Nghiên cứu cho thấy lượng khí thải hydro bị bỏ qua đang làm Trái đất nóng lên và làm gia tăng mạnh mẽ khí metan.
(Nguồn: Dự án Carbon Toàn cầu)
Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature, lượng khí thải hydro toàn cầu gia tăng trong ba thập kỷ qua đã góp phần làm Trái đất nóng lên và khuếch đại tác động của metan, một trong những khí nhà kính mạnh nhất.
Nghiên cứu này, do một nhóm các nhà khoa học quốc tế thuộc Dự án Carbon Toàn cầu thực hiện, cung cấp bản thống kê toàn diện đầu tiên về các nguồn và nơi hấp thụ hydro.
"Hydro là phân tử nhỏ nhất trên thế giới và nó dễ dàng thoát ra từ các đường ống, cơ sở sản xuất và địa điểm lưu trữ," nhà khoa học Rob Jackson của Đại học Stanford, tác giả chính của bài báo trên tạp chí Nature và chủ tịch nhóm nghiên cứu, cho biết.
"Cách tốt nhất để giảm sự nóng lên do hydro là tránh rò rỉ và giảm phát thải metan, chất này phân hủy thành hydro trong khí quyển."
Làm gia tăng metan
Không giống như các khí nhà kính bao gồm carbon dioxide và metan, bản thân hydro không giữ nhiệt trong khí quyển Trái đất. Tuy nhiên, thông qua tương tác với các khí khác, hydro làm nóng khí quyển một cách gián tiếp nhanh hơn khoảng 11 lần so với carbon dioxide trong 100 năm đầu tiên sau khi phát thải, và nhanh hơn khoảng 37 lần trong 20 năm đầu tiên.
Các nhà nghiên cứu Yannai Kashtan và Colin Finnegan thử nghiệm một máy phân tích hydro được sử dụng để phát hiện và định lượng lượng khí thải trong nghiên cứu mới. Ảnh: Rob Jackson
Cách chính mà hydro góp phần vào sự nóng lên toàn cầu là bằng cách tiêu thụ các chất tẩy rửa tự nhiên trong khí quyển, những chất này phá hủy khí metan.
"Nhiều hydro hơn có nghĩa là ít chất tẩy rửa hơn trong khí quyển, khiến khí metan tồn tại lâu hơn và do đó, làm nóng khí hậu lâu hơn," tác giả chính của nghiên cứu, Zutao Ouyang, trợ lý giáo sư về mô hình hóa hệ sinh thái tại Đại học Auburn, người bắt đầu công việc này với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Jackson tại Trường Phát triển bền vững Stanford Doerr, cho biết.
Ngoài việc kéo dài thời gian giữ nhiệt của khí metan, phản ứng của hydro với các chất tẩy rửa tự nhiên cũng tạo ra các khí nhà kính như ozone và hơi nước trong tầng bình lưu, và ảnh hưởng đến sự hình thành mây.
Các nhà nghiên cứu ước tính nồng độ hydro trong khí quyển đã tăng khoảng 70% từ thời kỳ tiền công nghiệp đến năm 2003, sau đó ổn định trong một thời gian ngắn trước khi tăng trở lại vào khoảng năm 2010. Từ năm 1990 đến năm 2020, lượng khí thải hydro tăng chủ yếu do các hoạt động của con người, các tác giả nhận thấy.
Vòng luẩn quẩn
Các nguồn chính bao gồm sự phân hủy các hợp chất hóa học, trong đó có khí metan, bản thân khí này cũng đang tích tụ nhanh chóng trong khí quyển do lượng khí thải ngày càng tăng từ nhiên liệu hóa thạch, nông nghiệp và bãi rác.
Đó là một vòng luẩn quẩn: Vì metan phân hủy thành hydro trong khí quyển, nên càng nhiều metan thì càng nhiều hydro. Lượng hydro càng nhiều thì khí thải metan càng tồn tại lâu hơn, gây ra nhiều thiệt hại hơn.
