Chiến lược phát triển hydrogen tự nhiên của NEDO: Tầm nhìn, công nghệ và lộ trình hiện thực hóa

Ngày 31 tháng 7, 2026

By Annie Nguyễn

Tổng quan

Ngày 28 tháng 10 năm 2025, Trung tâm Chiến lược Đổi mới (Innovation Strategy Center) thuộc Tổ chức Phát triển Năng lượng và Công nghệ Công nghiệp Mới Nhật Bản (NEDO) đã công bố báo cáo chiến lược quan trọng về phát triển hydrogen tự nhiên. Báo cáo do nhóm chuyên gia Sakae Niki, Hirokazu Kato và Shigeki Hara thuộc Đơn vị Năng lượng Bền vững (Sustainable Energy Unit) của Trung tâm Chiến lược Đổi mới thực hiện, đưa ra tầm nhìn toàn diện và lộ trình cụ thể nhằm khai thác nguồn tài nguyên năng lượng mới này, với mục tiêu vận hành thương mại vào năm 2040.

Phần 1: Bối cảnh chiến lược

Thách thức năng lượng của Nhật Bản

Nhật Bản đang đối mặt với bài toán khó trong việc đảm bảo nguồn cung năng lượng trung hòa carbon (CN) đủ lớn để đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế. Với diện tích đất bằng phẳng hạn chế so với quy mô kinh tế, việc mở rộng năng lượng tái tạo truyền thống như điện mặt trời và điện gió gặp nhiều rào cản về không gian.

NEDO xác định ba hướng tiếp cận chính để giải quyết thách thức này:

• Tiếp tục mở rộng điện mặt trời (PV) và điện gió ngoài khơi

• Đảm bảo nguồn cung năng lượng CN ổn định từ nước ngoài

• Tận dụng nguồn tài nguyên dưới lòng đất chưa được khai thác – trong đó hydrogen tự nhiên nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn

Vai trò và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Chiến lược Đổi mới

Trung tâm Chiến lược Đổi mới (TSC) được thành lập vào tháng 7 năm 2024, thay thế cho Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược Công nghệ trước đây . Trung tâm hoạt động với sứ mệnh cung cấp thông tin chiến lược và tư vấn cho toàn bộ vòng đời dự án của NEDO, từ giai đoạn hình thành ý tưởng, lập kế hoạch, triển khai đến xã hội hóa kết quả nghiên cứu . Đây là một sự thay đổi quan trọng: TSC không chỉ đơn thuần là đơn vị lập kế hoạch dự án mà còn đóng vai trò như một "think tank" cung cấp thông tin tình báo chiến lược (intelligence function), đề xuất các lĩnh vực trọng tâm và xây dựng chiến lược đổi mới .

Cơ cấu tổ chức của TSC: Trung tâm bao gồm 9 đơn vị chuyên môn, được chia thành hai nhóm chính :

Các Đơn vị Công nghệ (6 đơn vị):

• Đơn vị Đổi mới Số (Digital Innovation Unit)

• Đơn vị Công nghệ Nano và Vật liệu (Nanotechnology & Materials Unit)

• Đơn vị Năng lượng Bền vững (Sustainable Energy Unit) – đơn vị chịu trách nhiệm trực tiếp về nghiên cứu hydrogen tự nhiên

• Đơn vị Môi trường và Hóa học (Environment & Chemistry Unit)

• Đơn vị Kinh tế Sinh học (Bioeconomy Unit)

• Đơn vị Công nghệ Nông nghiệp và Thực phẩm (Agri-Food Tech Unit)

Các Đơn vị Liên ngành (3 đơn vị):

• Đơn vị Chiến lược Quốc tế (International Strategy Unit)

• Đơn vị Phân tích Vĩ mô (Macro Analysis Unit)

• Đơn vị Tiêu chuẩn hóa và Sở hữu Trí tuệ (Standardization & IP Unit)

Thông qua sự phối hợp giữa các đơn vị công nghệ và đơn vị liên ngành, NEDO triển khai các hoạt động nghiên cứu và phân tích đa tầng, đảm bảo tính toàn diện và độ sâu trong đánh giá chiến lược . Đơn vị Năng lượng Bền vững đóng vai trò then chốt trong việc phân tích xu hướng và đề xuất chiến lược phát triển hydrogen tự nhiên.

