Chính sách giảm phát thải carbon và xu hướng khoa học công nghệ tại các cơ quan quốc tế

Kể từ khi mục tiêu trung hòa carbon được đề xuất, các nền kinh tế lớn đã xác định công nghiệp, xây dựng và giao thông vận tải là những ngành then chốt khó khử cacbon. Bài viết này trình bày các chính sách giảm phát thải carbon của các nền kinh tế lớn trong lĩnh vực công nghiệp, xây dựng và giao thông vận tải kể từ năm 2022, phân tích tình hình bố trí khoa học và công nghệ cũng như những tiến bộ khoa học và công nghệ lớn, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho các cơ quan ra quyết định.

1. Chính sách giảm phát thải carbon trong các lĩnh vực then chốt của các nền kinh tế lớn

1.1 Tăng cường xây dựng lộ trình khử cacbon cho các bộ phận chủ chốt và làm rõ danh sách công nghệ chủ chốt

Hoa Kỳ đã liên tiếp công bố “Lộ trình khử cacbon trong công nghiệp” và “Kế hoạch chi tiết khử cacbon trong giao thông vận tải” để xác định lộ trình khử cacbon của ngành công nghiệp và giao thông vận tải cũng như chương trình nghị sự nghiên cứu, phát triển và trình diễn theo từng giai đoạn

Ủy ban Châu Âu, Khu vực Nghiên cứu Châu Âu (ERA) Công bố lộ trình cho các công nghệ carbon thấp, công nghệ tuần hoàn và mô hình kinh doanh nhắm tới các ngành sử dụng nhiều năng lượng;

Hàn Quốc ban hành “Chiến lược thúc đẩy tăng trưởng xanh trung hòa carbon” và “Chiến lược đổi mới công nghệ”, tập trung vào xây dựng hệ thống chu trình R&D trung hòa carbon và xác định 100 công nghệ lõi trung tính carbon. 

Pháp đã công bố “Chiến lược khử cacbon công nghiệp năm 2030” và “Kế hoạch thép”. 

Các công nghệ chính để khử cacbon trong các lĩnh vực chủ chốt mà các nền kinh tế lớn đang tập trung vào bao gồm: cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và tài nguyên, thúc đẩy điện khí hóa sử dụng năng lượng công nghiệp, mở rộng sử dụng công nghệ tái chế, sưởi ấm ít cacbon và không có cacbon và nhiều quy trình tiết kiệm năng lượng hơn trong ngắn hạn và trung hạn, phát triển các ứng dụng hydro xanh, nguyên liệu thô thay thế, công nghệ xử lý đột phá và thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS), v.v.

1.2 Tăng đầu tư vào các ngành công nghiệp và công nghệ ít carbon để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi xanh

Các nền kinh tế lớn tiếp tục tăng cường đầu tư vào các ngành công nghiệp ít carbon và không carbon, nhằm dẫn đầu sự phát triển nền kinh tế không carbon trong vài năm tới.

 Hoa Kỳ đã công bố dự luật về khí hậu lớn nhất trong lịch sử, “Đạo luật giảm lạm phát”, sẽ đầu tư hơn 390 tỷ USD vào lĩnh vực khí hậu và năng lượng sạch trong 10 năm tới thông qua sự kết hợp của các ưu đãi thuế, trợ cấp và bảo lãnh cho vay, tập trung vào hỗ trợ điện sạch và truyền tải điện, giao thông sạch, R&D và thương mại hóa các công nghệ tiên tiến như CCS và hydro sạch. 

EU đã đưa ra Kế hoạch công nghiệp xanh mới, đề xuất thiết lập môi trường đầu tư và pháp lý bền vững và đơn giản hóa cho các công nghệ và sản phẩm công nghiệp (pin, năng lượng gió, bơm nhiệt, năng lượng mặt trời, máy điện phân, công nghệ CCS, v.v.), các vật liệu chính và điện, đồng thời mở rộng phạm vi tài trợ cho công nghệ tái tạo. Trong kế hoạch REPowerEU, EU đề xuất đầu tư 97 tỷ euro vào ngành công nghiệp khử cacbon vào năm 2030. Pháp sẽ đầu tư 5,6 tỷ euro để hỗ trợ quá trình khử cacbon trong công nghiệp.

