Tâm trạng đổ xô đi tìm vàng: Đi tìm hydro ẩn trong lòng đất
Theo một nghiên cứu của Mỹ, có rất nhiều hydro tự nhiên ẩn sâu dưới lòng đất có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong hàng nghìn năm. Làm thế nào điều này có thể đã bị bỏ qua và bạn có thể tìm thấy nó ở đâu?
suối nước nóng Iceland
Dòng hydro đã được phát hiện ở một số suối nước nóng ở Iceland.
Ảnh: Panthermedia.net/KrisCole
Hydro được coi là động lực quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng - nhưng nếu bạn tạo ra nó từ dầu hoặc khí đốt, thì nó sẽ bẩn. Sản xuất hydro xanh cho đến nay khá tốn kém. Bây giờ, đột nhiên, hydro tự nhiên xuất hiện, loại ẩn trong lòng đất. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã cho rằng việc tài trợ là không đáng vì có quá ít người trong số họ hoặc vì quá khó để tài trợ. Đó có thể là một sai lầm, Trái đất có thể có trữ lượng lớn nhiên liệu tái tạo, không có carbon. Nó hiện đang được tìm kiếm trên toàn thế giới. Có một bầu không khí vội vã vàng. Đức cũng tham gia và tham gia vào nghiên cứu về sự xuất hiện tự nhiên của hydro ở một số nước châu Phi.
Hydro tự nhiên có mặt hàng ngàn năm?
Hydro tự nhiên còn được gọi là hydro trắng. Trong một thời gian dài, người ta cho rằng nó không có trong vỏ trái đất ở nồng độ cao, do đó việc sử dụng thương mại hầu như không đáng giá. Một lý do cho điều này là hàng nghìn trên hàng nghìn giếng đã được khoan để lấy khí đốt tự nhiên và dầu mỏ và chưa bao giờ gặp phải trữ lượng hydro lớn. Tuy nhiên, nhiên liệu hydro và hóa thạch hiếm khi xảy ra ở cùng một nơi. Ngoài ra, người ta thường không đo được liệu hydro có thoát ra khỏi lỗ khoan hay không - người ta đang tìm kiếm dầu hoặc khí tự nhiên.
Hydro đơn giản là không có trên hầu hết chúng. Mới nhất là khi bắt đầu cuộc chiến ở Ukraine, điều này đã thay đổi, đặc biệt là ở châu Âu. Đột nhiên có nhu cầu về các giải pháp thay thế nhanh chóng cho dầu và khí đốt. Tất cả đều hướng tới việc sản xuất hydro xanh với số lượng lớn. Có lẽ điều này là không cần thiết trong phạm vi giả định cho đến nay. Theo mô hình của U.S. Khảo sát Địa chất (USGS), được trình bày tại cuộc họp của Hiệp hội Địa chất Hoa Kỳ vào tháng 10 năm 2022, có thể có đủ hydro tự nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu trong hàng nghìn năm.
Hydro trắng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ
Dường như có đủ hydro trắng. Một yếu tố đáng khích lệ ở đây là hydro tự nhiên không chỉ sạch mà còn có thể tái tạo. Phải mất hàng triệu năm để các trầm tích hữu cơ bị chôn vùi và nén lại biến thành dầu và khí đốt. Mặt khác, hydro tự nhiên được tạo ra lặp đi lặp lại khi nước ngầm phản ứng với khoáng chất sắt ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Tuy nhiên, các nhà khoa học không biết chính xác nó được hình thành như thế nào và nó di chuyển như thế nào. Người ta cũng chưa biết liệu nó có tích lũy theo cách khả thi về mặt thương mại hay không.
Frédéric-Victor Donzé, nhà địa vật lý tại Đại học Grenoble Alpes, cho biết: “Sự quan tâm đang tăng lên nhanh chóng, nhưng vẫn còn thiếu các bằng chứng khoa học. Giáo sư Tiến sĩ Gerald Gabriel từ Viện Địa vật lý Ứng dụng Leibniz (LIAG) cũng nhìn nhận tương tự: "Với các nghiên cứu địa vật lý của mình, chúng tôi muốn hiểu rõ hơn điều kiện địa chất nào tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện của các mỏ hydro tự nhiên". LIAG tham gia vào dự án HyAfrica, dự án nghiên cứu hydro tự nhiên như một nguồn năng lượng thay thế.
