Cuộc săn lùng cơn sốt vàng tiếp theo của Colorado đang diễn ra: Hydro địa chất
Với việc các nhà khoa học đang xem xét lại cách tiếp cận, Front Range đang nhanh chóng trở thành một trung tâm trong hoạt động tìm kiếm hydro dưới lòng đất
Năng lượng Hydro tự nhiên đã khoan giếng đầu tiên của quốc gia tìm kiếm hydro địa chất một cách rõ ràng ở Nebraska vào năm 2019. (Được cung cấp bởi Viacheslav Zgonnik)
Các nhà khoa học, doanh nhân và quan chức liên bang đang ráo riết tìm kiếm loại nhiên liệu không chứa carbon mà họ hy vọng sẽ tìm thấy được chôn dưới lòng đất. Cuộc tìm kiếm được thúc đẩy bởi một sự thay đổi mạnh mẽ và gần đây trong suy nghĩ về khí hydro được hình thành sâu bên trong Trái đất, được gọi là hydro địa chất và tiềm năng của nó như một nguồn năng lượng sạch đáng kể.
Mengli Zhang, nhà địa vật lý tại Trường Mỏ Colorado, cho biết: “Hydro địa chất có tiềm năng to lớn. “Cơn sốt vàng hydro địa chất đang đến.”
Front Range đã nổi lên như một trung tâm nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực tìm kiếm này. Vào tháng 2, các nhà khoa học ở Colorado đã thảo luận về hydro địa chất với các thượng nghị sĩ Hoa Kỳ ở Washington, D.C. và các đồng nghiệp tại một hội nghị khoa học ở Denver; một công ty tư nhân có trụ sở tại Denver đã huy động được gần 250 triệu đô la để tìm ra khí hydro có thể thu hồi được về mặt kinh tế; chính phủ liên bang đã trao cho Trường Mỏ Colorado 1,5 triệu đô la để phát triển các công cụ giúp thu thập khí hydro; và Trường Mỏ và văn phòng Lakewood của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ đã công bố một tập đoàn gồm các tổ chức học thuật, chính phủ và tư nhân chuyên tìm kiếm và thu thập khí hydro.
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất, nhẹ nhất trong vũ trụ. Ở dạng nguyên chất, nó là chất khí không màu, không mùi, không độc. Tuy nhiên, hydro nguyên chất tương đối hiếm trong tự nhiên. Nó phản ứng hóa học mạnh đến mức nó kết hợp mạnh mẽ với các nguyên tố khác để tạo ra nước, hydrocacbon và nhiều hợp chất khác. Và nhiều vi khuẩn ăn thịt nó.
Nhiên liệu tên lửa
Khí hydro cũng là một loại nhiên liệu mạnh mẽ, giàu năng lượng. Nó thực sự là nhiên liệu tên lửa; hầu hết các tên lửa hướng tới quỹ đạo đều mang theo những bình chứa lớn hydro và oxy, chúng kết hợp với nhau để tạo ra năng lượng cực lớn để đẩy tên lửa lên trời. Sản phẩm phụ duy nhất là nước - không có khí nhà kính hoặc chất gây ô nhiễm độc hại.
Hydro có thể cung cấp nhiên liệu sạch cho nhiều mục đích sử dụng mà năng lượng mặt trời, gió và thủy điện không thể đáp ứng được, chẳng hạn như nhiên liệu không gây ô nhiễm cho máy bay, tàu hỏa và xe tải đường dài, amoniac cho phân bón và nhiệt cao cấp cho sản xuất thép và xi măng. Nó cũng có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu di động quy mô nhỏ. Nếu được khai thác và thu thập thành công, hydro có thể cung cấp năng lượng 24/7, ngay cả khi mặt trời không chiếu sáng hoặc gió không thổi.
Có một số thách thức thực tế đối với việc sử dụng rộng rãi hydro, từ việc lưu trữ đến phân phối và rò rỉ. Không rõ liệu các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên hiện tại có thể vận chuyển hydro hay không. Vận chuyển nó trên tàu chở dầu hoặc xe tải đòi hỏi áp suất cao và nhiệt độ cực kỳ thấp. Và khi khí hydro rò rỉ vào khí quyển, các phản ứng hóa học có thể phá hủy các phân tử loại bỏ khí metan gây hiệu ứng nhà kính mạnh, đồng thời tạo ra các hóa chất khác làm tăng hiện tượng nóng lên của nhà kính.