1.3 Triển khai nhiều biện pháp tăng cường quản lý, kiểm soát tiêu chuẩn phát thải carbon đối với các bộ phận, sản phẩm chủ chốt

Các nền kinh tế lớn đã tăng cường quản lý và kiểm soát các tiêu chuẩn phát thải carbon trong các ngành công nghiệp, vận tải và xây dựng thông qua luật pháp, thị trường và tiêu chuẩn.

Trong lĩnh vực công nghiệp, EU đã thông qua thỏa thuận cải cách thị trường carbon lớn nhằm tiếp tục mở rộng phạm vi giao dịch thị trường carbon, xác định kế hoạch thực hiện Cơ chế điều chỉnh biên giới carbon (CBAM), giảm dần tỷ lệ hạn ngạch tự do cho đến khi tất cả đều được thực hiện, sử dụng cơ chế thị trường để khuyến khích giảm phát thải và mở rộng đầu tư xanh. 

Trong lĩnh vực giao thông vận tải, Nghị viện Châu Âu và các quốc gia thành viên đã đạt được thỏa thuận đạt được mức phát thải CO₂ bằng 0 từ ô tô và xe tải mới bán ra vào năm 2035 . Nghị viện Châu Âu đã thông qua Luật Pin mới, yêu cầu từ năm 2024, các sản phẩm pin công nghiệp và giao thông có công suất trên 2 kWh (kilowatt giờ) sẽ dần dần đưa ra các yêu cầu bền vững về lượng khí thải carbon, hàm lượng tái chế cũng như hiệu suất và độ bền. 

Trong lĩnh vực xây dựng, Nhà Trắng đã công bố các tiêu chuẩn hiệu suất tòa nhà liên đầu tiên, trong đó yêu cầu các cơ quan liên bang giảm 30% mức sử dụng năng lượng trong không gian tòa nhà vào năm 2030 và điện khí hóa các thiết bị.

1.4 Triển khai các kế hoạch, dự án khoa học công nghệ lớn nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của các ngành công nghiệp phát thải carbon thấp

Hoa Kỳ đã triển khai nhiều loại dự án công nghệ trong lĩnh vực công nghiệp khử cacbon, tòa nhà và giao thông vận tải. 

• Trong lĩnh vực công nghiệp, dự án “Hiệu quả năng lượng công nghiệp và khử cacbon” tài trợ cho các công nghệ khử cacbon công nghiệp có triển vọng thí điểm hoặc công nghiệp hóa, và “Chương trình nghiên cứu sưởi ấm công nghiệp” tài trợ cho các lĩnh vực nghiên cứu từ nghiên cứu cơ bản đến phát triển và trình diễn các công nghệ ứng dụng, bao gồm cả công nghệ sạch nhiên liệu, điện khí hóa công nghiệp, nhiệt độ thấp hoặc không có quá trình nhiệt, v.v. 

• Trong lĩnh vực giao thông và xây dựng, dự án ARPA-E tài trợ cho pin nhiên liệu hiệu quả, động cơ mật độ cao mang tính đột phá (hệ thống đẩy máy bay điện khí hóa), kiến ​​trúc nhiệt tòa nhà hiệu quả, pin magiê, v.v. 

EU dựa vào “Chân trời châu Âu” và “Quỹ đổi mới” để hỗ trợ nghiên cứu cơ bản và đổi mới trong công nghiệp, xây dựng công nghệ tiết kiệm năng lượng, pin xe, v.v., cũng như ứng dụng và trình diễn các công nghệ và quy trình ít carbon trong các ngành sử dụng nhiều năng lượng như thép, xi măng và hóa chất như luyện kim hydro, chuyển đổi CO ₂ thành hóa chất và nhiên liệu hàng không bền vững, tái chế hóa chất, tinh chế nhựa, v.v.

