HYDRO ẨN NẤP
Trái đất có chứa một lượng lớn nhiên liệu tái tạo, không có carbon không?
Khí mê-tan và hydro rò rỉ trên núi Chimaera ở Thổ Nhĩ Kỳ đã bị đốt cháy trong nhiều thế kỷ. SVITLANA BELINSKA/ALAMY STOCK PHOTO
TRONG BÓNG của cây xoài, Mamadou Ngulo Konaré kể lại sự kiện huyền thoại thời thơ ấu của mình. Năm 1987, những người đào giếng đã đến làng Bourakébougou, Mali của ông để khoan nước, nhưng đã từ bỏ một lỗ khoan khô ở độ sâu 108 mét. “Trong khi đó, gió thổi ra khỏi lỗ,” Konaré nói với Denis Brière, nhà vật lý học hóa thạch và phó chủ tịch của Chapman Oil Engineering, vào năm 2012. Khi một thợ khoan nhìn vào lỗ trong khi hút thuốc, gió thổi vào mặt anh ta.
Konaré tiếp tục: “Anh ấy không chết, nhưng anh ấy bị thiêu cháy. “Và bây giờ chúng tôi đã có một đám cháy lớn. Màu ngọn lửa ban ngày trong xanh như nước lấp lánh và không có khói đen ô nhiễm. Màu lửa ban đêm như vàng óng ánh, khắp cánh đồng nhìn thấy nhau trong ánh đèn. … Chúng tôi rất sợ rằng ngôi làng của chúng tôi sẽ bị phá hủy.”
Thủy thủ đoàn đã mất nhiều tuần để dập lửa và đậy nắp giếng. Và nó nằm đó, bị dân làng xa lánh, cho đến năm 2007. Đó là khi Aliou Diallo, một doanh nhân, chính trị gia giàu có người Malian, đồng thời là chủ tịch của Petroma, một công ty dầu khí, giành được quyền thăm dò ở khu vực xung quanh Bourakébougou. Diallo nói: “Chúng tôi có câu nói rằng con người được tạo ra từ bụi bẩn, nhưng ma quỷ được tạo ra từ lửa. “Đó là một nơi bị nguyền rủa. Tôi nói, ‘Chà, những nơi bị nguyền rủa, tôi muốn biến chúng thành những nơi được ban phước.’”
Vào năm 2012, anh ấy đã tuyển dụng Chapman Oil để xác định những gì thoát ra khỏi lỗ khoan. Được che chở khỏi cái nóng 50°C trong một phòng thí nghiệm di động, Brière và các kỹ thuật viên của ông đã phát hiện ra rằng loại khí này có 98% là hydro. Điều đó thật phi thường: Hydrogen hầu như không bao giờ xuất hiện trong các hoạt động khai thác dầu mỏ và người ta cũng không cho rằng nó tồn tại nhiều trên Trái đất. Brière nói: “Ngày hôm đó chúng tôi đã ăn mừng với những quả xoài lớn.
Trong vòng vài tháng, nhóm của Brière đã lắp đặt một động cơ Ford được điều chỉnh để đốt cháy hydro. Khí thải của nó là nước. Động cơ được nối với một máy phát điện 300 kilowatt đã mang lại cho Bourakébougou những lợi ích đầu tiên về điện: tủ đông để làm đá, đèn thắp sáng cho buổi cầu nguyện buổi tối tại nhà thờ Hồi giáo và TV màn hình phẳng để trưởng làng có thể xem các trận bóng đá. Điểm kiểm tra của trẻ em cũng được cải thiện. Diallo nói: “Họ có ánh sáng để học bài trước khi đến lớp vào buổi sáng. Ông nhanh chóng từ bỏ dầu mỏ, đổi tên công ty của mình thành Hydroma và bắt đầu khoan những giếng mới để xác định quy mô của nguồn cung dưới lòng đất.
Khám phá của người Malian là bằng chứng sống động cho điều mà một nhóm nhỏ các nhà khoa học, nghiên cứu các gợi ý từ các vết thấm, mỏ và giếng bỏ hoang, đã nói trong nhiều năm: Trái ngược với sự hiểu biết thông thường, các kho hydro tự nhiên lớn có thể tồn tại trên khắp thế giới, giống như dầu mỏ và gas - nhưng không ở cùng một nơi. Các nhà nghiên cứu này cho biết các phản ứng nước-đá sâu bên trong Trái đất liên tục tạo ra hydro, hydro thấm qua lớp vỏ và đôi khi tích tụ trong các bẫy dưới lòng đất. Theo một mô hình của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) được trình bày vào tháng 10 năm 2022 tại một cuộc họp của Hiệp hội Địa chất Hoa Kỳ, có thể có đủ hydro tự nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu trong hàng nghìn năm.
Emily Yedinak, một nhà khoa học vật liệu, người đã dành học bổng tại Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến-Năng lượng (ARPA-E) để thu hút sự quan tâm đến hydro tự nhiên, cho biết: “Lần đầu tiên tôi nghe về nó, tôi nghĩ nó thật điên rồ. “Càng đọc nhiều, tôi càng bắt đầu nhận ra rằng, ồ, khoa học đằng sau cách sản xuất hydro nghe có vẻ hợp lý… Tôi kiểu như, 'Tại sao không ai nói về điều này?'”
