Cuộc săn lùng 'chén thánh' năng lượng sạch chôn vùi dưới lòng đất
Trong khi các mảng năng lượng mặt trời và tua-bin gió hiện đã trở nên phổ biến, vẫn còn những ngách nhỏ hơn, rủi ro hơn trong lĩnh vực năng lượng sạch. Một trong số đó, nếu thành công, có thể không kém phần chuyển đổi trên quy mô toàn cầu, những người ủng hộ cho biết. Phóng viên cấp cao về khí hậu Louise Boyle đưa tin
Ảnh chụp từ trên không về hoạt động khoan của Natural Hydrogen Energy LLC tại Nebraska (Ảnh do Natural Hydrogen Energy LLC cung cấp)
Năm 1974, "Diamond" Glenn McCarthy đã ngồi lại để hồi tưởng về những thăng trầm, những vận may kiếm được và phung phí của những "kẻ khai thác dầu mỏ" của Mỹ.
"Họ đã mạo hiểm và đôi khi họ đã chiến thắng", ông McCarthy, người thích mạo hiểm và được mệnh danh là "Vua của những kẻ khai thác dầu mỏ" nói với tờ Texas Monthly. Vào đầu thế kỷ 20, ông đã đặt cược lớn vào việc khoan giếng ở những nơi bị các công ty dầu mỏ lớn bỏ qua hoặc coi là không hiệu quả. Đến những năm 1940, ông đã có 400 giếng và một khối tài sản trị giá 200 triệu đô la (tương đương khoảng 2,5 tỷ đô la theo giá trị tiền tệ ngày nay).
Ngày nay, một cuộc cách mạng năng lượng mới đang diễn ra: một cuộc chạy nước rút chưa từng có, trị giá hàng tỷ đô la hướng tới năng lượng tái tạo và tránh xa việc đốt dầu và khí đốt đã góp phần làm tăng nhiệt độ của hành tinh, khiến nó trở thành một lò nung của những điều kiện cực đoan nguy hiểm.
Báo cáo mới của Liên hợp quốc kêu gọi hành động nhanh chóng về biến đổi khí hậu
Trong khi các mảng năng lượng mặt trời và tua-bin gió hiện đã trở nên phổ biến, vẫn còn những ngách nhỏ hơn, rủi ro hơn trong lĩnh vực năng lượng sạch. Những người ủng hộ cho biết một trong số những ngách này, nếu thành công, có thể không kém phần chuyển đổi trên quy mô toàn cầu.
Chào mừng đến với wildcatter 2.0 và cuộc đua giành hydro tự nhiên.
Ở Châu Phi, Châu Âu, Úc và Hoa Kỳ, ngày càng nhiều công ty khởi nghiệp đang đặt cược vận may và danh tiếng của mình vào việc tìm kiếm các mỏ hydro ngầm khổng lồ.
Giống như nhiên liệu hóa thạch, hydro tự nhiên có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng chính. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, khí này không tạo ra khí thải carbon. Hơn nữa, hydro liên tục được tái tạo dưới lòng đất khi nước và khoáng chất sắt phản ứng ở nhiệt độ cao. Nghiên cứu ban đầu cho thấy có thể có đủ hydro tự nhiên dễ tiếp cận để cung cấp năng lượng sạch cho nhu cầu năng lượng của hành tinh trong nhiều thế hệ.
Hoạt động khoan của Natural Hydrogen Energy LLC tại Nebraska. Năm 2019, công ty đã thành lập lỗ khoan hydro đầu tiên (Viacheslav Zgonnik)
“Có một hiện tượng tự phát và chấp nhận rủi ro”, Tiến sĩ Michael Webber, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Texas ở Austin, nói với tờ The Independent. “Nhưng giờ đây, nó siêu khoa học và tinh vi”.
