Hydro tự nhiên: Nguồn năng lượng bền vững ở các dãy núi
Sự phát triển thành công của các nguồn tài nguyên địa chất bền vững cho quá trình chuyển đổi năng lượng là một thách thức quan trọng đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Khí hydro (H 2 ) có tiềm năng lớn để thay thế nhiên liệu hóa thạch hiện tại đồng thời loại bỏ khí thải CO 2 và các chất ô nhiễm khác. Tuy nhiên, một trở ngại lớn là H 2 phải được sản xuất trước. Sản xuất hydro tổng hợp hiện tại tốt nhất là dựa trên năng lượng tái tạo nhưng nó cũng có thể gây ô nhiễm nếu sử dụng năng lượng hóa thạch.
Giải pháp có thể được tìm thấy trong tự nhiên, vì nhiều quá trình địa chất khác nhau có thể tạo ra hydro. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa rõ chúng ta nên tìm kiếm sự tích tụ H 2 tự nhiên có quy mô lớn ở đâu .
Một nhóm các nhà nghiên cứu do Tiến sĩ Frank Zwaan, một nhà khoa học trong bộ phận Mô hình hóa địa động lực học tại Trung tâm Khoa học Trái đất Helmholtz của GFZ, dẫn đầu, đã đưa ra câu trả lời cho câu hỏi này: bằng cách sử dụng mô hình kiến tạo mảng, họ phát hiện ra rằng các dãy núi mà ban đầu có đá manti sâu gần bề mặt đại diện cho các điểm nóng hydro tự nhiên tiềm năng. Các dãy núi như vậy không chỉ có thể là môi trường địa chất lý tưởng để tạo ra H 2 tự nhiên trên quy mô lớn mà còn để hình thành các tích tụ H 2 trên quy mô lớn có thể được khoan để sản xuất H 2. Kết quả của nghiên cứu này hiện đã được công bố trên tạp chí Science Advances. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn có Giáo sư Sascha Brune và Tiến sĩ Anne Glerum thuộc bộ phận Mô hình hóa địa động lực học của GFZ. Các thành viên khác trong nhóm làm việc tại Đại học Tufts (Tiến sĩ Dylan Vasey) và New Mexico Tech (Tiến sĩ John Naliboff) ở Hoa Kỳ, cũng như tại Đại học Strasbourg (Giáo sư Gianreto Manatschal) và Lavoisier H 2 Geoconsult (Tiến sĩ Eric C. Gaucher) ở Pháp.
Tiềm năng H 2 tự nhiên trong môi trường kiến tạo
Hydro tự nhiên có thể được tạo ra theo nhiều cách, ví dụ như thông qua quá trình chuyển đổi vi khuẩn của vật liệu hữu cơ hoặc phân tách các phân tử nước do sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ trong lớp vỏ lục địa của Trái đất. Do đó, sự xuất hiện của H 2 tự nhiên được báo cáo ở nhiều nơi trên thế giới. Khả năng tồn tại chung của hydro tự nhiên như một nguồn năng lượng đã được chứng minh ở Mali, nơi khối lượng H 2 hạn chế có nguồn gốc từ các lớp trầm tích giàu sắt được sản xuất thông qua các lỗ khoan dưới bề mặt.
Tuy nhiên, cơ chế triển vọng nhất cho việc tạo ra hydro tự nhiên quy mô lớn là một quá trình địa chất trong đó đá manti phản ứng với nước. Các khoáng chất trong đá manti thay đổi thành phần của chúng và tạo thành các khoáng chất mới của cái gọi là nhóm serpentin, cũng như khí H 2 . Quá trình này được gọi là serpentin hóa. Đá manti thường nằm ở độ sâu lớn, bên dưới lớp vỏ Trái đất. Để những loại đá này tiếp xúc với nước và serpentin hóa, chúng phải được kiến tạo trồi lên, tức là được đưa đến gần bề mặt Trái đất. Có hai môi trường kiến tạo mảng chính trong đó đá manti được trồi lên và serpentin hóa trong suốt hàng triệu năm: (1) các lưu vực đại dương mở ra khi các lục địa tách ra trong quá trình tách giãn, cho phép lớp manti nhô lên khi lớp vỏ lục địa bên trên mỏng đi và cuối cùng tách ra (ví dụ như ở Đại Tây Dương), và (2) lưu vực đóng lại sau đó và hình thành núi khi các lục địa di chuyển trở lại với nhau và va chạm, cho phép đá manti được đẩy lên bề mặt (ví dụ như ở dãy núi Pyrenees và Alps).