“Quỹ đổi mới xanh” của Nhật Bản tập trung tài trợ cho hoạt động sản xuất sắt khử hydro, tổng hợp điện phân amoniac xanh, đốt hỗn hợp tỷ lệ cao, công nghệ đốt chuyên dụng, đốt hydro, công nghệ sử dụng tài nguyên CO₂ , công nghệ vận tải thông minh, v.v.

2. Xu hướng phát triển các công nghệ chủ chốt giảm phát thải carbon ở các bộ phận trọng điểm

2.1 Đẩy nhanh ứng dụng và trình diễn các công nghệ biến đổi carbon thấp trong công nghiệp

• Tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong việc trình diễn quy trình sản xuất sắt khử trực tiếp trên tầng sôi không chứa carbon dựa trên hydro . 

Primetals của Anh, Posco của Hàn Quốc, Tập đoàn Ansteel và Viện Kỹ thuật Quy trình của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã lần lượt thực hiện nghiên cứu và hợp tác phát triển các quy trình khử carbon dựa trên hydro.

Tập đoàn Ansteel sẽ đưa vào vận hành dự án trình diễn dự án sản xuất sắt hydro tầng sôi không chứa carbon xanh nặng 10.000 tấn vào năm 2023.

• Công nghệ luyện sắt khử điện hóa ở nhiệt độ thấp dự kiến ​​sẽ bước vào giai đoạn thử nghiệm, 

Công ty ElectraSteel của Mỹ đã phát triển quy trình điện phân tách oxy (ODE) để tinh chế quặng có hàm lượng thấp 35% thành sắt nguyên chất ở 60 ° C. Nhà máy thí điểm dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2023.

• Công nghệ điện hóa tiên tiến và công nghệ lên men carbon âm giúp sản xuất các sản phẩm hóa học không carbon hoặc carbon âm. 

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Monash ở Úc đã đạt được hiệu suất Faradaic gần 100% trong quá trình tổng hợp điện hóa amoniac qua trung gian lithium. 

Tập đoàn Toray của Nhật Bản đã phát triển thành công phương pháp tổng hợp axit adipic 100% gốc sinh học sử dụng sinh khối làm nguyên liệu thô và có kế hoạch thực hiện các thử nghiệm quy mô lớn.

 Các nhà nghiên cứu của Đại học Northwestern sử dụng vi khuẩn kỹ thuật để chuyển đổi khí thải công nghiệp thành axeton và rượu isopropyl dựa trên công nghệ LanzaTech, có thể giảm 160% lượng khí thải nhà kính so với các quy trình truyền thống.

Quy trình này hiện đã được mở rộng sang quy mô thí điểm công nghiệp.

•  Tiến bộ nhanh chóng trong nghiên cứu điện hóa CO , quang điện hóa và chuyển đổi sinh học với tỷ lệ chuyển đổi cao và độ chọn lọc cao . 

Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và Đại học Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung Quốc đã cùng nhau tạo ra một cách thức mới để chuyển đổi CO₂ thành glucose và axit béo thông qua sự kết hợp giữa điện phân và sinh tổng hợp . 

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Tokyo ở Nhật Bản đã phát triển một loại polyme phối hợp quang xúc tác khử CO₂ mới KGF-9 dựa trên liên kết chì-lưu huỳnh (Pb-S) _, giúp làm giảm CO₂ dưới bức xạ ánh sáng khả kiến ​​400 nm (nanomet), độ chọn lọc formate vượt quá 99 %.

• Ngành xi măng đẩy nhanh việc trình diễn công nghệ sưởi ấm không chứa carbon công nghiệp. 

Công ty Xi măng CEMEX của Mexico đã hợp tác với công ty Synhelion của Thụy Sĩ để xây dựng dự án trình diễn nung xi măng sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời công suất 1MW và có kế hoạch xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên trên thế giới đạt được mức phát thải bằng 0 thông qua sản xuất nhiên liệu và sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời ở nhiệt độ cao (thu giữ CO ₂ ). Công ty cũng sẽ giới thiệu và thử nghiệm công nghệ làm nóng bằng hydro.