Tuy nhiên, kể từ năm 2018, khi Diallo và các đồng nghiệp của ông mô tả trường Malian trong Tạp chí Quốc tế về Năng lượng Hydro, số lượng bài báo về hydro tự nhiên đã bùng nổ. Nhà địa chất học Alain Prinzhofer, tác giả chính của bài báo ở Mali và là giám đốc khoa học của GEO4U, một công ty dịch vụ dầu khí có trụ sở tại Brazil, cho biết: “Thật không thể tin được và thực sự theo cấp số nhân. Hàng chục công ty khởi nghiệp, nhiều công ty ở Úc, đang giành quyền khai thác hydro. Năm ngoái, Hiệp hội các nhà địa chất dầu mỏ Hoa Kỳ đã thành lập ủy ban hydro tự nhiên đầu tiên và USGS đã bắt đầu nỗ lực đầu tiên để xác định các khu vực sản xuất hydro đầy triển vọng ở Hoa Kỳ. Viacheslav Zgonnik, Giám đốc điều hành của Natural Hydrogen Energy cho biết: “Chúng tôi đang ở giai đoạn đầu, nhưng nó sẽ diễn ra nhanh chóng. Vào năm 2019, công ty khởi nghiệp đã hoàn thành lỗ khoan hydro đầu tiên ở Hoa Kỳ, ở Nebraska.
Doanh nhân Malian và cựu ứng cử viên tổng thống Aliou Diallo bỏ phiếu vào năm 2018 (hình ảnh đầu tiên). Giờ đây, công ty của ông đang chuẩn bị khai thác hydro từ các mỏ dưới lòng đất gần làng Bourakébougou (hình thứ hai). (HÌNH ẢNH ĐẦU TIÊN) MICHELE CATTANI/AFP QUA HÌNH ẢNH GETTY; (HÌNH ẢNH THỨ HAI) PAUL CHOUINARD/DỊCH VỤ NĂNG LƯỢNG ĐA NĂNG
Thứ tự
Sự nhiệt tình đối với hydro tự nhiên xuất hiện khi sự quan tâm đến hydro như một loại nhiên liệu sạch, không có carbon đang tăng lên. Các chính phủ đang thúc đẩy nó như một cách để chống lại sự nóng lên toàn cầu, những nỗ lực đã được khơi dậy khi Nga xâm lược Ukraine vào năm ngoái và gây ra một cuộc tìm kiếm gấp rút, đặc biệt là ở châu Âu, để tìm các giải pháp thay thế cho khí đốt tự nhiên của Nga. Hiện tại, tất cả hydro thương mại phải được sản xuất, theo cách gây ô nhiễm, bằng cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hoặc theo cách đắt tiền, bằng cách sử dụng điện tái tạo. Hydro tự nhiên, nếu nó tạo thành trữ lượng lớn, có thể ở đó để lấy, mang lại cho những người thợ khoan có kinh nghiệm trong ngành dầu khí một nhiệm vụ mới, thân thiện với môi trường. Zgonnik nói: “Tôi tin rằng nó có tiềm năng thay thế tất cả nhiên liệu hóa thạch. “Đó là một tuyên bố rất lớn, tôi biết.”
Điều quan trọng là hydro tự nhiên có thể không chỉ sạch mà còn có thể tái tạo. Phải mất hàng triệu năm để các trầm tích hữu cơ bị chôn vùi và nén lại biến thành dầu và khí đốt. Ngược lại, hydro tự nhiên luôn được tạo ra khi nước ngầm phản ứng với khoáng chất sắt ở nhiệt độ và áp suất cao. Prinzhofer, người đã tư vấn cho dự án, cho biết trong thập kỷ kể từ khi các lỗ khoan bắt đầu khai thác hydro ở Mali, dòng chảy không hề giảm. Ông nói: “Hydrogen xuất hiện ở hầu hết mọi nơi như một nguồn năng lượng tái tạo, không phải là năng lượng hóa thạch.
Vẫn còn sớm đối với hydro tự nhiên. Các nhà khoa học không hoàn toàn hiểu cách thức nó hình thành và di chuyển và—quan trọng nhất—liệu nó có tích lũy theo cách có thể khai thác thương mại hay không. Frédéric-Victor Donzé, nhà địa vật lý tại Đại học Grenoble Alpes, cho biết: “Sự quan tâm đang tăng lên nhanh chóng, nhưng vẫn còn thiếu các bằng chứng khoa học. Big Oil đang lùi lại, quan sát trong khi những kẻ săn mồi hoang đảm nhận công việc thăm dò đầy rủi ro. Việc thương mại hóa mỏ Mali gặp trở ngại, và ở những nơi khác chỉ có một số giếng thăm dò được khoan. Donzé, người đã thề không nhận tiền của ngành, lo lắng về sự cường điệu.
Chúng tôi đã không tìm đúng chỗ với các công cụ phù hợp.
GEOFFREY ELLIS
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT HOA KỲ
Tuy nhiên, một số nhà khoa học đã trở thành tín đồ thực sự. Eric Gaucher, một nhà địa hóa học tại Đại học Bern, đã rời bỏ sự nghiệp tại tập đoàn dầu mỏ khổng lồ Total của Pháp vì nó không phát triển đủ nhanh trên hydro. Ông tin rằng khám phá ở Mali có thể được ghi vào sử sách cùng với khám phá đã xảy ra cách đây 163 năm ở Titusville, Pennsylvania. Vào thời điểm đó, thế giới đã biết về sự rò rỉ dầu ở những nơi như Iraq và California nhưng lại mù tịt về các mỏ khổng lồ nằm dưới lòng đất. Sau đó, vào ngày 27 tháng 8 năm 1859, một nhà khai thác vàng gần như phá sản tên là Edwin Drake, làm việc ở Titusville với một động cơ hơi nước và các ống khoan bằng gang, đã đánh vàng đen ở độ sâu 21 mét và bắt đầu thu thập nó trong bồn tắm. Chẳng bao lâu, các công ty Hoa Kỳ đã thu hoạch hàng triệu bồn dầu mỗi ngày.
Gaucher nói: “Tôi nghĩ rằng chúng ta không còn cách xa điều đó với hydro. “Chúng tôi có khái niệm, chúng tôi có công cụ, địa chất. … Chúng tôi chỉ cần những người có khả năng đầu tư.”
