Dự án Hydro Địa chất của USGS tiến hành nghiên cứu về hydro tự nhiên trên toàn quốc và thế giới. Dự án cung cấp thông tin khoa học quan trọng và dữ liệu hỗ trợ việc khám phá, đánh giá và quản lý có trách nhiệm các nguồn tài nguyên hydro địa chất. Các nỗ lực nghiên cứu tập trung vào việc hiểu các quá trình tự nhiên có thể dẫn đến các nguồn tài nguyên hydro địa chất có thể phục hồi, cũng như phát triển các công cụ và chiến lược thăm dò có thể hỗ trợ việc khám phá và khai thác tài nguyên. Mục tiêu là cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về nguồn năng lượng trước đây chưa được công nhận này để giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai của quốc gia.
Khí hydro (H2) là nguyên liệu quan trọng cho nhiều quy trình công nghiệp, đáng chú ý nhất là nâng cấp dầu mỏ, sản xuất thép và sản xuất phân bón (Cơ quan Thông tin Năng lượng). Việc sử dụng H2 làm nguồn năng lượng ngày nay thường chỉ giới hạn ở nhiên liệu tên lửa và các ứng dụng chuyên biệt (ví dụ, phát điện trên tàu vũ trụ); tuy nhiên, dự kiến nó sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nguồn cung cấp năng lượng trong tương lai. Hydro có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau; tuy nhiên, hầu hết H2 có sẵn trên thị trường hiện nay được sản xuất bằng phản ứng nhiệt độ cao giữa nước và than hoặc mê-tan, phản ứng này giải phóng khoảng 10–12 kg carbon dioxide (CO2) vào khí quyển cho mỗi 1 kg H2 được tạo ra (Cơ quan Năng lượng Quốc tế). Sản lượng H2 toàn cầu vào năm 2024 là khoảng 100 Mt (triệu tấn), trong đó chưa đến 1% là carbon thấp (Cơ quan Năng lượng Quốc tế). Các nhà phân tích chính sách năng lượng dự đoán rằng nhu cầu về hydro sẽ tăng gấp đôi (~200 Mt) vào năm 2030 để đáp ứng mục tiêu phi cacbon hóa năm 2050 và phần lớn trong số này sẽ cần phải đến từ các nguồn carbon thấp (Cơ quan Năng lượng Quốc tế). Để đạt được các mục tiêu về khí hậu, các dự báo này bao gồm H2 có nguồn gốc từ mêtan kết hợp với quá trình cô lập carbon (H2 màu xanh lam) và H2 được tạo ra bằng cách điện phân nước bằng các nguồn điện tái tạo (H2 màu xanh lá cây). Để đạt được các mục tiêu này sẽ cần một khoản đầu tư chưa từng có vào công nghệ và cơ sở hạ tầng mới (Cơ quan Năng lượng Quốc tế).
Mặc dù hydro tự nhiên đã được tìm thấy trong nhiều môi trường ngầm khác nhau, hàng triệu giếng dầu và khí đốt đã không phát hiện ra nồng độ hydro nhiều hơn dấu vết, với một vài trường hợp ngoại lệ đáng chú ý. Điều này khiến nhiều nhà khoa học về địa chất kết luận rằng sự tích tụ kinh tế của hydro trong lòng đất là không tồn tại, có thể là do độ khuếch tán và phản ứng cao của hydro, có thể hạn chế thời gian lưu trú địa chất của nó (Gaucher, 2020). Những khám phá gần đây ở Mali, Albania và những nơi khác đã khiến các nhà khoa học về địa chất đặt câu hỏi về quan niệm cho rằng sự tích tụ H2 không thể có trong lòng đất. Bây giờ rõ ràng là các nhà khoa học về địa chất đã quá vội vàng khi kết luận rằng sự tích tụ kinh tế của hydro tự nhiên không thể tồn tại trong lòng đất. Các công cụ phù hợp chưa được triển khai ở đúng nơi để đánh giá triển vọng của các nguồn tài nguyên hydro tự nhiên. Hoạt động thăm dò hydro địa chất hiện đang được tiến hành ở Albania, Úc, Canada, Colombia, Pháp, Phần Lan, Hàn Quốc, Tây Ban Nha và Hoa Kỳ, và có thể ở các quốc gia khác nữa (Cơ quan Năng lượng Quốc tế). Người ta ước tính có hơn 40 công ty đang thăm dò nguồn tài nguyên hydro địa chất vào cuối năm 2023, tăng gấp bốn lần so với năm 2020.
