Hydro tự nhiên: Một cuộc cách mạng đầy hứa hẹn cho quá trình chuyển đổi năng lượng
Trong một thế giới đang tìm kiếm các giải pháp thay thế năng lượng sạch và bền vững, hydro tự nhiên, còn được gọi là hydro trắng, đang nổi lên như một giải pháp mang tính cách mạng. Không giống như hydro xanh, xanh lam hoặc xám, quá trình sản xuất hydro này không đòi hỏi điện tái tạo hay quá trình xử lý hóa học chuyên sâu. Chất mang năng lượng này, được tạo ra tự nhiên thông qua các quá trình địa chất, có tiềm năng đáng kể trong việc khử cacbon cho các lĩnh vực chiến lược đồng thời giảm chi phí và tác động đến môi trường. Bài viết này đi sâu vào những hứa hẹn và thách thức của hydro trắng, nêu bật các sáng kiến ở Pháp, Châu Âu và trên toàn cầu, cũng như vai trò của nó trong quá trình chuyển đổi năng lượng.
Một tiềm năng tự nhiên chưa được khai thác
Hydro tự nhiên, hay hydro trắng, đang nổi lên như một nguồn tài nguyên sáng tạo và chiến lược trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Được hình thành thông qua các quá trình địa chất như quá trình oxy hóa khoáng chất sắt hoặc quá trình phân hủy phóng xạ nước, hydro này liên tục được Trái đất sản xuất trong các khoảng thời gian từ vài nghìn đến vài triệu năm, tùy thuộc vào các điều kiện địa chất cụ thể. Không giống như các loại hydro khác, quá trình sản xuất hydro này không phụ thuộc vào các nguồn điện không liên tục cũng như không yêu cầu các công nghệ thu giữ CO2 phức tạp, giúp giảm đáng kể chi phí liên quan. Ngoài ra, quá trình khai thác hydro trắng còn có một số lợi thế về môi trường:
Không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch: Không giống như hydro xám hoặc xanh, nó không dựa vào quá trình cải tạo khí tự nhiên, loại bỏ nguồn phát thải chính.
Sản xuất tự nhiên liên tục: Các quy trình tạo ra hydro tự nhiên của Trái đất cung cấp một giải pháp thay thế năng lượng thấp cho các phương pháp đầu vào cao như điện phân.
Sử dụng ít đất và nước: Không giống như hydro xanh, đòi hỏi nhiều nước và đất cho các cơ sở năng lượng tái tạo, quá trình khai thác hydro trắng liên quan đến dấu chân hoạt động nhỏ hơn.
Các dự báo gần đây ước tính rằng chi phí sản xuất hydro trắng có thể dao động trong khoảng từ 1 đến 1,5 euro/kg trong những năm tới, thấp hơn nhiều so với mức từ 2 đến 9 euro/kg dự kiến đối với hydro được sản xuất bằng điện phân vào năm 2030. Để so sánh, hydro xám từ nhiên liệu hóa thạch hiện có giá từ 1,5 đến 3 euro/kg nhưng có tác động đến môi trường cao hơn đáng kể. Những con số này làm nổi bật lợi thế cạnh tranh mà hydro trắng có thể mang lại cho các ngành năng lượng và công nghiệp.
Hydro tự nhiên: Những sáng kiến đầy hứa hẹn tại Pháp và trên toàn cầu
Tại Pháp, năm giấy phép thăm dò đã được cấp, nhắm vào các khu vực như Pyrenees, Đồng bằng Albigeois và Guiana thuộc Pháp. Những khu vực này đã được xác định là có tiềm năng địa chất thuận lợi, đặc biệt là do sự hiện diện của các thành tạo đá giàu sắt và magiê, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra hydro tự nhiên. Các ước tính sơ bộ cho thấy những khu vực này có thể cung cấp tới 20% nhu cầu hydro quốc gia của Pháp vào năm 2050, tùy thuộc vào sự phát triển công nghệ và tiến độ thăm dò.
Tại Pyrenees, các dự án đang thăm dò đá macma và các vùng serpentin hóa đang hoạt động, trong khi tại Guiana thuộc Pháp, các nghiên cứu tập trung vào các thành tạo tiền Cambri giàu sắt. Tại Đồng bằng Albigensian, các chỉ số địa hóa đầy hứa hẹn cho thấy lượng hydro hòa tan đáng kể trong các tầng chứa nước sâu. Các mỏ này có thể được khai thác để cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp địa phương, giảm nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch và hỗ trợ quá trình khử cacbon của phương tiện vận tải hạng nặng. Kết quả ban đầu từ hoạt động khoan thăm dò, dự kiến vào năm 2025, sẽ xác nhận tiềm năng thương mại của các dự án này.
