã trở nên phổ biến, nhiều tổ chức khởi nghiệp chôn mọi thứ từ thực vật tới gỗ. Song, làm sao để đảm bảo mức độ ổn định của sinh khối đem chôn là một thách thức không hề nhỏ. Tuy môi trường lưu trữ này không có oxy, nhưng các vi sinh vật kỵ khí vẫn có thể sống sót và khiến sinh khối phân hủy thành CO2 và methane, điều này làm cho hiệu quả của phương pháp cùng lắm là đạt tới mức trung hòa carbon.

Nhưng có một thứ mà dạng sự sống nào cũng cần – đó là độ ẩm, chứ không phải oxy. Điều này được đo bằng “hoạt độ nước”, một đại lượng tương tự như độ ẩm tương đối. Để tồn tại, các tế bào sống phải có thể chuyển chất dinh dưỡng lẫn chất thải hòa tan trong nước qua thành tế bào. Nếu hoạt độ nước giảm xuống dưới 60%, mọi sự sống sẽ dừng lại — đây là cơ sở cho giải pháp hấp thụ carbon nông nghiệp mới mà các nhà nghiên cứu UC Berkeley theo đuổi. Để đạt được độ khô cần thiết, các nhà nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ một kỹ thuật bảo quản thực phẩm lâu đời có từ thời Babylon: muối.

Muối đã được chứng minh là có thể ngăn chặn sự phân hủy trong hàng nghìn năm. Độ khô kèm với muối đã làm giảm độ ẩm bên trong sinh khối đem chôn.

Có một bằng chứng cho thấy hiệu quả của loại gia vị này: vào những năm 1960, nhà khảo cổ học người Israel Yigal Yadin đã phát hiện ra hạt chà là giữa những tàn tích cổ trên đỉnh núi Masada nhìn ra Biển Chết – một trong những nơi khô cằn nhất thế giới. Những hạt giống này nằm trong ngăn kéo hơn 40 năm, cho tới khi Sarah Sallon, bác sĩ nghiên cứu các loại dược thảo yêu cầu dùng chúng vào năm 2005. Nhờ phương pháp xác định niên đại bằng carbon, bà được biết những hạt giống này đã hơn 2.000 năm tuổi. Sau đó, bác sĩ nhờ nhà làm vườn Elaine Solowey đem trồng. Chúng nảy mầm và Methuselah, một trong những cây chà là đó, tiếp tục phát triển cho đến ngày nay.
Qua bằng chứng, các nhà nghiên cứu chỉ ra nếu sinh khối được giữ đủ khô thì có thể được bảo quản tốt cho tới thiên niên kỷ tới.

Lợi ích khi triển khai phương pháp trên diện rộng

Bên cạnh tính ổn định lâu dài, phương pháp này còn không hề tốn kém. Tổng chi phí cho nông nghiệp và bãi chôn sinh học là 60 USD cho mỗi tấn carbon được hấp thụ. So với một số chiến lược khác có giá 600 USD/ tấn thì hiển nhiên phương pháp mới này hiệu quả hơn hẳn.

Một phiên bản đơn giản hóa của công nghệ chôn lấp sinh học được sử dụng để cô lập nông nghiệp. Minh hoạ nguồn: phys.org

Các nhà nghiên cứu đã tập hợp một danh sách hơn 50 loại cây năng suất cao có thể được trồng ở các vùng khí hậu khác nhau trên toàn thế giới, với năng suất sinh khối khô là từ 4 tới hơn 45 triệu tấn trên một hec-ta. Tất cả loại cây này đều được lựa chọn vì khả năng thu giữ carbon của chúng. Những loại cây điển hình được sử dụng trong nghiên cứu này là cỏ chè vè, cỏ kê Mỹ, cây thông trầm hương.

