Minh Nguyệt✔
Intern Writer
Tsss!…Tsss!…Tsss!…Tsss!…Tsss!… Tiếng nổ nhỏ xíu, như những tia sét ngầm dưới lòng đất, đang mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng sạch. Mỗi lần phóng điện, dù chỉ nghe thấy mờ nhạt trên bề mặt, lại khiến đá giữa các điện cực nóng lên, áp suất tăng cao, rồi đột ngột nứt ra thành một mạng lưới vết rạn chằng chịt. Đó chính là công nghệ kích thích hồ chứa điện (electrical reservoir stimulation) mà startup Eden GeoPower có trụ sở tại Massachusetts đang thử nghiệm trên một trang trại ngựa ở ngoại ô Boston. Khẩu hiệu của họ rất thẳng thắn: "Chúng tôi phá đá bằng điện."
Các nhà nghiên cứu tại Eden GeoPower kỳ vọng kỹ thuật phá đá này một ngày nào đó sẽ hỗ trợ khai thác khoáng sản, khai thác nhiệt địa nhiệt, hoặc tạo ra các khu vực lưu trữ carbon địa chất. Nhưng có một ứng dụng còn hấp dẫn hơn nhiều, có thể tạo ra một loại hình sản xuất năng lượng hoàn toàn mới: tạo ra hydro ngay dưới lòng đất.
Giấc mơ về một nền kinh tế sử dụng hydro đã có từ những năm 1970, khi tình trạng thiếu dầu mỏ và những lo ngại ngày càng tăng về ô nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch đã khơi dậy tầm nhìn về những chiếc ô tô, tàu thuyền, máy bay và máy móc công nghiệp chạy bằng hydro thay vì carbon. Hydro thường được ca ngợi là nhiên liệu sạch vì khi đốt cháy hoặc tiêu thụ trong pin nhiên liệu, nó chỉ thải ra nước và nhiệt. Tuy nhiên, hiện tại, việc sản xuất hydro tốn nhiều năng lượng hơn lượng nó tạo ra, và cách rẻ nhất, phổ biến nhất là phản ứng hơi nước với khí mêtan – một loại khí nhà kính mạnh.
Chúng ta có thể tạo ra hydro không carbon bằng cách tách nước bằng các máy điện phân chạy bằng năng lượng tái tạo. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, quy trình này quá đắt đỏ để có thể kinh tế, một thực tế đã làm vỡ bong bóng cường điệu về hydro vào đầu những năm 2020. Nhu cầu hydro toàn cầu vào năm 2024 đạt khoảng 100 triệu tấn, chứa năng lượng chỉ bằng khoảng 3% tổng tiêu thụ năng lượng hàng năm của thế giới. Phần lớn hydro này được sử dụng làm nguyên liệu hóa học cho lọc dầu, sản xuất phân bón và nhựa.
Những khó khăn trong việc sản xuất hydro sạch đã thuyết phục nhiều doanh nhân và nhà khoa học tìm kiếm nguyên tố này dưới lòng đất. Trong nửa thập kỷ qua, hàng chục công ty trên khắp thế giới đã săn lùng các kho dự trữ hydro tự nhiên hoặc địa chất bị chôn vùi. Tuy nhiên, với việc chưa có hoạt động quy mô thương mại nào được chứng minh, Eden GeoPower cùng một số startup và nhóm nghiên cứu khác đang theo đuổi một kế hoạch táo bạo hơn: sản xuất hydro địa chất một cách nhân tạo.
Cách tiếp cận này, được gọi là hydro địa chất kích thích (stimulated geologic hydrogen) hay hydro kỹ thuật (engineered hydrogen), biến các cấu tạo đá ngầm thành những nhà máy hydro khổng lồ. Nó thường liên quan đến việc bơm nước vào đá giàu sắt, quá trình này sẽ oxy hóa sắt và giải phóng hydro như một sản phẩm phụ. Việc phá vỡ đá, như Eden đang làm, tạo ra một mạng lưới các đường dẫn để nước tiếp cận các khoáng chất chứa sắt.
