Các yếu tố liên quan đến việc tạo ra hydro trong các lưu vực Intracratonic. 1. Nước thiên thạch thấm vào bên dưới bề mặt. 2. Sản xuất hydro nông từ BIF thời tiết. 3. Serpentin hóa của nền đá xanh và/hoặc quá trình oxy hóa của silicat sắt và/hoặc phân hủy phóng xạ ở các thành phần đá nền Uranium/Thorium cao. 4. Sinh nhiệt của vật chất hữu cơ. 5. Phát thải hydro từ các đứt gãy sâu, vỏ trái đất. 6. Bị mắc kẹt bởi các ngưỡng núi lửa. 7. Bẫy muối. 8 Bẫy bởi đá bùn. 9. Hydro được tạo ra bởi quá trình macma hóa/sinh nhiệt cục bộ. Hình ảnh do Lina Jakaite tạo ra (Strike-Dip).
Nguồn gốc của quá trình thăm dò hydro tự nhiên
Cho đến nay, hydro tự nhiên chủ yếu được tìm thấy ở bên dưới bề mặt thông qua các giếng thăm dò hydrocarbon và trong các mỏ. Nhưng gần đây hơn, các giếng thăm dò hydro chuyên dụng đã được khoan và đã báo cáo thành công. Tìm kiếm thêm ở đâu?
HydroGenesis tin rằng hydro tự nhiên tồn tại với số lượng lớn ở dưới bề mặt, chúng tôi chỉ chưa tìm đúng chỗ. Chúng tôi đang phát triển một khái niệm thăm dò để tiên phong trong nguồn năng lượng sạch thú vị và thay đổi thế giới này và đã có một số thỏa thuận tại chỗ, tập trung vào lục địa Châu Phi.
Trong vài năm trở lại đây, hydro đã được coi là yếu tố đóng góp đáng kể vào quá trình khử cacbon của các hệ thống năng lượng, ngành công nghiệp và giao thông. Hy vọng và các khoản đầu tư lớn cho đến nay tập trung vào cải cách khí đốt tự nhiên xanh kết hợp với thu giữ và lưu trữ carbon - và điện tái tạo xanh cung cấp năng lượng cho các máy điện phân - hydro như các phương pháp tạo ra đủ số lượng để tạo ra sự khác biệt thực sự.
Tuy nhiên, cả hydro xanh và xanh đều có vấn đề của chúng - cả hai đều là sản phẩm phái sinh của một nguồn năng lượng chính khác, với tổn thất do kém hiệu quả. Cũng có vấn đề về lưu trữ, hiện tại rất tốn kém; Hy vọng là 2,5 – 4 USD/kg vào năm 2030. Theo Hội đồng Hydrogen, các dự án đã công bố, chủ yếu là hydro xanh, cho thấy 570 tỷ USD giá trị đầu tư cho đến năm 2030 nhưng chỉ có 7% trong số các khoản đầu tư đã công bố này được thông qua FID.
Ngành công nghiệp mới này đang bắt đầu nhận được nhiều sự chú ý hơn và một số ít công ty đã có thể huy động tiền, mặc dù phần lớn là cơ hội để đánh giá các khám phá tình cờ. Cho đến nay, khoản đầu tư lớn nhất vào hydro tự nhiên là khoản huy động 245 triệu đô la Series-B của Koloma tại Hoa Kỳ, quý 1 năm 2024, có thể đại diện cho nhiều hơn tất cả các khoản đầu tư khác vào hydro tự nhiên cộng lại.
Ngày càng có nhiều công ty hiện đang giải quyết thách thức thăm dò hydro tự nhiên từ địa chất trở lên. Một 'hệ thống hydro' đang được phát triển và các công nghệ địa vật lý, địa hóa và địa chất hiện có đang được tái sử dụng. Các khoản đầu tư đang diễn ra chậm, nhưng với các dự án hydro xanh và xanh lam đang bị đình trệ, chắc chắn đã đến lúc hydro tự nhiên được hỗ trợ!
Sản xuất hydro tự nhiên
Có một số quá trình tạo ra hydro tự nhiên, một số có khả năng tạo ra đủ lượng để bẫy và khai thác. Quá trình oxy hóa và phân hủy phóng xạ là hai quá trình tạo ra chính có khả năng tạo ra lượng này ở những khu vực có tiềm năng chứa và đá niêm phong phù hợp. Những quá trình khác đáng để nghiên cứu là quá trình sinh nhiệt quá mức, quá nhiệt của vật chất hữu cơ, rò rỉ manti và ma sát dọc theo các mặt đứt gãy chính.