"Động lực lớn nhất thúc đẩy sự gia tăng hydro trong khí quyển là quá trình oxy hóa lượng metan trong khí quyển ngày càng tăng," Jackson, Giáo sư Michelle và Kevin Douglas tại Stanford, cho biết. Từ năm 1990, các tác giả ước tính lượng khí thải hàng năm từ nguồn hydro này đã tăng khoảng 4 triệu tấn, lên 27 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020.
Các nguồn hydro quan trọng khác kể từ năm 1990 bao gồm rò rỉ từ sản xuất hydro công nghiệp và quá trình cố định nitơ, được nông dân sử dụng để trồng các loại cây họ đậu như đậu nành. Các nguồn hydro tự nhiên, chẳng hạn như cháy rừng, biến đổi theo từng năm mà không có xu hướng nhất quán trong giai đoạn 1990-2020.
Hệ thống năng lượng tương lai
Dữ liệu chi tiết nhất trong nghiên cứu bao gồm thập kỷ kết thúc vào năm 2020, dựa trên nhiều bộ dữ liệu và mô hình, đồng thời kết hợp các hệ số phát thải đối với hydro và các khí tiền chất như metan và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác.
Các tác giả nhận thấy 70% tổng lượng khí thải hydro đã được loại bỏ trong giai đoạn này bởi đất, chủ yếu thông qua vi khuẩn tiêu thụ hydro để tạo năng lượng.
Nhìn chung, sự tích tụ hydro trong khí quyển của chúng ta đã góp phần làm tăng một phần nhỏ độ (0,02 độ C) vào mức tăng gần 1,5 độ C nhiệt độ trung bình toàn cầu kể từ cuộc Cách mạng Công nghiệp.
Theo Ouyang, Jackson và các đồng nghiệp, sự gia tăng nhiệt độ do nồng độ hydro tăng lên này tương đương với hiệu ứng nóng lên do lượng khí thải tích lũy từ một quốc gia công nghiệp hóa như Pháp.
Bất kỳ sự đóng góp nào vào sự nóng lên đều có thể làm giảm lợi ích về khí hậu của việc thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng hydro, vốn từ lâu đã thu hút sự quan tâm của một số chính trị gia, giám đốc điều hành và học giả như một giải pháp thay thế sạch hơn cho dầu khí trong công nghiệp nặng và giao thông vận tải.
Hơn 90% sản lượng hydro hiện nay tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Nó chủ yếu được sản xuất từ quá trình khí hóa than hoặc cải tạo metan bằng hơi nước, những phương pháp có lượng khí thải carbon lớn.
Nhưng vì về lý thuyết, có thể sản xuất hydro bằng năng lượng tái tạo và lượng khí thải carbon gần bằng không, nên hầu hết các kịch bản khử carbon trên thế giới đều dựa trên giả thuyết này.
Các hệ thống năng lượng của thế giới trong những thập kỷ tới giả định rằng sản xuất hydro carbon thấp sẽ tăng lên đáng kể.
"Chúng ta cần hiểu sâu hơn về chu trình hydro toàn cầu và mối liên hệ của nó với sự nóng lên toàn cầu để hỗ trợ một nền kinh tế hydro an toàn về khí hậu và bền vững," Jackson nói.
Ouyang đã thực hiện nghiên cứu này với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Jackson thuộc Khoa Khoa học Trái đất, Trường Phát triển bền vững Doerr của Đại học Stanford. Hiện ông là trợ lý giáo sư tại Đại học Auburn.
Jackson là giáo sư khoa học hệ thống Trái đất tại Trường Phát triển bền vững Doerr và là nghiên cứu viên cao cấp tại hai viện của trường, Viện Môi trường Woods và Viện Năng lượng Precourt.
Các đồng tác giả của Stanford không được đề cập ở trên bao gồm Steve Davis, giáo sư khoa học hệ thống Trái đất tại Trường Phát triển bền vững Doerr và nghiên cứu viên cao cấp tại Viện Năng lượng Precourt.
Thông tin thêm: Robert Jackson, Ngân sách hydro toàn cầu, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09806-1. www.nature.com/articles/s41586-025-09806-1
Thông tin tạp chí: Nature