Tính đến ngày 1 tháng 8 năm 2025, TSC có 82 nhân sự (chưa bao gồm nghiên cứu viên thỉnh giảng và cố vấn). Trung tâm do Giáo sư Danh dự Kishimoto Kikuo, nguyên Phó Hiệu trưởng Đại học Tokyo Tech, làm Giám đốc .

Lý do tập trung vào hydrogen tự nhiên

Hydrogen tự nhiên mang lại bốn lợi thế chiến lược quan trọng:

1. Chi phí thấp: Hydrogen tự nhiên có chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể so với hydrogen xanh nhập khẩu và hydrogen xanh lam. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ngành công nghiệp khó giảm phát thải CO₂ và các lĩnh vực chuyển đổi năng lượng, vốn cần nhiên liệu sạch với giá thành cạnh tranh.

2. Hiệu quả giảm phát thải khí nhà kính (GHG): Lượng phát thải GHG của hydrogen tự nhiên thấp hơn so với các loại hydrogen sạch khác, góp phần hiệu quả vào mục tiêu trung hòa carbon.

3. Tiềm năng khổng lồ: Lượng hydrogen dự trữ trong lòng đất ước tính lên tới hàng tỷ đến hàng nghìn tỷ tấn. Theo đánh giá của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến - Năng lượng Hoa Kỳ (ARPA-E), giá trị trung bình dự báo lên tới vài nghìn tỷ tấn. Ngay cả khi chỉ thu hồi được vài phần trăm, nguồn tài nguyên này cũng có thể đáp ứng nhu cầu hydrogen toàn cầu trong hàng trăm năm.

4. An ninh năng lượng: Là nguồn năng lượng sạch, giá rẻ, sản xuất trong nước, hydrogen tự nhiên giúp Nhật Bản giảm phụ thuộc vào nhập khẩu năng lượng, củng cố an ninh năng lượng và chiến lược carbon trung hòa.

Phần 2: Cơ chế hình thành hydrogen tự nhiên

Ba quá trình hình thành chính

Hydrogen tự nhiên được tạo ra trong lòng đất qua ba cơ chế chính:

1. Phân giải phóng xạ (Radiolysis):
Nước bị phân hủy bởi bức xạ từ các nguyên tố phóng xạ có trong đá. Quá trình này diễn ra chậm theo thời gian địa chất, do đó đá càng cổ thì tiềm năng tạo hydrogen càng cao. Đây là quá trình được ghi nhận trong các nghiên cứu địa hóa về hydrogen tự nhiên.

2. Serpentin hóa (Serpentinization):
Đây là cơ chế chính tạo ra hydrogen tự nhiên. Ở nhiệt độ cao, nước phản ứng với đá giàu sắt (đặc biệt là olivine - thành phần chính của đá peridotite) tạo thành serpentinite và giải phóng hydrogen. Phản ứng này tương đối nhanh và có khả năng tái tạo nếu nước tiếp tục được cung cấp.

3. Nguồn gốc từ sâu (Deep-seated):
Hydrogen từ lõi hoặc lớp phủ Trái Đất có thể di chuyển lên bề mặt dọc theo các đứt gãy và khe nứt kiến tạo. Tuy nhiên, lý thuyết về sự tồn tại của một lượng lớn hydrogen trong lòng đất sâu vẫn còn là vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu và xác minh.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phản ứng

Sự tiến triển của phản ứng serpentin hóa bị ảnh hưởng lớn bởi nhiều yếu tố:

• Tính chất của đá: Thành phần khoáng vật, độ rỗng, độ thấm

• Nhiệt độ: Nhiệt độ cao thúc đẩy phản ứng nhưng cũng có thể tạo ra các sản phẩm phụ khác

• Độ pH: Độ kiềm của nước ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và các sản phẩm hình thành

• Áp suất: Áp suất địa tĩnh ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng

Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa các điều kiện này và lượng hydrogen tạo ra là cốt lõi để phát triển công nghệ tăng cường sản xuất.

