Có phải lượng lớn nhiên liệu hydro ẩn dưới bề mặt Trái đất không?
Ngày 20 tháng 12 năm 2024
Có phải lượng lớn nhiên liệu hydro ẩn dưới bề mặt Trái đất không?
Theo một nghiên cứu mới, hàng nghìn tỷ tấn khí hydro có khả năng bị mắc kẹt trong lòng đất của Trái đất. Con số này có khả năng vượt quá đủ để đáp ứng lượng hydro dự kiến cần thiết để đạt được mức phát thải carbon ròng bằng 0 trong khoảng 200 năm.
Geoff Ellis, một nhà địa hóa dầu mỏ tại Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), đồng tác giả của bài báo ngày 13 tháng 12 trên Science Advances, cảnh báo rằng nhiều mỏ hydro có thể quá nhỏ hoặc nằm quá sâu hoặc quá xa bờ biển để có thể khai thác một cách kinh tế. Tuy nhiên,
Ông cho biết,
đó là một con số đủ lớn để nếu chúng ta có thể tìm thấy một phần nhỏ lượng hydro đó, thì nó vẫn có thể là một nguồn tài nguyên đáng kể.
Ellis và đồng nghiệp của ông tại USGS là Sarah Gelman đã phát triển một mô hình để dự đoán các nguồn hydro tại chỗ trên toàn cầu. Nó có sự không chắc chắn đáng kể, với số lượng ước tính dao động từ hàng nghìn đến hàng tỷ megaton, nhưng giá trị có khả năng xảy ra nhất là khoảng 5,6 triệu Mt. Nhu cầu toàn cầu về hydro phân tử, hay H2, đã đạt 97 Mt vào năm 2023 và dự kiến sẽ tăng lên khoảng 530 Mt vào năm 2050.
Frieder Klein, một nhà địa hóa học tại Viện Hải dương học Woods Hole ở Massachusetts, cho biết bài báo mới nhất
Có lẽ là phân tích thống kê chi tiết nhất về các nguồn tài nguyên hydro địa chất mà tôi từng thấy.
Ông cho biết nghiên cứu này và các nghiên cứu khác chứng minh
Rằng có nhu cầu cấp thiết về nghiên cứu cơ bản để hạn chế tốt hơn các điều kiện và tốc độ hình thành H2, cũng như tiềm năng bẫy và khai thác H2 địa chất.
Ngày nay, H2 chủ yếu được sử dụng trong các quy trình công nghiệp, chẳng hạn như lọc dầu và sản xuất phân bón và các hóa chất khác. Nhưng hydro là nguồn năng lượng chính trong các kế hoạch chuyển đổi khỏi các nguồn dựa trên carbon. Nó có nhiều ứng dụng năng lượng sạch tiềm năng, chẳng hạn như sử dụng nó để thay thế cho khí đốt tự nhiên giàu carbon, đốt nó để tạo ra điện và sử dụng nó trong pin nhiên liệu, chạy bằng hydro và tạo ra nước như một sản phẩm phụ. Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính rằng hydro và nhiên liệu gốc hydro có thể chiếm tới 30% mức tiêu thụ năng lượng trong giao thông vận tải vào năm 2050.
Hầu hết H2 được sản xuất thương mại là sản phẩm phụ của quá trình xử lý nhiên liệu hóa thạch, thải ra một lượng lớn carbon vào khí quyển. Người ta cũng có thể sản xuất khí này bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo để phân tách các phân tử nước, tạo ra thứ được gọi là hydro xanh; tuy nhiên, phương pháp đó tốn nhiều năng lượng và do đó rất tốn kém (xem Physics Today, tháng 8 năm 2022, trang 22). Năm ngoái, chính phủ Hoa Kỳ đã cam kết 7 tỷ đô la cho các dự án hydro xanh để thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực này.
