Nghiên cứu do ông Geoffrey Ellis, một nhà địa hóa dầu mỏ tại Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) dẫn đầu, đã đưa ra một con số gây choáng váng: Trái Đất có thể chứa hàng nghìn tỷ tấn hydro trong các cấu trúc đá và các bể chứa ngầm.
“Hydro địa chất” này không phải là sản phẩm của con người, mà được hình thành thông qua các quá trình địa hóa tự nhiên dưới lòng đất và đã được phát hiện ở một số địa điểm hạn chế như Albania và Mali.
Kho dự trữ toàn cầu nhưng đầy thách thức tiếp cận
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances cho thấy trữ lượng hydro này có thể phân bố rộng khắp trên toàn cầu. Tuy nhiên, một thách thức lớn đặt ra là một phần đáng kể trong số đó nằm quá sâu dưới lòng đất hoặc quá xa bờ biển, khiến việc tiếp cận trở nên khó khăn. Ngoài ra, một số bể chứa hydro có thể quá nhỏ, không đủ quy mô để khai thác một cách kinh tế.
Dù vậy, ông Ellis vẫn tin tưởng vào tiềm năng to lớn của nguồn năng lượng này. “Ngay cả với những hạn chế, kết quả cho thấy vẫn còn đủ hydro để sử dụng”, ông chia sẻ với Live Science .
Để dễ hình dung về quy mô, nghiên cứu ước tính tổng nguồn tài nguyên hydro tự nhiên dao động từ 103 đến 1010 triệu tấn, với giá trị có khả năng xảy ra nhất là khoảng 5,6 x 10^6 triệu tấn (tức 5,6 nghìn tỷ tấn).
Điều đáng kinh ngạc là, nếu chỉ khai thác được vỏn vẹn 2% lượng hydro này (khoảng 10^5 triệu tấn), nó có thể đáp ứng được toàn bộ nhu cầu hydro toàn cầu dự kiến để đạt được mức phát thải carbon ròng bằng 0 trong gần 200 năm!
Lượng năng lượng mà số hydro này giải phóng (~1,4 x 10^16 MJ) thậm chí còn nhiều hơn gần gấp đôi so với toàn bộ trữ lượng khí đốt tự nhiên đã được chứng minh của thế giới (~8,4 x 10^15 MJ), làm nổi bật tiềm năng phi thường của nó như một giải pháp năng lượng bền vững. Điều này gấp khoảng 26 lần lượng dầu mỏ được biết là còn lại trong lòng đất.
Hydro địa chất: “Nút bấm” năng lượng sạch của tương lai?
Hydro là một nguồn năng lượng sạch tiềm năng, có thể được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho xe cộ, vận hành các quy trình công nghiệp và tạo ra điện.
Hiện tại, hydro thường được sản xuất nhân tạo thông qua quá trình điện phân nước. Nếu sử dụng năng lượng tái tạo, nó được gọi là “hydro xanh” (green hydrogen); nếu dùng nhiên liệu hóa thạch, nó là “hydro xám” (grey hydrogen).
Lợi ích vượt trội của việc khai thác hydro tự nhiên là nó không đòi hỏi nguồn năng lượng bên ngoài để sản xuất. Hơn nữa, các bể chứa ngầm có thể chứa khí hydro cho đến khi cần thiết. Ông Ellis giải thích: “Chúng ta không phải lo lắng về việc lưu trữ, đó là điều mà với hydro xanh lam hoặc hydro xanh lục bạn phải làm – bạn muốn sản xuất khi điện còn rẻ và sau đó bạn phải lưu trữ ở đâu đó”. Với hydro tự nhiên, “bạn chỉ cần mở van và đóng lại bất cứ khi nào bạn cần”, một sự tiện lợi chưa từng có.
Để ước tính lượng hydro bên trong Trái Đất, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình cân bằng khối lượng phức tạp, kết hợp dữ liệu địa chất với hiểu biết về quá trình hình thành và hành vi của hydro. Hydro được tạo ra thông qua các phản ứng hóa học trong đá, phổ biến nhất là phản ứng phân tách nước thành hydro và oxy. Dù có hàng chục quá trình tự nhiên tạo ra hydro, nhưng hầu hết chúng chỉ tạo ra một lượng rất nhỏ.
Trong quá khứ, các nhà nghiên cứu chưa thực sự nhận ra rằng hydro có thể tích tụ dưới bề mặt Trái Đất. Ông Ellis cho biết: “Mô hình chung trong toàn bộ sự nghiệp của tôi là hydro có tồn tại, nhưng nó là một phân tử rất nhỏ nên dễ dàng thoát ra qua các lỗ chân lông, vết nứt trong đá”. Tuy nhiên, việc phát hiện các kho hydro khổng lồ ở Tây Phi và sau đó là ở Albania đã thay đổi hoàn toàn quan niệm này, chứng minh rằng hydro có thể tích tụ trong các hồ chứa lớn.
Mặc dù kết quả ban đầu rất khả quan, ông Ellis thừa nhận rằng vẫn còn sự không chắc chắn rất lớn xung quanh những con số này (mô hình cho thấy có thể có từ 1 tỷ đến 10 nghìn tỷ tấn hydro).
Các chuyên gia cũng cảnh báo rằng việc khai thác hydro tự nhiên trên quy mô lớn sẽ đặt ra những thách thức đáng kể. Giáo sư Bill McGuire, một nhà khoa học về Trái Đất tại University College London (UCL), bày tỏ mối lo ngại: “Để khai thác hydro ở quy mô cần thiết để tạo ra tác động có ý nghĩa đến lượng khí thải và giải quyết tình trạng khẩn cấp về khí hậu sẽ đòi hỏi một nỗ lực toàn cầu to lớn. Thật không may, đây là một sáng kiến mà chúng ta đơn giản là không có đủ thời gian”.
Dù vậy, với dự báo nhu cầu hydro toàn cầu sẽ tăng gấp năm lần vào năm 2050 và có thể chiếm tới 30% nguồn cung cấp năng lượng trong tương lai ở một số lĩnh vực, việc tìm kiếm và khai thác hydro địa chất đang trở thành một ưu tiên hàng đầu.
Ông Ellis và các đồng nghiệp đang tiếp tục nghiên cứu để thu hẹp các tiêu chí địa chất cần thiết để hình thành các tích tụ dưới lòng đất, và kết quả cho Hoa Kỳ có thể được công bố vào đầu năm sau.
Câu hỏi lớn còn lại là chính xác tất cả lượng hydro này nằm ở đâu và liệu nó có thể tiếp cận được một cách kinh tế hay không. Dù còn nhiều điều phải khám phá, tiềm năng của “núi hydro” ẩn mình dưới lòng đất đang mở ra một trang mới đầy hứa hẹn cho cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và tương lai năng lượng của nhân loại.
