Tại sao cuộc chạy đua năng lượng tiếp theo là hydro dưới lòng đất?

Trong bối cảnh thế giới đang tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch để thay thế nhiên liệu hóa thạch, một lĩnh vực đầy tiềm năng nhưng còn ít được biết đến đang dần thu hút sự quan tâm: khai thác hydro tự nhiên từ lòng đất. Thoạt nghe, việc khoan sâu để tìm kiếm nguồn năng lượng có thể đốt cháy có vẻ giống như một hành động của thế kỷ 19, khi nhân loại bắt đầu khai thác dầu mỏ và khí đốt. 

Tuy nhiên, lần này, mục tiêu không phải là những tài nguyên hóa thạch gây ô nhiễm mà là hydro , một loại khí có tiềm năng trở thành nguồn năng lượng sạch giúp giảm thiểu lượng khí thải nhà kính và thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp xanh.

Hydro từ lâu đã đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt là sản xuất amoniac để phục vụ nông nghiệp. Ngày nay, nó còn được xem là một ứng viên sáng giá để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các ngành công nghiệp nặng như sản xuất thép, vận tải biển và hàng không.

 Hiện tại, phần lớn hydro trên thị trường đến từ các quá trình sản xuất công nghiệp, trong đó phổ biến nhất là phương pháp tách hydro từ khí tự nhiên, một quy trình thải ra một lượng lớn CO₂. Trong nỗ lực tìm kiếm một phương án bền vững hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng trong tự nhiên có thể tồn tại một lượng lớn hydro dưới lòng đất, sẵn sàng để khai thác và sử dụng mà không tạo ra lượng khí thải carbon đáng kể.

Trong nhiều thập kỷ, ngành dầu khí hiếm khi phát hiện ra hydro trong quá trình khoan thăm dò. Quan niệm phổ biến cho rằng hydro khó có thể tích tụ dưới lòng đất vì các phân tử của nó quá nhỏ, dễ dàng rò rỉ qua các khe hở địa chất. Tuy nhiên, những năm gần đây đã xuất hiện ngày càng nhiều báo cáo về các mỏ hydro tự nhiên được phát hiện một cách tình cờ. 

Một số giếng khoan bỏ hoang bất ngờ ghi nhận sự xuất hiện của hydro , thậm chí có những trường hợp hydro thoát ra và bốc cháy thành ngọn lửa vàng. Điều này cho thấy hydro không chỉ có thể tồn tại dưới lòng đất mà còn có thể tích tụ với số lượng đáng kể, đủ để trở thành một nguồn tài nguyên có giá trị.

Các nghiên cứu địa chất cho thấy hydro có xu hướng hình thành và tích tụ trong những loại đá khác với dầu khí. Trong khi dầu và khí tự nhiên thường tập trung trong các lớp đá phiến hữu cơ hoặc các lớp trầm tích mềm, thì hydro có mối liên hệ chặt chẽ với các loại đá giàu sắt như olivin. Đây là một khoáng chất phổ biến trong vỏ Trái Đất, có khả năng phản ứng với nước dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra hydro thông qua một quá trình hóa học gọi là serpentin hóa.

Ngoài ra, một cơ chế khác được gọi là “phân hủy bức xạ” cũng có thể tạo ra hydro , khi bức xạ từ các nguyên tố phóng xạ trong lòng đất phá vỡ các phân tử nước, giải phóng hydro vào không gian xung quanh. Những quá trình này đã diễn ra liên tục trong hàng triệu năm, tạo ra những túi hydro có thể khai thác để sử dụng trong tương lai.

Các ước tính sơ bộ cho thấy tổng trữ lượng hydro tự nhiên có thể lên đến 1.000 tỷ tấn, một con số khổng lồ đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhân loại trong nhiều thế kỷ ngay cả khi mức tiêu thụ hydro tăng cao. Trước triển vọng hấp dẫn này, nhiều công ty khởi nghiệp trên toàn cầu đã bắt đầu tìm kiếm cách khai thác hydro thương mại.