Phần 3: Hai loại hình hydrogen tự nhiên

1. Hydrogen lưu trữ (Stored Hydrogen - Cấp độ 1)

Đây là hydrogen đã được tích tụ tự nhiên trong các bẫy địa chất, tương tự như dầu khí. Quá trình khai thác bao gồm phát hiện các mỏ hydrogen, khoan giếng và thu hồi khí.

Ưu điểm: Chi phí khai thác thấp vì chỉ cần thu hồi hydrogen đã có sẵn.

Nhược điểm: Sự tồn tại của các mỏ hydrogen lưu trữ rất hiếm, và khả năng tiếp cận cũng như sản lượng có thể không đủ để đáp ứng nhu cầu quy mô lớn.

Trên thế giới, các dự án hướng tới thương mại hóa hydrogen lưu trữ đang được tiến hành chủ yếu tại Bắc Mỹ, dự kiến bắt đầu sản xuất vào khoảng năm 2027-2030.

2. Hydrogen tăng cường (Enhanced Hydrogen - Cấp độ 2 và 3)

Đây là hydrogen được tạo ra bằng cách chủ động thúc đẩy phản ứng serpentin hóa. Quá trình này bao gồm bơm nước (có thể kiểm soát thành phần hóa học) vào các tầng đá giàu sắt, kích thích phản ứng tạo hydrogen và thu hồi khí sản phẩm.

Ưu điểm: Ít bị giới hạn về mặt địa lý hơn so với hydrogen lưu trữ, có tiềm năng cung cấp lớn hơn và liên tục.

Nhược điểm: Tốn nhiều công sức và chi phí hơn, đòi hỏi phát triển đồng bộ nhiều công nghệ.

Đặc biệt quan trọng đối với Nhật Bản: Do cấu trúc địa chất phức tạp, các ràng buộc về địa lý có thể ảnh hưởng đáng kể đến tiềm năng cung cấp hydrogen. Hydrogen tăng cường, với tính linh hoạt về vị trí địa lý và khả năng thu hồi hydrogen liên tục, có khả năng tương thích cao với điều kiện của Nhật Bản. Hydrogen lưu trữ, dù có chi phí thấp hơn, chỉ nên được xem xét phát triển nếu có các khu vực sản xuất với sản lượng đủ lớn.

Phần 4: Tình hình nghiên cứu và phát triển quốc tế

Hoạt động tại Hoa Kỳ

USGS và ARPA-E: Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) và ARPA-E đang dẫn đầu các nghiên cứu và phát triển về hydrogen tự nhiên. Dr. Geoffrey Ellis (USGS) và Dr. Douglas Wicks (ARPA-E) đã trình bày về các hoạt động này tại Hội thảo Hydrogen Tự nhiên do NEDO tổ chức tại Tokyo vào tháng 2 năm 2025.

Chương trình ARPA-E: ARPA-E đang đầu tư khoảng 20 triệu USD vào các dự án thăm dò hydrogen trong lòng đất. Các dự án này tập trung vào bốn nhóm công nghệ chính:

Công nghệ	Tổ chức thực hiện	Phương pháp
Nứt vỡ (Fracturing)	Lawrence Berkeley National Lab	Nứt vỡ thủy lực theo chu kỳ
	Eden Geopower	Nứt vỡ bằng điện
	Penn State University	Nứt vỡ bằng khí CO₂
	Colorado School of Mines	Nứt vỡ thủy lực
Kích thích (Stimulation)	Lawrence Livermore National Lab	Kích thích bằng hóa chất
	University of Texas at Austin	Hiệu ứng xúc tác
	Koloma	Hiệu ứng vi sinh vật
Thu hồi (Recovery)	University of Texas at Austin	Thu hồi hydrogen hiệu quả cao bằng bọt (công nghệ nano)

ARPA-E tập trung mạnh vào ý tưởng "công nghệ tạo hydrogen sử dụng môi trường địa chất tự nhiên" hơn là "công nghệ khai thác hydrogen được lưu trữ tự nhiên". Các chủ đề về vận hành và an toàn tuy không chiếm số lượng lớn nhưng được coi là vấn đề quan trọng và đã bắt đầu được triển khai.

