Làm thế nào hydro trắng và quá trình khoáng hóa carbon có thể giúp giảm phát thải carbon trong ngành công nghiệp
Bởi Michael Kern - 13 tháng 12 năm 2025, 14:00 CST
Các cấu tạo địa chất ở Newfoundland, cụ thể là phức hợp ophiolite Vịnh Islands, có khả năng sản xuất hydro "địa chất" giá rẻ và lưu trữ vĩnh viễn carbon dioxide thông qua một phản ứng gọi là serpentin hóa.
Việc sản xuất hydro địa chất được dự đoán sẽ có chi phí thấp hơn đáng kể so với hydro tái tạo hiện tại, và đá trong khu vực có khả năng lưu trữ CO2 khổng lồ về mặt lý thuyết.
Các kỹ sư đang nỗ lực đẩy nhanh quá trình serpentin hóa tự nhiên bằng cách bơm nước giàu CO2 để đồng thời xử lý khí thải công nghiệp và thu hoạch hydro thu được, đồng thời cũng thu được các khoáng chất quan trọng.
Trong địa chất xa xôi của miền tây Newfoundland, một cấu tạo cụ thể của vỏ đại dương cổ đại đang chuyển từ đối tượng nghiên cứu học thuật sang mục tiêu giảm phát thải carbon trong công nghiệp. Các vành đai ophiolite trong khu vực, những phần của lớp phủ Trái đất bị đẩy lên đất liền, đang thu hút sự chú ý vì khả năng lý thuyết của chúng trong việc sản xuất hydro giá rẻ đồng thời khoáng hóa vĩnh viễn carbon dioxide.
Sự hội tụ địa chất này diễn ra khi ngành năng lượng đang tìm kiếm các giải pháp thay thế có thể mở rộng quy mô cho hydro sản xuất công nghiệp. Trong khi hydro "xanh" được sản xuất bằng phương pháp điện phân vẫn còn đắt đỏ, tạo ra rào cản cho việc áp dụng rộng rãi, thì hydro tự nhiên hoặc hydro địa chất lại mang đến một con đường tiềm năng rẻ hơn.
Kinh tế của Hydro "Vàng"
Dữ liệu ngành cho thấy hydro địa chất, thường được gọi là "hydro trắng", có thể được sản xuất với giá từ 0,50 đến 1 đô la mỗi kg. Mức giá này thấp hơn đáng kể so với chi phí sản xuất hydro tái tạo hiện tại, thường vượt quá 4 đô la mỗi kg.
Việc thúc đẩy khám phá các cấu tạo này trùng hợp với sự bùng nổ của thị trường quản lý carbon. Theo một báo cáo của MarketsandMarkets, lĩnh vực thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) toàn cầu dự kiến sẽ đạt 17,75 tỷ đô la vào năm 2030, tăng từ mức ước tính 5,82 tỷ đô la vào năm 2025. Tốc độ tăng trưởng kép hàng năm 25% này chủ yếu được thúc đẩy bởi các quy định của chính phủ và giá carbon tăng cao, khuyến khích ngành công nghiệp nặng quản lý lượng khí thải.
Cơ chế: Quá trình serpentin hóa
Trọng tâm nghiên cứu ở Newfoundland tập trung vào Tổ hợp Ophiolite Vịnh Islands. Các nhà địa chất coi sự hình thành này là một trong những chuỗi ophiolite hoàn chỉnh nhất trên thế giới. Đá ở đây là đá siêu mafic, nghĩa là chúng giàu magiê và sắt nhưng ít silica.
Khi những loại đá này tiếp xúc với nước, chúng trải qua một phản ứng hóa học được gọi là serpentin hóa. Phản ứng này oxy hóa sắt trong đá, phân tách các phân tử nước để giải phóng khí hydro một cách tự nhiên. Quan trọng hơn, quá trình này cũng tạo ra các chất lỏng có tính kiềm cao, phản ứng mạnh với carbon dioxide. Khí CO2 được chuyển hóa thành các khoáng chất cacbonat rắn, biến khí nhà kính thành đá.
