Thảo Nông
Topaz
Các nhà khoa học từ Đại học Oxford, Durham và Toronto vừa công bố một chiến lược đột phá để tìm kiếm và khai thác hydro tự nhiên trong vỏ Trái Đất, hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch, không phát thải và có trữ lượng khổng lồ.
Các nhà khoa học có thể đã tìm thấy nguồn hydro sạch dưới lòng đất, với công thức mới để tìm và khai thác nó
Hydro tự nhiên: Lời giải cho bài toán năng lượng sạch?
Các nhà khoa học có thể đã tìm thấy một "mỏ vàng" hydro sạch khổng lồ ngay dưới chân chúng ta. Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Reviews Earth & Environment vào ngày 13 tháng 5 vừa qua, do các nhà khoa học từ Đại học Oxford, Đại học Durham (Anh) và Đại học Toronto (Canada) thực hiện, đã xác định các yếu tố địa chất then chốt cần thiết để tìm kiếm và khai thác hydro tự nhiên bị giữ lại bên dưới bề mặt Trái Đất.
Nguồn hydro tự nhiên này được Trái Đất sản sinh ra qua hàng triệu năm và có thể tích tụ lại dưới lòng đất trong các cấu trúc đá phù hợp. Nghiên cứu cho thấy các điều kiện để giữ lại hydro tồn tại ở nhiều nơi trên thế giới, mở ra một cơ hội thực sự mang tính toàn cầu.
Hydro hiện đã là một ngành công nghiệp trị giá 135 tỷ USD trên toàn cầu, được sử dụng chủ yếu để sản xuất phân bón và các hóa chất thiết yếu khác. Nó cũng được xem là một nền tảng quan trọng cho các hệ thống năng lượng sạch trong tương lai, với thị trường dự kiến sẽ tăng trưởng lên tới 1 nghìn tỷ USD vào năm 2050. Phát hiện mới này có thể giúp các ngành công nghiệp tìm kiếm và khai thác các trữ lượng hydro tự nhiên, cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn nhiều so với các phương pháp sản xuất hydro hiện tại vốn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và gây ra khoảng 2,4% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu.
Trữ lượng khổng lồ ẩn mình trong vỏ Trái Đất
Trong bối cảnh nhu cầu hydro dự kiến sẽ tăng vọt từ 90 triệu tấn (năm 2022) lên khoảng 540 triệu tấn vào năm 2050, việc tìm ra cách sản xuất hydro mà không làm tăng thêm lượng khí CO2 là vô cùng quan trọng. Các giải pháp như thu giữ carbon và điện phân nước bằng năng lượng tái tạo có thể hữu ích, nhưng chúng chưa thực sự cạnh tranh về mặt chi phí.
Nhóm nghiên cứu chỉ ra một câu trả lời bị bỏ qua: chính vỏ lục địa của Trái Đất. Trong hàng tỷ năm qua, vỏ lục địa đã tạo ra một lượng hydro đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong khoảng 170.000 năm. Phần lớn lượng khí này vẫn còn bị giữ lại dưới lòng đất, chưa được khai thác và hoàn toàn không phát thải.
Cho đến nay, các nhà khoa học chỉ có những phép đo rải rác về nơi hydro tự nhiên tích tụ. Nghiên cứu mới này đã phác thảo một "công thức thăm dò" (exploration recipe) rõ ràng – bao gồm các loại đá, nhiệt độ, chất lỏng và lịch sử địa chất cụ thể cho phép hydro hình thành, di chuyển và bị giữ lại trong các bể chứa mà chúng ta có thể tiếp cận. Với bản kế hoạch chi tiết này, ngành công nghiệp có thể bắt đầu "săn lùng" các trữ lượng hydro sạch trên toàn thế giới.