Hàng triệu tấn hydro được sản xuất mỗi năm. Tuy nhiên, các quy trình được sử dụng rất tốn kém và bẩn. Chúng đòi hỏi một lượng lớn năng lượng và tạo ra một lượng đáng kể carbon dioxide. Quá trình này có thể được làm sạch hơn bằng cách cung cấp nhiên liệu cho quá trình thông qua năng lượng mặt trời, gió và thủy điện tái tạo hoặc bằng cách cô lập carbon dioxide được tạo ra khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ gần đây đã cam kết chi 7 tỷ USD cho bảy Trung tâm Năng lượng Sạch Khu vực (không có ở Colorado), để đẩy nhanh quá trình sản xuất và phân phối khí hydro sạch, đồng thời giảm chi phí từ khoảng 5 USD/kg xuống còn 1 USD/kg.
Về bản chất, khí hydro được sản xuất đóng vai trò như một dạng lưu trữ năng lượng chứ không phải là nguồn năng lượng mới. Năng lượng ban đầu được lưu trữ trong nhiên liệu hóa thạch và năng lượng tái tạo được chuyển sang khí hydro khi nó được sản xuất. Và cần nhiều năng lượng hơn để tạo ra khí hydro so với lượng năng lượng được giải phóng khi đốt cháy. Khí hydro được sản xuất trên Trái đất cần rất ít năng lượng để thu thập và sử dụng, do đó bổ sung thêm năng lượng mới cho hệ thống.
Các quá trình địa chất bên trong Trái đất tạo ra khí hydro. Khi nước dưới nhiệt độ và áp suất cao phản ứng với đá giàu sắt, nó sẽ tạo ra khí hydro. Quá trình này, được gọi là serpentinization, được coi là phổ biến nhất và hứa hẹn nhất cho việc thu hồi hydro địa chất. Các quá trình khác nằm sâu trong lớp vỏ và lõi Trái đất cũng tạo ra hydro.
Trong nhiều thiên niên kỷ, đã có những giai thoại lẻ tẻ về khí hydro thấm từ dưới lòng đất. Ngọn đuốc Olympic nguyên bản được cho là đã được thắp sáng cách đây hơn 2.500 năm từ ngọn lửa giàu hydro vẫn còn rỉ ra từ mặt đất ở Thổ Nhĩ Kỳ. Một số suối nước nóng, bao gồm cả những suối ở Công viên Quốc gia Yellowstone, cũng sủi bọt khí giàu hydro.
Nhưng từ lâu đã có giáo điều địa chất cho rằng không có bể chứa hydro đáng kể dưới lòng đất. Chính một phân tử nhỏ như vậy, có khả năng thấm qua các lỗ và vết nứt nhỏ nhất, mà các nhà địa chất tin rằng cho đến gần đây nó không bao giờ có thể tích tụ dưới lòng đất trong các hồ chứa lớn.
Geoffrey Ellis, một nhà địa hóa dầu mỏ thuộc Chương trình Tài nguyên Năng lượng USGS, cho biết: “Năm năm trước, nếu bạn hỏi tôi: 'Bạn có thể tích tụ hydro không?' thì tôi sẽ nói: 'Không, đây là điều mà chúng tôi biết'". ở Lakewood. “Chúng tôi đã khoan giếng trên khắp thế giới. Chúng tôi chưa bao giờ tìm thấy nó. Nó không có ở ngoài đó.”
Khám phá cơ hội
Ellis bắt đầu xem xét lại quan điểm đó sau khi biết về một trữ lượng lớn hydro được tìm thấy ở Mali, Châu Phi. Hồ bơi được phát hiện vào năm 1987, thổi ra từ một cái giếng khô ban đầu được khoan để lấy nước. Khi một công nhân tại hiện trường nghiêng người qua lỗ với điếu thuốc đang cháy trong miệng, gió thổi ra từ lỗ đã bốc cháy dữ dội khiến người dân địa phương khiếp sợ. Giếng này đã bị đậy nắp, bỏ hoang và bị bỏ qua trong nhiều thập kỷ cho đến năm 2012, khi doanh nhân người Maliou Aliou Diallo xem xét lại nó như một phần trong kế hoạch tìm kiếm dầu khí của ông. Gió phát ra từ giếng hóa ra là 98% hydro. Nó được đốt trong một động cơ Ford đã cải tiến nối với một máy phát điện sản xuất điện cho một thị trấn gần đó. Các cuộc đảo chính và bất ổn chính trị đã ngăn cản việc đầu tư và phát triển thêm lĩnh vực này.
