Hydro Vàng, Địa chất, Trắng, Bản địa, Ẩn, hay hydro tự nhiên: Trái đất có chứa nhiều kho nhiên liệu chưa khai thác, không chứa carbon không?
Trong hành trình tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch hơn, hydro tự nhiên là một triển vọng ngày càng hấp dẫn nằm dưới chân chúng ta.
Trích dẫn: ‘Hydro Vàng, Địa chất, Trắng, Bản địa, Ẩn, Hydro tự nhiên: Trái đất có chứa nhiều kho nhiên liệu chưa khai thác, không chứa carbon không?’, doi.org/10.62849/2024-IP05, tháng 6 năm 2024, IEAGHG
Hydro hiếm khi được thu hồi trong các hoạt động khai thác dầu mỏ và người ta không nghĩ rằng nó tồn tại trong các trữ lượng lớn trong lớp vỏ Trái đất.[1]
Trong lịch sử, việc thăm dò hydro không được thực hiện vì quan niệm sai lầm rằng nó hiếm khi tồn tại tự nhiên trong lớp vỏ Trái đất, một quan điểm vẫn thịnh hành mặc dù các nhà khoa học về địa chất đã ghi lại sự xuất hiện của hydro tự nhiên trong cả bối cảnh địa chất trầm tích và đá lửa kể từ đầu thế kỷ 20.[2]
Trong cuộc tìm kiếm toàn cầu về các nguồn năng lượng sạch hơn và bền vững hơn, phần lớn sự chú ý tập trung vào gió, mặt trời, thủy điện và hydro phát thải thấp được sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, một triển vọng tương đối chưa được khám phá nhưng ngày càng hấp dẫn nằm ngay dưới chân chúng ta: hydro tự nhiên. Bất chấp sự chú ý ngày càng tăng đối với năng lượng tái tạo, đã có động lực ngày càng tăng đằng sau hậu trường để khai thác hydro tự nhiên như một yếu tố chính trong hỗn hợp năng lượng trong tương lai kể từ khi nó được phát hiện lần đầu tiên một cách tình cờ tại một ngôi làng nhỏ ở Mali vào năm 2012. Giếng được khoan có mục đích là để lấy nước[3].
Hội nghị toàn cầu đầu tiên về hydro tự nhiên, H-Nat 2021, được tổ chức vào tháng 6 năm 2021, thu hút sự quan tâm của hơn 500 nhà khoa học về địa chất, nhà môi trường và các nhà đầu tư tiềm năng. Trong hai ngày, các chuyên gia đã trình bày về nhiều khía cạnh khác nhau của hydro địa chất, bao gồm thăm dò, phát triển, kỹ thuật sản xuất cũng như lưu trữ, vận chuyển và sử dụng hydro.
Các tập đoàn năng lượng lớn như Shell, BP và Chevron đang hợp tác trong một tập đoàn do Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ và Trường Mỏ Colorado thành lập để nghiên cứu hydro tự nhiên hoặc địa chất. Trong khi đó, một số công ty khởi nghiệp đầy sáng kiến đã bắt đầu hành trình khám phá nguồn tài nguyên này.[4] Trong những tháng gần đây, đã có một làn sóng quan tâm trong số những người tìm kiếm, những người đang tích cực khoan tìm hydro ở nhiều địa điểm khác nhau trên khắp thế giới, bao gồm đông bắc nước Pháp, Úc, Tây Ban Nha, Morocco, Brazil và tại Hoa Kỳ, ở Nebraska, Arizona và Kansas.[5] Mô hình mô phỏng ban đầu cho thấy có thể có khoảng 10 nghìn tỷ tấn hydro tự nhiên được chôn dưới lòng đất trên toàn thế giới.5 Tuy nhiên, có một cảnh báo quan trọng: một phần đáng kể lượng hydro này có thể không tiếp cận được do độ sâu, vị trí ngoài khơi hoặc với số lượng nhỏ khiến việc khai thác không khả thi. Theo Geoffrey Ellis, một nhà khoa học địa chất tại USGS, nếu chỉ 1% lượng hydro ước tính này có thể thu hồi được thì sẽ đủ để cung cấp nhu cầu năng lượng của thế giới trong hơn hai trăm năm, thậm chí khi tính đến khả năng nhu cầu hydro tăng đột biến.[6] Nhưng liệu những tuyên bố như vậy có cơ sở không? Việc khai thác nguồn tài nguyên hydro có mang lại hiệu quả kinh tế không? Và liệu có tác động tiêu cực đến môi trường không? Các nhà môi trường lo ngại rằng phát thải hydro có thể gây ra hậu quả không mong muốn,4 (Chuyển đổi hiệu suất bức xạ khí quyển đầy đủ của hydro sang trên một đơn vị khối lượng (3,64 và 5,04 W m−2 kg−1) và so sánh chúng với hiệu suất bức xạ của CO2 và CH4 (lần lượt là 1,7 W m−2 kg−1 và 2,0 W m−2 kg−1) cho thấy khả năng làm ấm gián tiếp của hydro trên một đơn vị khối lượng gấp khoảng 200 lần carbon dioxide và lớn hơn methane. Tuy nhiên, giống như methane, hiệu ứng làm ấm của hydro rất mạnh nhưng tồn tại trong thời gian ngắn).[7]