Khái niệm hydro kích thích còn rất mới mẻ, ít ai có cơ hội thử nghiệm. Những người ủng hộ cho rằng nếu nó thành công – một điều kiện "nếu" rất lớn – nó có thể cung cấp năng lượng gần như không giới hạn cho tương lai vô thời hạn. Có một cách để tìm ra câu trả lời: bắt đầu phá đá.
Hydro là nguyên tố đơn giản nhất và phong phú nhất trong vũ trụ, là vật chất tạo nên các ngôi sao và thiên hà. Các nhà địa chất từ lâu đã biết rằng Trái Đất tạo ra khí hydro thông qua các phản ứng tự nhiên giữa nước và đá, nhưng cho đến gần đây, sự xuất hiện này chỉ được coi là một điều kỳ lạ. Khí này nhẹ đến mức hầu hết các chuyên gia đều cho rằng nó thoát ra ngoài qua các lỗ rỗng và vết nứt trong lòng đất và không tích tụ với số lượng hữu ích.
Những dấu hiệu cho thấy họ đã sai bắt đầu xuất hiện vào thế kỷ 19 và 20, khi các nhà nghiên cứu ở Đế quốc Nga và Liên Xô cũ báo cáo về hydro rò rỉ từ các mỏ và giếng. Nhưng trong cơn sốt nhiên liệu hóa thạch đang diễn ra, những quan sát này phần lớn bị bỏ qua hoặc lãng quên. Các nhà khoa học sau đó đã phát hiện hydro phun trào từ các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển và nuôi dưỡng cái gọi là "ngọn lửa vĩnh cửu", như những ngọn lửa ở Núi Chimaera của Thổ Nhĩ Kỳ, nơi các vận động viên cổ đại thắp đuốc cho các kỳ Thế vận hội đầu tiên.
Sau đó, vào năm 1987, tại làng Bourakébougou, Mali, những người khoan giếng nước nhận thấy một luồng gió thổi ra từ lỗ. Theo truyền thuyết địa phương, một công nhân cúi xuống nhìn kỹ hơn, với điếu thuốc lá đang cháy lủng lẳng trên miệng. Không khí ngay lập tức bốc cháy, tạo ra ngọn lửa màu xanh rực rỡ.
Đội ngũ đã bịt kín giếng, và nó được giữ kín trong 25 năm cho đến năm 2012, một nhà thăm dò dầu khí người Mali đã xác nhận rằng lòng đất chứa một hồ chứa hydro lớn. Công ty thăm dò này, hiện được gọi là Hydroma, đã xây dựng một nhà máy điện nhỏ để chuyển đổi khí thành năng lượng cho cư dân trong làng. Ngay sau đó, các startup ở Úc, Canada, Hoa Kỳ và các nơi khác bắt đầu tìm kiếm thêm các kho hydro. Đến năm 2025, các công ty dầu khí và khai thác mỏ đa quốc gia lớn cũng tham gia vào cuộc chơi này.
Cho đến nay, hàng trăm giếng thăm dò đã được khoan trên toàn cầu. Nhưng mặc dù các nhà nghiên cứu đã ghi nhận các mỏ hydro rộng khắp, không có mỏ nào chứng minh được khả năng sản xuất khí với tốc độ và số lượng cần thiết cho thương mại hóa. Douglas Wicks, cựu giám đốc chương trình tại Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến – Năng lượng (ARPA-E) của Hoa Kỳ, người hiện đang tư vấn cho các công ty theo đuổi hydro địa chất, chia sẻ rằng: "Chúng tôi đã khoan rất nhiều lỗ, và chưa ai tìm thấy mỏ phun trào – hoặc ít nhất là họ không nói về nó."
