Đó là kết luận của một báo cáo mới được xuất bản bởi Viện khoa học Hoàng gia Anh. Báo cáo đã vạch ra những thách thức lớn mà ngành này phải đối mặt khi chuyển đổi khỏi nguyên liệu thô có xuất xứ hóa thạch. Báo cáo cũng là hồi chuông cảnh báo cho các nhà hoạch định chính sách về các lựa chọn tiềm năng trong tương lai để giảm tác động xấu đến môi trường.

Giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch

Giảm sự phụ thuộc của công nghiệp vào nguyên liệu thô có nguồn gốc hóa thạch là điều cần thiết khi thế giới đang cố gắng hạn chế tác động của biến đổi khí hậu do con người gây ra. Khoảng 6% lượng khí thải carbon của hành tinh có liên quan đến ngành công nghiệp hóa chất. Phần lớn trong số này là khí thải do đốt nhiên liệu hóa thạch để cung cấp lượng năng lượng trong hoạt động sản xuất công nghiệp. Và ít nhất một phần ba lượng khí thải của ngành này có liên quan đến việc sử dụng gần 90% nguyên liệu thô từ dầu, khí đốt tự nhiên và than đá.

Nhưng vì xã hội quá phụ thuộc vào các sản phẩm mà ngành công nghiệp hóa chất sản xuất, từ nhiên liệu, nguyên vật liệu đến hàng tiêu dùng và thậm chí dược phẩm. Do vậy, không có cách nào đơn giản để cắt giảm lượng khí thải này. Thay vào đó, các nhà khoa học viết lưu ý trong báo cáo mới rằng ngành này sẽ cần phải xem xét lại toàn bộ các quy trình và tìm cách sử dụng các nguyên liệu thô khác nhau để sản xuất những mặt hàng cần thiết.

Nhà hóa học vô cơ Charlotte Williams từ Đại học Oxford, Vương quốc Anh, thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: “Để ngành công nghiệp này đáp ứng đầy đủ các cam kết bền vững, nó phải vừa điện khí hóa, vừa tránh xa những nguyên liệu thô hóa thạch đó. Đặc biệt, cần phải thực hiện trên toàn cầu”.

Graham Hutchings của Đại học Cardiff, người chủ trì nhóm làm việc, cho biết thêm: “Thay vì sử dụng dầu và khí đốt tự nhiên là nguồn lực chính như hiện tại, chúng ta cần tìm đến nhiều loại vật liệu khác nhau”.

Những thách thức kỹ thuật

Loại vật liệu này có thể gồm các chất hữu cơ, nhựa phế thải và carbon dioxide thu được từ ngành công nghiệp cũng như được lấy trực tiếp từ không khí. Nhưng tất cả các lựa chọn này đều có sự phức tạp riêng.

Williams giải thích: “Có những thách thức kỹ thuật liên quan đến việc phá vỡ các thành phần tự nhiên của chất hữu cơ – các chất hóa học phân hủy của các đại phân tử lớn tự nhiên như lignin và cellulose và một số carbohydrate khác”. Williams lưu ý rằng những phân tử phức tạp này cần được chia nhỏ một cách hiệu quả thành các hóa chất cơ bản mà ngành công nghiệp có thể sử dụng được.

Nguyên liệu hữu cơ đầu vào cũng có thể gợi mở những con đường mới để tiếp cận nhiều nguyên liệu thô có nhiều oxy hơn. Dù ý tưởng này có thể khó tích hợp hơn vào các quy trình hiện tại nhưng nếu thành công, chúng ta sẽ được hưởng lợi từ việc giữ lại một số thứ hữu ích trong các phân tử sinh học. Một cân nhắc khác khi sử dụng chất hữu cơ để làm nguồn nguyên liệu hóa học là tác động của việc này đối với việc việc dụng đất và trạng thái cân bằng cần đạt được trong sản xuất lương thực và bảo vệ thiên nhiên.

Giống như chất hữu cơ, nhựa cũng là bài toán khó về mặt hóa học khi tìm cách phân hủy chúng thành các hợp chất đơn giản hơn có thể tái sử dụng. Williams phân tích: "Có rất nhiều thách thức kỹ thuật khi thực hiện điều đó và chúng phụ thuộc vào tính chất hóa học của polyme. Đặc biệt đối với các polyme hydrocarbon – polyethene, polypropylen – thường cần một lượng năng lượng lớn. Vì vậy, phải cân nhắc về các loại hóa chất khác nhau để có cách xử lý phù hợp. Nhìn chung, đó là loại nguyên liệu thô khác với chất hữu cơ nhưng có thách thức kỹ thuật tương tự".

Sử dụng carbon dioxide thu được từ các quy trình công nghiệp hoặc trực tiếp từ không khí cũng có những thách thức về nguồn lực cần thiết để chuyển đổi nó thành vật liệu hữu ích. Williams lưu ý: 'Suy nghĩ về cách thực hiện phản ứng hóa học khử trên CO2 là một lĩnh vực rất nổi bật hiện nay và là một thách thức công nghệ rất quan trọng. Điểm chung của biện pháp này thường liên quan đến nhu cầu năng lượng và hydro (dùng để khử CO2 thành CO và H20). Thế nhưng, đó là thứ cũng rất cần thiết trong các lĩnh vực khác, cũng như ngành công nghiệp hóa chất, vì vậy cần có sự tính toán cân bằng ở đó”.

Cạnh tranh nguồn lực

Ngoài những thách thức kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng nguyên liệu thô mới, các tác giả của báo cáo lưu ý rằng cần phải mở rộng quy mô lớn năng lượng tái tạo và hydro xanh nếu ngành công nghiệp hóa chất muốn đạt được mức phát thải ròng bằng không. Sự cạnh tranh để giành lấy những nguồn lực (năng lượng tái tạo và hydro) này, cũng như bản thân các nguyên liệu thô, có thể sẽ đặt ra một thách thức đáng kể.

Báo cáo lưu ý rằng “sự phối hợp chính sách quốc tế, liên chính phủ, dài hạn” có thể giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi ngành công nghiệp hóa chất đạt mức phát thải ròng bằng không và cảnh báo rằng “nếu không có sự can thiệp, quá trình chuyển đổi sang nguyên liệu thay thế sẽ diễn ra trong nhiều chục năm”.

Chi phí cũng sẽ là một yếu tố quan trọng khác. Tuần trước, các nhà hóa học viết trên tạp chí Nature đã cung cấp một phân tích chi tiết về những gì cần thiết để khử carbon cho một nhà máy lọc dầu thô, ước tính chi phí vào khoảng 14–23 tỉ euro. Tổng chi phí để thay thế 615 nhà máy lọc dầu trên thế giới từ giờ đến năm 2050 sẽ cần khoản đầu tư 320–520 tỉ euro mỗi năm.

Theo Hutchings, việc loại bỏ chất độc hại trong ngành công nghiệp hóa chất sẽ là một quá trình diễn ra dần dần, bắt đầu từ ngành sản xuất các hóa chất có giá trị cao. Ông nói: “Tôi nghĩ nó sẽ bắt đầu với các vật liệu có giá trị cao như nước hoa, mỹ phẩm và những thứ tương tự. Sau đó sẽ là những vật liệu có giá trị thấp dần”.

Anh Tú