Chúng ta cần phải tìm hiểu rất nhiều để hiểu đầy đủ về tiềm năng của hydro tự nhiên. Hơn nữa, một số người vẫn còn hoài nghi về khả năng tích tụ của nó. Stuart Haszeldine, một nhà địa chất tại Đại học Edinburgh, chỉ ra rằng, “Hydro dễ bị rò rỉ. Nó thoát ra nhanh gần bằng tốc độ hình thành, và đặc biệt là theo thang thời gian địa chất”. 4
Mặc dù có tiềm năng, nhưng việc thăm dò và khai thác hydro tự nhiên phải đối mặt với một số thách thức. Việc thăm dò hydro tự nhiên vẫn đang trong giai đoạn đầu. Các nhà khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ về quá trình hình thành, di chuyển và tiềm năng quan trọng của nó đối với sản xuất thương mại. Các công ty dầu mỏ lớn hiện đang áp dụng cách tiếp cận chờ đợi và xem xét, cho phép các nhà thám hiểm độc lập thực hiện công việc thăm dò tiên phong và rủi ro. Các nỗ lực thương mại hóa tại mỏ Mali đã phải đối mặt với nhiều thách thức và hoạt động thăm dò bị hạn chế, chỉ có một vài giếng thử được khoan. Người ta đã lên tiếng lo ngại về khả năng thổi phồng tiềm năng trước khi có bằng chứng chắc chắn về khả năng tiếp cận và sản xuất an toàn, đáng tin cậy. 1
Triển vọng về hydro tự nhiên đang âm thầm nổi lên dưới bề mặt, có khả năng đóng vai trò quan trọng trong tương lai năng lượng bền vững. Khi công nghệ tiến bộ và sự quan tâm
tiếp tục phát triển, hydro tự nhiên có thể thoát khỏi những cánh cửa đóng kín và trở thành tâm điểm của các giải pháp năng lượng tái tạo.
Nếu các phương pháp khả thi về mặt kinh tế để khai thác hydro tự nhiên được phát triển, nó có thể loại bỏ nhu cầu về nước sạch hiện đang được sử dụng trong quá trình điện phân để sản xuất hydro xanh (lưu ý rằng cần 20 kg nước máy để sản xuất 1 kg hydro[8]). Ngoài ra, nó có thể phủ nhận nhu cầu sản xuất hydro giảm phát thải CCS (xanh lam). Một số bên liên quan (Michael Levy, Aqius/Hynat, Thụy Sĩ & Alain Prinzhofer, HYNAT, Brazil; Viacheslav Zgonnik, Natural Hydrogen Energy LLC, Hoa Kỳ) đã gợi ý rằng chi phí sản xuất hydro tự nhiên sẽ thấp, với ước tính dao động từ 0,5 đến 1,0 đô la Mỹ cho mỗi kg.2 Để so sánh, chi phí sản xuất hydro thông qua SMR với CCS tại Hà Lan vào năm 2020 là 2,84 đô la Mỹ cho mỗi kg[9]; và thông qua Steam Naphtha Reforming (SNR) tại UAE vào năm 2020 là 4,42 đô la Mỹ/kg[10]. Sử dụng điện tái tạo để sản xuất hydro có giá từ 3 đến 8 đô la Mỹ/kg.[11] Đường cơ sở ranh giới địa điểm (chứa 85 mol % H2, 12% N2 và 1,5% CH4) Cường độ GHG là ∼0,4 kg CO2 eq/kg đối với H2 tự nhiên[12]. Trong khi đó, lượng khí thải carbon của hydro SMR không giảm và hydro SMR giảm CCS (thu giữ 90%) lần lượt là 10,13 và 2,45 kg CO2eq./kg.9 Cường độ phát thải của hydro được sản xuất bằng phương pháp điện phân thông qua năng lượng tái tạo là ∼0 kg CO2‑eq/kg tại địa điểm.[13]
Lưu ý: Các ứng dụng hydro xanh với tỷ lệ phát thải chuỗi giá trị tổng thể cao hơn (10%, trường hợp xấu nhất) trên mỗi lượng hydro tiêu thụ chỉ có thể cắt giảm một nửa tác động của khí hậu từ các công nghệ nhiên liệu hóa thạch trong 2 thập kỷ đầu tiên, điều này trái ngược hoàn toàn với nhận thức chung rằng các hệ thống năng lượng hydro xanh là trung hòa khí hậu. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian 100 năm, tác động của khí hậu có thể giảm khoảng 80%. Khi xem xét hydro giảm CCS, điều quan trọng là phải quản lý cẩn thận lượng khí thải mê-tan liên quan. Lượng khí thải cao từ việc xả, thanh lọc và đốt cháy có thể phủ nhận các lợi ích về khí hậu. Tuy nhiên, với khả năng kiểm soát khí thải hiệu quả, hydro giảm CCS (xanh lam) có thể mang lại những lợi ích đáng kể về khí hậu. Việc giám sát và quản lý thích hợp là điều cần thiết để đảm bảo các lợi ích về môi trường lâu dài; tuy nhiên, hydro xanh mang lại lợi ích về khí hậu trong khoảng thời gian 100 năm. Mặc dù cần nhiều công trình hơn nữa để đánh giá tác động làm nóng của khí thải hydro đối với các trường hợp sử dụng cuối cùng và các con đường chuỗi giá trị cụ thể, nhưng rõ ràng là khí thải hydro có ý nghĩa đối với khí hậu và cần được các nhà khoa học, ngành công nghiệp và chính phủ quan tâm nhiều hơn nữa. 7 Những phát hiện này nhấn mạnh nhu cầu thận trọng trong việc khóa chặt khí thải chuỗi giá trị sản xuất hydro.
