Hydro từ lòng đất: Cuộc đua tìm nhiên liệu sạch dưới chân chúng ta

Từ vụ nổ tình cờ đến cơn sốt địa tầng

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, và nó được sinh ra tự nhiên ngay trong lòng Trái đất khi các khoáng vật giàu sắt phản ứng với nước - một quá trình địa hóa gọi là serpentin hóa.

Trong nhiều thập kỷ, phần lớn các nhà địa chất tin rằng dù hydro có được sinh ra theo cách này, các phân tử cực nhỏ của nó sẽ nhanh chóng thất thoát qua các vết nứt trong đá, không thể tích tụ thành trữ lượng khai thác được.

Nhận thức đó bắt đầu thay đổi vào năm 1987, khi công nhân đào giếng ở Mali chạm phải một túi khí hydro tự nhiên, gây ra vụ nổ đủ mạnh để thổi bay điếu thuốc trên môi người đứng gần. Cái giếng tình cờ đó về sau được khai thác để phát điện cho cả một làng.

Từ đó, bức tranh dần trở nên rõ hơn. Đến đầu những năm 2020, các nhà khoa học bắt đầu công bố những nghiên cứu ước tính rằng trữ lượng hydro địa chất dưới lòng đất có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong hàng trăm năm.

Một địa điểm khoan thăm dò hydro do Vema Hydrogen vận hành tại Canada. Ảnh: Vema Hydrogen

Tháng 1/2025, Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) công bố bản đồ triển vọng hydro địa chất đầu tiên áp dụng cho toàn bộ phần lục địa của nước này - một cột mốc đánh dấu bước chuyển từ lý thuyết sang thực địa.

Bản đồ này không xác nhận trữ lượng khai thác được, nhưng cung cấp cơ sở khoa học đầu tiên có hệ thống để các công ty bắt đầu lên kế hoạch khoan thăm dò. Các vùng có triển vọng cao nhất bao gồm khu vực trung lục địa Hoa Kỳ và duyên hải miền trung California.

Chỉ vài tuần trước, vào tháng 5/2026, các nhà khoa học Đại học Toronto công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences rằng các tầng đá cổ đại sâu dưới lòng Canada đang tự nhiên giải phóng hydro - bằng chứng mới cho thấy Trái đất có thể chứa nguồn năng lượng sạch khổng lồ chưa được khai thác.

Những nồng độ hydro cao nhất tập trung ở miền Bắc Ontario, Quebec, Nunavut và Northwest Territories - trùng với các khu vực giàu niken, đồng và kim cương của Canada.

Hai hướng đi, một đích đến

Giới doanh nghiệp đang tiếp cận bài toán này theo hai chiến lược song song.

Chiến lược thứ nhất là tìm kiếm các túi hydro đã hình thành sẵn dưới lòng đất, tương tự như thăm dò dầu khí. Công ty đi đầu và được đầu tư nhiều nhất hiện nay là Koloma, trụ sở tại Denver, Colorado.

Được thành lập năm 2021 và nhận hơn 400 triệu USD từ các nhà đầu tư gồm Amazon, United Airlines và Breakthrough Energy Ventures của tỷ phú Bill Gates, Koloma đã hoàn thành ba giếng thăm dò tại Iowa và đang khoan giếng thứ tư, tập trung vào khu vực vòm Vincent thuộc hạt Webster - nơi USGS từng ghi nhận nồng độ hydro cao từ những năm 1970-1980. Không dừng lại ở đó, công ty còn triển khai thêm các giếng thử nghiệm đầu tiên tại Canyon County, bang Idaho, nhắm vào các tầng bazan giàu sắt gần thị trấn Notus.

HyTerra, công ty Úc, đang song song tìm kiếm hydro và helium ở các bang Kansas và Nebraska. Tuy nhiên thực tế địa chất luôn phức tạp hơn mô hình: các công ty tìm thấy hydro trong các giếng sớm nhưng cần thêm thời gian để đánh giá liệu khí có thể chảy với lưu lượng đủ cao để khai thác thương mại hay không. Đây là bài toán quen thuộc từ thời kỳ đầu thăm dò dầu mỏ - phải khoan nhiều giếng trước khi tìm ra mỏ phun.

Chiến lược thứ hai, táo bạo hơn, là không chờ thiên nhiên tạo ra hydro mà chủ động kích thích quá trình đó ngay dưới lòng đất. Đây là hướng đi của Vema Hydrogen, một công ty khởi nghiệp ở Quebec, Canada.

Tại vùng Thetford Mines - từng là "thủ đô amiăng" của thế giới trước khi các mỏ đóng cửa vì lý do sức khỏe - Vema đã khoan hai giếng thử nghiệm sâu hơn 300 mét vào tầng đá ophiolit hình thành từ hơn 400 triệu năm trước. Mục tiêu là bơm nước đã qua xử lý vào các tầng đá giàu sắt để đẩy nhanh phản ứng serpentin hóa, từ đó tạo ra hydro theo cách nhân tạo nhưng không phát thải.

