Kỹ thuật "hack" bầu trời: Khi địa kỹ thuật đối mặt với thực tế

Trong văn phòng của mình tại Đại học Chicago, Jim Franke gỡ bỏ trang bìa của một bản trình bày trên bàn làm việc, để lộ hình minh họa về một chiếc máy bay kỳ dị với đôi cánh khổng lồ vươn ra từ một thân máy bay ngắn cũn. Đây là mẫu máy bay không người lái có thể bay ở độ cao hàng nghìn mét so với máy bay thương mại—cao đến mức có thể nhìn thấy độ cong của Trái Đất.

Đây chính là loại phương tiện cần thiết để bắt đầu quá trình làm mát nhân tạo cho hành tinh. Đôi cánh oversized đó sẽ giúp máy bay và tải trọng của nó lơ lửng trong tầng bình lưu, cách bề mặt khoảng 20 km, nơi không khí loãng hơn rất nhiều. Khi đạt độ cao, máy bay sẽ giải phóng các vật liệu mà qua một số phản ứng hóa học có thể phản chiếu ánh nắng mặt trời trở lại vũ trụ.

Máy bay mô hình Iris IR-1 ở độ cao

Franke, một phó giáo sư nghiên cứu tại Đại học Chicago, cho biết: "Nếu bạn muốn đạt độ cao 20 km trong tương lai gần, đây có lẽ là lựa chọn tốt nhất".

Franke là một trong số nhỏ nhưng đang tăng lên của các nhà khoa học tập trung vào các thách thức kỹ thuật liên quan đến địa kỹ thuật mặt trời (solar geoengineering)—ý tưởng gây tranh cãi cho rằng chúng ta có thể can thiệp có chủ đích vào hệ thống khí hậu để chống lại sự nóng lên toàn cầu.

Từ mô phỏng đến thực tế

Khái niệm này bắt nguồn từ các vụ phun trào núi lửa. Các vụ nổ lớn trong quá khứ đã làm giảm nhiệt độ toàn cầu bằng cách bắn khí sulfur dioxide và các hợp chất khác vào tầng bình lưu, nơi chúng chuyển thành các hạt phản chiếu ánh nắng. Hàng trăm nghiên cứu trong vài thập kỷ qua cho thấy nỗ lực của con người để bắt chước cơ chế này sẽ hoạt động nhanh chóng và hiệu quả—ít nhất là trong các mô hình khí hậu.

Tuy nhiên, các mô phỏng máy tính chỉ là sự xấp xỉ của thế giới thực. Chúng lờ đi nhiều thách thức. Ví dụ, thực tế là các máy bay có khả năng mang tải trọng cần thiết đến độ cao yêu cầu chưa tồn tại. Hoặc chúng ta chưa chắc chắn cách giải phóng vật liệu để hầu hết chúng biến thành các hạt aerosol phản chiếu nhỏ thay vì kết tụ lại và rơi xuống trời. Thậm chí chúng ta còn chưa biết chính xác nên sử dụng chất nào, do những câu hỏi chưa có lời đáp về an toàn, chi phí và hiệu quả.

Giữa những điều chưa biết này, ngày càng nhiều nghiên cứu về địa kỹ thuật mặt trời vượt ra ngoài các mô phỏng máy tính, đi sâu vào thiết kế chi tiết và công việc kỹ thuật thực tế cần thiết trước khi chúng ta có thể thực hiện một chiến dịch làm giảm nhiệt độ.

Những thách thức kỹ thuật

Địa kỹ thuật mặt trời thường được mô tả là một giải pháp rẻ tiền và dễ dàng cho biến đổi khí hậu. Nhưng khi các nhà nghiên cứu nhìn sâu hơn vào chi tiết, họ nhận thấy nhiều sự không chắc chắn, công cụ còn thiếu và cơ sở hạ tầng chưa được xây dựng.