2.2 Công nghệ xi măng/bê tông cacbon âm dẫn đầu hướng đi mới của vật liệu xây dựng xanh và ít cacbon

Dựa trên nguyên liệu thô sinh học và chất thải rắn công nghiệp, sử dụng công nghệ hóa học tiên tiến để sản xuất xi măng/bê tông âm carbon và phát triển vật liệu cách nhiệt âm carbon hiệu suất cao và chất kết dính âm carbon tái tạo là xu hướng phát triển trong tương lai của vật liệu xây dựng. 

Viện Bách khoa Worcester ở Hoa Kỳ đã phát triển được loại vật liệu bê tông enzym phát thải âm (ECM) có khả năng tự phục hồi, các thí nghiệm cho thấy vật liệu này có cường độ nén tương đương với vữa truyền thống. 

Công ty TNHH Xây dựng Kashima của Nhật Bản và các tổ chức khác đã phát triển công nghệ “CO₂-SUICOM®” để cố định CO ₂ trong bê tông.

2.3 Tính kinh tế của công nghệ thu hồi carbon tiếp tục được cải thiện và số lượng dự án thương mại đạt mức cao mới

Theo dữ liệu từ Viện Thu hồi và Lưu trữ Carbon Toàn cầu, tính đến tháng 9 năm 2022, số lượng dự án thương mại toàn cầu đã đạt mức cao mới, đạt 196, tăng 61 so với năm trước và công suất thu hồi sẽ đạt 244 triệu tấn CO ₂ mỗi năm , so với mức tăng 44% vào năm 2021. 

Tiến bộ mới đã đạt được trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thu giữ carbon với chi phí thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và tỷ lệ thu giữ cao. 

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Stanford và MIT đã phát triển màng tách khí polymer bậc thang hydrocarbon mới có thể giảm 90% mức tiêu thụ năng lượng trong quy trình tách hóa chất công nghiệp. 

Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đã phát triển một chất thu giữ carbon mới, CO2BOL. So với các công nghệ thương mại, dung môi này có thể giảm chi phí thu giữ 19% (thấp nhất là 38 USD/tấn, chi phí thấp nhất hiện nay) và giảm mức tiêu thụ năng lượng 17%. Tỷ lệ bắt giữ cao tới 97%. 

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Tokyo Metropolitan ở Nhật Bản dẫn đầu đã phát triển một công nghệ thu khí trực tiếp mới gọi là “hệ thống tách pha lỏng-rắn” có thể loại bỏ trực tiếp CO ₂ ra khỏi khí quyển với hiệu suất 99% .

2.4 Đột phá mới về công nghệ ắc quy điện cho xe không khí thải

Pin lithium-lưu huỳnh mới do Công ty Adico của Nhật Bản phát triển đã được thử nghiệm thành công, mật độ năng lượng của nó có thể đạt hơn 500 Wh/Kg (Watt-giờ/kg), gấp đôi mật độ năng lượng của pin lithium thông thường. 

Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp đã phát triển một chất xúc tác mới không chứa kim loại nhóm bạch kim. Ở 80°C, mật độ công suất cực đại của pin nhiên liệu màng trao đổi hydroxit có thể đạt tới 450 W/cm2 (nghiên cứu hiện tại báo cáo công suất tối đa là 350 Watts). /cm2). 

Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở Hoa Kỳ đã phát triển một loại pin nhiên liệu mới bằng cách sử dụng chất điện phân polyme tổng hợp, có thể đạt được mật độ công suất định mức gần 800 mW/cm2 ở nhiệt độ 160°C, cao hơn 60% so với pin nhiên liệu gốc photphat. Nó được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề quá nhiệt lâu nay của pin nhiên liệu hạng nặng trong vận tải.