Cho đến tận gần đây, người ta vẫn thường chấp nhận rằng hydro tự nhiên (còn gọi là hydro địa chất, hydro trắng hoặc hydro vàng) không tồn tại trên Trái đất. Hoặc ít nhất, nó không tồn tại ở những nơi con người có thể tiếp cận hoặc tích tụ ở quy mô lớn.
Sau đó, vào năm 2012, một khám phá đã được thực hiện tại Bourakébougou thuộc quốc gia Mali ở Tây Phi. Một doanh nhân người Mali, Aliou Diallo, đã tài trợ cho các cuộc thử nghiệm giếng nước tại ngôi làng nhỏ đã bị bịt kín vào cuối những năm 80 sau khi một công nhân không may cúi xuống lỗ khoan trong khi hút thuốc và bị bỏng nặng. Các cuộc thử nghiệm cho thấy giếng khoan đang giải phóng 98% hydro tự nhiên.
Sau đó, Bourakébougou trở thành nơi đầu tiên trên thế giới lấy điện từ nguồn hydro tự nhiên, được chạy qua động cơ Ford được cải tạo.
Đối với ngôi làng, đây là một bước ngoặt, lần đầu tiên cung cấp ánh sáng cho người dân trong nhà và không gian công cộng. Trẻ em học hành tốt hơn ở trường vì chúng có thể học đến tận tối.
“Chúng tôi bị gọi là điên khi đi dự hội nghị”, Asma Diallo, con gái của Aliou Diallo và là giám đốc phát triển của Hydroma, công ty có trụ sở tại Montreal ra đời sau phát hiện này, chia sẻ với tờ The Independent. “Nhưng chúng tôi quyết định rằng đây vẫn là một phát hiện thú vị và chúng tôi muốn xem điều gì có thể xảy ra”.
Bên dưới Mali, một lớp đá không thấm nước giữ lại hydro với số lượng lớn, có nồng độ cao khá gần bề mặt. Trong thập kỷ qua, Hydroma đã khoan 30 giếng trên một khu vực rộng gấp đôi Singapore, tất cả đều cho ra nồng độ hydro cao, Diallo cho biết.
Hydroma ước tính có 630 tỷ mét khối hydro (khoảng 60 triệu tấn) hydro tự nhiên tại mỏ Mali và công ty đang tiến hành các kế hoạch để trở thành công ty thương mại, Diallo cho biết. Đầu tiên, họ có kế hoạch cung cấp điện để củng cố lưới điện không đáng tin cậy của Mali và về lâu dài, họ sẽ vận chuyển hydro tự nhiên đến các nước láng giềng và có thể xuất khẩu sang châu Âu.
Thử nghiệm địa chấn tĩnh được thực hiện vào năm 2011 để phân tích tiềm năng và thành phần của tầng hầm ở Bourakébougou (Ảnh do Hydroma cung cấp)
Tuy nhiên, quá trình phát triển bị cản trở bởi tình hình chính trị bất ổn. Mali đã trải qua ba cuộc đảo chính trong thập kỷ qua và 30.000 người đã phải di dời.
“Ở một địa điểm bất ổn về mặt chính trị, điều đó không dễ dàng. Nhưng từ góc độ khoa học và địa chất
Theo quan điểm của Diallo, đây là kịch bản hoàn hảo về cách hydro tự nhiên có ý nghĩa.
Một số người không cần thuyết phục.
Viacheslav Zgonnik lần đầu tiên quan tâm đến hydro tự nhiên khi còn học đại học ở Ukraine và những gì anh học được đã có tác động lớn đến mức anh đã chuyển hướng nghiên cứu sau tiến sĩ của mình từ hóa học sang địa hóa học. "Phát hiện về Mali xảy ra khi tôi đang làm nghiên cứu sau tiến sĩ. Thật đáng khích lệ khi thấy điều đó xảy ra", anh nói với tờ The Independent.
