“Chúng tôi phát hiện đủ hydro để cung cấp năng lượng cho Trái Đất trong 170.000 năm”: Các nhà khoa học Oxford tìm thấy trữ lượng hydro tự nhiên khổng lồ trong lòng đất nhờ phản ứng đá cổ
Một nghiên cứu khoa học đột phá đã phát hiện các trữ lượng hydro tự nhiên khổng lồ nằm dưới vỏ Trái Đất, mở ra khả năng trở thành nguồn năng lượng sạch mang tính cách mạng có thể cung cấp cho hành tinh hàng nghìn năm.
Theo công bố trên tạp chí Nature Reviews, các mỏ hydro cổ đại này có thể đủ để vận hành Trái Đất trong 170.000 năm, mang lại một hướng đi đầy hứa hẹn nhằm cắt giảm khí thải carbon. Nghiên cứu do nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Oxford, Đại học Durham và Đại học Toronto thực hiện, nhấn mạnh khả năng khai thác nguồn năng lượng này như một giải pháp thay thế sạch hơn so với các phương pháp sản xuất hydro hiện tại vốn phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch.
Cách mạng hóa sản xuất hydro
Hydro từ lâu được coi là một “ngọn hải đăng” trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng xanh nhờ đặc tính khi cháy chỉ thải ra nước. Tuy nhiên, hiện nay phần lớn hydro vẫn được sản xuất bằng phương pháp cải tạo khí tự nhiên (steam methane reforming), vốn phát thải carbon cao. Nghiên cứu này đề xuất một bước ngoặt: khai thác trực tiếp hydro tự nhiên có sẵn trong vỏ Trái Đất.
Các nhà nghiên cứu xác định hai cơ chế chính sinh hydro tự nhiên:
-
Phản ứng nước–đá: Nước phản ứng với các loại đá giàu sắt như peridotite, khiến sắt bị oxy hóa và tách các phân tử nước, giải phóng khí hydro.
-
Phóng xạ phân hủy (radiolysis): Quá trình phân rã phóng xạ của uranium, thorium và kali trong đá vỏ phát ra bức xạ, làm tách các phân tử nước ở gần đó và sinh hydro.
Mặc dù các quá trình này diễn ra trong hàng triệu năm, nhưng việc khai thác hydro tự nhiên mang lại cơ hội tạo ra năng lượng với dấu chân carbon rất thấp.
Bối cảnh địa chất tiềm năng cho tích tụ hydro
Nghiên cứu chỉ ra các môi trường địa chất nơi hydro có thể tích tụ với quy mô thương mại:
-
Các khối ophiolite rìa lục địa (các lát vỏ đại dương bị đẩy lên bờ trong quá trình va chạm kiến tạo).
-
Đới granit kiềm giàu phóng xạ, thuận lợi cho cơ chế radiolysis.
-
Các tỉnh núi lửa khổng lồ (LIPs) chứa nhiều đá magma cổ, phù hợp cho phản ứng nước–đá.
-
Các vành đai greenstone và batholith TTG Archaean – trong số những đá cổ nhất Trái Đất – kết hợp cả hai cơ chế sinh hydro.
Các môi trường này phân bố trên toàn cầu, gợi ý rằng hydro tự nhiên có thể là nguồn tài nguyên phổ quát, không giới hạn ở một số ít quốc gia.
Thách thức trong khai thác hydro tự nhiên
Dù tiềm năng rất lớn, việc khai thác hydro tự nhiên đối mặt nhiều khó khăn. Phần lớn hydro sinh ra qua thời gian địa chất đã thoát ra khí quyển hoặc bị vi sinh vật dưới lòng đất tiêu thụ. Để tích tụ đủ lớn, nhiều yếu tố địa chất phải đồng thời hội tụ. Ngoài ra, hydro thường lẫn với các khí khác, gây khó khăn cho tách lọc.
Một trở ngại khác là hydro tự nhiên không tái tạo theo thang thời gian của con người. Các trữ lượng được hình thành qua hàng triệu năm, và khi khai thác sẽ cạn kiệt dần.
“Việc tìm kiếm hydro tích tụ trong bất kỳ môi trường nào giống như nấu soufflé,” trưởng nhóm nghiên cứu Chris Ballentine ví von. “Chỉ cần sai một nguyên liệu, thời điểm hoặc nhiệt độ, kết quả sẽ không như mong đợi.”
Tác động kinh tế và môi trường
Dù vậy, lợi ích kinh tế và môi trường của hydro tự nhiên rất đáng kể. Với dấu chân carbon chỉ khoảng 0,4 kg CO₂ trên mỗi kg hydro, tác động môi trường tương đương hoặc thậm chí tốt hơn hydro xanh sản xuất từ điện tái tạo. Điều này giúp hydro tự nhiên trở thành lựa chọn cạnh tranh so với hydro từ nhiên liệu hóa thạch.
Ước tính chi phí sản xuất hydro tự nhiên chỉ 0,5–1,0 USD/kg, khiến nó có tính khả thi kinh tế cao. Nguồn cung rẻ này đặc biệt quan trọng cho những ngành công nghiệp và lĩnh vực vận tải khó khử carbon bằng điện trực tiếp.
Nếu công nghệ thăm dò và khai thác được cải thiện, và các mỏ quy mô lớn được xác nhận, hydro tự nhiên có thể trở thành trụ cột trong hệ thống năng lượng sạch tương lai, đóng góp lớn vào quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.
Phát hiện các trữ lượng hydro khổng lồ dưới chân ta mở ra một viễn cảnh hấp dẫn cho tương lai năng lượng bền vững. Câu hỏi đặt ra: Liệu nhân loại có phát triển được công nghệ và hạ tầng cần thiết để khai thác hiệu quả nguồn “hydro ẩn” của Trái Đất hay không?