NGAY CẢ KHI KHÔNG CÓ CARBON, hydro vẫn có lỗi của nó với tư cách là một nguồn năng lượng. Một kg hydro chứa nhiều năng lượng như một gallon xăng (chỉ dưới 4 lít). Nhưng ở áp suất xung quanh, cùng một kilôgam hydro đó chiếm nhiều không gian hơn so với trống của một chiếc xe trộn bê tông thông thường. Bình tích áp có thể chứa nhiều hơn nhưng tăng thêm trọng lượng và chi phí cho phương tiện. Hóa lỏng hydro yêu cầu làm lạnh nó ở nhiệt độ –253°C—thường là một khoản chi phí không đủ tiêu chuẩn.
Những vấn đề về lưu trữ này — cùng với việc thiếu đường ống và hệ thống phân phối — là những lý do chính khiến trong cuộc đua điện khí hóa ô tô, pin đã giành chiến thắng trước pin nhiên liệu, loại pin chuyển đổi hydro thành điện năng. Tương tự, để sưởi ấm trong nước, hầu hết các chuyên gia tin rằng máy bơm nhiệt điện có ý nghĩa hơn so với lò hydro.
Tuy nhiên, Dharik Mallapragada, một nhà nghiên cứu hệ thống năng lượng tại Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết một nửa nhu cầu năng lượng dự kiến của thế giới sẽ vẫn khó khử cacbon bằng cách chuyển sang sử dụng điện. Anh ấy thấy hydro có thể thay thế hydrocacbon trong các phương tiện hạng nặng không phù hợp với pin: xe tải, tàu và thậm chí cả máy bay, tất cả đều có thể xử lý thùng lớn hơn và ít trạm tiếp nhiên liệu hơn. Các ngành công nghiệp như thép đòi hỏi quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao là một thị trường tiềm năng khác. Và các thị trường chính của hydro ngày nay - chẳng hạn như nó cần thiết để sản xuất phân bón amoniac - sẽ tiếp tục tăng từ 90 triệu tấn hiện tại một năm.
Hydro xám Được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch, giải phóng carbon dioxide và làm tăng thêm sự nóng lên toàn cầu. Cầu vồng hydro Các nhà nghiên cứu sử dụng màu sắc để phân biệt giữa các loại hydro khác nhau. Hydro xanh lam Giống như hydro xám, nhưng carbon được thu giữ và cô lập. Hydro xanh Được tạo ra không phát thải carbon bằng cách sử dụng tái tạo điện để tách nước. Hydro vàng Khai thác từ sự tích tụ tự nhiên dưới bề mặt. Hydro màu cam Được kích thích bằng cách bơm nước vào đá nguồn sâu.
Nhưng để được cao trào
thân thiện với thực phẩm, hydro cần được sản xuất sạch. Hydro ngày nay có màu “xám”, được tạo ra bằng cách cho khí metan phản ứng với hơi nước ở áp suất cao hoặc sử dụng nhiên liệu hóa thạch theo những cách khác. Những quy trình đó thải ra khoảng 900 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm, gần bằng lượng khí thải hàng không toàn cầu. Về nguyên tắc, lượng carbon đó có thể được thu giữ và cô lập dưới lòng đất, tạo ra hydro “xanh lam”. Nhưng hầu hết các hy vọng đều dựa vào hydro “xanh”—sử dụng năng lượng mặt trời hoặc gió có thể tái tạo để phân tách các phân tử nước thành oxy và hydro bằng máy điện phân.
Các chính phủ đã chấp nhận khái niệm này. Vào tháng 9 năm 2022, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) cho biết họ sẽ chi 7 tỷ đô la cho ít nhất nửa tá “trung tâm” hydro: các địa điểm sản xuất hydro màu lục hoặc lam. Và vào tháng 5 năm 2022, Liên minh Châu Âu đã kêu gọi sản xuất 20 triệu tấn hydro xanh mới mỗi năm—một nửa nhập khẩu, một nửa sản xuất trong nước—vào năm 2030.
Nhưng hydro xanh có giá khoảng 5 đô la một kg, cao hơn gấp đôi so với hydro xám, có xu hướng theo dõi giá khí đốt tự nhiên. Máy điện phân rẻ hơn sẽ giúp ích—DOE đang tài trợ cho một “cú hích” để đạt 1 đô la một kilôgam trong vòng một thập kỷ. Nhưng hydro xanh cũng sẽ yêu cầu mở rộng quy mô điện tái tạo. Chẳng hạn, để đạt được mục tiêu của EU, sẽ cần khoảng 1000 terawatt giờ lắp đặt năng lượng mặt trời và gió mới, gần gấp đôi những gì châu Âu hiện có, Mallapragada nói.
Bơm hydro ra khỏi mặt đất sẽ rẻ hơn nhiều, đó là lý do tại sao những người ủng hộ đôi khi gọi thứ tự nhiên là “vàng”. Brière cho biết việc khai thác tại địa điểm ở Mali, được hưởng lợi từ các giếng nông và hydro gần như tinh khiết, có thể rẻ tới 50 xu mỗi kg. Ian Munro, Giám đốc điều hành của Helios Aragon, một công ty khởi nghiệp theo đuổi hydro ở chân đồi của dãy núi Pyrenees Tây Ban Nha, cho biết chi phí hòa vốn của anh ấy có thể vào khoảng từ 50 đến 70 xu. Ông nói: “Nếu nó hoạt động, nó có thể cách mạng hóa việc sản xuất năng lượng. “Có một chữ 'nếu' lớn ở đó. Nhưng bạn sẽ không đạt được điều đó với hydro xanh, phải không? Đối với tôi, đó là một cái hố không đáy.”