Khám phá này đã được mô tả trong một bài báo khoa học xuất bản năm 2018. Ellis đã xem được bài báo này vào năm 2019. “Phản ứng đầu tiên của tôi là, 'Chắc chắn có điều gì đó không ổn.' … Nó vô nghĩa," Ellis nói. “Vì vậy, tôi đặt nó sang một bên và quay lại với công việc tôi đang làm.” Tuy nhiên, đại dịch COVID đã giúp Ellis có thêm 90 phút mỗi ngày mà anh không phải mất thời gian đi lại. Vì vậy, ông đã xem xét lại tờ báo và các nguồn khác.
“Tôi nhanh chóng nhận ra rằng, vâng, chúng tôi đã quá nhanh chóng bác bỏ điều này và không ai thực sự tìm kiếm nó. Có lẽ chúng ta nên bắt đầu nghĩ về nó,” Ellis nói. “Chỉ là chúng tôi chưa tìm kiếm hydro ở đúng nơi bằng các công cụ phùhợp mà thôi.”
Các nhà địa chất biết nên bắt đầu tìm kiếm các cửa hàng “hydro vàng” ở đâu ở Hoa Kỳ - một khu vực quan trọng là Thượng Trung Tây, được hiển thị ở đây. (Nguồn: USGS, Nguồn mở)
Không lâu sau, Ellis thuyết phục một nhóm các nhà địa chất USGS, trong một quy trình được gọi không chính thức là Shark Tank, tài trợ cho một nghiên cứu thí điểm về hydro địa chất. Vào tháng 10 năm 2022, ông và đồng nghiệp Sarah Gelman đã đưa ra một ước tính rất sơ bộ về lượng khí hydro có thể ẩn dưới lòng đất. Ước tính này dao động từ mức không đủ để tạo ra bất kỳ sự khác biệt thực sự nào đến mức đủ để cung cấp năng lượng cho nền văn minh nhân loại trong hàng nghìn năm.
Phát hiện của họ đủ hứa hẹn để tài trợ cho nghiên cứu sâu hơn về số lượng và vị trí tiềm năng của các hồ chứa hydro. Hai khu vực ở Hoa Kỳ đã thu hút được nhiều sự chú ý nhất. Một là Rạn nứt giữa lục địa, nơi sự lan rộng của lớp vỏ Trái đất đã mang những tảng đá cổ xưa giàu sắt đến gần bề mặt. Nó chạy từ Kansas qua Iowa, Minnesota và Michigan. Một điểm nóng tiềm năng khác là dọc theo bờ biển phía Đông.
Vào tháng 2, Ellis nói với các thành viên của Ủy ban Thượng viện về Năng lượng và Tài nguyên Thiên nhiên rằng ông và các đồng nghiệp dự kiến sẽ tạo ra một “bản đồ triển vọng” vào cuối năm nay, nhằm sàng lọc thêm các địa điểm đầy hứa hẹn có thể hướng dẫn các công ty tư nhân tìm kiếm khí hydro.
Tìm kiếm được tài trợ tốt đang bật
Cũng làm chứng trước ủy ban còn có Pete Johnson, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Koloma, một “công ty thăm dò hydro địa chất nâng cao công nghệ, dựa trên dữ liệu” có trụ sở tại Denver. Johnson, doanh nhân và giám đốc kinh doanh Paul Harraka và nhà hóa học Tom Darrah của Đại học bang Ohio đã đồng sáng lập Koloma ở Denver vào năm 2021. Kể từ đó, họ đã “tích cực thu thập và phân tích dữ liệu, tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, cho thuê quyền khai thác khoáng sản và khám phá các khu vực tiềm năng ở Hoa Kỳ,” theo Johnson. Ở mức độ lớn, họ đang dựa vào nghiên cứu và kiến thức chuyên môn của Darrah để hướng dẫn những nỗ lực của họ. Darrah, và ở một mức độ thấp hơn là Johnson, đã nộp đơn xin nhiều bằng sáng chế - chỉ tính riêng năm 2023 là 8 bằng sáng chế - về nhiều phương pháp tìm kiếm, sản xuất và lưu trữ hydro địa chất.
Vào tháng 2, Koloma đã huy động được 245 triệu USD từ các nhà đầu tư, bao gồm từ Quỹ cam kết khí hậu Amazon và Quỹ bay bền vững của Hoa Kỳ. Con số này cao hơn 91 triệu USD được đầu tư vào năm 2023 bởi Breakthrough Energy, một tổ chức đổi mới khí hậu do Bill Gates thành lập.