Hoạt động tại các khu vực khác

Châu Âu: Các dự án thăm dò hydrogen tự nhiên đang được triển khai tại Pháp, Đức và các nước Bắc Âu.

Úc: Gold Hydrogen, công ty khởi nghiệp được ENEOS Xplora đầu tư 14,5 triệu AUD, đã xác nhận sự hiện diện của hydrogen và helium tinh khiết cao tại dự án Ramsay trên bán đảo Yorke, Nam Úc.

Phần 5: Chiến lược của NEDO

Triết lý chiến lược

NEDO xác định rằng việc tạo ra thị trường cho hydrogen tăng cường là hướng đi phù hợp nhất với điều kiện của Nhật Bản. Chìa khóa để thiết lập chuỗi giá trị là phát triển công nghệ thượng nguồn – vốn có mức độ trưởng thành thấp nhất trong toàn bộ chuỗi.

Lộ trình công nghệ

NEDO đã xây dựng một lộ trình đổi mới toàn diện với các mốc thời gian cụ thể:

Giai đoạn	Mốc thời gian	Mục tiêu
Phát triển công nghệ nền tảng	Đến 2030	Phát triển các công nghệ về thăm dò, khoan, nứt vỡ, kích thích, thu hồi và bảo trì
Trình diễn tích hợp toàn diện	2030 - 2035	Thực hiện các cuộc trình diễn kết nối từ thượng nguồn đến hạ nguồn
Vận hành thương mại	2040	Bắt đầu vận hành thương mại các nhà máy hydrogen tăng cường

Các dự án "Frontier Development" của NEDO

Tháng 10 năm 2025, NEDO đã công bố 5 dự án nghiên cứu được tài trợ trong khuôn khổ chương trình "Nghiên cứu và phát triển về tận dụng tài nguyên dưới lòng đất chưa được khai thác / thu hồi và kích thích sản xuất hydrogen tự nhiên" :

Tổ chức thực hiện	Đề tài nghiên cứu
Đại học Tohoku	Nghiên cứu và phát triển về thu hồi và kích thích sản xuất hydrogen tự nhiên từ đá siêu mafic
ENEOS Xplora	Đánh giá tiềm năng hydrogen tự nhiên tại Nhật Bản và nghiên cứu phát triển công nghệ kích thích nhân tạo
Đại học Hokkaido	Nghiên cứu làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành và thu hồi hydrogen tự nhiên
Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Quốc gia (AIST) (Hợp tác nghiên cứu: JAPEX)	Tìm kiếm đá có khả năng tạo hydrogen và đánh giá dựa trên các biện pháp kích thích
Đại học Kyushu (Tái giao: Tập đoàn Điện lực Kyushu)	Nghiên cứu phát triển tài nguyên hydrogen tự nhiên tại khu vực Kyushu

NEDO đánh giá các đề tài được lựa chọn lần này đều có tính đổi mới cao, tận dụng kiến thức và kinh nghiệm của từng tổ chức. Đáng chú ý, không chỉ có các đề xuất từ giới học thuật mà còn có sự tham gia của ba doanh nghiệp lớn: ENEOS Xplora, JAPEX và Kyushu Electric Power. Nhiều công ty khác cũng đã bày tỏ sự quan tâm.

Các thách thức cần giải quyết để thương mại hóa

Báo cáo của NEDO xác định chín nhóm thách thức chính cần giải quyết:

1. Tiềm năng: Xác định vị trí và tiềm năng của các khu vực phù hợp để kích thích hydrogen tại Nhật Bản.

2. Thăm dò và Mô hình hóa: Phát triển công nghệ thăm dò, giám sát và mô hình hóa cho các tầng chứa hydrogen dưới lòng đất.

3. Diện tích bề mặt phản ứng: Xác định diện tích bề mặt cần thiết cho sản xuất hydrogen bền vững và phát triển công nghệ nứt vỡ để tăng diện tích tiếp xúc giữa nước và đá.