NGÀNH DẦU KHÍ đã chọc thủng Trái đất hàng triệu giếng. Làm thế nào nó có thể bỏ qua hydro quá lâu? Một lý do là hydro khan hiếm trong đá trầm tích tạo ra dầu và khí đốt, chẳng hạn như đá phiến hoặc đá bùn giàu chất hữu cơ. Khi được nén và nung nóng, các phân tử cacbon trong những loại đá đó sẽ tiêu thụ bất kỳ hydro nào có sẵn và tạo thành hydrocacbon chuỗi dài hơn. Bất kỳ hydro nào mà dầu gặp phải khi nó di chuyển đến một loại đá “hồ chứa” xốp như đá sa thạch có xu hướng phản ứng để tạo thành nhiều hydrocacbon hơn. Hydro cũng có thể phản ứng với oxy trong đá để tạo thành nước hoặc kết hợp với carbon dioxide để tạo thành khí mê-tan “phi sinh học”. Vi khuẩn ngấu nghiến nó để tạo ra nhiều khí mê-tan hơn.
Các nhà địa chất cho rằng ngay cả khi hydro còn tồn tại, nó cũng không nên tích tụ. Hydro là phân tử nhỏ nhất trong tất cả: Nó có thể rò rỉ qua khoáng chất và thậm chí cả kim loại. Nếu Trái đất đang sản xuất hydro, nó dường như không thể tồn tại xung quanh.
Và vì vậy, trong lịch sử, khi những người khai thác gỗ giếng lập danh mục phát thải từ lỗ khoan của họ, họ hiếm khi bận tâm đến việc đo lượng hydro. Geoffrey Ellis, một nhà hóa học hữu cơ tại USGS cho biết: “Điểm mấu chốt là họ không thực sự tìm kiếm hydro. “Chúng tôi đã không tìm đúng chỗ với các công cụ phù hợp.”
Các nhà máy sản xuất hydro trên trái đấtHydro là nhiên liệu không có carbon, nhưng việc sản xuất nó rất bẩn và tốn kém. Một số nhà nghiên cứu tin rằng các nguồn hydro tự nhiên rẻ, rộng lớn và có khả năng tái tạo nằm dưới lòng đất.79Nước mưaSự tiêu thụ vi sinh vậtNướcGiàu sắtSự xâm nhậpVòng tròn cổ tíchHydrogenseepĐá bao phủ giàu sắtBẫy hydro4HydrogenCO2+ H2OAtiêu thụ sinh học8Lớp muốiLớp đá trầm tích65Đứt lỗi3H2OlivineH20H20H2UTh21
Thế hệ
1 phóng xạ
Dấu vết nguyên tố phóng xạ trong đá phát ra bức xạ có thể tách nước. Quá trình này diễn ra chậm, vì vậy những tảng đá cổ đại có nhiều khả năng tạo ra hydro nhất.
2 Serpentin hóa
Ở nhiệt độ cao, nước phản ứng với đá giàu sắt để tạo ra hydro. Các phản ứng nhanh và có thể tái tạo, được gọi là quá trình serpentin hóa, có thể thúc đẩy hầu hết quá trình sản xuất.
3 chỗ ngồi sâu
Các dòng hydro từ lõi hoặc lớp phủ của Trái đất có thể dâng lên dọc theo các ranh giới và đứt gãy của mảng kiến tạo. Nhưng lý thuyết về những cửa hàng sâu và rộng lớn này đang gây tranh cãi.
cơ chế mất mát
4 thấm
Hydro di chuyển nhanh chóng qua các đứt gãy và đứt gãy. Nó cũng có thể khuếch tán qua đá. Những vết thấm yếu có thể giải thích cho những chỗ lõm nông đôi khi được gọi là vòng tròn thần tiên.
5 vi khuẩn
Ở các lớp đất và đá nông hơn, vi khuẩn tiêu thụ hydro để tạo năng lượng, thường tạo ra khí mê-tan.
6 Phản ứng phi sinh học
Ở các tầng sâu hơn, hydro phản ứng với đá và khí để tạo thành nước, khí mê-tan và các hợp chất khoáng.
Khai thác
7 cái bẫy
Hydro có thể được khai thác giống như dầu và khí đốt—bằng cách khoan vào các bể chứa bị mắc kẹt trong đá xốp bên dưới các mỏ muối hoặc các lớp đá không thấm nước khác.
8 trực tiếp
Cũng có thể khai thác trực tiếp các loại đá nguồn giàu sắt, nếu chúng nông và đủ nứt nẻ để cho phép thu được hydro.
9 nâng cao
Sản xuất hydro có thể được kích thích bằng cách bơm nước vào nguồn nước giàu sắt
đá. Thêm carbon dioxide sẽ cô lập nó khỏi khí quyển, làm chậm quá trình biến đổi khí hậu.
(HÌNH ẢNH) C. BICKEL/KHOA HỌC; (DỮ LIỆU) GEOFFREY ELLIS/USGS
Tuy nhiên, những gợi ý đã có cho những người đã nhìn. Theo Zgonnik, một nhà địa hóa học gần đây đã xuất bản một bài đánh giá về hydro tự nhiên, cuộc thảo luận khoa học đầu tiên về nó bắt đầu từ năm 1888, khi Dmitri Mendeleev, cha đẻ của bảng tuần hoàn hóa học, báo cáo rằng hydro rò rỉ từ các vết nứt trong một mỏ than ở Ukraine. Zgonnik, người sinh ra và lớn lên ở Ukraine, nói rằng các báo cáo về hydro tương đối phổ biến ở khắp Liên Xô cũ—bởi vì các nhà nghiên cứu Liên Xô đang tìm kiếm nó. Họ tin vào một lý thuyết hiện đã bị mất uy tín rằng sẽ cần một lượng hydro tự nhiên đáng kể để sản xuất dầu từ các quá trình không có sự sống hơn là từ sự sống cổ đại.
