Hydro ẩn: Lớp vỏ Trái đất nắm giữ manh mối về nguồn năng lượng sạch chưa được khai thác
của Đại học Oxford
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.
Trong thế giới hiện đại, nguồn cung cấp khí hydro đáng tin cậy là rất quan trọng đối với chức năng của xã hội. Phân bón được sản xuất từ hydro góp phần cung cấp lương thực cho một nửa dân số toàn cầu và hydro cũng là thành phần năng lượng chính trong nhiều lộ trình hướng tới tương lai trung hòa carbon, điều cần thiết nếu chúng ta muốn ngăn chặn những dự đoán tồi tệ nhất về biến đổi khí hậu.
Ngày nay, hydro được sản xuất từ hydrocarbon, với khí thải chiếm 2,4% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Nhu cầu về hydro sẽ tăng từ 90 triệu tấn vào năm 2022 lên 540 triệu tấn vào năm 2050, nhưng điều quan trọng là hydro này không thải ra CO2.
Sản xuất sau đó chôn chất thải CO2 ("cô lập carbon") hoặc từ các nguồn năng lượng tái tạo (gió hoặc mặt trời) đều là các nguồn hydro trong tương lai, nhưng vẫn chưa có khả năng cạnh tranh về mặt thương mại.
Nghiên cứu mới từ Đại học Oxford, hợp tác với Đại học Durham và Đại học Toronto, cung cấp một giải pháp. Công trình này được công bố trên tạp chí Nature Reviews Earth & Environment.
Trong một tỷ năm qua, đủ khí hydro đã được sản xuất bởi lớp vỏ lục địa của Trái đất để cung cấp nhu cầu năng lượng của nhân loại trong ít nhất 170.000 năm. Mặc dù một phần trong số này đã bị mất, tiêu thụ hoặc không thể tiếp cận được ngày nay, nhưng lượng hydro còn lại có thể cung cấp một nguồn tài nguyên thiên nhiên tự nhiên (và không phát thải).
Cho đến nay, việc lấy mẫu và đo lường hydro trong lịch sử còn hạn chế đã hạn chế hiểu biết hiện tại của các nhà khoa học về vị trí và lượng hydro nằm trong lớp vỏ. Một công thức thăm dò là rất quan trọng để tìm ra các khu vực tích tụ hydro địa chất tự nhiên có thể tiếp cận và khả thi về mặt thương mại.
Giếng nước bỏ hoang, Montana, Hoa Kỳ. Việc đo các loại khí hòa tan trong nước ngầm có thể giúp phát hiện ra hydro tự nhiên. Nguồn: Chris Ballentine, Đại học Oxford
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 phương pháp tiếp cận 'nguyên tắc 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.
Đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Barbara Sherwood Lollar (Đại học Toronto) cho biết, "Ví dụ, chúng tôi biết rằng các vi khuẩn dưới lòng đất dễ dàng ăn hydro. Tránh các môi trường khiến chúng tiếp xúc với hydro là điều quan trọng để bảo tồn hydro trong các tích tụ kinh tế".
Các tác giả phác thảo nơi hiểu rõ 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.
Một số nguồn khí hydro, chẳng hạn như từ lớp phủ Trái đất, đã thúc đẩy nhiều suy đoán và cường điệu—nhưng nghiên cứu này cho thấy rằng 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 được tìm thấy một cách quan trọng trên toàn cầu.
Tác giả chính Giáo sư Chris Ballentine (Đại học Oxford, Khoa Khoa học Trái đất) cho biết, "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 - bất kỳ thành phần, lượng, thời gian hoặc nhiệt độ nào sai và 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, có thể 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.
Thông tin thêm: Tích tụ tài nguyên hydro tự nhiên trong lớp vỏ lục địa, Nature Reviews Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43017-025-00670-1
Thông tin tạp chí: Nature Reviews Earth & Environment
Được cung cấp bởi Đại học Oxford