Một thập kỷ trước, anh thành lập Natural Hydrogen Energy (NH2E) tại Hoa Kỳ. Và vào năm 2019, công ty đã thành lập lỗ khoan hydro đầu tiên gần thị trấn nhỏ Geneva, Nebraska và hiện cho biết họ đang hướng tới sản xuất thương mại.
Zgonnik ước tính rằng năm năm trước, chỉ có một số ít công ty đang nghiên cứu về hydro tự nhiên. "Năm nay, tôi đã đếm được khoảng 50 công ty rồi", anh nói. "Tôi tin rằng năm tới, tốc độ tăng trưởng sẽ còn nhanh hơn nữa và chúng ta sẽ thấy hàng trăm công ty".
Hydro, chỉ giải phóng nước và nhiệt khi đốt cháy, đã là một ngành công nghiệp trị giá 150 tỷ đô la. Nhưng nó phải được tách khỏi các thành phần khác — như oxy trong nước — và điều đó đòi hỏi một lượng lớn năng lượng, chủ yếu vẫn được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch. Có nhiều cách bền vững hơn để sản xuất hydro "xanh" nhưng quy trình này vẫn tốn kém.
Tuy nhiên, các chính phủ đã đầu tư hàng tỷ đô la vào sản xuất và lưu trữ hydro, đặc biệt là sau cuộc xâm lược Ukraine của Nga, một sự kiện cho thấy mối nguy hiểm khi dựa vào nguồn cung cấp khí đốt tự nhiên của một chế độ độc tài để cung cấp năng lượng cho nền kinh tế.
Một công ty công nghệ ước tính rằng hydro tự nhiên có thể trở thành ngành công nghiệp trị giá 75 tỷ đô la vào năm 2030 mặc dù vẫn chưa biết liệu nó có thể hoạt động ở quy mô thương mại hay không.
Các công ty từ Tây Ban Nha và Vương quốc Anh đến Úc đang chạy đua để chứng minh rằng điều đó là khả thi và các nhà đầu tư có túi tiền rủng rỉnh và sẵn sàng chấp nhận rủi ro đang đổ xô đến. Hyterra, một công ty đầu tư của Úc, có cổ phần tại NH2E. Koloma, một công ty hydro tự nhiên có trụ sở tại Colorado, gần đây đã nhận được 91 triệu đô la từ một nhóm bao gồm Breakthrough Energy Ventures của Bill Gates.
Cho đến nay, chủ yếu là các quỹ đầu tư mạo hiểm và các cá nhân giàu có tham gia. “Có những điều chưa biết liên quan đến hoạt động thăm dò, và các công ty lớn hơn vẫn đang chờ đợi”, Zgonnik cho biết.
“Các công ty nhỏ linh hoạt hơn nhiều và sẵn sàng chấp nhận rủi ro để giải mã, nói cách khác, về cách khoan và khoan ở đâu. Khi họ tìm thấy những điểm tốt, thì tôi tin rằng các công ty lớn hơn sẽ đầu tư nhiều tiền hơn và đẩy nhanh quá trình phát triển đáng kể”.
Một số công ty khởi nghiệp tuyên bố rằng hydro tự nhiên có tiềm năng được sản xuất với chi phí thấp hơn nhiều so với các dạng hydro khác — một đô la một kg và thấp tới 50 xu — khiến nó rẻ hơn hydro xanh hiện nay và tương đương với hydro xám, có lượng khí thải carbon lớn.
'Tốt hơn là làm việc với Trái đất'
Tháng trước, Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho biết rằng chính sự tăng tốc "chưa từng có" trong năng lượng sạch đã giúp duy trì giới hạn nhiệt độ 1,5 độ C của Thỏa thuận chung Paris trong tầm với, hiện tại — chống lại lượng khí thải từ dầu và khí đốt, vốn vẫn đang tiếp tục tăng.