Đối với Barbara Sherwood Lollar, một nhà địa hóa học của Đại học Toronto, khám phá về hydro đến vào những năm 1980, khi bà còn là một sinh viên mới tốt nghiệp. Cô ấy đang lấy dữ liệu về các mỏ ở Canada và Phần Lan, theo dõi bằng chứng đôi khi chúng chứa khí dễ cháy. Cô ấy đã đo lượng hydrocacbon dự kiến—một số khí mê-tan, một số khí etan—nhưng chúng không tạo thành tổng khối lượng trong các mẫu của cô ấy. Cuối cùng, cô ấy nhận ra rằng một số chứa tới 30% hydro. Cô ấy nói: “Chúng tôi thậm chí còn không đo lường nó, bởi vì không ai mong đợi hydro trong hệ thống.
Hàng trăm vụ rò rỉ hydro hiện đã được ghi nhận trên khắp thế giới. Zgonnik đã tin rằng hydro có thể giải thích các đặc điểm phổ biến hơn nữa: hàng trăm nghìn chỗ trũng hình tròn, nông trên đất liền, có đường kính hàng chục hoặc hàng trăm mét, được gọi bằng những cái tên như vòng tròn thần tiên, vòng phù thủy hoặc lưu vực nước. “Chúng phổ biến và rất bí ẩn,” anh nói. Khi khảo sát một số thực thể này dọc theo Bờ biển phía Đông Hoa Kỳ, nơi chúng được gọi là vịnh Carolina, Zgonnik và các đồng nghiệp của ông nhận thấy chúng đang rò rỉ hydro và nồng độ của nó tăng dần theo độ sâu. Zgonnik cho rằng hydro hòa tan các khoáng chất trong đá bên dưới, dẫn đến sụt lún trên bề mặt.
Isabelle Moretti, một nhà địa chất học tại Đại học Pau và Vùng Adour, người đã ghi lại tài liệu hydro rò rỉ từ các vòng tròn thần tiên ở Brazil, Namibia và Úc, cho biết thảm thực vật trong các vòng tròn đôi khi có thể bị triệt tiêu. Cô ấy suy đoán rằng nó có thể liên quan đến việc các vi khuẩn ưa hydro tiêu thụ các chất dinh dưỡng khác. “Có lẽ không còn gì nữa,” cô nói.
Sự rò rỉ hydro có thể giải thích cho những vết lõm bí ẩn thường được gọi là vòng tròn thần tiên. Một số có chiều rộng hơn 1 km trong hình ảnh về vùng duyên hải Bắc Carolina này.VIACHESLAV ZGONNIK
Chúng ta sẽ chăm sóc thế hệ của chúng ta và thế hệ con cháu của chúng ta.
Hầu hết các lỗ rò rỉ hydro đều quá yếu để có thể khai thác thương mại. Nhưng chính sự tồn tại của chúng là đầy hứa hẹn, và “thực sự là một phép màu,” Gaucher nói. Ông nói: “Bạn có chất oxy hóa trong đất, oxy trong khí quyển và rất nhiều vi khuẩn thích ăn hydro này. “Rằng nó có tồn tại, thì phải có nhiều hơn nữa.”
“Phải có một nguồn sâu hơn, lớn hơn.”
ĐỘNG CƠ CHÍNH của quá trình sản xuất hydro tự nhiên hiện được cho là một tập hợp các phản ứng ở nhiệt độ cao giữa nước và các khoáng chất giàu sắt như olivine, chiếm ưu thế trong lớp phủ của Trái đất. Một phản ứng phổ biến được gọi là serpentin hóa, bởi vì nó chuyển đổi olivin thành một loại khoáng chất khác gọi là serpentinite. Trong quá trình này, sắt bị oxy hóa, lấy các nguyên tử oxy từ các phân tử nước và giải phóng hydro.
Các nhà khoa học lặn bằng tàu lặn đã quan sát cận cảnh quá trình này tại sống núi lửa Mid-Atlantic Ridge, nơi các mảng kiến tạo bị kéo ra xa nhau và đá lớp phủ nổi lên để tạo ra những phiến vỏ đại dương mới. Tại một địa điểm được gọi là Thành phố đã mất (đối với những ống khói “khói trắng” cao chót vót phun ra nước nóng giàu khoáng chất), các nhà nghiên cứu đã đo được lượng lớn hydro phun ra từ đáy biển. Và ở Iceland, nơi nằm giữa Dãy núi giữa Đại Tây Dương, Moretti và các đồng nghiệp của cô đã ghi lại các dòng hydro có thể so sánh được tại một số suối nước nóng và giếng địa nhiệt rải rác khắp đất nước.
Nhưng hy vọng về hydro tự nhiên thương mại nằm gần hơn với các khách hàng tiềm năng trên các lục địa. Owain Jackson, giám đốc thăm dò tại H2Au, một công ty hydro có trụ sở tại Vương quốc Anh, cho biết các nhà thăm dò đang tìm kiếm các nền tảng cổ xưa, lõi cổ xưa của các lục địa. Bị mắc kẹt bên trong chúng là các dải đá giàu sắt, được gọi là vành đai đá lục, là tàn tích của lớp vỏ đại dương bị ép giữa các nền cổ trong các vụ va chạm lục địa cổ đại. Khi olivine và các khoáng chất khác được chôn đủ sâu để có nhiệt độ nóng hơn 200°C, nhưng vẫn tiếp xúc với nước thấm qua bề mặt, chúng có thể tạo ra hydro. Jackson, người đã từng giúp đánh giá các khối cho thuê ở một vùng của Mali cách Bourakébougou vài trăm km, tin rằng các vành đai đá lục nằm sâu trong nền cổ Tây Phi đang thúc đẩy sản xuất hydro ở đó. Anh ấy nói: “Chúng tôi hơi khó chịu vì đã trả lại các khối đá.