Oxy hóa
Serpentin hóa mô tả một loạt các phản ứng hydrat hóa, oxy hóa và khử ảnh hưởng đến đá siêu mafic, tạo thành sự thay đổi trong tập hợp khoáng chất. Khi nước là chất oxy hóa trong các phản ứng này, H2 được hình thành. Serpentin hóa thường xảy ra ở lớp vỏ đại dương ở nhiệt độ từ môi trường xung quanh (~ 0°C) đến ~ 400°C. Trên đất liền, nó xảy ra trong các phức hợp ophiolit ở nhiệt độ thấp hơn (thường là <200°C) và các vành đai đá xanh tạo thành các khối lớn của nền đá tiền Cambri.
Các phản ứng oxy hóa không liên quan đến serpentin hóa cũng đã được chứng minh là tạo ra H2. Các phản ứng này liên quan đến khoáng chất silicat chứa sắt được tìm thấy trong nhiều loại đá (bazan đến granit) và xảy ra ở nhiều nhiệt độ khác nhau, từ môi trường tầng chứa nước nông, mát mẻ đến biến đổi thủy nhiệt nóng hơn.
Oxit sắt, chẳng hạn như trong các thành tạo sắt dạng dải (BIF), là một bếp tiềm năng khác. Thông qua quá trình phong hóa BIF, với O2 là chất oxy hóa thay vì nước, quá trình tạo ra hydro có thể xảy ra ở hoặc gần bề mặt trái đất. Hydro tự do được tạo ra có thể vẫn bị giữ lại trong các khoáng chất mới hình thành và sau đó được giải phóng vào lớp đất bên dưới sau khi chôn vùi. Các phản ứng này cũng có thể xảy ra với nước trên BIF tồn tại bên dưới lớp trầm tích trẻ và nơi có dòng nhiệt thấp.
Phân hủy phóng xạ
Phân rã phóng xạ xảy ra tự nhiên sẽ phân tách các phân tử nước, tạo ra H2 phân hủy phóng xạ. Việc tạo ra H2 phân hủy phóng xạ phụ thuộc vào tỷ lệ tương đối của kali so với urani và thori, tỷ lệ nước trên đá, mối quan hệ hình học giữa nước và đá, sự suy giảm của các hạt phóng xạ (sức mạnh dừng hoặc khoảng cách dừng) và độ tinh khiết của nước. Phân hủy phóng xạ chủ yếu cường độ cao tại giao diện nước-đá và do đó tốc độ sản xuất H2 phân ly phóng xạ sẽ cao nhất trong các loại đá hạt mịn, có độ xốp chứa nước cao và nồng độ các nguyên tố phóng xạ cao.
Sinh nhiệt
Hydro phân tử được tạo ra và tiêu thụ trong quá trình trưởng thành của dầu mỏ, và các tỉnh hydrocarbon quá già là một nguồn hydro tiềm năng khác. Sau cửa sổ khí khô, ở nhiệt độ trên 300°C, hydro được tạo ra rất nhiều, với khí tự do có khả năng vẫn nằm trong các khoảng rỗng của đá giàu hữu cơ.
Rò rỉ magma/manti
Hydro là thành phần phổ biến của khí núi lửa, với nồng độ cao hơn liên quan đến nhiệt độ magma cao hơn. Các nghiên cứu về nhiều núi lửa khác nhau đã chỉ ra rằng một lượng lớn hydro liên tục được thải ra. Một nguồn hydro sâu khác là từ quá trình thoát khí của manti, liên tục rò rỉ qua lớp vỏ. Điều này có khả năng tập trung tại các đứt gãy vỏ lớn, hoạt động như đường dẫn chất lỏng và bẫy lấp đầy nơi có bể chứa và lớp niêm phong tốt.
Cơ học hóa học
Hydro phân tử là thành phần phổ biến của khí đứt gãy và đôi khi nồng độ tăng có liên quan đến hoạt động địa chấn với các nhà nghiên cứu đang điều tra xem động đất có tạo ra H2 hay không. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy bằng chứng rằng việc nghiền các khoáng chất silicat khi có nước có thể dẫn đến sự hình thành hydro tự do. Khi ngoại suy, các mô hình cho thấy một lượng lớn - lớn hơn nhiều so với các phương pháp tạo ra khác - hydro phân tử được tạo ra trong các sự kiện động đất đáng kể.
Các yếu tố liên quan đến việc tạo ra hydro trong các lưu vực Intracratonic. 1. Nước thiên thạch thấm vào bên dưới bề mặt. 2. Sản xuất hydro nông từ BIF thời tiết. 3. Serpentin hóa nền đá xanh và/hoặc quá trình oxy hóa silicat sắt và/hoặc phân hủy phóng xạ ở các thành phần đá nền Uranium/Thorium cao. 4. Sinh nhiệt của vật chất hữu cơ. 5. Phát thải hydro từ các đứt gãy sâu, vỏ trái đất. 6. Bị mắc kẹt bởi các ngưỡng núi lửa. 7. Bẫy muối. 8 Bẫy bởi đá bùn. 9. Hydro được tạo ra bởi quá trình macma hóa/sinh nhiệt cục bộ. Hình ảnh do Lina Jakaite (Strike-Dip) tạo ra.