Nhưng ngay cả với một loạt các lựa chọn năng lượng sạch ngày càng tăng, việc đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 toàn cầu vào năm 2050 vẫn bị cản trở bởi một số vấn đề nghiêm trọng — đặc biệt là về cách khử cacbon cho các ngành chính như vận tải biển, hàng không, vận tải đường dài và sản xuất thép.
Giữa bối cảnh hàng ngày về các thảm họa khí hậu, sự xuất hiện của hydro tự nhiên dường như là một bước ngoặt gần như trong phim Hollywood.
"Tôi rất triết lý, vì vậy xin lỗi, nhưng tất nhiên là tốt hơn nếu làm việc với Trái đất. Chúng ta chỉ cần biết phải tìm ở đâu", Webber, người đã viết hàng trăm bài báo và sách về năng lượng và tư vấn cho chính phủ Hoa Kỳ, cho biết.
"Tôi là một kỹ sư nhưng chúng ta không phải lúc nào cũng phải thiết kế một giải pháp. Điều đó đúng với than, dầu, khí đốt, gỗ, gió, mặt trời, nước, bạn cứ nói đi. Tại sao Trái đất lại không tạo ra hydro?"
Hoạt động của Hydroma tại Mali. Trong 15 năm qua, công ty đã khoan 30 giếng trên một khu vực có diện tích bằng Thụy Sĩ tại quốc gia Tây Phi không giáp biển này (Ảnh do Hydroma cung cấp)
Webber đã tìm hiểu về hydro tự nhiên khi ông gia nhập công ty năng lượng Engie của Pháp với tư cách là giám đốc khoa học và công nghệ vào năm 2018. Tại đó, ông đã gặp nhà địa chất Isabella Moretti, giám đốc khoa học, người mà ông gọi là "bà đỡ đầu" của hydro tự nhiên.
Webber cho biết ông đã "bị cuốn hút" bởi những gì ông học được từ Moretti, một trong số ít các nhà khoa học đã nghiên cứu hydro tự nhiên trong nhiều thập kỷ.
"Thay vì tra tấn thiên nhiên để giải phóng hydro từ nước hoặc mêtan, bạn có thể đi tìm nó", Webber cho biết. "Có rất nhiều hydro và nó ở rất nhiều nơi. Khi bạn đào sâu vào nó, bạn sẽ phát hiện ra rằng, thực tế là chúng ta đã vấp phải hydro trong nhiều thập kỷ nhưng nó lại là một điều phiền toái.
"Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta chỉ thay đổi tư duy của mình? Đây có khả năng là một khoảnh khắc chuyển đổi đáng chú ý đối với toàn cầu".
Thật khó để hiểu được trong một thế giới mà kỹ thuật địa kỹ thuật khí quyển — hay còn gọi là thao túng lượng ánh sáng mặt trời đến trái đất - được coi là giải pháp khí hậu, rằng chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu được những gì bên dưới chân mình.
Tiến sĩ Geoffrey Ellis, một nhà địa chất thuộc Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ [USGS] tại Colorado, đã đưa ra một lý thuyết. Hydro không tồn tại ở cùng những nơi như dầu và khí đốt và vì nó là chất khuếch tán và phản ứng, nên người ta cho rằng nó không thể tích tụ với số lượng lớn.
"Các công ty không tìm kiếm nó, hoặc đã nhìn thấy nó và nó không phải là thứ họ đang khám phá, vì vậy họ đã rời khỏi những nơi đó", ông nói với The Independent.
Với nhiều thời gian rảnh rỗi hơn trong đại dịch, Ellis đã đọc lại một nghiên cứu do Alliou Diallo và các đồng nghiệp viết về khám phá Bourakébougou. Kể từ đó, ông và một số người khác tại USGS đã tập trung nỗ lực vào việc tìm ra tiềm năng của hydro tự nhiên.
Khi bạn đào sâu vào nó, bạn sẽ phát hiện ra rằng chúng ta đã vấp ngã vì hydro trong nhiều thập kỷ nhưng nó là một điều phiền toái.
