Giải thưởng bí mật về hydro của Trái đất: Đủ năng lượng sạch cho 170.000 năm
Bởi Đại học Oxford
Ngày 18 tháng 5 năm 2025
Các nhà khoa học có thể đã tìm thấy một tiềm năng hydro sạch dưới lòng đất, với một công thức mới để tìm và khai thác nó.
Hydro tự nhiên bị mắc kẹt trong lớp vỏ Trái đất có thể cung cấp năng lượng cho loài người trong hàng thiên niên kỷ và không phát thải. Một chiến lược mới vạch ra cách tìm ra nó.
Các nhà khoa học từ Đại học Oxford, Đại học Durham và Đại học Toronto đã xác định được các thành phần địa chất chính cần thiết để tìm thấy hydro sạch tự nhiên bên dưới bề mặt Trái đất.
Hydro tự nhiên này được Trái đất sản xuất trong hàng triệu năm và có thể tích tụ dưới lòng đất trong các thành tạo đá phù hợp.
Nghiên cứu cho thấy các điều kiện để bẫy hydro tồn tại ở nhiều nơi trên thế giới, khiến đây thực sự là một cơ hội toàn cầu.
Hydro hiện là một ngành công nghiệp toàn cầu trị giá 135 tỷ đô la, được sử dụng để sản xuất phân bón và các hóa chất thiết yếu khác hỗ trợ cuộc sống hiện đại.
Đây cũng là nền tảng cho các hệ thống năng lượng sạch trong tương lai, với thị trường dự kiến sẽ tăng trưởng lên tới 1 nghìn tỷ đô la vào năm 2050.
Nghiên cứu mới này có thể giúp các ngành công nghiệp khám phá và khai thác trữ lượng hydro tự nhiên, cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn cho các phương pháp sản xuất hydro hiện tại dựa vào nhiên liệu hóa thạch.
Những phát hiện này đã được công bố vào ngày 13 tháng 5 trên Nature Reviews Earth & Environment.
Hydro tự nhiên được giải phóng tự nhiên trên bề mặt Trái đất từ nước ngầm trong đá của Canadian Shield. Nguồn: Phòng thí nghiệm đồng vị ổn định Đại học Toronto
Vai trò quan trọng của hydro trong cuộc sống hiện đại
Hydro không chỉ là một lựa chọn nhiên liệu sạch; nó giúp nuôi sống một nửa thế giới bằng cách cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất phân bón và là trọng tâm của hầu hết các kế hoạch hướng tới tương lai trung hòa carbon.
Tuy nhiên, hầu hết hydro ngày nay đều có nguồn gốc từ hydrocarbon, thải ra khoảng 2,4 phần trăm lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu. Nhu cầu dự kiến sẽ tăng vọt từ 90 triệu tấn vào năm 2022 lên khoảng 540 triệu tấn vào năm 2050, do đó, việc tìm ra cách tạo ra hydro mà không cần thêm CO2 là rất quan trọng. Cô lập carbon và điện phân năng lượng tái tạo có thể giúp ích, nhưng chúng vẫn chưa có khả năng cạnh tranh về chi phí.
Một giải pháp hydro tự nhiên dưới chân chúng ta
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Oxford, Đại học Durham và Đại học Toronto chỉ ra một câu trả lời bị bỏ qua: lớp vỏ Trái đất. Trong hơn một tỷ năm qua, lớp vỏ lục địa đã tạo ra đủ hydro để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong khoảng 170.000 năm. Phần lớn lượng khí đó vẫn bị khóa dưới lòng đất, không bị tác động và không phát thải.
Cho đến nay, các nhà khoa học chỉ có các phép đo rải rác về nơi hydro tự nhiên thu thập được. Nghiên cứu mới phác thảo một "công thức khám phá" rõ ràng - các loại đá, nhiệt độ, chất lỏng và lịch sử địa chất cho phép hydro hình thành, di chuyển và bị mắc kẹt trong các bể chứa mà chúng ta có thể tiếp cận. Với bản thiết kế đó trong tay, ngành công nghiệp có thể bắt đầu săn lùng trữ lượng hydro sạch trên toàn thế giới, mang đến một bước ngoặt tiềm năng cho các mục tiêu về năng lượng và khí hậu.