Chúng ta đang tìm kiếm ở đâu
Với kiến thức về những gì tạo ra hydro tự nhiên, bước tiếp theo là quyết định xem nên tìm kiếm ở đâu trên hành tinh này. Chúng ta cần xác định các khu vực ưa thích của mình để có hệ thống hydro.
Rõ ràng là có một sân chơi thăm dò hydro tự nhiên khổng lồ khi chỉ dựa trên nơi chúng ta mong đợi tìm thấy nguồn. Do đó, bước tiếp theo là đưa ra giả thuyết về nơi hydro được tạo ra có thể tìm thấy một bể chứa, bẫy và niêm phong để chúng ta có thể xác định các vở kịch và triển vọng có ý nghĩa.
Theo biểu đồ trên, các ứng cử viên rõ ràng cho việc thăm dò là ophiolite, các lưu vực nội lục - bao gồm cả tầng nền lục địa - với các vành đai đá xanh và BIF, các khu vực có nhiều xâm nhập cơ bản theo lớp và các khu vực có quặng granit và urani đã biết.
Một khía cạnh khác cần được xem xét là sự hiện diện và dòng chảy của nước. Có một số cách mà nước có thể tương tác và có sẵn cho các khoáng vật học cần thiết để sản xuất hydro ở dưới bề mặt, nhưng cần hiểu rõ hơn để dự đoán chính xác hơn tác động đến triển vọng.
Các lưu vực nội lục
Các lưu vực nội lục có khả năng là quả chín dễ hái nhất đối với việc thăm dò hydro tự nhiên do địa chất thuận lợi, tương đối đơn giản của chúng, có nhiều luồng hydro và khả năng tiếp cận tương đối dễ dàng. Có những nơi có hydro tự nhiên đã biết trong các lưu vực nội lục trên khắp thế giới, chẳng hạn như ở Kansas, Hoa Kỳ và lưu vực Taoudeni ở Châu Phi. Ở lưu vực Taoudeni ở Mali, mỏ hydro Bourakebougou nổi bật là nơi có hydro tự nhiên.
Có nhiều luồng trong bối cảnh nội lục, bao gồm quá trình phong hóa nông của BIF và quá trình oxy hóa các silicat chứa sắt khác, quá trình serpentin hóa đá xanh, quá trình phân hủy phóng xạ ở những khu vực có sự xuất hiện của Uranium và Thorium cao, cơ hội xâm nhập magma ở nhiệt độ cao, sinh nhiệt ở những phần sâu nhất và nóng nhất của các lưu vực và rò rỉ có nguồn gốc sâu thông qua đứt gãy quy mô vỏ trái đất.
Các thành phần đá chứa và cấu trúc bẫy là một lượng đã biết trong các lưu vực nội lục địa, với một số có lịch sử lâu đời trong việc thăm dò hydrocarbon. Các thành phần đá niêm phong cũng được biết là tồn tại, với hydro có khả năng được giữ bởi đá bùn cũng như muối và một số thành phần đá xâm nhập. Các quá trình sinh nhiệt có khả năng để lại hydro được tạo ra bị giữ lại trong đá bùn, đòi hỏi phải nứt vỡ thủy lực và một số tương tác giữa tầng đáy và nước (bao gồm cả BIF) sẽ để lại hydro tự do tồn tại trong các vết nứt bị phong hóa.
Ở các khu vực lục địa, chúng ta phụ thuộc vào nước thiên thạch thấm vào bên dưới bề mặt, thường trong khoảng thời gian 10.000 năm và có khả năng trên khoảng cách rất xa.
Ophiolite
Ophiolite trên toàn cầu được biết là phát ra hydro tự nhiên và quá trình cung cấp chủ yếu cho các phát xạ này là quá trình serpentin hóa của siêu đá
Serpentinisation là một quá trình nhanh, theo thang thời gian địa chất đưa ra hai khái niệm chính; một là đòi hỏi sự bẫy hydro trong lịch sử bên trong các trầm tích hỗn hợp/cánh tay trước tích tụ sau đó được ophiolite bao phủ. Khái niệm còn lại là serpentinisation hiện tại ở đáy ophiolite, ở độ sâu mà nhiệt độ đạt khoảng 200 – 350°C, với hydro di chuyển lên qua đứt gãy trong phần địa chất vào các bẫy.
Trong ophiolite, sự mất nước do các quá trình biến chất tạo ra nước ở những khu vực tạo ra hydro, cũng như sự mất nước của mảng chìm. Nước thiên thạch cũng sẽ tìm cách đi sâu qua nhiều đứt gãy liên quan đến kiến tạo.
