Phát hiện 'kho báu' đủ dùng 170.000 năm khiến thế giới ngỡ ngàng, đội ngũ chuyên gia nhận định đây có thể là bước ngoặt của nhân loại

Năm 1987, một công nhân châm điếu thuốc cạnh giếng nước mới khoan gần làng Bourakebougou ở Mali. Ngay khoảnh khắc ấy, một tiếng nổ vang lên từ trong giếng. Giờ đây, chúng ta biết nguyên nhân xuất phát từ khí hydro dễ cháy chưa từng được phát hiện, thoát ra từ một bể khí nằm sâu dưới lòng đất.

Giếng được bịt lại và tạm thời bỏ hoang. Đến năm 2011, công ty dầu khí Petroma (sau này đổi tên thành Hydroma) đã mở lại giếng để xem liệu có thể khai thác hydro thương mại hay không. Đến năm 2012, công ty đã vận hành giếng để sản xuất điện cho Bourakebougou và ngôi làng đến nay vẫn dựa vào nguồn hydro này làm điện năng.

Giếng của Bourakebougou hiện là giếng hydro duy nhất trên thế giới đang sản xuất. Khi được trộn với oxy trong pin nhiên liệu, hydro – phân tử nhỏ và đơn giản nhất trong tự nhiên – có thể tạo ra điện mà không phát thải khí nhà kính, chỉ sinh nhiệt và nước. Điều này khiến hydro trở thành nguồn năng lượng sạch, với nhu cầu dự kiến tăng gấp năm lần vào năm 2050 để phục vụ sản xuất vi điện tử, công nghiệp, vận tải và các tòa nhà.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học cho rằng hydro quá nhẹ và quá phản ứng để tích tụ trong vỏ Trái Đất giống như dầu khí. Nhưng phát hiện ở Bourakebougou và những khám phá gần đây đã làm thay đổi hoàn toàn quan điểm này.

Các công ty thăm dò tài nguyên đang chạy đua tìm kiếm những mỏ hydro tự nhiên, hay còn gọi là “hydro vàng” (gold hydrogen). Nhằm hỗ trợ, giới khoa học đã xác định những “thành phần” địa chất chủ chốt để hình thành các bể tích tụ này. Nhờ vậy, những kỹ thuật nhằm thúc đẩy hoặc mô phỏng quá trình tạo hydro tự nhiên – từng bị xem là bất khả thi – đang thu hút sự chú ý, theo chia sẻ của các chuyên gia với Live Science.

“Chúng tôi càng tìm, càng phát hiện ra nhiều hơn”, Geoffrey Ellis, chuyên gia địa hóa dầu khí thuộc Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) nói.

Hydro vừa là nguồn năng lượng, vừa là thành phần thiết yếu để sản xuất phân bón, tinh chế dầu và chế tạo nhiên liệu tên lửa. Hiện nay gần như toàn bộ hydro công nghiệp được sản xuất bằng cách đun nóng khí tự nhiên với hơi nước, tạo ra hỗn hợp hydro và carbon monoxide rồi tách lấy hydro.

Phương pháp này tạo ra hydro xám, phát thải khoảng 1 tỷ tấn CO2 mỗi năm - tương đương 2,4% lượng phát thải toàn cầu. Về lý thuyết, năng lượng tái tạo có thể tạo ra hydro xanh, còn hydro xanh lam dùng nhiên liệu hóa thạch nhưng có thu giữ carbon. Tuy nhiên, hai loại này hiện chỉ chiếm phần rất nhỏ trong tổng sản lượng hydro toàn cầu.

“Hydro là nguồn năng lượng sạch, nhưng cách bạn tạo ra hydro mới là điều quyết định”, Chris Ballentine, giáo sư địa hóa tại Đại học Oxford, nhấn mạnh.

Tuy nhiên, một nguồn hydro mới có thể cắt giảm đáng kể dấu chân carbon của ngành công nghiệp. Hóa ra, lượng hydro khổng lồ có thể tích tụ dưới lòng đất. Dù giới khoa học từ lâu biết rằng đá trong vỏ Trái Đất có thể tạo hydro, các chuyên gia trước đây cho rằng khí này không thể tích tụ vì chỉ tìm thấy nồng độ rất thấp trong các giếng dầu khí.

Phát hiện ở Mali đã phá vỡ nhận định này. Các nhà nghiên cứu nhận ra rằng khu vực khoan dầu khí không phải là nơi lý tưởng để tìm hydro.

Những bể tích tụ khổng lồ đang chờ được tìm thấy

Khám phá tại Mali đã khởi động cuộc săn lùng hydro toàn cầu. Nhưng trước khi triển khai các dự án thăm dò tốn kém, các nhà địa chất cần biết quy mô tiềm năng của nguồn tài nguyên này.