Tiến sĩ Michael Webber, Giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Texas ở Austin
Một mô hình mô phỏng của USGS ước tính có từ hàng chục triệu đến hàng chục tỷ megaton hydro trong lớp vỏ Trái đất. Nhưng có một cảnh báo quan trọng: phần lớn trong số đó sẽ không thể tiếp cận được với con người, hoặc ở quá sâu hoặc quá xa bờ biển, hoặc quá ít để khai thác, Ellis cho biết.
Nhưng nếu chỉ thu hồi được 1 phần trăm, thì đó sẽ là đủ hydro để duy trì thế giới trong ít nhất hai thế kỷ, ngay cả khi nhu cầu về hydro tăng đột biến.
Ellis cho biết: "Vẫn còn nhiều điều cần học hỏi để hiểu rõ hơn về điều này". "Nhưng tôi nghĩ chúng ta có thể làm được. Chúng ta chỉ cần nghiên cứu và tìm ra cách giải quyết".
Mặc dù sự nhiệt tình ngày càng tăng, những thách thức liên quan đến hydro tự nhiên vẫn rất lớn như ngay cả những người đầu tư nhiều cũng thừa nhận.
Vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về cách hydro hình thành và tích tụ dưới lòng đất. “Có triển vọng về một nguồn năng lượng sơ cấp mới có giá trị và thậm chí là năng lượng tái tạo, nhưng để thành công lâu dài, ngành công nghiệp sẽ cần các công nghệ hình ảnh dưới bề mặt mới và các kỹ thuật xử lý dữ liệu mới để xác định hiệu quả các điểm tích tụ hydro tiềm năng”, Rod Davies, người đứng đầu về hydro tại công ty tư vấn phát thải ròng bằng không, Marakon đã nói với tờ The Independent trong một email.
Ông cũng lưu ý rằng có thể có “khả năng công chúng phản đối một hình thức năng lượng mới dựa vào việc khai thác tài nguyên”.
Luật khai thác sẽ cần phải được điều chỉnh ở những quốc gia mà hydro chưa nằm trong bất kỳ danh mục nào cho phép yêu cầu giấy phép thăm dò hoặc sản xuất, Moretti giải thích trong một cuộc phỏng vấn gần đây.
Cái gọi là vòng tròn thần tiên, nằm ở Sa mạc Namib, trong Công viên quốc gia Namib-Naukluft của Namibia. Sự hiện diện của chúng là dấu hiệu cho thấy hydro đang thoát ra khỏi Trái đất (Getty Images/iStockphoto)
Ngay cả khi có thể khai thác một lượng lớn dưới lòng đất, thách thức tiếp theo sẽ là lưu trữ và vận chuyển hydro trên những khoảng cách xa. Hydro là nguyên tử nhẹ nhất trong tất cả các nguyên tử và thích thoát ra ngoài khí quyển, do đó lãng phí trở thành một vấn đề. Và nó chiếm rất nhiều không gian trừ khi được nén hoặc hóa lỏng, vốn rất tốn kém.
Có một "sự không phù hợp" giữa nơi hydro tự nhiên đang được phát hiện và nơi có thể sử dụng, điều này sẽ đòi hỏi phải đầu tư rất lớn vào cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới, Tiến sĩ Emre Gençer, một nhà khoa học nghiên cứu chính tại Sáng kiến Năng lượng MIT cho biết.
"Tôi nghĩ rằng nó sẽ là một phần của giải pháp nhưng chúng ta cần phải xem xét kỹ lưỡng", ông nói với tờ The Independent.
Hiện tại, ngành dầu khí vẫn đứng ngoài cuộc. "Không phải là họ không tin vào nó, mà là vấn đề về giai đoạn và sự trưởng thành", Webber cho biết. "Nếu mọi người hiểu ra, họ sẽ mua nó. Những người khai thác hoang dã cũng không bận tâm đến điều đó, đó là cách bạn làm giàu".