Một tổ chức phi lợi nhuận tại San Francisco tên là Reflective đã làm việc với các nhà khoa học để xác định mức độ chúng ta chưa biết. Họ phác thảo một kịch bản "được quản lý tốt, vừa phải": vào năm 2035, một số quốc gia bắt đầu triển khai địa kỹ thuật quy mô nhỏ, phun khí sulfur dioxide gần hai cực Bắc và Nam để giảm nhiệt độ khoảng 0,1 °C.

Câu hỏi đặt ra là: Nếu chúng ta muốn thực hiện kịch bản này, chúng ta cần làm gì?

Kết quả là rất nhiều việc. Reflective đã công bố Cơ sở dữ liệu Sự không chắc chắn của SAI (Tiêm aerosol tầng bình lưu), highlighting nhiều điều chưa biết về khoa học và sáu trở ngại kỹ thuật. Trong đó có việc xác định mức độ khó hoặc chi phí để cải tạo máy bay hiện có, xây dựng sân bay mới, thiết lập các tuyến đường vận chuyển và xây dựng cơ sở chế biến nguyên liệu thô.

Chúng ta cũng cần xây dựng nhiều công cụ hơn và gửi chúng lên tầng bình lưu trên các khinh khí cầu, máy bay không người lái để quan sát hóa học cơ bản, độ phản chiếu và phân bố các hợp chất.

David Keith, nhà nghiên cứu địa kỹ thuật nổi tiếng

Thiết kế máy bay mới

Chiếc máy bay trên bàn làm việc của Franke hiện vẫn chỉ là một khái niệm. Một đội gồm 270 chiếc như vậy có thể phân tán khoảng một triệu tấn vật liệu mỗi năm, đủ để làm giảm nhiệt độ bề mặt toàn cầu khoảng 0,26 °C.

CSEi đã thuê John Langford, một kỹ sư hàng không nổi tiếng, để thiết kế nó. Công ty của Langford, Electra.aero, trước đây đã hợp tác với MIT để phát triển máy bay không người lái sử dụng năng lượng mặt trời. Ông hiện đang thành lập một doanh nghiệp mới, Iris Aero, để sản xuất những chiếc máy bay này.

Chiếc máy bay mới này là một biến thể của máy bay quan sát, với không gian và lực đẩy cần thiết để mang vật liệu lên tầng bình lưu. Nó có sải cánh rộng hơn và thay thế các tấm pin mặt trời bằng một cặp động cơ Rolls-Royce AE 3007. Máy bay cũng sẽ bao gồm một thùng chứa có thể tháo rời hoạt động giống như rơ-mooc của xe tải, giúp tải vật liệu giữa các chuyến bay và ngăn chặn bất kỳ thiệt hại nào do vật liệu ăn mòn gây ra.

Tranh cãi về đạo đức và chính trị

Cuộc tranh luận xung quanh địa kỹ thuật mặt trời đang nhanh chóng vượt ra khỏi phạm vi học thuật. Một số startup bắt đầu thử nghiệm các công nghệ có thể một ngày nào đó được sử dụng để làm mát hành tinh.

Tuy nhiên, đối với các nhà phê bình, địa kỹ thuật mặt trời là đỉnh cao của "chủ nghĩa giải pháp công nghệ", cố gắng băng bó một cuộc khủng hoảng toàn cầu bằng công nghệ cao thay vì giải quyết nguyên nhân gốc rễ. Họ lập luận rằng không có cách nào triển khai hoặc quản lý nó một cách công bằng trên toàn cầu, vì việc sử dụng nó sẽ mang lại lợi ích hơn cho một số khu vực so với các khu vực khác.

Jennie Stephens, giáo sư về công lý khí hậu tại Đại học Maynooth ở Ireland, nói: "Tôi nghĩ nó rất nguy hiểm vì những gì chúng ta biết về khoa học và công nghệ. Đầu tư càng nhiều, tiến bộ càng xa, khả năng nó được triển khai càng cao."