Nguyên lý đầu tiên và Bản thiết kế hệ thống hydro
Đồng tác giả nghiên cứu Giáo sư Jon Gluyas (Đại học Durham) lưu ý: "Chúng tôi đã phát triển thành công một chiến lược thăm dò heli và có thể áp dụng cách tiếp cận 'nguyên lý đầu tiên' tương tự cho hydro".
Nghiên cứu này phác thảo các thành phần chính cần thiết để cung cấp thông tin cho một chiến lược thăm dò nhằm tìm ra các 'hệ thống hydro' khác nhau. Điều này bao gồm lượng hydro được sản xuất và loại đá cũng như điều kiện mà chúng xảy ra, cách hydro di chuyển dưới lòng đất từ những loại đá này, các điều kiện cho phép hình thành một mỏ khí và các điều kiện phá hủy hydro.
Giếng nước bỏ hoang, Montana, Hoa Kỳ. Đo lường các loại khí hòa tan trong nước ngầm có thể giúp phát hiện ra hydro tự nhiên. Nguồn: Chris Ballentine, Đại học Oxford
Vi khuẩn, Đá và Những thách thức tiềm ẩn của Hydro
Đồng tác giả nghiên cứu Giáo sư Barbara Sherwood Lollar (Đại học Toronto) cho biết: "Ví dụ, chúng ta biết rằng các vi khuẩn dưới lòng đất dễ dàng hấp thụ hydro. Tránh các môi trường khiến chúng tiếp xúc với hydro là điều quan trọng để bảo tồn hydro trong các hoạt động tích tụ kinh tế".
Các tác giả phác thảo nơi hiểu biết sâu sắc về các thành phần này và nêu bật các lĩnh vực cần nghiên cứu thêm, chẳng hạn như hiệu quả phản ứng của đá và cách lịch sử địa chất có thể đưa các loại đá phù hợp lại với nước phản ứng với nó.
Hydro từ lớp vỏ: Trẻ, Cũ và Ở khắp mọi nơi
Một số nguồn khí hydro, chẳng hạn như từ lớp phủ của Trái đất, đã thúc đẩy nhiều suy đoán và cường điệu, nhưng nghiên cứu này cho thấy đây không phải là những nguồn khả thi. Thay vào đó, các tác giả đã chỉ ra rằng các thành phần cho một hệ thống hydro hoàn chỉnh có thể được tìm thấy trong một loạt các bối cảnh địa chất phổ biến trong lớp vỏ. Một số trong số chúng có thể khá trẻ về mặt địa chất, hình thành hydro 'gần đây' (hàng triệu đến hàng chục triệu năm), một số khác thực sự cổ xưa (hàng trăm triệu năm tuổi) - nhưng quan trọng là được tìm thấy trên toàn cầu.
Nấu hydro: Công thức khám phá
Tác giả chính giáo sư Chris Ballentine (Đại học Oxford, Khoa Khoa học Trái đất) cho biết: “Việc kết hợp các thành phần để tìm ra hydro tích tụ trong bất kỳ bối cảnh nào trong số này có thể được ví như nấu một món súp – nếu bất kỳ thành phần, lượng, thời gian hoặc nhiệt độ nào sai, bạn sẽ thất vọng. Một công thức thăm dò thành công có thể lặp lại sẽ mở ra một nguồn hydro carbon thấp, có khả năng cạnh tranh về mặt thương mại, đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi năng lượng – chúng tôi có đủ kinh nghiệm để kết hợp các thành phần này và tìm ra công thức đó”.
Tiềm năng của hydro địa chất tự nhiên đã thúc đẩy các tác giả thành lập Snowfox Discovery Ltd., một công ty thăm dò với sứ mệnh tìm kiếm các nguồn tích tụ hydro tự nhiên có ý nghĩa đối với xã hội.
Tài liệu tham khảo: “Sự tích tụ tài nguyên hydro tự nhiên trong lớp vỏ lục địa” của Chris J. Ballentine, Rūta Karolytė, Anran Cheng, Barbara Sherwood Lollar, Jon G. Gluyas và Michael C. Daly, ngày 13 tháng 5 năm 2025, Nature Reviews Earth & Environment.
DOI: 10.1038/s43017-025-00670-1