Một nghiên cứu gần đây của USGS ước tính rằng có thể có hàng triệu Mt hydro tự nhiên trong các tích tụ trong lớp vỏ Trái đất (Ellis và Gelman, 2024). Tuy nhiên, có rất nhiều sự không chắc chắn liên quan đến dự đoán này và mô hình không đánh giá quy mô tiềm năng hoặc sự phân bố của các tích tụ hydro. Hầu hết lượng hydro này có khả năng nằm trong các tích tụ quá sâu, quá xa bờ hoặc quá nhỏ để có thể thu hồi được về mặt kinh tế. Tuy nhiên, ngay cả một phần nhỏ trong lượng hydro ước tính dưới bề mặt cũng có khả năng đáp ứng toàn bộ nhu cầu dự kiến của toàn cầu trong hàng trăm năm. Do đó, chìa khóa để hiểu được tiềm năng tài nguyên hydro địa chất là kiểm tra các yếu tố địa chất ảnh hưởng đến tiềm năng hình thành các tích tụ.
Hiểu về hệ thống hydro địa chất
Để phát triển các chiến lược hiệu quả cho việc thăm dò và đánh giá các nguồn tài nguyên hydro địa chất, cần có một khuôn khổ toàn diện làm sáng tỏ các thành phần thiết yếu có thể dẫn đến sự tích tụ hydro kinh tế (Jackson và cộng sự, 2024). Mục tiêu đầu tiên của dự án này là phát triển và tinh chỉnh một mô hình hệ thống hydro dựa trên khái niệm "hệ thống dầu mỏ" rất thành công (Magoon và Dow, 1994) và được thiết kế riêng để hiểu được sự tạo ra sự tích tụ kinh tế của các nguồn tài nguyên hydro trong lòng đất. Nghiên cứu về hệ thống hydro tập trung vào việc cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về các cơ chế tạo ra, di chuyển, bẫy và bảo tồn hydro trong lòng đất. Do bản chất phức tạp và liên ngành cao của nghiên cứu này, phần lớn nghiên cứu được thực hiện thông qua sự hợp tác với các đối tác trong học viện và ngành công nghiệp thông qua một nhóm nghiên cứu USGS-Trường Mỏ Colorado.
Lập bản đồ triển vọng cho hydro địa chất
Với hiểu biết mới mẻ của chúng ta về tiềm năng của các nguồn tài nguyên hydro địa chất và lượng dữ liệu rất hạn chế có sẵn từ các khu vực tích tụ đã biết, hiện tại không thể đánh giá định lượng tiềm năng tài nguyên. Tuy nhiên, mô hình hệ thống hydro có thể được sử dụng để xác định các khu vực có triển vọng về tài nguyên hydro địa chất. Mục tiêu thứ hai của dự án là phát triển và tinh chỉnh phương pháp lập bản đồ triển vọng, dựa trên mô hình hệ thống hydro, xác định các khu vực có triển vọng nhất để khám phá các nguồn tài nguyên hydro địa chất và có thể áp dụng cho các khu vực cụ thể cần quan tâm. USGS hiện đã phát triển một phương pháp nghiêm ngặt để lập bản đồ triển vọng tương đối khi các điều kiện thuận lợi cho việc tích tụ hydro tự nhiên (Gelman và những người khác, 2025). Phương pháp này đã được áp dụng cho 48 tiểu bang phía dưới của Hoa Kỳ và xác định nhiều khu vực của đất nước có triển vọng về hydro địa chất, cho thấy các khu vực này có các điều kiện địa chất cần thiết—nguồn hydro, đá chứa và lớp niêm phong để giữ khí—để tích tụ hydro. Bản đồ triển vọng hydro địa chất cho 48 tiểu bang liền kề của Hoa Kỳ có thể được xem tại đây, dữ liệu cho bản đồ có sẵn tại đây.