Prinzhofer nói rằng các nền cổ giữ một nguồn sắt lớn thứ hai có tiềm năng sản xuất hydro—một nguồn có từ một bước ngoặt tiến hóa cách đây khoảng 2,4 tỷ năm. Vào thời điểm đó, các đại dương thiếu oxy và bão hòa trong sắt hòa tan. Nhưng sau đó, trong một cuộc cách mạng được gọi là Sự kiện oxy hóa vĩ đại, các vi khuẩn sống ở đại dương đã phát triển khả năng quang hợp. Oxy mà chúng thải ra khiến sắt rơi xuống đáy đại dương dưới dạng rỉ sét, nơi cuối cùng nó biến thành đá. Giống như các vành đai đá lục, một số trầm tích này còn sót lại trong các nền cổ và ngày nay được gọi là các thành tạo sắt dạng dải. Họ được cho là nắm giữ khoảng 60% trữ lượng sắt của thế giới.
Trong một bài báo năm 2014, Sherwood Lollar và các đồng nghiệp đã xem xét cấu tạo của các nền cổ trên Trái đất và phát hiện ra rằng quá trình serpentin hóa sẽ tạo ra tới 80% khí hydro của Trái đất. Cơ chế thứ hai, phóng xạ, có thể tạo ra phần còn lại. Khi các nguyên tố phóng xạ trong lớp vỏ như uranium và thorium phân rã, chúng phát ra các hạt alpha, hay còn gọi là hạt nhân helium, cùng với các bức xạ khác có thể phân tách các phân tử nước dưới lòng đất và tạo ra thêm một lượng nhỏ hydro.
Zgonnik ủng hộ nguồn thứ ba và sâu xa hơn: Ông cho rằng hydro nguyên thủy, bị mắc kẹt ngay sau khi hành tinh ra đời trong lõi sắt của nó, đang thấm lên bề mặt qua hàng nghìn km đá. Bằng chứng là không rõ ràng và Zgonnik thừa nhận lý thuyết này đang gây tranh cãi. Ông nói: “Nó đi ngược lại nhiều mô hình.
Đối với Prinzhofer, câu hỏi hydro tự nhiên đến từ đâu chỉ mang tính học thuật. “Có lẽ tất cả chúng ta đều hoàn toàn sai,” anh nói. "Nó không quan trọng đối với ngành công nghiệp." Ông nói, ngành công nghiệp dầu mỏ đã phát triển rất lâu trước khi hiểu được nguồn gốc của dầu mỏ. Tương tự như vậy, điều quan trọng đối với ngành công nghiệp hydro tự nhiên chỉ đơn giản là liệu có đủ nguyên liệu để sản xuất hay không.
Tại USGS, Ellis đang cố gắng trả lời câu hỏi đó. Ông cho rằng Trái đất sản xuất lượng hydro mỗi năm nhiều hơn 90 triệu tấn mà con người sản xuất. Nhưng không chỉ dòng chảy đó mới quan trọng - mà là quy mô của nguồn dự trữ ngầm. “Có bao nhiêu thứ có thể bị mắc kẹt dưới bề mặt mà chúng ta thực sự có thể truy tìm?” Ellis hỏi. “Đó là một câu hỏi khó trả lời hơn nhiều.”
Anh ấy và đồng nghiệp USGS Sarah Gelman đã thử sử dụng mô hình “hộp” đơn giản vay mượn từ ngành công nghiệp dầu mỏ. Mô hình này tính đến các loại bẫy đá không thấm nước thuộc các loại khác nhau, tác động phá hoại của vi khuẩn và giả định—dựa trên kinh nghiệm của ngành dầu mỏ—rằng chỉ có 10% lượng hydro tích lũy có thể được khai thác một cách kinh tế. Ellis cho biết mô hình đưa ra một loạt các con số xoay quanh một nghìn tỷ tấn hydro. Điều đó sẽ đáp ứng nhu cầu của thế giới trong hàng nghìn năm ngay cả khi quá trình chuyển đổi năng lượng xanh gây ra sự gia tăng sử dụng hydro.
Ellis thừa nhận rằng phần lớn nguồn tài nguyên toàn cầu này cuối cùng có thể bị phân tán quá mức để có thể nắm bắt được về mặt kinh tế, giống như hàng triệu tấn vàng bị hòa tan trong đại dương ở mức phần nghìn tỷ. Nhưng nỗi lo lắng đó đã không ngăn được những người săn hydro.
KHI BỊ BẮT BUỘC bởi một trong những đợt phong tỏa do đại dịch COVID-19 của Úc vào tháng 11 năm 2020, Luke Titus thấy mình đang đọc một báo cáo khó hiểu năm 1944: Bản tin số 22 từ Cục Mỏ của Cơ quan Khảo sát Địa chất Nam Úc. Nó chứa một phân tích dữ liệu từ những người nông dân đã cùng nhau tìm kiếm dầu, sử dụng que bói và các kỹ thuật đáng ngờ khác. Titus nói: “Thậm chí có báo cáo về việc họ nhúng tay vào dầu hỏa. “Tất cả đều khá thú vị.” Nhưng Titus, người đồng sáng lập công ty có tên Gold Hydrogen, đã không cười khi nhìn thấy dữ liệu từ một lỗ khoan, được khoan vào năm 1921 trên đảo Kangaroo. Nó đã tạo ra tới 80% hydro. Một giếng khác, trên Bán đảo Yorke gần đó, gần 70%.