Ở phía nam nước Úc, nơi có điều kiện địa chất lý tưởng để sản xuất hydro , các khoản đầu tư vào lĩnh vực này đang gia tăng nhanh chóng. Một công ty khởi nghiệp có tên Koloma đã huy động được hơn 350 triệu USD để tài trợ cho các hoạt động thăm dò hydro địa chất. Điều này cho thấy sự quan tâm mạnh mẽ của giới đầu tư đối với nguồn tài nguyên đầy tiềm năng này.

Mặc dù vậy, ngành công nghiệp hydro tự nhiên vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những câu hỏi quan trọng nhất là liệu có thể khai thác hydro với số lượng đủ lớn để đảm bảo tính kinh tế hay không. Dù đã có những phát hiện đầy hứa hẹn, nhưng chưa có đủ dữ liệu để khẳng định rằng việc khai thác hydro có thể ổn định và bền vững như dầu mỏ hay khí đốt.

Ngoài ra, việc xác định chính xác vị trí của các mỏ hydro cũng là một bài toán nan giải, bởi công nghệ thăm dò hiện nay vẫn chưa đủ chính xác để phát hiện hydro một cách hiệu quả. Một số công ty đang tận dụng công nghệ của ngành dầu khí để tìm kiếm hydro , nhưng nhiều chuyên gia tin rằng cần phải có những phương pháp tiếp cận mới, sáng tạo hơn để tăng hiệu suất khai thác. Một số ý tưởng tiên tiến đang được nghiên cứu, chẳng hạn như bơm nước xuống lòng đất để kích thích các phản ứng tạo ra hydro , mở rộng nguồn cung cấp thay vì chỉ khai thác những gì đã có sẵn.

Ngoài những thách thức kỹ thuật, một vấn đề quan trọng khác là tác động của việc khai thác hydro đối với môi trường. Mặc dù bản thân hydro không phải là khí nhà kính và không góp phần trực tiếp vào sự nóng lên toàn cầu, nhưng nó có thể gián tiếp làm gia tăng hiệu ứng nhà kính bằng cách kéo dài tuổi thọ của các loại khí khác trong khí quyển. Hydro có thể phản ứng với các hợp chất trong không khí và làm tăng nồng độ metan – một loại khí có khả năng giữ nhiệt mạnh gấp nhiều lần so với CO₂. Nếu không kiểm soát chặt chẽ, điều này có thể làm suy giảm lợi ích môi trường của hydro như một nguồn năng lượng sạch.

Vấn đề vận chuyển và lưu trữ hydro cũng là một rào cản lớn. Đây là một loại khí có mật độ năng lượng thấp và rất dễ rò rỉ, đòi hỏi các cơ sở hạ tầng đặc biệt để lưu trữ an toàn. Nếu các mỏ hydro tự nhiên nằm ở những khu vực xa xôi, chi phí vận chuyển có thể trở nên quá đắt đỏ, ảnh hưởng đến tính khả thi của dự án. Để giải quyết vấn đề này, một số nhà khoa học đang nghiên cứu cách sản xuất hydro ngay tại chỗ sử dụng cho các ngành công nghiệp địa phương thay vì vận chuyển nó đi xa.

Dù vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có lời giải, nhưng không thể phủ nhận rằng khai thác hydro tự nhiên là một lĩnh vực đầy tiềm năng và có thể đóng vai trò quan trọng trong tương lai của ngành năng lượng sạch. Nếu có thể phát triển các công nghệ khai thác an toàn và hiệu quả, hydro tự nhiên có thể trở thành một trong những giải pháp quan trọng giúp nhân loại giảm thiểu khí thải carbon, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng đến một nền kinh tế bền vững hơn.

 Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang trở thành thách thức lớn nhất của thời đại, việc tận dụng nguồn tài nguyên này có thể là một trong những chìa khóa quan trọng để đảm bảo tương lai năng lượng sạch cho thế giới.