Wicks kể rằng vào năm 2022, khi còn ở ARPA-E, ông đã bị "cuốn vào mê cung hydro địa chất" bởi Emily Yedinak, lúc đó là một thành viên của cơ quan, người đang cố gắng thuyết phục các đồng nghiệp của mình coi trọng vấn đề này. "Tôi là người hoài nghi nhất," Wicks nói. Giá máy điện phân quá cao đã khiến ông nghi ngờ rằng hydro sạch là một mục tiêu khả thi. Hơn nữa, nếu Trái Đất thực sự chứa những hồ hydro rộng lớn, thì chắc chắn loài người, vốn đã khai thác tài nguyên thiên nhiên hàng nghìn năm, đã tìm thấy chúng từ lâu rồi, ông lập luận.
Nhưng sau khi nói chuyện với các nhà địa chất – những người chỉ ra rằng con người trong lịch sử không tìm thấy hydro vì họ không tìm kiếm nó – Wicks đã thay đổi quan điểm. "Tôi đã có một sự giác ngộ rằng hydro địa chất không chỉ là một sự tích tụ; nó là một phản ứng hóa học," ông nói. "Và nếu nó là một phản ứng hóa học, thì nó có thể được kích thích."
Việc tìm kiếm các tích tụ hydro địa chất lớn đòi hỏi phải tình cờ gặp một tập hợp các điều kiện "Goldilocks" (vừa phải, hoàn hảo). Bạn cần các loại đá nguồn giàu sắt đã hoặc đang sản xuất nhiều hydro. Bạn cũng cần các loại đá chứa xốp có thể chứa một lượng lớn khí di chuyển từ đá nguồn. Và bạn cần các loại đá chắn rắn chắc phía trên hồ chứa để giữ khí dưới lòng đất.
Tuy nhiên, để kích thích hydro, bạn không cần địa chất "vừa phải" này. Tất cả những gì bạn cần là đá giàu sắt, và sau đó bạn có thể tự tạo ra hydro.
"Những loại đá này có ở khắp mọi nơi," Wicks khẳng định. "Nếu bạn nhìn vào lượng sắt nằm trong phạm vi khoan của vỏ Trái Đất, bạn đang nói về hàng triệu tỷ tấn hydro có thể tiếp cận được. Nếu chúng ta thành công 1% chỉ riêng ở Hoa Kỳ, chúng ta có thể cung cấp năng lượng cho nền kinh tế trong hàng nghìn năm." Một phép tính sơ bộ đã thuyết phục ông rằng chi phí hydro địa chất kích thích có thể dễ dàng cạnh tranh với hydro được tạo ra từ mêtan. "Nếu chúng ta làm đúng công nghệ," ông kết luận, "điều này có thể rất lớn."
Wicks không phải là người đầu tiên đề xuất ý tưởng này, nhưng ông là người đầu tiên phân bổ nguồn tài trợ lớn. Vào năm 2024, dưới sự lãnh đạo của ông, ARPA-E đã trao 20 triệu USD (khoảng 508 tỷ VNĐ) cho 16 nhóm nhằm thúc đẩy các công nghệ và nghiên cứu kích thích. Các ý tưởng chiến thắng bao gồm phá vỡ đá bằng áp suất chất lỏng hoặc kích thích cơ học, tiếp xúc chúng với chất xúc tác để tăng tốc các phản ứng tạo hydro, và thao túng các cộng đồng vi sinh vật bản địa để tăng cường sản xuất. Dự án phá đá bằng điện của Eden GeoPower, cách tiếp cận duy nhất dựa trên điện, đã nhận được 900.000 USD (khoảng 22,86 tỷ VNĐ).