4. Tạo hydrogen: Xác định khoáng vật phù hợp để tạo hydrogen và các điều kiện (nhiệt độ, áp suất, pH, thành phần nước) tối ưu.

5. Vi sinh vật: Nghiên cứu tác động của vi sinh vật đến quá trình tạo và tiêu thụ hydrogen trong môi trường địa chất.

6. Thu hồi hydrogen: Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ dầu khí và địa nhiệt hiện có, hoặc phát triển phương pháp mới phù hợp với hydrogen.

7. Vận hành và bảo trì, Quản lý rủi ro: Phát triển phương pháp vận hành dài hạn và quản lý rủi ro cho các nhà máy hydrogen tăng cường.

8. Phân tích kỹ thuật-kinh tế: Đánh giá chi phí và cường độ carbon của hydrogen tự nhiên trong bối cảnh Nhật Bản.

9. Công nghệ liên quan: Khám phá hiệu ứng tổng hợp với các công nghệ khác như khoáng hóa CO₂ (cố định carbon), thu hồi kim loại hiếm, và sản xuất ammonia tự nhiên.

Các yếu tố phi kỹ thuật cần song song giải quyết

Ngoài phát triển công nghệ, NEDO nhấn mạnh cần đồng thời giải quyết bốn yếu tố để khởi động thị trường hydrogen tăng cường:

1. Xác định tiềm năng sản xuất: Xây dựng bản đồ tiềm năng hydrogen tự nhiên trên toàn quốc và thiết lập các cơ sở thí nghiệm chung để giảm rào cản tham gia R&D.

2. Trình diễn hệ sinh thái với sự tham gia của toàn chuỗi giá trị: Hỗ trợ các hợp đồng đồng đầu tư và mua bán dài hạn giữa các bên tiêu thụ (thép, hóa chất, vận tải, phát điện) và các bên thượng nguồn/trung nguồn.

3. Hoàn thiện các quy định: Định nghĩa "hydrogen tự nhiên" như một loại tài nguyên mới trong khuôn khổ pháp lý hiện hành (như Luật Mỏ, Luật Địa nhiệt).

4. Nâng cao sự chấp nhận của xã hội: Nâng cao nhận thức về hydrogen tự nhiên và thúc đẩy hiểu biết về sự an toàn cũng như ý nghĩa của các dự án khoan dưới lòng đất.

Phần 6: Vai trò của ENEOS Xplora

Nền tảng từ dầu khí và CCS

ENEOS Xplora, công ty con của Tập đoàn ENEOS, sở hữu ba nền tảng chiến lược cho phép công ty tham gia vào lĩnh vực hydrogen tự nhiên:

1. Kinh nghiệm dầu khí sâu rộng: Công ty có bề dày kinh nghiệm trong thăm dò và khai thác dầu khí, đặc biệt là các dự án LNG tại Malaysia, Indonesia, Papua New Guinea và Việt Nam. Kỹ năng khoan, hoàn thiện giếng, và quản lý vỉa chứa có thể được áp dụng trực tiếp cho thăm dò và khai thác hydrogen tự nhiên.

2. Năng lực về CCS: ENEOS Xplora đã giới thiệu các dự án CCS tại các diễn đàn năng lượng và hợp tác với JOGMEC cũng như các công ty Việt Nam để phát triển các dự án CCS. Kinh nghiệm về quản lý khí và lưu trữ dưới lòng đất là nền tảng quan trọng cho việc phát triển các công nghệ liên quan đến hydrogen tự nhiên.

3. Tham gia chuỗi cung ứng hydrogen: Tập đoàn ENEOS đang phát triển chuỗi cung ứng hydrogen sử dụng công nghệ MCH (Methylcyclohexane) – một chất mang hydrogen hữu cơ lỏng (LOHC) – trong khuôn khổ Quỹ Đổi mới Xanh (Green Innovation Fund) của NEDO. Công ty cũng đang phát triển công nghệ Direct MCH®, giúp giảm chi phí vốn và đơn giản hóa quy trình vận hành. Điều này tạo ra mối liên kết giữa hoạt động dầu khí truyền thống và các hoạt động năng lượng mới của tập đoàn.