Pierre Levin, giám đốc điều hành Vema, ví quá trình này như một “công thức bí mật” được tinh chỉnh qua nhiều năm thực nghiệm trong phòng lab: sự kết hợp chính xác giữa nhiệt độ, áp suất, hóa chất xúc tác và đặc tính của từng loại đá. Vema đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất quy mô lớn vào năm 2028, với tham vọng đưa giá thành hydro xuống thấp hơn cả hydro sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch.

Tiềm năng lớn, thách thức không nhỏ

Hấp lực lớn nhất khiến các dòng vốn mạo hiểm bất chấp rủi ro lao vào lòng đất để tìm hydro chính là cuộc cách mạng về giá. Theo tính toán từ Bộ Năng lượng Mỹ, mỗi kilôgam hydro địa chất có thể được sản xuất với giá dưới 1 USD/kg - rẻ hơn hydro từ khí tự nhiên và chỉ bằng một phần sáu chi phí hydro "xanh" từ năng lượng tái tạo hiện nay.

Tuy nhiên, tiềm năng lớn không đồng nghĩa với con đường bằng phẳng. Các chuyên gia độc lập liệt kê hàng loạt rủi ro kỹ thuật: hydro có thể rò rỉ qua các vết nứt trong đá trước khi được thu thập; các vi sinh vật sống trong lòng đất có thể tiêu thụ hydro ngay trước khi nó được bơm lên; việc bơm nước vào đá có thể khiến các tầng địa chất trương phồng, gây biến dạng bề mặt hoặc thậm chí động đất nhỏ. Với hướng tiếp cận tìm kiếm trữ lượng tự nhiên, thách thức là không có cách nào biết chắc điều gì nằm dưới đó ngoài việc khoan - thường tốn kém và có thể thất bại.

Một rào cản khác mang tính hệ thống hơn: phần lớn dữ liệu địa chất tốt nhất đang nằm trong tay các công ty tư nhân muốn giữ bí mật, điều này có thể làm chậm toàn bộ quá trình khám phá. Geoffrey Ellis, nhà địa hóa học tại USGS, nhận xét thẳng thắn: nếu muốn đẩy nhanh tiến độ, các bên cần chia sẻ dữ liệu với nhau. Nếu không, với tốc độ hiện tại, sẽ mất nhiều thập kỷ mới có thể đánh giá được tiềm năng thực sự của nguồn năng lượng này.

Chính quyền các cấp tại Mỹ bắt đầu nhận ra tầm quan trọng của vấn đề. Thống đốc bang Michigan ra lệnh cho các cơ quan nhà nước nghiên cứu hydro địa chất và xác định các rào cản phát triển. Không quân Mỹ đang khảo sát khả năng sử dụng hydro địa chất làm nguồn năng lượng cho các căn cứ. Tuy nhiên, ngành này vẫn gần như chưa nhận được tài trợ liên bang đáng kể, trong khi các hướng sản xuất hydro sạch khác đã được rót hàng tỷ USD.

Bài toán đặt ra không chỉ dừng ở việc khai thác. Hydro nổi tiếng khó vận chuyển và lưu trữ, điều đó có nghĩa bất kỳ mỏ hydro địa chất nào cũng cần được tiêu thụ gần nguồn sản xuất nhất có thể. Một số phương án đang được xem xét: chuyển hóa hydro thành methanol lỏng cho tàu biển - phân khúc vận tải đang chịu áp lực lớn phải giảm phát thải nhưng không thể chạy bằng pin; sử dụng để sản xuất nhiên liệu bền vững cho hàng không; cung cấp cho các nhà máy thép, nhà máy phân bón, hoặc trung tâm dữ liệu đặt ngay tại địa phương.

Một trạm tiếp nhiên liệu hydro tại thủ đô Warsaw, Ba Lan. Ảnh: Wodnesprawy

Viễn cảnh tham vọng nhất, theo Pierre Levin, là dùng hydro địa chất để tổng hợp một dạng khí metan nhân tạo có thể thay thế hoàn toàn khí đốt tự nhiên cho công nghiệp và sưởi ấm - một cuộc thay thế ở quy mô hàng chục triệu tấn mỗi năm. Đó vẫn là viễn cảnh xa, nhưng các thí nghiệm đang diễn ra trong lòng đất ở Quebec, Iowa, Kansas, Idaho và Oregon đang tích lũy bằng chứng từng ngày.

Alexis Templeton, giáo sư địa hóa học tại Đại học Colorado Boulder đang nghiên cứu quá trình kỹ thuật hydro tại Oman - nơi có dải ophiolit lớn nhất thế giới - tổng kết: hai năm trước, tất cả điều này còn mang tính giả thuyết cao; ngày nay, câu hỏi không còn là liệu có thể tạo ra hydro dưới lòng đất hay không, mà là liệu có thể làm điều đó với chi phí đủ rẻ để cạnh tranh trên thị trường.

Đó cũng chính là câu hỏi mà mọi người trong ngành khai khoáng đang chạy đua để trả lời.