Hydro tự nhiên được giải phóng tự nhiên trên bề mặt Trái đất từ nước ngầm trong đá của Canadian Shield. Nguồn: Phòng thí nghiệm đồng vị ổn định Đại học Toronto
"Công thức" tìm kiếm hydro tự nhiên
Giáo sư Jon Gluyas (Đại học Durham), đồng tác giả nghiên cứu, lưu ý: “Chúng tôi đã phát triển thành công một chiến lược thăm dò heli, và một cách tiếp cận ‘dựa trên các nguyên tắc đầu tiên’ tương tự có thể được áp dụng cho hydro.”
Nghiên cứu này vạch ra các thành phần chính cần thiết để xây dựng một chiến lược thăm dò nhằm tìm ra các "hệ thống hydro" khác nhau. Điều này bao gồm việc xác định lượng hydro được sản xuất và các loại đá cũng như điều kiện mà chúng xuất hiện, cách hydro di chuyển dưới lòng đất từ các loại đá này, các điều kiện cho phép hình thành một mỏ khí, và cả những điều kiện có thể phá hủy lượng hydro đã tích tụ.
Những thách thức: Vi khuẩn và hiểu biết địa chất
Giáo sư Barbara Sherwood Lollar (Đại học Toronto), một đồng tác giả khác, cho biết: “Chúng tôi biết rằng, ví dụ, các vi khuẩn dưới lòng đất rất dễ dàng 'ăn' hydro. Việc tránh các môi trường khiến chúng tiếp xúc với hydro là rất quan trọng để bảo tồn hydro trong các mỏ có giá trị kinh tế.”
Các tác giả cũng chỉ ra những lĩnh vực mà hiểu biết hiện tại còn hạn chế và cần nghiên cứu thêm, chẳng hạn như hiệu suất phản ứng của đá và cách lịch sử địa chất có thể kết hợp đúng các loại đá với nước để tạo ra phản ứng sinh hydro.
Hydro trong vỏ Trái Đất: Trẻ, già và ở khắp mọi nơi
Một số nguồn hydro, chẳng hạn như từ lớp phủ của Trái Đất, đã từng là chủ đề của nhiều đồn đoán và cường điệu hóa. Tuy nhiên, nghiên cứu này cho thấy đó không phải là những nguồn khả thi cho quy mô lớn. Thay vào đó, các tác giả đã chứng minh rằng các thành phần cho một hệ thống hydro hoàn chỉnh có thể được tìm thấy trong nhiều môi trường địa chất phổ biến bên trong vỏ Trái Đất. Một số trong số này có thể khá trẻ về mặt địa chất, hình thành hydro "gần đây" (hàng triệu đến hàng chục triệu năm), trong khi những nguồn khác lại thực sự cổ xưa (hàng trăm triệu năm tuổi) – nhưng điều quan trọng là chúng được tìm thấy trên toàn cầu.
Giếng nước bỏ hoang, Montana, Hoa Kỳ. Đo lường khí hòa tan trong nước ngầm có thể giúp phát hiện ra hydro tự nhiên. Tín dụng: Chris Ballentine, Đại học Oxford
"Nấu ăn" hydro: Công thức khám phá
Tác giả chính, Giáo sư Chris Ballentine (Khoa Khoa học Trái Đất, Đại học Oxford), ví von: “Việc kết hợp các thành phần để tìm thấy hydro tích tụ trong bất kỳ môi trường nào có thể được ví như việc nấu một chiếc bánh soufflé – nếu bạn sai bất kỳ thành phần nào, số lượng, thời gian hoặc nhiệt độ, bạn sẽ thất vọng. Một công thức thăm dò thành công có thể lặp lại sẽ mở ra một nguồn hydro carbon thấp, cạnh tranh về mặt thương mại, đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi năng lượng – chúng tôi có kinh nghiệm phù hợp để kết hợp các thànhFileInputStream này và tìm ra công thức đó.”