David Keith, người đứng đầu CSEi, đã trở thành một nhân vật gây chia rẽ. Ông lập luận rằng các nhà nghiên cứu nên nghiêm túc nghiên cứu địa kỹ thuật vì nó có thể làm giảm đáng kể những nguy cơ của biến đổi khí hậu. Ông tin rằng mục tiêu tổng thể của sáng kiến Chicago là mở rộng lĩnh vực này bằng cách tập hợp đủ các giáo sư độc lập để xây dựng một cộng đồng xung quanh kỹ thuật khí hậu.

"Nếu bạn thực sự muốn giữ lại quyền truy cập và kiến thức về một công nghệ có thể cứu số lượng lớn người—những người thật, những người chúng ta đã gặp trong vài ngày qua—bạn phải rất tự tin rằng công nghệ đó sẽ bị lạm dụng", Keith nói.

Khoa học về các hạt

Mingyi Wang, trợ lý giáo sư tại Đại học Chicago, đang dẫn dắt nghiên cứu trong một phòng thí nghiệm lạnh lẽo mô phỏng tầng bình lưu. Ông và nhóm của mình đang khám phá xem vật liệu nào có thể hiệu quả nhất để giảm nhiệt độ.

Hầu hết các mô hình tập trung vào việc thêm axit sulfuric vào tầng bình lưu. Nhưng việc vận chuyển axit sulfuric lên đó rất tốn kém và phức tạp vì nó nặng và dính. Wang và nhóm của mình đang thực hiện các thí nghiệm để xác định chất nào, bao gồm cả các tiền chất của axit, có thể tạo ra aerosol kích thước lý tưởng nhất để phản chiếu ánh nắng mặt trời.

Wang nói rằng việc thực hiện nghiên cứu chi tiết này là rất quan trọng vì cho đến nay, các mô hình khí hậu chỉ đơn giản giả định rằng bạn sẽ kết thúc với các aerosol đúng kích thước.

"Từ góc độ khoa học, chúng ta có thể hiểu nó khá tốt, nhưng từ góc độ kỹ thuật—chúng ta có thực sự biết cách làm đúng không? Đó là một câu hỏi lớn", Wang nói.

Tiếp theo là gì?

Keith khẳng định ông không có hứng thú lặp lại trải nghiệm của dự án SCoPEx (dự án thí nghiệm địa kỹ thuật đã bị hủy bỏ vào đầu năm 2024 sau sự phản đối kịch liệt). Ông không thấy bất kỳ công việc kỹ thuật thực tế nào khác tại sáng kiến dẫn đến các thí nghiệm thực địa ở giai đoạn này.

Phần lớn công việc tập trung vào bước tiếp theo: khám phá những gì cần thiết để bắt đầu một chiến dịch địa kỹ thuật, nếu một quốc gia quyết định làm như vậy. Franke lưu ý rằng chúng ta đã có khinh khí cầu và máy bay khác có thể đến giới hạn dưới của tầng bình lưu để giải phóng một lượng thử nghiệm.

"Chúng tôi đang nghĩ về nó ngay bây giờ như: Chúng tôi đang cố gắng phát triển các công cụ trong trường hợp ai đó muốn bắt đầu thực hiện SAI", Franke nói.

Mặc dù hầu hết các nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago đều nhấn mạnh rằng họ không ủng hộ việc sử dụng địa kỹ thuật, nhưng chính Keith đã thay đổi tư duy của mình sau nhiều thập kỷ nghiên cứu chủ đề này.

"Là một nhà khoa học, tôi nghĩ bằng chứng cho thấy việc triển khai sớm—cẩn thận, cân bằng bán cầu, chậm chạp, được giám sát—sẽ mang lại lợi ích cao hơn rủi ro", ông nói. "Tôi nghĩ bằng chứng đó rất mạnh mẽ."