Một vòng tròn thần tiên lớn ở Brazil rò rỉ hydro lại không có thảm thực vật một cách kỳ lạ.ALAIN PRINZHOFER
Vào tháng 2 năm 2021, khi Nam Úc mở rộng các quy định về dầu mỏ để cho phép khoan hydro, Titus đã lao vào. Cùng tháng đó, anh nộp đơn xin khám phá diện tích gần 8000 km2 trên bán đảo Yorke và đảo Kangaroo. Ông đã thành lập hai công ty giấy khác để nộp đơn trên hàng nghìn km2 nữa. Trong vòng vài tuần, anh ấy đã có đối thủ cạnh tranh. Anh ấy nói: “Một loạt các doanh nghiệp khác đã biết đến nó.
Giờ đây, Nam Úc đang ở giữa thời kỳ bùng nổ hydro, ít nhất là trên giấy tờ. Nhà nước được ban phước với địa chất thuận lợi. Nó được bao phủ bởi Gawler Craton cổ đại, và các mỏ sắt và uranium của nó chỉ ra các loại đá nguồn cần thiết cho cả quá trình serpentin hóa và phóng xạ. Với đại dương quá gần, Titus nói, những tảng đá chắc chắn sẽ bị bão hòa nước. Năm nay, anh ấy dự định tiến hành một cuộc khảo sát địa vật lý trên không để phác họa thứ mà anh ấy tin là đá gốc trên Bán đảo Yorke, chỉ cách đó 1,8 km. Vào tháng 1, trong đợt phát hành lần đầu ra công chúng trên Sở giao dịch chứng khoán Úc, công ty đã huy động được 20 triệu đô la, đủ để khoan một giếng thăm dò. Anh ấy nói: “Chúng tôi đang làm việc ở bờ vực chảy máu.
Ở Tây Ban Nha, Munro đang chờ các quy định bắt kịp. Giống như Gold Hydrogen, công ty Helios Aragon của ông được thành lập dựa trên dữ liệu cũ nhưng đầy hứa hẹn: một “chương trình” 25% hydro trong giếng Monzon-1, được khoan vào năm 1963 ở độ sâu 3,7 km bởi Công ty Dầu khí Quốc gia Aragon. Và giống như Titus, Munro tin rằng mình có một địa điểm lý tưởng cho hydro. Trong lõi của dãy núi Pyrenees là những tảng đá biển giàu sắt, bị ép và nâng lên khi mảng Iberia đóng một đại dương và đâm vào nước Pháp khoảng 65 triệu năm trước. Munro cho biết các đứt gãy sâu chuyển hydro được tạo ra trong những tảng đá đó thành một lớp đá sa thạch xốp, được bao phủ bởi một lớp đá phiến chặt chẽ.
Munro có kế hoạch khoan một giếng thăm dò vào cuối năm 2024. “Chúng tôi tin rằng mình sẽ là giếng hydro tự nhiên đầu tiên của châu Âu,” ông nói. Nhưng vì hợp đồng thuê của anh ấy đã được trao theo luật dầu mỏ của Tây Ban Nha và luật khí hậu năm 2021 đã đưa ra lệnh cấm đối với các hoạt động mới, anh ấy sẽ không thể sản xuất thương mại cho đến khi Tây Ban Nha đưa ra quy định miễn trừ đối với hydro.
Tại Hoa Kỳ, nơi sản sinh ra công nghệ fracking và bùng nổ khí đá phiến, môi trường pháp lý lỏng lẻo hơn. Tuy nhiên, Ellis nói, "Tôi thực sự không biết vì lý do gì, nó vẫn chưa thành công ở Bắc Mỹ." Tại USGS, anh ấy và một vài nhân viên khác là những nhân viên duy nhất tập trung vào hydro tự nhiên. Tại ARPA-E, chỉ có Yedinak và một người khác—cho đến khi cô ấy rời cơ quan cách đây vài tháng để tham gia một công ty khởi nghiệp về năng lượng sạch.
Ellis hiện đang sử dụng dữ liệu địa vật lý để đánh giá địa hình đầy hứa hẹn của Hoa Kỳ để sản xuất hydro. Ông nói rằng Hoa Kỳ có thể nằm trên hai mạch giàu có. Một là cách bờ biển phía Đông khoảng 10 đến 20 km, nơi có lớp vỏ giàu sắt nằm dưới đáy biển khoảng 10 km. Ông tin rằng hydro được tạo ra trong những tảng đá đó có thể đang di chuyển lên và vào bờ thông qua các trầm tích xốp—có lẽ giải thích tại sao các vịnh Carolina được tìm thấy dọc theo Bờ biển phía Đông. Một điểm nóng tiềm năng khác là ở Trung Tây, nơi một vết nứt núi lửa không thể chia cắt Bắc Mỹ một tỷ năm trước. Nó mang những tảng đá giàu sắt lên gần bề mặt trong một dải từ Minnesota đến Kansas.
Đó là mục tiêu của Zgonnik. Vào năm 2019, Natural Hydrogen Energy đã hoàn thành giếng sâu 3,4 km ở giữa một “lưu vực nước”—thuật ngữ địa phương cho vòng tròn thần tiên—và được bao quanh bởi các cánh đồng ngô và đậu tương. Giếng, gần Geneva, Nebraska, nằm gần các đứt gãy sâu có thể nối nó với các tảng đá của khu vực rạn nứt bị hỏng. Zgonnik từ chối cho biết giếng này sản xuất bao nhiêu hydro, nhưng vào tháng 4 năm 2022, công ty HyTerra đã mua cổ phần trong hoạt động này. Một bài thuyết trình của HyTerra cho biết khí từ giếng “được đốt cháy với ngọn lửa rõ ràng”—một dấu hiệu cho thấy hydro chiếm ưu thế.