Tiềm năng của hydro địa chất tự nhiên đã thúc đẩy các tác giả thành lập Snowfox Discovery Ltd., một công ty thăm dò với sứ mệnh tìm kiếm các mỏ hydro tự nhiên có ý nghĩa xã hội.
Các nhà khoa học có thể đã tìm thấy nguồn hydro sạch dưới lòng đất, với công thức mới để tìm và khai thác nó
Hydro tự nhiên: Lời giải cho bài toán năng lượng sạch?
Các nhà khoa học có thể đã tìm thấy một "mỏ vàng" hydro sạch khổng lồ ngay dưới chân chúng ta. Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Reviews Earth & Environment vào ngày 13 tháng 5 vừa qua, do các nhà khoa học từ Đại học Oxford, Đại học Durham (Anh) và Đại học Toronto (Canada) thực hiện, đã xác định các yếu tố địa chất then chốt cần thiết để tìm kiếm và khai thác hydro tự nhiên bị giữ lại bên dưới bề mặt Trái Đất.
Nguồn hydro tự nhiên này được Trái Đất sản sinh ra qua hàng triệu năm và có thể tích tụ lại dưới lòng đất trong các cấu trúc đá phù hợp. Nghiên cứu cho thấy các điều kiện để giữ lại hydro tồn tại ở nhiều nơi trên thế giới, mở ra một cơ hội thực sự mang tính toàn cầu.
Hydro hiện đã là một ngành công nghiệp trị giá 135 tỷ USD trên toàn cầu, được sử dụng chủ yếu để sản xuất phân bón và các hóa chất thiết yếu khác. Nó cũng được xem là một nền tảng quan trọng cho các hệ thống năng lượng sạch trong tương lai, với thị trường dự kiến sẽ tăng trưởng lên tới 1 nghìn tỷ USD vào năm 2050. Phát hiện mới này có thể giúp các ngành công nghiệp tìm kiếm và khai thác các trữ lượng hydro tự nhiên, cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn nhiều so với các phương pháp sản xuất hydro hiện tại vốn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và gây ra khoảng 2,4% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu.
Trữ lượng khổng lồ ẩn mình trong vỏ Trái Đất
Trong bối cảnh nhu cầu hydro dự kiến sẽ tăng vọt từ 90 triệu tấn (năm 2022) lên khoảng 540 triệu tấn vào năm 2050, việc tìm ra cách sản xuất hydro mà không làm tăng thêm lượng khí CO2 là vô cùng quan trọng. Các giải pháp như thu giữ carbon và điện phân nước bằng năng lượng tái tạo có thể hữu ích, nhưng chúng chưa thực sự cạnh tranh về mặt chi phí.
Nhóm nghiên cứu chỉ ra một câu trả lời bị bỏ qua: chính vỏ lục địa của Trái Đất. Trong hàng tỷ năm qua, vỏ lục địa đã tạo ra một lượng hydro đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong khoảng 170.000 năm. Phần lớn lượng khí này vẫn còn bị giữ lại dưới lòng đất, chưa được khai thác và hoàn toàn không phát thải.
Cho đến nay, các nhà khoa học chỉ có những phép đo rải rác về nơi hydro tự nhiên tích tụ. Nghiên cứu mới này đã phác thảo một "công thức thăm dò" (exploration recipe) rõ ràng – bao gồm các loại đá, nhiệt độ, chất lỏng và lịch sử địa chất cụ thể cho phép hydro hình thành, di chuyển và bị giữ lại trong các bể chứa mà chúng ta có thể tiếp cận. Với bản kế hoạch chi tiết này, ngành công nghiệp có thể bắt đầu "săn lùng" các trữ lượng hydro sạch trên toàn thế giới.