Paris Smalls, CEO của Eden GeoPower, đã thành lập công ty vào năm 2017 khi còn là một sinh viên tốt nghiệp 23 tuổi tại MIT. Trong luận án tiến sĩ về kỹ thuật dân dụng và môi trường, anh nghiên cứu ảnh hưởng của điện lên độ bền của đá và bắt đầu quan tâm đến các hệ thống địa nhiệt tăng cường, vốn yêu cầu phá vỡ các loại đá nóng, khô để lưu thông nước qua chúng nhằm chiết xuất nhiệt. Điều này thường được thực hiện bằng phương pháp thủy lực cắt phá, hay fracking – một kỹ thuật vay mượn từ ngành dầu khí liên quan đến việc bơm chất lỏng áp suất cao.
Fracking gây tranh cãi vì nó có thể gây ra động đất và ô nhiễm nước ngầm, và nhiều khu vực đã cấm thực hành này. Từ góc độ kỹ thuật, nó cũng không chính xác. Các vết nứt mà nó tạo ra lớn và khó kiểm soát. Smalls giải thích: "Bạn không thể tạo đủ vết nứt ở nơi bạn muốn vì nước cuối cùng chỉ đi qua cùng một vết nứt." Điện, anh biết từ công trình tiến sĩ của mình, có thể tạo ra các mạng lưới vết nứt rộng hơn và tinh chỉnh hơn, cho phép các hệ thống địa nhiệt sản xuất nhiều nhiệt hơn với ít rủi ro môi trường hơn.
Smalls ngay lập tức nhận ra rằng chiến lược phá đá tương tự có thể được sử dụng cho khai thác khoáng sản, thu giữ carbon và kéo dài tuổi thọ của các giếng dầu khí. Nhưng anh chưa từng nghĩ đến việc sử dụng nó để tạo ra hydro. Vì vậy, khi Wicks mời anh nộp đơn vào chương trình hydro tại ARPA-E, anh đã bối rối. "Tôi hoàn toàn không hiểu," Smalls nói. "Tôi nghĩ, 'Tôi phá đá. Làm thế nào tôi có thể tạo ra hydro?'"
Không lâu sau đó, Smalls đã gặp Alexis Templeton, một nhà địa vi sinh vật học tại Đại học Colorado Boulder, người đã trở thành chuyên gia về hydro địa chất bằng cách nghiên cứu các vi khuẩn tiêu thụ khí này và các biến đổi khoáng vật tạo ra nó. Templeton nhớ lại: "Có rất nhiều sự quan tâm ban đầu về việc liệu bạn có thể kỹ thuật hóa việc sản xuất hydro từ đá hay không. Và những loại đá có tiềm năng tốt nhất đều có hóa chất phù hợp, nhưng chúng cần nước. Không ai hào hứng với việc thực hiện thủy lực cắt phá. Vì vậy, mọi người đều tự hỏi, 'Vậy làm thế nào chúng ta sẽ đưa nước vào?'"
Công nghệ của Eden, Templeton hiểu, có thể là câu trả lời. Cô đồng ý tham gia công ty bán thời gian với tư cách là nhà địa hóa học trưởng, một vị trí cô giữ từ năm 2023 đến 2025. Trong thời gian đó, Eden đã thực hiện thí nghiệm thí điểm đầu tiên của mình, tại một mỏ dầu ở Oman, gần nơi Templeton đã thực hiện nghiên cứu hydro của riêng mình. Thiết lập ban đầu sử dụng nguồn điện một chiều (DC) để gửi một dòng điện ổn định vài chục kilowatt giữa các điện cực trong hai giếng. Khi nhóm của Smalls thử nghiệm nó trong một hồ chứa dầu mỏ làm từ đá cacbonat mềm, đá đã nứt dễ dàng, tăng sản lượng dầu lên 30%.
Nhưng khi họ thực hiện cùng một thử nghiệm trên các loại đá cứng, như những loại cần thiết cho hệ thống hydro và địa nhiệt, chúng hầu như không nứt. Vì vậy, nhóm đã quay lại bàn vẽ và đưa ra một giải pháp: điện xung (pulsed power).