Những ước tính mới cho thấy con số đáng kinh ngạc. Theo một báo cáo của Ballentine và đồng nghiệp, vỏ lục địa Trái Đất đã sản sinh đủ hydro trong 1 tỷ năm qua để đáp ứng nhu cầu năng lượng hiện tại của nhân loại trong 170.000 năm. Dù phần lớn hydro này đã thoát vào khí quyển, con số vẫn “đủ để nhận ra mức độ quan trọng của quá trình tạo hydro trong vỏ Trái Đất”, Ballentine nói.

Một số nghiên cứu còn ước tính gấp đôi con số trên. Các khối ophiolite – phần của vỏ đại dương bị đẩy lên vỏ lục địa – có thể tạo ra lượng hydro tương đương.

Vậy còn bao nhiêu hydro vẫn còn bị giữ lại? Năm 2024, Ellis và cộng sự tính toán rằng Trái Đất chứa khoảng 6,2 nghìn tỷ tấn hydro, tức gấp 26 lần trữ lượng dầu còn lại. Phần lớn nằm quá sâu hoặc quá xa bờ biển để khai thác, nhưng chỉ cần 2% số đó cũng đủ thay thế nhiên liệu hóa thạch trong 200 năm.

“Tiềm năng dưới đó là rất, rất lớn”, Ellis nhận định. Khác với hydro được sản xuất công nghiệp, hydro tự nhiên có lợi thế lớn: Được tích trữ sẵn trong lòng đất, và có dấu chân carbon cực thấp, chỉ phát sinh từ hoạt động khai thác.

Sáu “thành phần” tạo nên một bể hydro tự nhiên

Tháng 1/2025, Ellis và cộng sự công bố bản đồ dự đoán nơi có thể tồn tại các bể hydro tại 48 bang của Mỹ. Họ dùng dữ liệu trọng lực và từ tính để ước tính thành phần đá trong vỏ và mô phỏng đường di chuyển của hydro dưới lòng đất.

Đây là lần đầu tiên kiểu bản đồ này được thực hiện. Các nhà nghiên cứu đánh giá “khả năng sinh lợi” của hydro dựa trên sáu điều kiện địa chất:

- Nhiều nước ngầm: Hydro chỉ hình thành trong lớp vỏ dày khoảng 10 dặm (16 km) nơi có nước

- Đá giàu khả năng tạo hydro: Hai nhóm quan trọng: Đá giàu sắt (như basalt, gabbro) tạo hydro qua phản ứng hydrat hóa khi nước/ hơi nước phản ứng với sắt. Đá giàu uranium/thorium, tạo ra các hạt alpha khi phân rã phóng xạ, tách nước thành hydro và oxy - quá trình gọi là phóng xạ phân giải (radiolysis)

- Nhiệt độ cực cao: 250–300°C: Đảm bảo tốc độ phản ứng nhanh

- Đá chứa: Thường là đá cát kết có độ rỗng cao, cho phép hydro tích tụ

- Lớp chắn không thấm: Như đá phiến hoặc muối, ngăn hydro thoát ra khí quyển

- Ít vi sinh vật: Vì vi khuẩn tiêu thụ hydro

Những điều kiện này xuất hiện trên hầu hết các lục địa. Hiện nay, các công ty hydro tập trung thăm dò tại đới nứt gãy Midcontinent Rift ở Bắc Mỹ - nơi giàu đá giàu sắt.

Nếu hydro tự nhiên có thể được khai thác, nó sẽ giảm phát thải ở nhiều lĩnh vực. Các mỏ khai khoáng - vốn đào sâu nhất vào vỏ Trái Đất - thường có nhiều hydro, có thể dùng ngay để vận hành khai thác. Ngành sản xuất phân bón cũng có thể giảm mạnh lượng phát thải nhờ nguồn hydro sạch này.

“Nếu chúng ta thay thế hydro tạo từ hydrocarbons bằng hydro sạch, chúng ta sẽ tạo ra sự thay đổi khổng lồ trong thời gian rất ngắn”, Ballentine nói. Hydro tự nhiên không thể giải quyết hoàn toàn khủng hoảng khí hậu, nhưng có thể giảm thiểu rủi ro. “Nó cần là một phần trong nhiều chiến lược”, Warr nói.

Một vấn đề doanh nghiệp phải cân nhắc là việc xây dựng nhà máy ngay tại mỏ hoặc vận chuyển khí đến nơi cần dùng. Nếu quá xa xôi, chi phí logistics có thể khiến dự án không khả thi. “Tìm thấy một mỏ lớn không phải lúc nào cũng đồng nghĩa sẽ có lời”, Ballentine nói.

Dù vậy, giới chuyên môn vẫn lạc quan. “Tính đến nay, đã có hơn chục giếng được khoan tại Mỹ. Và họ tìm thấy rất nhiều hydro”, Ellis cho biết.