Gaucher tin rằng mục tiêu đầu tiên cho các nhà thám hiểm hydro tự nhiên phải là các tích tụ nông nằm dưới các mũ không thấm nước trong vòng một hoặc hai km trên bề mặt. Nhưng nếu bản thân các loại đá nguồn nằm trong tầm với, ông nói, thì hydro có thể được thu thập trực tiếp từ chúng, giống như dầu từ đá phiến sét; nước thậm chí có thể được bơm vào đá giàu sắt để kích thích sản xuất. Trong khi thu thập hydro, giếng cũng có thể khai thác năng lượng địa nhiệt trong nước nóng quay trở lại bề mặt. Trên hết, nếu carbon dioxide được hòa tan trong nước được bơm vào, nó có thể phản ứng với magiê và canxi trong đá chứa sắt và bị khóa vĩnh viễn dưới dạng đá vôi. Yedinak nói: “Bạn sẽ cô lập carbon dioxide và sản xuất hydro cùng một lúc.
Triển vọng là thú vị. Nhưng sự nhiệt tình chỉ là giả thuyết vào lúc này. Không một nơi nào trên thế giới sớm sản xuất được hydro thương mại—ngoại trừ, có lẽ, ở Mali.
Vào năm 2019, công ty khởi nghiệp Natural Hydrogen Energy đã khoan giếng hydro đầu tiên của Hoa Kỳ giữa các cánh đồng ngô và đậu tương ở Nebraska.VIACHESLAV ZGONNIK
VÀO MỘT BUỔI TỐI THÁNG 11, Diallo đáp chuyến bay muộn đến Dakar, Senegal, nơi anh có một ngôi nhà. Anh ấy nằm dài trong một căn phòng sang trọng trong chiếc áo dài trắng, uống một ngụm từ chai nước khi kể câu chuyện của mình qua một cuộc gọi video. Anh ta là một trong những công dân giàu có nhất của Mali, đã gây dựng tài sản của mình từ một mỏ vàng và kinh doanh các khoản nợ rủi ro của chính phủ châu Phi. Anh ấy cũng là một ứng cử viên tổng thống trước đây và có lẽ là trong tương lai ở một quốc gia hiện đang được cai trị bởi một chính quyền quân sự và bị xáo trộn bởi nhiều năm đấu tranh với những kẻ khủng bố Hồi giáo.
Nhưng hydro mới là thứ mà anh ấy muốn nói đến. Đó là một dự án tâm huyết kể từ khi ông mua được quyền khai thác mỏ Bourakébougou hơn 15 năm trước. “Anh ấy là một tay cờ bạc,” Prinzhofer nói. “Anh ấy luôn nói với tôi, 'Tôi thích đặt cược đáng kinh ngạc, và điều này thật thú vị.'”
Những năm qua thật khó khăn và con đường thương mại hóa bị chậm lại do đại dịch và các cuộc đảo chính quân sự. Các biện pháp trừng phạt quốc tế nhằm gây áp lực lên chính quyền khiến Hydroma khó nhập khẩu thiết bị. Và rất ít công ty khoan dầu phương Tây sẵn sàng làm việc ở Mali do những lo ngại về an ninh thường trực.
Tuy nhiên, Hydroma gần đạt được việc bơm hydro thương mại, Diallo tuyên bố, mặc dù ông sẽ không nói mức độ gần như thế nào. Brière nói: “Thiết bị đang được lắp ráp ngay bây giờ khi chúng ta nói chuyện. Diallo cho biết ưu tiên là sử dụng Bourakébougou làm trạm nạp cho pin nhiên liệu giúp cung cấp điện cho Mali, một quốc gia mà một nửa dân số vẫn chưa có điện.
Nhưng tại sao lại dừng lại ở đó? Diallo muốn mở rộng sang xe buýt hydro, xe tải và thậm chí cả xe lửa. Sau đó có thể là nhà máy phân bón. Hydroma đã thành lập các công ty con ở Senegal, Mauritania, Niger và Guinea-Bissau, đồng thời Diallo nhận thấy hydro thúc đẩy sự thịnh vượng trên khắp một khu vực có 400 triệu người. Anh ấy gọi đó là Thỏa thuận xanh lớn của Tây Phi. Ông nói: “Chúng tôi đã chứng minh rằng, ngoài sự tò mò về địa chất, [hydro] là một nguồn tài nguyên thiên nhiên thực sự cần phải dựa vào trong tương lai.
Với 30 giếng khoan trên khắp mỏ Bourakébougou, Brière cho biết giờ đây ông có thể chính thức đánh giá “phần thưởng”—biệt ngữ của ngành dầu mỏ về khối lượng có thể phục hồi trong một hồ chứa. Ông nói: Cánh đồng này rất lớn: Nó chứa khoảng 60 tỷ mét khối hydro, tương đương khoảng 5 triệu tấn, bị giữ lại dưới các ngưỡng mở rộng nằm ngang của đá núi lửa cổ đại.
Nhưng quy mô của giải thưởng có thể nhấn mạnh lời hứa. Brière nói: Bởi vì Trái đất tạo ra hydro nhanh hơn rất nhiều so với dầu mỏ nên thể tích của một hồ chứa ít có ý nghĩa hơn. “Chúng tôi không thấy rằng đó là một khối lượng hạn chế, chúng tôi thấy rằng nó luôn được lấp đầy, trôi chảy và liên tục.” Có thể khai thác mỏ Bourakébougou và những mỏ khác tương tự trong nhiều thập kỷ mà không làm chúng cạn kiệt. Brière nói: “Chúng tôi sẽ chăm sóc thế hệ của chúng tôi và thế hệ con cháu của chúng tôi.
Người dân Bourakébougou chắc chắn hy vọng như vậy. Động cơ Ford chạy cho đến khi bugi đánh lửa của nó hết cách đây vài năm, và một pin nhiên liệu mới được lắp đặt—yên tĩnh hơn và hiệu quả hơn—vẫn chưa được nối vào lưới điện của làng. Bourakébougou chìm trong bóng tối, chờ đợi một tương lai hydro đến.