Hydro tự nhiên được giải phóng tự nhiên trên bề mặt Trái đất từ nước ngầm trong đá của Canadian Shield. Nguồn: Phòng thí nghiệm đồng vị ổn định Đại học Toronto
"Công thức" tìm kiếm hydro tự nhiên
Giáo sư Jon Gluyas (Đại học Durham), đồng tác giả nghiên cứu, lưu ý: “Chúng tôi đã phát triển thành công một chiến lược thăm dò heli, và một cách tiếp cận ‘dựa trên các nguyên tắc đầu tiên’ tương tự có thể được áp dụng cho hydro.”
Nghiên cứu này vạch ra các thành phần chính cần thiết để xây dựng một chiến lược thăm dò nhằm tìm ra các "hệ thống hydro" khác nhau. Điều này bao gồm việc xác định lượng hydro được sản xuất và các loại đá cũng như điều kiện mà chúng xuất hiện, cách hydro di chuyển dưới lòng đất từ các loại đá này, các điều kiện cho phép hình thành một mỏ khí, và cả những điều kiện có thể phá hủy lượng hydro đã tích tụ.
Những thách thức: Vi khuẩn và hiểu biết địa chất
Giáo sư Barbara Sherwood Lollar (Đại học Toronto), một đồng tác giả khác, cho biết: “Chúng tôi biết rằng, ví dụ, các vi khuẩn dưới lòng đất rất dễ dàng 'ăn' hydro. Việc tránh các môi trường khiến chúng tiếp xúc với hydro là rất quan trọng để bảo tồn hydro trong các mỏ có giá trị kinh tế.”
Các tác giả cũng chỉ ra những lĩnh vực mà hiểu biết hiện tại còn hạn chế và cần nghiên cứu thêm, chẳng hạn như hiệu suất phản ứng của đá và cách lịch sử địa chất có thể kết hợp đúng các loại đá với nước để tạo ra phản ứng sinh hydro.
Hydro trong vỏ Trái Đất: Trẻ, già và ở khắp mọi nơi
Một số nguồn hydro, chẳng hạn như từ lớp phủ của Trái Đất, đã từng là chủ đề của nhiều đồn đoán và cường điệu hóa. Tuy nhiên, nghiên cứu này cho thấy đó không phải là những nguồn khả thi cho quy mô lớn. Thay vào đó, các tác giả đã chứng minh rằng các thành phần cho một hệ thống hydro hoàn chỉnh có thể được tìm thấy trong nhiều môi trường địa chất phổ biến bên trong vỏ Trái Đất. Một số trong số này có thể khá trẻ về mặt địa chất, hình thành hydro "gần đây" (hàng triệu đến hàng chục triệu năm), trong khi những nguồn khác lại thực sự cổ xưa (hàng trăm triệu năm tuổi) – nhưng điều quan trọng là chúng được tìm thấy trên toàn cầu.
Giếng nước bỏ hoang, Montana, Hoa Kỳ. Đo lường khí hòa tan trong nước ngầm có thể giúp phát hiện ra hydro tự nhiên. Tín dụng: Chris Ballentine, Đại học Oxford
"Nấu ăn" hydro: Công thức khám phá
Tác giả chính, Giáo sư Chris Ballentine (Khoa Khoa học Trái Đất, Đại học Oxford), ví von: “Việc kết hợp các thành phần để tìm thấy hydro tích tụ trong bất kỳ môi trường nào có thể được ví như việc nấu một chiếc bánh soufflé – nếu bạn sai bất kỳ thành phần nào, số lượng, thời gian hoặc nhiệt độ, bạn sẽ thất vọng. Một công thức thăm dò thành công có thể lặp lại sẽ mở ra một nguồn hydro carbon thấp, cạnh tranh về mặt thương mại, đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi năng lượng – chúng tôi có kinh nghiệm phù hợp để kết hợp các thànhFileInputStream này và tìm ra công thức đó.”
Tiềm năng của hydro địa chất tự nhiên đã thúc đẩy các tác giả thành lập Snowfox Discovery Ltd., một công ty thăm dò với sứ mệnh tìm kiếm các mỏ hydro tự nhiên có ý nghĩa xã hội.