Mô hình số giúp hạn chế các khu vực có nguồn tài nguyên H 2 tự nhiên
Hiểu biết sâu sắc về cách các môi trường kiến tạo như vậy tiến hóa là chìa khóa để đánh giá đúng tiềm năng hydro tự nhiên của chúng. Sử dụng phương pháp mô hình hóa mảng kiến tạo số hiện đại, được hiệu chỉnh bằng dữ liệu từ các ví dụ tự nhiên, nhóm nghiên cứu do GFZ đứng đầu đã mô phỏng toàn bộ quá trình tiến hóa kiến tạo mảng từ sự tách giãn ban đầu đến sự tan vỡ lục địa, sau đó là sự đóng lại của lưu vực và sự hình thành núi. Trong các mô phỏng này, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định lần đầu tiên nơi, thời điểm và lượng đá manti được khai quật trong núi, và thời điểm những loại đá này có thể tiếp xúc với nước ở nhiệt độ thuận lợi, để cho phép serpentin hóa hiệu quả và tạo ra hydro tự nhiên.
Hóa ra là các điều kiện cho quá trình serpentin hóa và do đó là quá trình tạo ra H 2 tự nhiên tốt hơn đáng kể ở các dãy núi so với các lưu vực tách giãn. Do môi trường lạnh hơn tương đối ở các dãy núi, khối lượng lớn đá manti được khai quật được tìm thấy ở nhiệt độ serpentin hóa thuận lợi là 200-350°C, đồng thời, lưu thông nước dồi dào dọc theo các đứt gãy lớn trong các ngọn núi có thể cho phép tiềm năng serpentin hóa của chúng được hiện thực hóa. Do đó, công suất tạo ra hydro hàng năm ở các dãy núi có thể lớn hơn tới 20 lần so với trong môi trường tách giãn. Ngoài ra, các loại đá chứa thích hợp (ví dụ như đá sa thạch) cần thiết cho sự tích tụ khối lượng H 2 tự nhiên có giá trị kinh tế luôn có sẵn ở các dãy núi, nhưng có khả năng không có trong quá trình serpentin hóa và tạo ra hydro ở các phần sâu hơn của các lưu vực tách giãn.
Khai thác hydro tự nhiên (và nhiều hơn nữa) ở các dãy núi
Kết quả của nghiên cứu hiện đã được công bố này cung cấp động lực mạnh mẽ để tăng cường việc thăm dò H 2 tự nhiên ở các dãy núi. Trên thực tế, nhiều nỗ lực thăm dò khác nhau đã được tiến hành ở những nơi như Pyrenees, dãy Alps của Châu Âu và Balkans, nơi các nhà nghiên cứu trước đây đã tìm thấy dấu hiệu về việc sản xuất hydro tự nhiên đang diễn ra.
Frank Zwaan , tác giả chính của nghiên cứu, cho biết:
Yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của những nỗ lực này là việc phát triển các khái niệm mới và chiến lược khám phá.
“Điều đặc biệt quan trọng là cách thức hình thành các tích tụ H 2 tự nhiên về mặt kinh tế được kiểm soát bởi lịch sử kiến tạo của một địa điểm thăm dò nhất định. Đặc biệt, chúng ta sẽ cần xác định thời điểm của các quá trình địa chất chính liên quan, bởi vì nếu các bể chứa H 2 hình thành trong quá trình hình thành núi, thì trước đó phải có sự tách giãn, tức là sự kéo dài. Vì vậy, những hiểu biết thu được từ các mô phỏng kiến tạo mảng như những mô phỏng được thực hiện trong nghiên cứu này sẽ có giá trị rất lớn.”
Sascha Brune , người đứng đầu Bộ phận Mô hình hóa Địa động lực học tại GFZ, tiếp tục:
Nghiên cứu mới này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về môi trường thích hợp để sản xuất hydro tự nhiên.
“Với những cơ hội kinh tế liên quan đến H2 tự nhiên , giờ là lúc tiến xa hơn và nghiên cứu các con đường di chuyển của hydro và các hệ sinh thái vi khuẩn tiêu thụ hydro sâu để hiểu rõ hơn về nơi có thể hình thành các bể chứa H2 tiềm năng . ”
Swan nói thêm:
Nhìn chung, chúng ta có thể đang ở bước ngoặt trong việc khai thác H2 tự nhiên . Như vậy, chúng ta có thể chứng kiến sự ra đời của một ngành công nghiệp hydro tự nhiên mới.
Hydro tự nhiên: Nguồn năng lượng bền vững ở các dãy núi
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