1. Nước thiên thạch thấm vào bên dưới bề mặt. 2. Nước từ sự mất nước biến chất và/hoặc mất nước của mảng chìm. 3. Hydro chảy từ khu vực serpentinization vào trầm tích tiền cảnh. 4. Serpentinization ở độ sâu. 5. Hydro bị giữ lại trong trầm tích tiền duyên từ quá trình serpentin hóa lịch sử. Hình ảnh do Lina Jakaite (Strike-Dip) tạo ra.
Chúng ta đang trông như thế nào
Một lợi ích chính của việc thăm dò hydro tự nhiên là chúng ta đã có các phương pháp, công nghệ và lực lượng lao động khổng lồ với bộ kỹ năng hoàn hảo. Chúng ta có thể tận dụng ngành công nghiệp dầu mỏ để có được bí quyết, với phương pháp luận gần như giống hệt nhau; xác định nguồn, di cư, bể chứa, bẫy và niêm phong. Sự khác biệt chính là các yêu cầu về đá nguồn khác nhau, bao gồm mô hình hóa thủy văn địa chất.
Vì hầu hết triển vọng đều diễn ra trên bờ, nên việc thăm dò hydro tự nhiên sẽ trải qua một kênh với các nghiên cứu quy mô lớn, chi phí thấp, sau đó là hoạt động thu thập địa vật lý ngày càng tốn kém bao gồm các dự án trên không trong khu vực, sau đó là hoạt động địa chấn có mục tiêu và kết thúc tại điểm giếng khai thác tự nhiên.
Một danh mục đầu tư sẽ là chìa khóa. Rõ ràng là cần phải thực hiện rất nhiều công việc để có thể thăm dò một cách có hệ thống ở đúng nơi và khoan thành công các mỏ tích tụ có quy mô hợp lý với chi phí bỏ ra. Nếu có thể thực hiện được điều này, chúng ta sẽ có được một nguồn năng lượng tuyệt vời, tương thích với tương lai.
Tóm tắt các quá trình tạo ra hydro (hàng trên cùng) liên quan đến các loại đá nguồn hydro tiềm năng khác nhau (cột bên trái). Đánh giá dựa trên việc có tiềm năng cao, trung bình, thấp, không đáng kể hay thay đổi đối với từng quá trình cụ thể xảy ra trong từng loại đá. Dấu hỏi biểu thị sự không chắc chắn về đóng góp.
Làm gì với sự tích tụ
Một cân nhắc chính đối với tất cả các loại hydro là cách sử dụng tốt nhất - không dễ vận chuyển hoặc lưu trữ trong thời gian dài, chủ yếu là do có mật độ năng lượng thấp theo thể tích. Đây là một câu hỏi thậm chí còn phù hợp hơn đối với hydro địa chất, vì không có khả năng phát hiện ra hydro ở những vị trí thuận tiện để sử dụng cuối cùng.
Có một số trường hợp sử dụng hydro, bao gồm các ngành công nghiệp hiện có là sản xuất phân bón và lọc dầu. Các khoản đầu tư lớn vào xanh lam và xanh lục đang được biện minh để nhắm mục tiêu khử cacbon trong một số ngành công nghiệp khó giảm thiểu, chẳng hạn như sưởi ấm công nghiệp (ví dụ: sản xuất thép), vận chuyển, hàng không và thậm chí là vận tải mặt đất. Một chút bầu trời xanh hơn, thậm chí còn có các đề xuất về lưới hydro để thay thế lưới khí đốt tự nhiên để cung cấp nhiên liệu cho nồi hơi và bếp nấu hydro.
Tại Châu Phi, nơi HydroGenesis hiện đang tập trung, các trường hợp sử dụng tốt nhất sẽ là điện khí hóa trực tiếp vào lưới điện hoặc tạo ra amoniac để sử dụng làm phân bón vì cả hai đều là những nhu cầu chính trên lục địa này.
Sẵn sàng thử nghiệm khoa học
Có nhiều quy trình ngầm được biết đến để tạo ra hydro tự nhiên, với nghiên cứu cấp bách nhất giải quyết vấn đề nơi chúng ta có thể tìm thấy các loại đá để lưu trữ và bẫy hydro để chúng ta có thể khai thác tài nguyên này với số lượng đủ lớn. Quá trình oxy hóa, phân hủy phóng xạ và sinh nhiệt trong các lưu vực nội lục cũng như quá trình serpentin hóa trong ophiolit là những cơ hội tốt nhất.
Để hiện thực hóa tiềm năng, cần có tiền đầu tư, đây là điều hiển nhiên khi xem xét số tiền cam kết cho các dự án hydro xanh và xanh lam. Nếu được giải ngân, ngày càng có nhiều công ty sẵn sàng thử nghiệm khoa học và mang đến kỷ nguyên năng lượng sạch dựa trên nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào và rẻ tiền.