Ý tưởng phá vỡ vật thể bằng điện xung – những luồng năng lượng điện ngắn, tập trung – bắt nguồn từ một thí nghiệm giữa thế kỷ 20 ở Liên Xô cũ. Theo câu chuyện, một nhà vật lý và nhà phát minh tên là Lev Yutkin đang ở ngoài trời trong một cơn bão khi ông thấy sét đánh vào một khúc gỗ dưới nước. Thay vì cháy, như nó sẽ cháy trong không khí, khúc gỗ đã nổ tung, như thể bị nổ bằng thuốc nổ. Tò mò, Yutkin đã cố gắng tái tạo cảnh tượng này trong phòng thí nghiệm của mình. Ông đặt một chiếc đĩa ăn vào một bể nước, nhúng hai điện cực dây vào, và phóng một xung điện áp cao. Tia lửa điện sau đó, ông phát hiện ra, ngay lập tức ion hóa các phân tử nước giữa các điện cực thành một kênh plasma, sau đó nhanh chóng mở rộng, tạo ra một sóng xung kích làm vỡ chiếc đĩa.
Yutkin đã mô tả hiện tượng này trong cuốn sách "Hiệu ứng điện thủy lực" (Electrohydraulic Effect) năm 1955 của mình. Sau đó, ông đã đề xuất nhiều ứng dụng kỳ lạ cho nó, chẳng hạn như làm sạch đường ống hoặc phá vỡ sỏi thận, điều này đã truyền cảm hứng cho các công cụ thực tế được sử dụng ngày nay, bao gồm máy khoan điện thủy lực và máy nghiền đá, và một thiết bị y tế phá sỏi thận gọi là máy tán sỏi. Những thập kỷ sau đó đã chứng kiến những tiến bộ trong hệ thống điện xung và các kỹ thuật thử nghiệm để hiểu rõ hơn các quá trình vật lý phức tạp liên quan. Đến những năm 2020, khi nhóm của Smalls bắt đầu nghiên cứu nó để phá vỡ đá ngầm, công nghệ này dường như đã chín muồi để sử dụng, mặc dù ứng dụng cụ thể đó ít được khám phá bên ngoài phòng thí nghiệm.
Rafael Villamor-Lora, phó chủ tịch nghiên cứu và phát triển tại Eden, giải thích: "Về cơ bản, chúng tôi tạo ra một kênh plasma trong chính khối đá. Kênh này sau đó mở rộng rất, rất nhanh chóng," phá vỡ đá bằng một sóng xung kích.
Các nhà khoa học của Eden lần đầu tiên thử nghiệm điện xung trên các mẫu đá cứng hình trụ cỡ ngón tay cái. Tuy nhiên, thay vì ngâm mỗi mẫu trong nước, họ đặt một cặp điện cực ở hai đầu đối diện của hình trụ và truyền các xung trực tiếp vào đá. Sử dụng phương pháp xung khô này, được rút ra từ nghiên cứu của Smalls và những người khác, nhóm đã phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra plasma trong các túi ẩm nhỏ giữa các hạt khoáng chất. Với đủ xung, kênh sưng nhanh, như trong nghiên cứu của Yutkin, tạo ra một sóng xung kích làm vỡ đá.
Để đưa công nghệ này ra thực địa, Eden cần điện áp đủ cao để xuyên qua hàng mét đá rắn. Giải pháp rõ ràng là một máy phát Marx, chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) điện áp thấp thành các xung điện áp cao bằng cách sạc chậm và sau đó phóng điện nhanh chóng nhiều tụ điện song song. (Máy phát Marx thường được sử dụng trong các thí nghiệm vật lý năng lượng cao và để mô phỏng sét đánh vào đường dây điện.) Eden đã tự chế tạo hai thiết bị – được đặt tên là Zeus và Thor theo tên các vị thần sấm sét – có thể cùng nhau giải phóng một luồng điện vài trăm kilovolt.
Lần này, kế hoạch đã thành công. Vào năm 2025, tại một mỏ vàng và bạc bị bỏ hoang ở Colorado, Eden đã sử dụng Thor để phá vỡ thành công một cột đá lửa cứng, tăng độ thấm của nó lên gấp mười lần.