Nghiên cứu do Đại học Memorial thực hiện trên khối núi Blow Me Down địa phương cho thấy quá trình này tạo ra brucite, một loại khoáng chất giúp hấp thụ carbon nhanh chóng. Nghiên cứu cho thấy cứ mỗi tấn brucite được hình thành, có thể hấp thụ được 0,63 tấn CO2.
Công nghiệp hóa một chu trình tự nhiên
Mặc dù quá trình serpentin hóa xảy ra tự nhiên, nhưng đó là một quá trình chậm. Làn sóng thăm dò hiện tại nhắm đến sản xuất "kích thích". Bằng cách khoan vào các tầng địa chất này và bơm nước giàu CO2, các kỹ sư nhằm mục đích đẩy nhanh phản ứng. Về mặt lý thuyết, phương pháp này cho phép các nhà điều hành xử lý khí thải carbon công nghiệp đồng thời thu hoạch hydro tạo ra để sản xuất năng lượng.
Esti Ukar, phó giáo sư nghiên cứu tại Trường Khoa học Địa chất Jackson, cho rằng việc kỹ thuật hóa các tích tụ hydro tự nhiên này là chìa khóa cho tính khả thi.
"Các tích tụ hydro địa chất tự nhiên đang được tìm thấy trên khắp thế giới, nhưng trong hầu hết các trường hợp, chúng nhỏ và không kinh tế, mặc dù việc thăm dò vẫn tiếp tục," Ukar nói. "Nếu chúng ta có thể giúp tạo ra lượng hydro lớn hơn từ những tảng đá này bằng cách thúc đẩy các phản ứng mà phải mất vài triệu năm mới xảy ra trong tự nhiên, tôi nghĩ hydro địa chất thực sự có thể là một bước ngoặt."
Dung lượng và Khoáng sản Quan trọng
Quy mô của tiềm năng lưu trữ là rất đáng kể. Nghiên cứu được đánh giá ngang hàng về Khu phức hợp Vịnh Islands đã tính toán tổng dung lượng lưu trữ CO2 lý thuyết là 5,1 x 10^11 tấn. Mặc dù các hạn chế thực tế sẽ giới hạn khối lượng có thể tiếp cận, nhưng ngay cả một phần nhỏ của dung lượng đó cũng đại diện cho một bể chứa carbon khổng lồ so với lượng khí thải hàng năm của Canada.
Ngoài năng lượng và carbon, thành phần hóa học của những tảng đá này còn có ý nghĩa đối với chuỗi cung ứng khoáng sản quan trọng. Điều kiện khử mạnh cần thiết để tạo ra hydro cũng tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành awaruite, một hợp kim niken-sắt hiếm, và chromite. Các nhà thăm dò trong khu vực đã xác định được các vùng khoáng hóa chromite dài hơn 700 mét trong Khối núi Lewis Hills.
Triển vọng về Quy định và Cơ sở hạ tầng
Mặc dù địa chất thuận lợi, Công nghệ này đối mặt với những trở ngại thường gặp đối với các công nghệ mới nổi. Cơ quan Năng lượng Quốc tế lưu ý rằng trong khi số lượng các dự án thu giữ carbon đang tăng lên, việc triển khai toàn cầu vẫn chậm hơn so với các mục tiêu khí hậu.
Các nhà hoạch định chính sách đang cố gắng thu hẹp khoảng cách này bằng các công cụ tài chính. Các khoản tín dụng thuế và trợ cấp đang được thiết lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu để giảm thiểu rủi ro trong việc thăm dò. Đối với các ngành khó giảm thiểu phát thải như sản xuất thép và xi măng, nơi việc điện khí hóa gặp khó khăn, triển vọng cacbon hóa khoáng chất mang lại một lợi thế rõ rệt: tính vĩnh cửu. Không giống như lưu trữ khí trong các giếng dầu đã cạn kiệt, carbon khoáng hóa không thể rò rỉ.
Khi các nhóm kỹ thuật tìm cách xác thực các phát hiện của Đại học Memorial trong thực địa, các khối đá ophiolite ở Newfoundland có thể sớm đóng vai trò là trường hợp thử nghiệm để xem liệu vỏ Trái đất có thể được thiết kế để hoạt động đồng thời như một nguồn nhiên liệu và một kho chứa chất thải hay không.
