Các nhà nghiên cứu ở Nebraska đang nghiên cứu tiềm năng sản xuất hydro tái tạo, không chứa carbon tại Đứt gãy Trung Lục Địa (Midcontinent Rift), có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nhiều thế kỷ tới. Nguồn hydro được dự đoán là vô tận này có thể làm thay đổi hoàn toàn cách con người sử dụng năng lượng và giúp giải quyết vấn đề khí hậu toàn cầu.

Khoảng 1,1 tỷ năm trước, lục địa Bắc Mỹ suýt tách làm đôi, để lại một dải đá núi lửa dài gần 2.000 km gọi là Đứt gãy Trung Lục Địa. Cấu trúc địa chất này có khả năng sản xuất một lượng lớn hydro tự nhiên, hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng sạch khổng lồ.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Nebraska–Lincoln đang nghiên cứu đứt gãy này — chạy từ dưới Hồ Superior qua các bang Minnesota, Michigan, Wisconsin, Iowa, Nebraska và Kansas — để xác định cách tiếp cận hiệu quả nhất nhằm khai thác hydro từ đây.

Hydro được coi là yếu tố then chốt trong nỗ lực giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Hydro không thải ra khí carbon và, khác với dầu và khí đốt mất hàng triệu năm để hình thành từ các trầm tích hữu cơ (organic deposits), hydro liên tục được tái tạo dưới lòng đất khi nước tương tác với đá núi lửa.

Tuy nhiên, còn rất nhiều điều cần khám phá.

“Hiểu biết của chúng ta về các quá trình tác động đến việc sản xuất, di chuyển và tích tụ hydro tự nhiên sâu dưới bề mặt lục địa vẫn còn ở giai đoạn sơ khai (infancy),” ông Seunghee Kim, Phó Giáo sư kỹ thuật dân dụng tại Đại học Nebraska và là một trong những nhà nghiên cứu chính của dự án, cho biết.

Thử nghiệm tính khả thi của Đứt gãy

Để thử nghiệm khả năng sản xuất hydro tại khu vực đứt gãy, một giếng thử nghiệm đã được khoan ở Nebraska cách đây 5 năm. Đến nay, dữ liệu thu được rất khả quan. Các nhà khoa học tin rằng điều kiện địa cơ học và hóa sinh học (geomechanical and biogeochemical conditions) tại khu vực đứt gãy này có thể hạn chế sự thất thoát hydro tự nhiên, từ đó cho phép giữ lại lượng hydro “ở quy mô có ý nghĩa về kinh tế (economically meaningful scale)” trong lòng đất trung lục địa.

Đứt gãy Trung Lục Địa được ước tính nằm ở độ sâu từ 900 đến 1.500m dưới lòng đất.

“Nó có thể đủ sâu để lưu trữ, nhưng vẫn đủ nông để chúng ta có thể khai thác,” Giáo sư Karrie Weber, chuyên ngành khoa học Trái Đất, khí quyển và sinh học, đồng thời là một nhà nghiên cứu của dự án, cho biết. “Cấu trúc địa chất này là một lợi thế lớn.”

Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) ước tính rằng có từ hàng chục triệu đến hàng chục tỷ megaton hydro (một megaton bằng 1 triệu tấn) tồn tại trong vỏ Trái Đất (Earth’s crust). Tuy nhiên, phần lớn trong số này nằm quá sâu, quá xa ngoài khơi, hoặc tồn tại với số lượng quá nhỏ để khai thác. Điều này làm cho các địa điểm như Đứt gãy Trung Lục Địa trở nên đặc biệt quan trọng.

Các đứt gãy khác trên thế giới — ở Pháp, Đức, Nga và châu Phi — cũng có thể sản xuất hydro, theo ông Kim.

Ý nghĩa toàn cầu về năng lượng hydro

USGS ước tính rằng có đủ hydro tự nhiên dễ tiếp cận dưới bề mặt Trái Đất để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong hàng nghìn năm.

Ông Kim cho biết nhóm nghiên cứu tại Nebraska sẽ xem xét nhiều vấn đề xung quanh dòng chảy và sự thoát (seepage) hydro từ lòng đất lên bề mặt; tính khả thi của việc lưu trữ hydro trong tự nhiên hoặc trong các hệ thống lưu trữ được xây dựng; cách hydro phản ứng với các chất lỏng và khoáng chất đá trong lòng đất; cũng như tốc độ và lượng hydro có thể bị vi sinh vật tiêu thụ.

Ông Kim tiếp cận các câu hỏi từ góc độ kỹ thuật dân dụng, trong khi Giáo sư Weber và ông Hyun-Seob Song, đồng nghiên cứu chính, tập trung vào các tác động hóa sinh và vi sinh.

“Lĩnh vực này vẫn chưa được nghiên cứu sâu rộng,” ông Song, Phó Giáo sư kỹ thuật hệ thống sinh học và khoa học thực phẩm và công nghệ, cho biết. “Chúng tôi đặt mục tiêu dự đoán hành vi của hệ vi sinh dưới lòng đất ở cấp độ này.”

Ông Song sẽ phát triển các công cụ mô hình hóa tính toán để tích hợp và đánh giá dữ liệu do Giáo sư Weber cung cấp.

Dự án này được tài trợ 1 triệu USD trong 5 năm từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Nghiên cứu này kế thừa các công trình trước đây được tài trợ bởi Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Năng lượng Nebraska.

Giáo sư Weber cho rằng vai trò của đại học trong nghiên cứu này là một minh chứng khác cho thấy tiềm năng dẫn đầu của bang Nebraska trong lĩnh vực được gọi là “nền kinh tế hydro” — ám chỉ vai trò của hydro trong việc giảm khí thải nhà kính và trở thành nguồn năng lượng sạch.

Các nhà nghiên cứu đang xem xét tiềm năng của Đứt gãy Trung Lục Địa trong việc sản xuất hydro sạch, một nguồn năng lượng tái tạo với lượng khí thải thấp. Công trình này có thể thúc đẩy nền kinh tế hydro trở thành một giải pháp thay thế khả thi cho nhiên liệu hóa thạch. Ảnh: SciTechDaily