Vào tháng 3 năm nay, công ty bắt đầu thiết lập địa điểm thử nghiệm tại trang trại ngựa ở Massachusetts để tinh chỉnh hệ thống và thu thập thêm dữ liệu về cách công nghệ hoạt động trong các môi trường địa chất khác nhau. Các kỹ sư của họ cũng đang thiết kế các máy phát mạnh hơn để phóng ra các xung mạnh hơn và nhanh hơn. Vì Zeus và Thor tiêu thụ rất ít điện năng – tương đương với việc chạy một hoặc hai máy nướng bánh mì – nên mất khoảng một phút để tích đủ năng lượng để phóng một xung tối đa. Sau đó, mất khoảng 100 xung để xuyên qua khoảng 10 mét đá cứng. Điều đó có nghĩa là việc phá vỡ ở khoảng cách xa hơn hoặc ở nhiều độ sâu có thể mất hàng giờ đến vài ngày. Chi phí lớn nhất của Eden là nhân công, không phải năng lượng.
Smalls cho biết Eden đã ký một thỏa thuận với một startup hydro địa chất – anh từ chối tiết lộ tên – để trình diễn việc phá vỡ bằng điện trong một dự án thí điểm hydro kích thích, có thể bắt đầu vào cuối năm tới. Eden sẽ cần chứng minh công nghệ của mình có thể giúp khai thác khí từ lòng đất với tốc độ và chi phí có lợi nhuận.
"Không còn nghi ngờ gì về việc chúng ta có thể sản xuất hydro," Villamor-Lora nói. "Câu hỏi là liệu chúng ta có thể sản xuất nó đủ nhanh để có lợi về kinh tế hay không." Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu của Eden đã phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra lượng hydro nhiều hơn gấp bốn lần từ các mẫu đá bằng kỹ thuật điện xung, so với lượng tìm thấy trong các mẫu không bị phá vỡ. Nhưng điều đó có thể chưa đủ để làm cho hydro kích thích khả thi về mặt thương mại nếu không có thêm một số công nghệ bổ sung.
Một trong những thách thức lớn nhất trong việc kích thích hydro là không có một công thức rõ ràng nào để áp dụng. Ngoài các thành phần cơ bản là nước và sắt, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lượng hydro được tạo ra và thời gian tồn tại của nó, và các vết nứt chỉ là một yếu tố. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra, ví dụ, rằng nhiệt độ lý tưởng để tối đa hóa sản xuất hydro là khoảng 200 đến 300 độ C. Độ axit, hóa học của đá và nước, và các vi sinh vật cư trú là những yếu tố quan trọng khác cần xem xét.
Làm cho câu đố phức tạp hơn, mỗi cấu tạo đá là khác nhau và có thể yêu cầu các kỹ thuật kích thích khác nhau hoặc sự kết hợp của chúng. Alexei Tcherniak, CEO của startup hydro GeoKiln, chia sẻ: "Không có một giải pháp duy nhất nào sẽ hoạt động ở mọi nơi. Bạn phải biết địa chất nơi bạn đang hoạt động."
Một số cấu tạo đá đầy hứa hẹn, ông chỉ ra, có thể đã bị nứt hoặc đủ xốp để bão hòa nước nhưng quá lạnh để tạo ra đủ hydro một cách tự nhiên. Để giải quyết vấn đề này, công ty của ông, có trụ sở tại Houston, sử dụng một hệ thống lò sưởi ngầm ban đầu được phát triển để cải thiện dòng chảy trong các hồ chứa dầu nặng và chuyển đổi chất hữu cơ rắn trong đá phiến sét non thành dầu và khí có thể khai thác. Các lò sưởi, có sẵn trên thị trường, có thể được lắp đặt trong các lỗ khoan vào đá nguồn hydro, tương tự như các điện cực của Eden. Tcherniak nói rằng GeoKiln đã sẵn sàng bắt đầu thử nghiệm thực địa ngay khi có thể huy động vốn.