Ứng dụng của Địa hóa học bề mặt vào việc thăm dò hydro địa chất
Điều đáng chú ý là hiện nay nói chung đang thiếu các công cụ và chiến lược để thăm dò các nguồn tài nguyên hydro địa chất. Nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng trong thăm dò tài nguyên năng lượng dầu mỏ, khoáng sản và địa nhiệt có thể áp dụng trong thăm dò hydro; tuy nhiên, chúng có thể cần được điều chỉnh để trở nên tối ưu cho việc thăm dò hydro. Mục tiêu thứ ba của dự án này là xác định và phát triển các công nghệ bề mặt có thể hữu ích trong việc thăm dò khí hydro. Các vết rò rỉ dầu mỏ trên bề mặt đóng vai trò quan trọng trong những ngày đầu của hoạt động thăm dò dầu khí, và việc phát hiện hydro và các khí liên quan trong các bối cảnh gần bề mặt có thể giúp xác định các hệ thống hydro khả thi trong bề mặt. Ngoài ra, cần có các quan sát toàn diện và chính xác hơn về thông lượng hydro tự nhiên trong các bối cảnh gần bề mặt để hạn chế tốt hơn chu trình sinh hóa hydro toàn cầu. Khi việc sử dụng hydro mở rộng trên toàn cầu trong tương lai, sẽ có nhu cầu ngày càng tăng về việc theo dõi các đóng góp không chủ ý của hydro vào khí quyển. Đánh giá đúng đắn về tác động của hydro đi lạc đối với hóa học khí quyển đòi hỏi phải hiểu chính xác về các thông lượng hydro tự nhiên.
Những câu hỏi thường gặp (FAQ)
Hydro địa chất là gì?
Hydro địa chất, còn được gọi là hydro tự nhiên, là khí hydro được tìm thấy tự nhiên bên dưới bề mặt Trái đất. Không giống như hydro được sản xuất thông qua các quy trình công nghiệp, hydro địa chất có nguồn gốc và được lưu trữ trong đá dưới lòng đất, tương tự như các nguồn tài nguyên dầu mỏ truyền thống.
Tại sao hydro địa chất lại quan trọng?
Hydro là nhiên liệu sạch, nghĩa là khi đốt, nó chỉ tạo ra nhiệt và nước như một sản phẩm phụ. Điều này làm cho nó trở nên hấp dẫn như một sự thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, thải ra carbon dioxide. Hydro địa chất có tiềm năng trở thành nguồn năng lượng bền vững và thân thiện với môi trường tại Hoa Kỳ và trên toàn thế giới.
Hydro địa chất được hình thành như thế nào?
Hydro địa chất được hình thành thông qua các quá trình tự nhiên sâu bên trong Trái Đất. Một cách phổ biến để hình thành hydro là thông qua phản ứng giữa nước và một số loại đá giàu sắt, một quá trình được gọi là serpentin hóa. Một cách phổ biến khác để hình thành hydro là thông qua quá trình phân hủy phóng xạ, trong đó bức xạ tự nhiên sâu bên trong Trái Đất phá vỡ các phân tử nước để tạo ra hydro.
Tại sao trước đây chúng ta chưa tìm thấy hydro địa chất?
Một lời giải thích đơn giản là chúng ta chưa tìm kiếm đúng nơi với đúng công cụ. Theo truyền thống, khoan năng lượng ngầm không nhắm vào khí hydro và các công ty thường không tính đến điều này trong quá trình thăm dò. Quan trọng hơn, bối cảnh địa chất nơi có khả năng sản xuất hydro không phải là nơi tìm thấy dầu mỏ. Có khả năng có một lượng lớn hydro địa chất đang chờ được phát hiện, có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch lâu dài.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