Hugh Helferty, đồng sáng lập và chủ tịch của Trách nhiệm giải trình của nhà sản xuất đối với khí thải carbon (PACE), một tổ chức phi lợi nhuận cam kết đạt được mức phát thải ròng bằng 0 trên toàn cầu vào năm 2050, nhận thấy giải pháp này có nhiều hứa hẹn. Helferty không tham gia nghiên cứu, ông nhận định: “Hấp thụ carbon nông nghiệp có khả năng biến các giải pháp tạm thời dựa trên thiên nhiên thành kho chứa CO2 vĩnh viễn. Khi phát triển phương pháp này, Deckman và Yablonovitch đã tạo ra một lựa chọn mới vô giá để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu”.

Hấp thụ carbon nông nghiệp có thể triển khai rộng rãi mà không lấn chiếm hay cạnh tranh với đất nông nghiệp để trồng lương thực. Nhiều loại cây sinh khối này có thể được trồng trên đồng cỏ hoặc đất rừng, thậm chí trên đất nông nghiệp bỏ hoang.

Nông dân thu hoạch các loại cây sinh khối rồi phơi khô, sau đó đem chôn trong bãi chôn lấp được thiết kế trong khu nông nghiệp, sâu dưới lòng đất hàng chục mét, nó sẽ không bị ảnh hưởng trước hoạt động của con người và thiên tai.

Dựa trên các phương pháp xây dựng bãi chôn lấp đô thị hiệu quả nhất hiện nay, các nhà nghiên cứu thiết kế ra cấu trúc bãi chôn khô này, đồng thời cũng cải tiến thêm để đảm bảo độ khô ráo, chẳng hạn như hai lớp polyetylen lồng vào nhau dày 2 milimét bao quanh sinh khối.

Khu vực chôn lấp sẽ chỉ chiếm một phần rất nhỏ - 0,0001% - của khu vực nông nghiệp. Nói cách khác, 10.000 hec-ta sản phẩm sinh khối có thể được chôn vùi trong một bãi chôn lấp sinh học rộng 1 hec-ta. Ngoài ra, bề mặt trên cùng của bãi chôn lấp sau này có thể khôi phục để sản xuất nông nghiệp.

Theo nhà nghiên cứu Deckman, phương pháp hấp thụ carbon nông nghiệp có thể sẽ sớm được áp dụng, bởi vì nó “đã sẵn sàng về mặt công nghệ và việc xây dựng các bãi chôn sinh học có thể bắt đầu sau một mùa vụ”.

Phân tích của Yablonovitch và Deckman cho thấy nông dân có thể chuyển đổi sang nông nghiệp sinh khối khá nhanh. Họ ước tính sẽ mất khoảng một năm để quá trình chuyển từ đất nông nghiệp hiện tại sang nông nghiệp sinh khối diễn ra, nhưng sẽ lâu hơn đối với vùng đất chưa khai phá, thiếu thốn cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ nông nghiệp. Cây trồng sinh khối sẽ sẵn sàng thu hoạch và thu giữ carbon trong một mùa canh tác.

Nếu phương pháp này được triển khai, các nhà nghiên cứu tính toán rằng nó sẽ hấp thụ khoảng gần một nửa lượng khí thải nhà kính của thế giới (khoảng 20 gigaton CO2 mỗi năm) và điều này đòi hỏi sản xuất nông nghiệp từ một khu vực bằng 1/5 diện tính đất trồng trọt thế giới hay 1/15 diện tích của đất trồng trọt, đồng cỏ và rừng cộng lại. Theo báo cáo, diện tích đất này bằng hoặc ít hơn tổng diện tích mà nhiều mô hình giảm hiệu ứng nhà kính của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu đang xem xét để sản xuất sinh khối.

Đây quả thực là một giải pháp mang lại nhiều lợi ích về chi phí, khả năng triển khai lẫn độ ổn định lâu dài. Nó cung cấp một phương cách hữu hiệu để loại bỏ carbon ra khỏi bầu khí quyển và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Hy vọng rằng trong tương lai gần, chúng ta sẽ sớm thấy phương án này được tiến hành trên diện rộng.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.