Các dãy núi có thể là kho báu ẩn chứa hydro tự nhiên, phát hiện từ mô hình kiến tạo mảng
của GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung
Toàn cảnh dãy núi Alps của Thụy Sĩ - Canton of Grisons ở miền Đông Thụy Sĩ, một khu vực thăm dò H2 tự nhiên tiềm năng. Nguồn: Frank Zwaan, GFZ
Việc phát triển thành công các nguồn tài nguyên địa chất bền vững cho quá trình chuyển đổi năng lượng là một thách thức quan trọng đối với loài người trong thế kỷ 21. Khí hydro (H2) có tiềm năng lớn để thay thế nhiên liệu hóa thạch hiện tại đồng thời loại bỏ khí thải CO2 và các chất ô nhiễm khác đi kèm.
Tuy nhiên, một trở ngại lớn là H2 phải được sản xuất trước. Quá trình sản xuất hydro tổng hợp hiện tại tốt nhất là dựa trên năng lượng tái tạo nhưng cũng có thể gây ô nhiễm nếu sử dụng năng lượng hóa thạch.
Giải pháp có thể tìm thấy trong tự nhiên, vì nhiều quá trình địa chất khác nhau có thể tạo ra hydro. Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn chưa rõ chúng ta nên tìm kiếm nơi nào có khả năng tích tụ H2 tự nhiên trên quy mô lớn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu do Tiến sĩ Frank Zwaan, một nhà khoa học trong bộ phận Mô hình hóa địa động lực học tại Trung tâm Khoa học Trái đất Helmholtz của GFZ, dẫn đầu, đã đưa ra câu trả lời cho câu hỏi này: bằng cách sử dụng mô hình kiến tạo mảng, họ phát hiện ra rằng các dãy núi mà ban đầu có đá manti sâu gần bề mặt đại diện cho các điểm nóng hydro tự nhiên tiềm năng.
Những dãy núi như vậy không chỉ có thể là môi trường địa chất lý tưởng để tạo ra H2 tự nhiên trên quy mô lớn mà còn để hình thành các khối tích tụ H2 trên quy mô lớn có thể được khoan để sản xuất H2.
Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trên Science Advances. Ngoài ra, một phần của nhóm nghiên cứu còn có Giáo sư Sascha Brune và Tiến sĩ Anne Glerum thuộc bộ phận Mô hình hóa địa động lực học của GFZ.
Các thành viên khác trong nhóm có trụ sở tại Đại học Tufts (Tiến sĩ Dylan Vasey) và New Mexico Tech (Tiến sĩ John Naliboff) tại Hoa Kỳ, cũng như tại Đại học Strasbourg (Giáo sư Gianreto Manatschal) và Lavoisier H2 Geoconsult (Tiến sĩ Eric. C. Gaucher) tại Pháp.
Tiềm năng H2 tự nhiên trong môi trường kiến tạo
Hydro tự nhiên có thể được tạo ra theo một số cách, ví dụ như thông qua quá trình chuyển đổi vật liệu hữu cơ của vi khuẩn hoặc phân tách các phân tử nước do sự phân hủy của các nguyên tố phóng xạ trong lớp vỏ lục địa của Trái đất.
Do đó, sự xuất hiện của H2 tự nhiên được báo cáo ở nhiều nơi trên thế giới. Khả năng tồn tại chung của hydro tự nhiên như một nguồn năng lượng đã được chứng minh ở Mali, nơi có khối lượng H2 hạn chế có nguồn gốc từ các lớp trầm tích giàu sắt được sản xuất thông qua các lỗ khoan dưới bề mặt.
Tuy nhiên, cơ chế hứa hẹn nhất để tạo ra hydro tự nhiên quy mô lớn là quá trình địa chất trong đó đá manti phản ứng với nước. Các khoáng chất trong đá manti thay đổi thành phần của chúng và tạo thành các khoáng chất mới của cái gọi là nhóm serpentine, cũng như khí H2.
Quá trình này được gọi là serpentin hóa. Đá manti thường nằm ở độ sâu lớn, bên dưới lớp vỏ Trái đất. Để những loại đá này tiếp xúc với nước và serpentin hóa, chúng phải được kiến tạo trồi lên, tức là được đưa đến gần bề mặt Trái đất.
Phác thảo quá trình kiến tạo núi với lớp manti trồi lên. Nguồn: CC BY-NC-SA 3.0 USGS / ESEU biên tập bởi Frank Zwaan, GFZ
Có hai môi trường kiến tạo mảng chính trong đó đá manti được đẩy lên và serpentin hóa trong suốt hàng triệu năm: 1) các lưu vực đại dương mở ra khi các lục địa tách ra trong quá trình tách giãn, cho phép lớp manti dâng lên khi lớp vỏ lục địa bên trên mỏng đi và cuối cùng tách ra (ví dụ như ở Đại Tây Dương), và 2) lưu vực đóng lại sau đó và hình thành núi khi các lục địa di chuyển trở lại với nhau và va chạm, cho phép đá manti được đẩy lên bề mặt (ví dụ như ở dãy núi Pyrenees và Alps).