Zgonnik cho rằng hydro tự nhiên là một "món quà" cho ngành nhiên liệu hóa thạch và có thể tạo ra việc làm mới. "Nó mang đến cơ hội chuyển hướng từ nhiên liệu hóa thạch, sử dụng các kỹ năng, cơ sở hạ tầng và công cụ hiện có của họ", ông nói.
“Chuyển sang năng lượng tái tạo đòi hỏi phải xây dựng cơ sở hạ tầng mới, tốn kém và mất thời gian. Chúng ta cần đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng sạch và tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có để truyền tải và phân phối đến người dùng cuối”.
Nhưng vấn đề ban đầu là tìm ra nguyên liệu. Các nhà khoa học tình cờ phát hiện ra sự tích tụ hydro trắng lớn nhất cho đến nay vào mùa hè này khi họ đang nghiên cứu mêtan tại một lưu vực khai thác ở Pháp.
Các vòng tròn cổ tích, xuất hiện trên khắp các cảnh quan có hydro, là dấu hiệu cho thấy hydro đã rò rỉ ra khỏi lòng đất trong nhiều thập kỷ mà không ai phát hiện.
USGS có kế hoạch công bố bản đồ vào năm tới về các địa điểm có triển vọng khai thác hydro tự nhiên tại Hoa Kỳ. Bờ biển phía đông và phía tây có khả năng là những triển vọng cùng với khe nứt Trung lục địa kéo dài từ Minnesota xuống Iowa và vào Kansas.
Nhưng đừng vội lấy xẻng. “Bản đồ có quy mô toàn quốc và độ phân giải rất thô. Bạn sẽ không thể nhìn vào bản đồ và nói rằng, 'Tôi sẽ mua một hợp đồng thuê và xây một cái giếng ngay tại đó'”, Ellis cho biết.
Các viên chức bầu cử kiểm phiếu trong cuộc trưng cầu dân ý của Mali tại Bamako vào ngày 18 tháng 6 năm 2023, bằng ánh sáng từ điện thoại di động của họ. Mali thường cắt điện tới tám giờ một ngày (AFP qua Getty Images)
Bất kể khó khăn là gì, tiềm năng vẫn hấp dẫn đối với những người ở tuyến đầu của lĩnh vực thử nghiệm. Zgonnik cho biết: "Chúng tôi vẫn chưa biết nó sẽ hiệu quả đến mức nào, chúng tôi sẽ có thể mở rộng quy mô nhanh như thế nào". "Nhưng vì trữ lượng hydro trên Trái đất có khả năng cung cấp tất cả những gì chúng ta cần cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, và thậm chí còn hơn thế nữa, thì ít nhất cũng đáng để thử".
Và thật khó để đánh giá thấp sức mạnh của hydro tự nhiên ở một quốc gia như Mali. Hơn 50 phần trăm dân số không có điện và ngay cả đối với những người có điện, điện cũng có thể bị cắt tới tám giờ một ngày. Điều này không chỉ khiến cuộc sống hàng ngày của người dân trở nên khó khăn hơn mà tình trạng thiếu điện ổn định còn cản trở sự phát triển kinh tế của đất nước.
“Nếu bạn sống ở thế giới phương Tây và phải nghĩ đến việc sống mà không có điện, bạn sẽ không thể tưởng tượng được điều đó có ý nghĩa như thế nào đối với chất lượng cuộc sống”, Asma Diallo, người đảm nhận vai trò của mình tại Hydroma sau khi làm việc trong ngành công nghiệp hydro xanh tại Pháp, cho biết.
“Tôi thấy hydro có tiềm năng thực sự cho sự phát triển kinh tế ở lục địa Châu Phi.
“Đây là một dự án của Châu Phi do một người Châu Phi sáng lập, có tiềm năng thực sự thay đổi cơ cấu năng lượng trong khu vực. Dự án này rất thú vị và có sức mạnh.”