Trong khi khoảng 40 công ty hiện đang đánh giá nguồn tài nguyên hydro tự nhiên trên toàn cầu, vẫn chưa có trữ lượng khai thác thương mại nào được chứng minh. [14] Trong khi đó, các nhà địa chất đã công bố vào năm 2023 rằng họ đã tình cờ phát hiện ra thứ có khả năng là mỏ lớn nhất được phát hiện cho đến nay, với ước tính 250 triệu tấn hydro có độ tinh khiết 98% ở miền bắc nước Pháp. 4
Trong khi những người lạc quan và hoài nghi tranh luận về khả năng thương mại của hydro tự nhiên, các nhà thám hiểm hydro vẫn tiếp tục tìm kiếm các sự kiện tự nhiên của nó, đạt được những tiến bộ trong nghiên cứu, phát triển và trình diễn, đồng thời thu thập được những hiểu biết có giá trị. Thời gian sẽ trả lời liệu hydro tự nhiên có nổi lên như một ứng cử viên sáng giá trong việc theo đuổi Nền kinh tế ròng bằng không hay không.
Tiêu đề của bài báo này phản ánh thuật ngữ được sử dụng để mô tả hydro tự nhiên trong tài liệu. Tiến về phía trước, IEAGHG có ý định áp dụng thuật ngữ được IEA Hydrogen TCP sử dụng, cụ thể là 'hydro tự nhiên', để chỉ hydro có trong tự nhiên trong lớp vỏ Trái đất. Cách tiếp cận này tránh xa thuật ngữ dựa trên màu sắc và tên gọi tùy ý do một số người đặt ra để mô tả hydro có trong tự nhiên.
[1] Eric Hand. Khoa học. Hydro ẩn. Tháng 2 năm 2023.
[2] Philip J. Ball. Nhà khoa học địa chất. Hydro tự nhiên: Biên giới mới. Tháng 3 năm 2022.
[3] Prinzhofer và cộng sự, Tạp chí quốc tế về năng lượng hydro. Phát hiện ra sự tích tụ lớn hydro tự nhiên ở Bourakebougou (Mali). Tháng 10 năm 2018.
[4] Forbes, Quên dầu đi. Những người khai thác hoang dã mới đang khoan tìm hydro địa chất vô hạn, tháng 6 năm 2023.
[5] Fred Pearce. Yale Environment 360. Hydro tự nhiên. Nguồn năng lượng sạch tiềm năng dưới chân chúng ta, tháng 1 năm 2024
[6] Louise Boyle, Independent. Cuộc săn tìm chén thánh năng lượng sạch chôn vùi dưới lòng đất, tháng 11 năm 2023.
[7] Ocko và cộng sự, Liên minh Khoa học Trái đất Châu Âu. Hóa học và Vật lý Khí quyển. Hậu quả khí hậu của khí thải hydro. Tập 22, Số 14. 2022.
[8] IEAGHG. Phân tích so sánh các con đường hydro điện phân với hydro giảm CCS. Nghiên cứu đang tiến hành.
[9] IEAGHG, “Blue Hydrogen: Global Roadmap”, 2022-07, tháng 4 năm 2022.
[10] IEAGHG, “Blue Hydrogen: Beyond the Plant Gate”, 2022-06, tháng 3 năm 2022.
[11] IEA, Global Hydrogen Review 2021. Tháng 11 năm 2021.
[12] Brandt et al., Joule, Brandt et al., Joule, Cường độ khí nhà kính của hydro tự nhiên được sản xuất từ
tích tụ địa chất dưới bề mặt, Tập 7, Số 8, Ngày 16 tháng 8 năm 2023, Trang 1818-1831, Tháng 7 năm 2023.
[13] IEA. Hướng tới định nghĩa hydro dựa trên cường độ phát thải của chúng
[14] Polly Martin, Hydrogen Insights. Công ty dầu khí quốc gia Petrobras của Brazil đang xem xét việc thăm dò và sử dụng hydro tự nhiên. Tháng 3 năm 2024.
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
