Trái đất có thể chứa một lượng lớn hydro tự nhiên – và những người tìm kiếm đang lùng sục khắp Nam Úc để tìm kiếm nó
Liệu hydro tự nhiên có thể đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới mục tiêu phi cacbon hóa và mục tiêu phát thải ròng bằng 0 không?
Tác giả: Linda Stalker
Hydro có nhiều màu sắc khác nhau. Hydro xanh, được tạo ra bằng cách phân tách nước thành oxy và hydro. Hydro xanh, được tạo ra từ khí tự nhiên với lượng khí thải carbon được thu giữ và lưu trữ. Hydro xám, sử dụng khí tự nhiên với lượng khí thải carbon dioxide thải ra khí quyển.
Nhưng có một loại mà ít người từng nghe đến – hydro trắng hoặc vàng, được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên diễn ra sâu dưới lòng đất.
Các phương pháp chính để sản xuất hydro sử dụng nguồn năng lượng để chuyển đổi mêtan, than hoặc nước thành hydro, với các sản phẩm phụ như oxy hoặc carbon dioxide.
Nhưng hydro tự nhiên này có thể có nghĩa là một con đường dễ dàng hơn. Viacheslav Zgonnik, một nhà nghiên cứu và là giám đốc của một công ty hydro tự nhiên, đã nói với Science rằng ông tin rằng "nó có tiềm năng thay thế tất cả các nhiên liệu hóa thạch".
Điều đó có thực sự khả thi không? Và tại sao chúng ta mới chỉ phát hiện ra điều đó? Đây là những gì chúng ta biết.
Cuộc đua giành nhiều hydro
Hydro từ lâu đã được coi là một cách giúp chúng ta đạt được mức phát thải ròng bằng 0. Nó chứa nhiều năng lượng và có thể được sử dụng trong xe cộ, để phát điện và các quy trình công nghiệp.
Nhưng một số chuyên gia tỏ ra hoài nghi, xét đến chi phí sản xuất hiện tại và những thách thức trong việc áp dụng, chưa kể đến lượng khí thải tạo ra với phương pháp sản xuất phổ biến nhất – hydro xanh từ khí tự nhiên.
Đó là lý do tại sao hydro tự nhiên lại nhận được nhiều sự chú ý như vậy, vì nó có lượng khí thải rất thấp.
Vậy nó được tìm thấy ở đâu? Thường là dưới lòng đất cùng với các loại khí khác như mêtan và heli. Về mặt đó, nó rất giống với dầu và khí tự nhiên.
Nhưng không giống như dầu và khí, chúng ta chưa có kinh nghiệm tương tự trong việc khai thác hydro. Những gì chúng ta biết cho đến nay là hydro tự nhiên có thể được sản xuất theo nhiều cách khác nhau khi các loại đá và khoáng chất khác nhau tương tác với nhau dưới lòng đất.
Các loại đá cổ xưa, giàu sắt có thể sản xuất hydro. Tương tự như vậy, các loại đá như serpentinite và đá bazan được tạo ra từ magma phun trào ở đại dương sâu, hoặc từ các loại đá giàu hữu cơ như than đá hoặc đá phiến sét. Và sự sống cũng có thể tham gia. Sâu trong lòng đất, các vi khuẩn sống có thể ăn - hoặc tạo ra - hydro.
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy việc tìm ra nguồn hydro có thể không phải là vấn đề chính để khai thác. Trong thập kỷ qua, các chuyên gia về hydro tự nhiên đã tăng gấp bội ước tính của họ về lượng khí hữu ích này có ngoài kia.
Quá trình tự nhiên tạo ra serpentinite có thể tạo ra hydro. James St John/Flickr, CC BY
Vậy chúng ta có thể khai thác nó ở đâu?
Các hydrocacbon như dầu có xu hướng nổi lên từ các loại đá sâu hơn, nơi chúng được tạo ra cho đến khi bị mắc kẹt trong các loại đá xốp gọi là bể chứa.
Nhưng còn hydro nhẹ hơn nhiều thì sao? Nó di chuyển lên trên bất cứ khi nào có thể - nhưng nó rất di động, nó có thể dễ dàng trượt qua nhiều loại đá và thoát ra ngoài khí quyển. Chỉ có thể đáng để phục hồi nếu có đủ các hồ chứa lớn nơi nó tích tụ bên dưới, chẳng hạn như lớp đá không thấm như đá phiến sét hoặc muối. Các hang động muối đã được khám phá như một cách để lưu trữ hydro xanh.