Nhiệm vụ trong chương trình Frontier Development

Trong khuôn khổ chương trình của NEDO, ENEOS Xplora đảm nhận hai nhiệm vụ chính:

1. Đánh giá tiềm năng hydrogen tự nhiên trên toàn Nhật Bản:
Xác định các khu vực có tiềm năng địa chất phù hợp cho việc kích thích sản xuất hydrogen. Công việc bao gồm thu thập dữ liệu địa chất, đánh giá cấu trúc vỉa chứa, và xác định các đặc tính đá phù hợp cho phản ứng serpentin hóa.

2. Phát triển công nghệ kích thích sản xuất nhân tạo:
Nghiên cứu các phương pháp tối ưu để kích thích phản ứng serpentin hóa, bao gồm:

• Xác định vị trí và áp suất bơm nước tối ưu

• Thành phần hóa học của nước bơm (ví dụ: nước kiềm)

• Quản lý rủi ro về giòn hóa hydrogen đối với thiết bị khoan

Sự tham gia của ENEOS Xplora trong dự án NEDO phản ánh chiến lược của công ty trong việc đa dạng hóa danh mục năng lượng, từ dầu khí sang các nguồn năng lượng mới, bao gồm cả hydrogen tự nhiên.

Phần 7: Các công nghệ liên quan và triển vọng

Ammonia tự nhiên

Một hướng phát triển công nghệ liên quan đang được MIT (Giáo sư Iwnetim Abate) nghiên cứu: sản xuất ammonia tự nhiên bằng cách bơm nước chứa nitrat vào các tầng đá giàu sắt. Kết quả thí nghiệm cho thấy với chất xúc tác Cu²⁺, có thể thu được 1,8 kg NH₃ trên mỗi tấn olivine ở 300°C trong 21 giờ. Công nghệ này có thể sử dụng nước thải nông nghiệp làm nguồn cung cấp nitrat, tạo ra sự kết hợp giữa xử lý môi trường và sản xuất năng lượng sạch.

Khoáng hóa CO₂

Một hiệu ứng tổng hợp tiềm năng khác là kết hợp kích thích hydrogen với khoáng hóa CO₂. Việc bơm CO₂ cùng với nước vào đá giàu sắt có thể vừa thúc đẩy phản ứng tạo hydrogen, vừa cố định CO₂ vĩnh viễn dưới dạng khoáng carbonate, tạo ra giá trị kép về năng lượng và giảm phát thải.

Kết luận

Chiến lược phát triển hydrogen tự nhiên của NEDO đánh dấu một bước chuyển quan trọng trong tư duy về năng lượng tại Nhật Bản. Thay vì chỉ tập trung vào nhập khẩu hydrogen hoặc sản xuất hydrogen từ năng lượng tái tạo, NEDO đang đặt nền móng cho một ngành công nghiệp hoàn toàn mới dựa trên việc khai thác các nguồn tài nguyên địa chất trong nước. Trung tâm Chiến lược Đổi mới với cơ cấu 9 đơn vị chuyên môn và đội ngũ 82 nhân sự đóng vai trò then chốt trong việc định hình chiến lược này .

Với sự tham gia của các đối tác công nghiệp hàng đầu như ENEOS Xplora, JAPEX và Kyushu Electric Power, cùng với sự hợp tác của các viện nghiên cứu hàng đầu, chương trình Frontier Development của NEDO có tiềm năng tạo ra một nguồn năng lượng sạch, giá rẻ, và an ninh cho Nhật Bản.

Tuy nhiên, con đường từ nghiên cứu đến thương mại hóa còn nhiều thách thức. Các vấn đề về công nghệ (thăm dò, kích thích, thu hồi), về kinh tế (chi phí, giá thành), về thể chế (quy định, tiêu chuẩn), và về xã hội (sự chấp nhận của cộng đồng) đều cần được giải quyết đồng bộ. NEDO đã xác định rõ lộ trình và các ưu tiên, nhưng thành công cuối cùng sẽ phụ thuộc vào hiệu quả triển khai và sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan trong 15 năm tới.