Hydro tự nhiên, được gọi là hydro trắng hoặc hydro địa chất, tránh được nhiều khó khăn liên quan đến việc sản xuất khí này—chủ yếu là vì nó phun ra từ lòng đất miễn phí. Đá tạo ra hydro theo nhiều cách, chẳng hạn như serpentin hóa, trong đó đá giàu sắt tương tác với nước, và phân hủy phóng xạ, trong đó phân rã phóng xạ phân tách các phân tử nước. Có rất nhiều địa điểm ở những nơi như Thổ Nhĩ Kỳ, Oman và dãy Alps nơi khí hydro rò rỉ từ lòng đất một cách tự nhiên.
Ellis, người đã nghiên cứu địa hóa khí đốt tự nhiên trong 30 năm, cho biết rằng quan niệm thông thường trước đây là không đáng để cố gắng khai thác bất kỳ loại khí hydro nào được lưu trữ trong lòng đất của Trái đất. Người ta cho rằng khí này sẽ phản ứng với các khoáng chất trong đất, bị vi sinh vật tiêu thụ hoặc rò rỉ ra ngoài và thoát vào khí quyển trước khi có thể khai thác với số lượng lớn.
Tuy nhiên, một phát hiện bất ngờ vào năm 1987 về một mỏ hydro ở Mali đã khơi dậy khả năng có các mỏ khí lớn dưới lòng đất và khơi dậy sự tò mò của Ellis về tiềm năng khai thác các nguồn khí hydro dưới lòng đất. Gần đây, nhiều khám phá hơn đã được thực hiện. Năm 2023, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một mỏ lớn ở vùng Lorraine của Pháp, và đầu năm nay, các nhà khoa học đã mô tả một mạch nước phun khổng lồ hydro ở Albania trong một mỏ crom sâu (xem Physics Today trực tuyến, ngày 8 tháng 2 năm 2024). Physics Today trực tuyến, ngày 8 tháng 2 năm 2024).
Trong bài báo của mình, Ellis và Gelman đưa ra ước tính về lượng hydro địa chất hàng năm và mức độ khí được khoáng chất và vi sinh vật hấp thụ, cùng với các biến số khác. Các mô hình của họ đã sử dụng dữ liệu về cách khí tự nhiên bị mắc kẹt dưới lòng đất để tính toán tỷ lệ hydro có thể tích tụ và, với heli làm chất tương tự, để nghiên cứu thời gian các phân tử hydro sẽ bị mắc kẹt.
Ellis cho biết,
Chúng tôi đã có thể tính toán được lượng hydro có thể bị mắc kẹt trong các lớp tích tụ này,
"và sau đó là lượng hydro có thể rò rỉ ra bề mặt mỗi năm".
Ellis nhấn mạnh rằng lượng hydro ngầm lớn được đề xuất trong mô hình không nhất thiết chuyển thành nguồn năng lượng dồi dào. Đánh giá toàn cầu về hydro năm 2023 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế cảnh báo rằng nguồn tài nguyên này có thể “quá cạn kiệt
được khai thác để thu giữ theo cách khả thi về mặt kinh tế.”
Stuart Haszeldine, đồng giám đốc của Viện Biến đổi Khí hậu Edinburgh, cho biết không có mỏ nào hiện được biết đến đạt đến quy mô có thể sản xuất có lãi. Để khai thác một bể chứa hydro, các công ty sẽ phải khoan nhiều lỗ khoan thăm dò, xây dựng đường ống và đáp ứng nhiều tiêu chí an toàn cho loại khí dễ bay hơi này.
Ông cho biết,
Có một khoản chi phí lớn trong quá trình sản xuất,
Tương tự như khí tự nhiên, hydro sẽ phải được vận chuyển. Haszeldine cho biết, “Bạn có thể làm điều đó bằng xe bồn hoặc đường sắt, nhưng hydro nhẹ hơn nhiều so với khí mê-tan hoặc dầu”. “Bạn sẽ cần phải nén và làm mát nó, điều này thực sự khá tốn kém về mặt chi phí năng lượng.”
Theo Ellis, bước tiếp theo là xác định các vị trí cụ thể mà hydro có khả năng tích tụ dưới lòng đất.
Ông cho biết,
Đó là sự không chắc chắn lớn,
“Liệu nó có nằm ở những nơi chúng ta có thể lấy ra một cách hiệu quả không và chúng ta làm điều đó như thế nào?”