Trên khắp châu Âu, một số dự án tiêu biểu đang thúc đẩy sự hiểu biết về hydro tự nhiên:
Kosovo: Dự án “Banja Vuca” tại khu vực Dinarides có diện tích 57 km², dự kiến sẽ có kết quả khả thi vào năm 2024.
Phần Lan: Hoạt động thăm dò tại vành đai Outokumpu, được Bluejay Mining hỗ trợ, đang nhắm mục tiêu vào các thành tạo được biết đến với tiềm năng tạo ra hydro.
Ba Lan: Các nghiên cứu sơ bộ tại Hạ Silesia tập trung vào quá trình serpentin hóa trong các thành tạo giàu magiê.
Ukraine: Tại lưu vực Donetsk, các nhà nghiên cứu đang điều tra quá trình tạo ra hydro trong các điều kiện địa nhiệt cụ thể.
Vương quốc Anh: Cao nguyên Scotland là nơi diễn ra các nghiên cứu về các vùng siêu mafic, nơi tương tác đá-nước tạo ra hydro.
Trên toàn cầu, các sáng kiến quan trọng càng nhấn mạnh thêm mối quan tâm ngày càng tăng đối với hydro trắng. Tại Mali, dự án thí điểm tại Bourakébougou đã chứng minh được sự tồn tại của các mỏ có thể khai thác, tạo ra hydro có thể sử dụng trực tiếp cho sản xuất năng lượng tại địa phương. Tại Hoa Kỳ, hoạt động khoan thăm dò đã bắt đầu ở Nebraska và Kansas, nhắm mục tiêu vào các khu vực như Nemaha Ridge, nơi các nghiên cứu địa chất sơ bộ cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn. Tại Úc, Bán đảo Yorke là nơi tổ chức các dự án thí điểm nghiên cứu các thành tạo giàu serpentine có lợi cho việc tạo ra hydro tự nhiên.
Theo một nghiên cứu năm 2020 của Zgonnik, hơn 465 địa chất có hydro đã được xác định trên toàn thế giới, chứng minh tiềm năng toàn cầu phần lớn chưa được khai thác. Các mỏ này bao gồm các khu vực ở Mỹ Latinh (như Colombia), Đông
Châu Âu (đặc biệt là Ba Lan và Ukraine) và Châu Phi (ví dụ như Namibia). Mặc dù nhiều dự án trong số này vẫn đang trong giai đoạn thăm dò, nhưng chúng có thể mở đường cho việc khai thác thương mại vào năm 2030, được hỗ trợ bởi những tiến bộ công nghệ và khoản đầu tư ước tính lên tới vài tỷ euro.
Một đòn bẩy quan trọng cho tương lai năng lượng
Mặc dù có triển vọng, hydro trắng vẫn phải đối mặt với một số thách thức, bao gồm việc phát triển cơ sở hạ tầng chuyên dụng để khai thác, vận chuyển và lưu trữ, cũng như việc thiết lập các khuôn khổ quản lý hài hòa ở cấp độ quốc tế. Lưu trữ hydro địa chất cung cấp sự bổ sung tự nhiên cho hoạt động thăm dò và sản xuất, tận dụng các thành tạo ngầm như hang muối và tầng chứa nước để lưu trữ hydro dư thừa một cách hiệu quả. Cách tiếp cận này phù hợp với sự phát triển của hydro như một vectơ năng lượng, cho phép cung cấp linh hoạt cho nhu cầu công nghiệp và đệm nhu cầu năng lượng theo mùa. Các dự án như Dự án HyGéo ở Đức hiện đang tái sử dụng các hang muối để lưu trữ hydro, cho thấy tính khả thi của các hệ thống địa chất quy mô lớn. Ở Pháp, tiềm năng kết hợp hoạt động thăm dò hydro tự nhiên với hoạt động lưu trữ địa chất có thể tạo ra một hệ sinh thái hydro phục hồi, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và ổn định thị trường năng lượng.
Các ước tính sơ bộ cho thấy các dự án đang triển khai tại Pháp và trên khắp châu Âu có thể đóng góp đáng kể vào các mục tiêu về khí hậu bằng cách cung cấp một giải pháp thay thế cạnh tranh và bền vững cho nhiên liệu hóa thạch. Nếu các sáng kiến công và tư tiếp tục với tốc độ này, hydro tự nhiên và cơ sở hạ tầng lưu trữ liên quan có thể trở thành trụ cột chính của quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghiệp và giao thông hạng nặng.