Người đồng sáng lập Harraka cho biết Koloma đã khoan một số giếng thăm dò. Theo những bình luận công khai thường được bảo vệ của họ, ông từ chối cho biết những giếng đó được khoan ở đâu hoặc kết quả thu được từ chúng là gì.
Ngược lại, Natural Hydrogen Energy, một công ty khởi nghiệp khác có trụ sở tại Denver, đã công khai thông báo rằng họ đã khoan giếng đầu tiên trên thế giới nhằm tìm kiếm hydro vào năm 2019 tại Nebraska. Người sáng lập công ty Viacheslav Zgonnik cho biết giếng đã sản xuất ra hydro nhưng vẫn chưa được khai thác hoặc sử dụng.
di sản của Liên Xô
Zgonnik là một trong những người tin tưởng sớm nhất vào tiềm năng của hydro địa chất, một phần là do niềm tin ngày nay đã mất uy tín về hydro và hydrocarbon của các nhà khoa học ở Liên Xô.
. Họ tin rằng hydro là một thành phần quan trọng trong sự hình thành địa chất của dầu và khí đốt, họ đã thử nghiệm khí hydro trong nhiều giếng của họ và tích cực tìm kiếm nó như một dấu hiệu cho sự tích tụ dầu khí. Nhiều kỷ lục về hoạt động khoan đã bị lu mờ sau sự sụp đổ của Liên Xô.
Zgonnik đã dành bảy năm tìm kiếm trong các kho lưu trữ ít người biết đến, nhiều trong số đó chỉ có trên giấy và biên soạn một danh sách đầy đủ gồm hơn 300 vụ rò rỉ hydro trên toàn cầu. Bài báo của ông xuất bản năm 2020 đã cung cấp bằng chứng quan trọng cho sự tồn tại của hydro địa chất. Ellis của USGS gọi đây là “bài báo có thẩm quyền về hydro địa chất hiện nay”.
Zgonnik làm việc ở Paris. (Pháp và Úc rất tích cực trong nghiên cứu và phát triển hydro địa chất.) Công ty của ông được đăng ký tại Denver, mặc dù hiện không có nhân viên nào cư trú tại đây. Anh ấy chọn Denver làm trụ sở chính tại Hoa Kỳ vì một trong những thành viên trong nhóm của anh ấy sống ở đây và nó mang lại cơ hội tiếp cận với nhiều công nhân lành nghề trong ngành dầu khí. Zgonnik và Johnson cho rằng tiềm năng của những người trong ngành dầu khí có thể áp dụng kỹ năng của họ vào việc thăm dò và thu gom khí hydro.
Johnson nói với các thượng nghị sĩ Hoa Kỳ: “Một số công nghệ tốt nhất và những người kỹ thuật tài năng nhất ở nước ta đến từ ngành năng lượng truyền thống. “Đây là cơ hội tuyệt vời để tận dụng lợi thế tài năng to lớn mà đất nước này đã phát triển.”
Các nhà khoa học Colorado Geoffrey Ellis, Mengli Zhang và Alexis Templeton đã nói với các nhà khoa học tại Viện vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ về lời hứa và thách thức trong việc tìm kiếm và sử dụng hydro địa chất làm nhiên liệu sạch, không chứa carbon tại một hội nghị vào tháng 2 năm 2024. (William Allstetter , Đặc biệt dành cho The Colorado Sun)
Khí hydro là nguồn tài nguyên tái tạo
“Nhưng những câu hỏi quan trọng vẫn còn đó,” Johnson nói với các thượng nghị sĩ. “Có sự tích lũy nào đủ lớn để quan trọng không? Họ có gần chợ không? Liệu chúng ta có thể tìm thấy chúng thông qua những nỗ lực thăm dò kinh tế có chủ ý không?” Ông cũng đề cập đến các khoản tín dụng thuế đang chờ xử lý có thể tác động đáng kể đến sự sẵn lòng đầu tư của các nhà đầu tư vào tương lai của hydro địa chất. Mặc dù Johnson thực sự tin tưởng vào triển vọng của hydro địa chất, nhưng ông thừa nhận khả năng xảy ra một “kịch bản phá sản” kết thúc bằng “một lượng khí hydro thực sự nhỏ từ một giếng ngoài cánh đồng của nông dân” hoặc một phát hiện lớn ở Greenland, nơi có lợi ích kinh tế. không thể phục hồi được.
Ngay cả khi không tìm thấy các bể chứa hydro lớn và có thể phục hồi về mặt kinh tế, vẫn có thể có cách khai thác hydro địa chất. Trái đất liên tục sản xuất hydro thông qua các quá trình địa chất đang diễn ra, khiến khí hydro trở thành nguồn tài nguyên tái tạo.