Tất cả chỉ là vấn đề giá cả
Theo Statista, việc sản xuất hydro xám có giá 4,5 cent mỗi kilowatt giờ vào năm 2019, trong khi hydro xanh có giá 16,5 cent mỗi kilowatt giờ. Đó là gần gấp bốn lần. Chỉ đến năm 2050, chúng ta mới biết rằng hydro xanh có giá tương đương với hydro xám, giá sẽ chững lại ở mức khoảng 9 xu mỗi kilowatt giờ. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải mở rộng cơ sở hạ tầng - nó cần rất nhiều nhà máy năng lượng mặt trời và năng lượng gió cũng như các nhà máy sản xuất hydro xanh.
Và hydro trắng có giá bao nhiêu? Bơm hydro ra khỏi mặt đất có thể rẻ hơn nhiều, đó là lý do tại sao những người ủng hộ đôi khi gọi chất tự nhiên là "vàng". Theo Denis Brière, nhà vật lý học hóa dầu và là phó chủ tịch của Chapman Petroleum Engineering, việc khai thác có thể tốn tới 50 xu mỗi kg. Ian Munro, Giám đốc điều hành của Helios Aragon, một công ty khởi nghiệp khai thác hydro ở chân đồi của dãy núi Pyrenees Tây Ban Nha, cho biết chi phí hòa vốn của nó có thể nằm trong khoảng từ 50 đến 70 xu mỗi kg.
Một kg nước nén có hàm lượng năng lượng là 33 kilowatt giờ. Chi phí từ 50 đến 70 xu phải được chia cho 33 để xác định giá mỗi kilowatt giờ. Dễ dàng nhận thấy rằng hydro tự nhiên sẽ rẻ hơn nhiều lần so với hydro xanh hoặc xám. Miễn là nó hoạt động. Ian Munro nói: “Nếu nó hoạt động, nó có thể cách mạng hóa việc sản xuất năng lượng. "Đó là một chữ 'nếu' lớn. Nhưng điều đó sẽ không đạt được với hydro xanh, phải không? Đối với tôi đó là một cái hố không đáy."
Nhiều rào cản đang chờ đợi
Ngay cả khi có thể sản xuất hydro tự nhiên, nguồn năng lượng này vẫn có điểm yếu. Ví dụ, một kg hydro chứa năng lượng bằng bốn lít xăng. Ở áp suất xung quanh, kilôgam đó chiếm nhiều không gian hơn so với dung tích thùng phuy của xe trộn xi măng thông thường. Bảo quản trong bồn chịu áp lực hoặc hóa lỏng ở nhiệt độ -253 độ C giữ nguyên. Cả hai biến thể đều được sản xuất, nhưng gây ra các vấn đề và chi phí bổ sung.
Vẫn còn thiếu các đường ống và hệ thống phân phối cho việc này. Đây là một số lý do tại sao ô tô điện chạy bằng pin hiện đang dẫn trước ô tô hydro chạy bằng pin nhiên liệu. Hầu hết các chuyên gia cũng coi máy bơm nhiệt điện là hữu ích để sưởi ấm nhà ở, ngay cả trong các tòa nhà cũ
tốt hơn so với máy sưởi chạy bằng hydro. Công nghệ sưởi ấm bằng pin nhiên liệu đã có sẵn, nhưng hydro cần thiết vẫn được sản xuất từ khí tự nhiên - có một cách thực sự thân thiện với môi trường.
Làm thế nào hydro tự nhiên có thể bị bỏ qua quá lâu?
Chúng tôi đã đề cập ngắn gọn về nó ở nơi khác: Ngành công nghiệp dầu khí đã khoan hàng nghìn lỗ trên trái đất và người ta chưa bao giờ nhận thấy rằng hydro cũng được lưu trữ ở đó. Làm thế nào điều đó có thể xảy ra? Lý do chính là hydro khan hiếm trong đá trầm tích mà từ đó khí và dầu được khai thác. Ngoài ra, bất kỳ hydro nào mà dầu gặp phải, chẳng hạn như khi di chuyển qua sa thạch xốp, thường phản ứng để tạo thành các hydrocacbon khác. Hydrogen cũng có thể phản ứng với oxy trong đá để tạo thành nước hoặc kết hợp với carbon dioxide để tạo thành khí mê-tan. Vi khuẩn ngấu nghiến nó để tạo thành nhiều khí mê-tan hơn.