Các lớp muối ngăn không cho hydro thoát ra ngoài, đó là lý do tại sao các hang động muối (trong hình) đang được khám phá như một cách để lưu trữ khí nhẹ. Geoscience Australia, CC BY
Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra thứ thực sự đóng vai trò là rào cản đối với hydro chảy dưới lòng đất.
Hiện tại, vẫn còn quá sớm. Ngành công nghiệp này chỉ có một ví dụ đã biết về hydro tích tụ với số lượng thương mại. Nó được phát hiện tình cờ ở Mali, Tây Phi, vào những năm 1980, khi khoan tìm nước đã phát hiện ra khối lượng hydro nông nhưng đáng kể.
Sản xuất công khai và giám sát áp suất cho thấy mỏ khí Mali chưa bị cạn kiệt cho đến nay. Ngược lại, các hồ chứa dầu và khí đốt có xu hướng không tự lấp đầy trong khung thời gian quan trọng đối với chúng ta.
Liệu việc thăm dò hydro có giống như cơn sốt dầu mỏ không?
Khi những người tìm kiếm nhận ra tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch như dầu và khí đốt, họ đầu tiên chuyển sang các vết rò rỉ trên bề mặt. Dầu và khí rò rỉ trên bề mặt có nghĩa là một loại đá nguồn như đá phiến sét đang đẩy ra hydrocarbon.
Quay trở lại từ các vết rò rỉ trên bề mặt là một cách để tìm kiếm hydro tự nhiên. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh vệ tinh có độ phân giải cao để tìm kiếm các đặc điểm bí ẩn thường được gọi là vòng tròn thần tiên.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã tranh luận về nguyên nhân gây ra những vòng tròn này. Mối? Mưa? Thực vật? Một câu trả lời có thể là - vết rò rỉ hydro.
Các công ty thăm dò hydro tự nhiên ở Nam Úc đã sử dụng các vòng tròn thần tiên để xác định các địa điểm có thể. Những công ty khác đang chuyển sang sách lịch sử - một lỗ khoan trên Đảo Kangaroo được khoan vào năm 1921 đã sản xuất tới 80% hydro.
Những vòng tròn thần tiên bí ẩn như thế này gần Moora, Tây Úc, có liên quan đến việc hydro rò rỉ ra ngoài. Google Earth, CC BY
Tại sao chúng ta chỉ tìm thấy điều này bây giờ?
Chúng tôi đã không tìm kiếm. Cho đến gần đây, trữ lượng đá phiến và khí chặt khổng lồ của rld đã không được phát hiện trong nhiều thập kỷ. Nhưng khi công nghệ tiến bộ với các phương pháp khoan, khai thác giếng và thu hồi mới như fracking, việc khai thác đã trở nên khả thi.
Từ những năm 1960 trở đi, các nhà địa chất tìm kiếm hydrocarbon trong các lưu vực trầm tích đã sử dụng sắc ký khí để tìm ra thành phần có trong hỗn hợp khí. Các phương pháp trước đây có thể phát hiện ra nhiều loại khí hơn, nhưng phương pháp phổ biến và đơn giản nhất khiến hydro và heli không thể phát hiện được. Vì vậy, hydro có thể đã ở đó trong suốt thời gian qua.
Khi chúng tôi khoan tìm dầu và khí, chúng tôi khoan sâu để lấy mẫu - thường là từ 1.500 đến 3.000 mét. Nhưng như phát hiện ở Mali cho thấy, hydro có thể tồn tại ở độ sâu dưới 500 mét và trong các loại đá khác nhau. Điều đó có nghĩa là các tập dữ liệu hiện tại của chúng tôi bị lệch.
Liệu chúng ta có chứng kiến một cuộc đổ xô tìm hydro không?
Có thể. Một thế hệ nhà thám hiểm mới đã và đang tìm kiếm triển vọng tốt ở Nam Úc. Đó là vì tiểu bang hiện là khu vực pháp lý duy nhất của Úc có luật cho phép khai thác hydro.
Điều đó không có nghĩa là hydro tự nhiên chắc chắn sẽ chiến thắng. Có nhiều điều chúng ta không biết, chẳng hạn như nó phổ biến như thế nào và dễ khai thác như thế nào. Đây cũng là một trong nhiều con đường tiềm năng đang được khám phá để giúp chúng ta hướng tới mục tiêu phi carbon hóa và mục tiêu phát thải ròng bằng 0.
Điều chúng ta biết là để biến điều này thành hiện thực, cần phải có một tư duy cởi mở - và sẵn sàng thử những cách tiếp cận mới.