Alexis Templeton, nhà địa vi sinh học tại Đại học Colorado, phát biểu với các nhà khoa học vào tháng 2 trong hội nghị thường niên của Học viện Khoa học Hoa Kỳ: “Trong 4 tỷ rưỡi năm, Trái đất đã tạo ra hydro và sẽ tiếp tục làm như vậy”. Sự tiến bộ của khoa học. Học viện xuất bản tạp chí khoa học uy tín Science, trong đó đặt tên hydro địa chất là một trong những Đột phá của năm 2023. Ellis, với USGS ở Lakewood, và Zhang, với Trường Mỏ, cũng phát biểu trong phiên họp.
“Hiện tại chúng tôi đang ở biên giới”
Có vẻ như không có nơi nào sản xuất đủ hydro theo thời gian thực để có ích, nhưng Templeton và những người khác đang khám phá một ý tưởng khác: bơm nước dưới lòng đất vào đá giàu sắt để sản xuất khí hydro với tốc độ nhanh hơn nhiều.
Templeton đến với mỏ hydro địa chất từ một góc độ khác so với hầu hết mọi người, coi khí hydro như một nguồn năng lượng cho vô số vi khuẩn sống dưới lòng đất. Cô đã được NASA tài trợ một phần để xem liệu hydro do các hành tinh đá khác tạo ra có thể hỗ trợ sự sống ngoài Trái đất hay không.
Cô chuyển sự chú ý sang hydro địa chất trên Trái đất như một nguồn năng lượng tiềm năng vào năm 2022 khi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tiếp cận cô. Hiện cô đã nhận được một khoản tài trợ từ Quỹ Bảo vệ Môi trường Grantham và đang hợp tác với công ty tư nhân Eden Geopower để tìm hiểu các yếu tố hóa học, nhiệt và cơ học khác nhau có thể kích thích tốt nhất quá trình sản xuất hydro địa chất. Cô hy vọng sẽ thử nghiệm ý tưởng này vào cuối năm nay bằng cách khoan một giếng vào các khối đá giàu sắt ở Oman.
Cơ quan Dự án Nghiên cứu Nâng cao-Năng lượng, hay ARPA-E, đã thực hiện khoản đầu tư đầu tiên của chính phủ liên bang vào khí hydro địa chất được kích thích, phân bổ 20 triệu đô la cho 16 dự án nghiên cứu và phát triển, bao gồm 1,5 triệu đô la cho Trường Mỏ Colorado. Zhang và Yaoguo Li sẽ phát triển các công cụ để giám sát việc sản xuất hydro kích thích từ giếng theo thời gian thực. Họ cũng đang điều chỉnh các công cụ được sử dụng để thăm dò dầu khí để xác định vị trí các bể chứa hydro dưới lòng đất.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia cũng đang dấn thân vào cuộc tìm kiếm hydro địa chất bằng cách cộng tác với Đại học Công nghệ Texas và các đối tác khác về một trong các khoản tài trợ ARPA-E và tiến hành phân tích công nghệ trên thị trường để đánh giá
Khả năng thương mại của hydro địa chất như một nguồn năng lượng mới.
Zhang, Li và Ellis tại USGS cũng đang lãnh đạo một tập đoàn được công bố vào tháng 2 gồm các tổ chức học thuật, công ty khởi nghiệp nhỏ và công ty năng lượng lớn, có tên là Geo H2, để khám phá và phát triển hơn nữa tiềm năng của hydro địa chất. Liên minh sẽ cho phép những người tham gia chia sẻ và kết hợp các kỹ năng và tài sản của họ để phát triển hơn nữa lĩnh vực này.
Hiện tại, hydro địa chất chỉ là một tia sáng trong mắt các nhà nghiên cứu, doanh nhân và nhà đầu tư lạc quan. Chưa có ai tìm thấy, khai thác và sử dụng hydro địa chất ngoài một giếng cung cấp điện cho một thị trấn nhỏ ở Châu Phi. Thậm chí không ai biết chắc liệu trữ lượng có thể khai thác được về mặt kinh tế như vậy có tồn tại hay không.
Templeton nói: “Hiện tại chúng tôi đang ở biên giới. “Chúng ta sẽ làm điều này chứ? Chúng ta có thể làm được điều này không?”
Câu trả lời cho những câu hỏi đó có thể được tìm thấy ở Colorado.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