Tất cả điều này dẫn đến giả định rằng hydro không tích tụ với số lượng lớn trong vỏ trái đất. Hydrogen cũng là phân tử nhỏ nhất trong tất cả, có thể xuyên qua khoáng chất và thậm chí cả kim loại. Do đó, các nhà địa chất cho rằng nó không có khả năng ở lại xung quanh. Do đó, trong quá khứ, khi các nhà nghiên cứu hạ cấp lập danh mục lượng khí thải hạ cấp của họ, họ hiếm khi bận tâm đến việc đo lượng hydro. Geoffrey Ellis, một chuyên gia địa hóa hữu cơ tại USGS cho biết: “Tóm lại, họ không thực sự tìm kiếm hydro. "Chúng tôi đã không tìm kiếm đúng chỗ và với các công cụ phù hợp."
Hydro tự nhiên có thể sử dụng được về mặt kinh tế có thể được tìm thấy ở đâu?
Sau khi xác định rằng có khả năng có nhiều nguồn hydro tự nhiên lớn hơn, vấn đề bây giờ là xác định xem nó có thể được sử dụng một cách kinh tế ở mức độ nào và tìm thấy nó ở đâu. Tuy nhiên, điều rõ ràng là hầu hết các mỏ hydro đều quá yếu để có thể khai thác chúng. Một loạt các phản ứng ở nhiệt độ cao giữa nước và các khoáng chất chứa sắt như olivine ngày nay được coi là động cơ quan trọng nhất để sản xuất hydro. Trong các phản ứng này, quá trình oxy hóa sắt tạo ra một khoáng chất gọi là serpentite. Cụ thể hơn, trong quá trình này, các nguyên tử oxy được lấy ra từ các phân tử nước và hydro được giải phóng.
Các nhà nghiên cứu đã quan sát quá trình này ở cự ly gần trên sườn núi lửa giữa Đại Tây Dương. Ở đó, các mảng kiến tạo đang bị xé toạc và đá lớp phủ đang nổi lên để tạo thành các mảng mới của vỏ đại dương. Các nhà khoa học đã có thể đo được một lượng lớn hydro sủi bọt lên từ đáy biển tại một nơi gọi là Thành phố đã mất. Nhà địa chất học Isabelle Moretti từ Đại học Pau và nhóm của bà cũng đã ghi lại các dòng hydro có thể so sánh được tại một số suối nước nóng và giếng địa nhiệt ở Iceland.
Nhìn chung, các nền cổ, vốn là lõi cũ của các lục địa, được coi là ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc khám phá các mỏ hydro lớn hơn có thể được sử dụng một cách kinh tế. Có những dải đá giàu sắt là tàn dư của lớp vỏ đại dương, bị ép giữa các nền cổ khi các lục địa va chạm. Ở đó nóng hơn 200 độ C, nhưng vẫn có nước rỉ ra từ bề mặt. Nơi lý tưởng cho sự hình thành hydro. Ví dụ, hydro đã được tìm thấy ở Mali trong các vành đai đá lục nằm sâu trong nền cổ Tây Phi.
Ngoài các vành đai đá lục, có một nguồn sắt quan trọng thứ hai trong các nền cổ, có thể tạo ra hydro. Để làm được điều này, chúng ta phải quay ngược thời gian khoảng 2,4 tỷ năm, như nhà địa chất học Alain Prinzhofer giải thích. Vào thời điểm đó, các đại dương đã bão hòa với sắt hòa tan. Tuy nhiên, các vi khuẩn sau đó đã phát triển khả năng quang hợp và oxy mà chúng thải ra đã khiến sắt rơi xuống đáy biển dưới dạng rỉ sét. Ở đó, cuối cùng nó đã biến thành đá, mà ngày nay vẫn có thể tìm thấy ở đó, ít nhất là một phần. Những thành tạo sắt dạng dải này được cho là chứa khoảng 60% trữ lượng sắt của thế giới.