Các nhà nghiên cứu khác đang khám phá việc sử dụng chất xúc tác – các muối kim loại hoặc hóa học giúp tăng tốc các phản ứng tạo hydro – mà họ cho rằng có thể thay thế hoặc bổ sung cho việc phá vỡ hoặc làm nóng để tăng sản lượng hydro với chi phí thấp hơn. Vema Hydrogen, chẳng hạn, đang đặt cược vào hỗn hợp nước nóng bằng nồi hơi và các chất xúc tác độc quyền. Florian Osselin, giám đốc khoa học của Vema, cho biết: "Điều tôi có thể nói về chất xúc tác của chúng tôi về cơ bản là chúng không độc hại, không đắt tiền và không nguy hiểm." Công ty này, cũng có trụ sở tại Houston, đã bắt đầu khoan các giếng thí điểm ở Canada để thử nghiệm hỗn hợp bí ẩn của mình. Bằng cách bơm nó vào đá bán thấm, Vema kỳ vọng sẽ đạt được tốc độ sản xuất thương mại mà không cần phá vỡ. Osselin nói: "Chúng tôi đã thực hiện các mô phỏng số quy mô thực địa mang lại cho chúng tôi rất nhiều sự tự tin."
Một phương pháp kích thích khác, được đề xuất bởi startup Koloma có trụ sở tại Denver, nhằm mục đích phơi bày nhiều bề mặt đá hơn để tạo ra hydro bằng cách mô phỏng quá trình phong hóa tự nhiên. Kỹ thuật này liên quan đến việc thêm carbon dioxide vào nước và bơm chất lỏng vào những thời điểm cụ thể để kiểm soát các yếu tố như độ axit và nồng độ khí. Carbon dioxide phản ứng với nước để tạo thành một axit phá vỡ các chuỗi khoáng chất trong các lỗ rỗng của đá, từ đó tăng diện tích bề mặt của các lỗ rỗng, Tom Darrah, CTO của công ty, người đã nghiên cứu và cấp bằng sáng chế cho phương pháp này khi còn là giáo sư tại Đại học bang Ohio, giải thích. "Tôi gọi đó là vi rỗ vì kết cấu chuyển từ mịn sang thô," ông nói. Cũng như việc phá vỡ, diện tích bề mặt lớn hơn có nghĩa là sản xuất hydro nhiều hơn – nếu bạn có thể tìm ra công thức phù hợp.
Rita Esuru Okoroafor, một kỹ sư tài nguyên năng lượng tại Đại học Texas A&M, đang nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp kích thích khác nhau, bao gồm phá vỡ, chất xúc tác và bơm carbon dioxide, đến việc tạo ra hydro. Dữ liệu của cô, dựa trên các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của các mẫu đá từ khắp nơi trên thế giới và các mô hình số của hệ thống hydro địa chất kích thích, cho thấy rằng không có phương pháp nào trong số này một mình sẽ duy trì sản xuất hydro ở tốc độ cần thiết cho sự phát triển thương mại lâu dài. Cô nói: "Chúng tôi vẫn đang tinh chỉnh các mô hình của mình, nhưng chúng cho chúng tôi biết rằng chúng ta sẽ cần rất nhiều sự phá vỡ, chúng ta sẽ cần chất xúc tác, và sau đó chúng ta sẽ cần kích thích lại."
Quá trình tạo ra hydro, Okoroafor giải thích, cuối cùng sẽ tiêu thụ tất cả sắt có sẵn trên các bề mặt đá lộ ra, khiến sản lượng giảm mạnh. Bằng cách tăng tốc tạo ra hydro, chất xúc tác cũng đẩy nhanh sự suy giảm của nó. "Khi những phản ứng này xảy ra rất nhanh, chúng cũng chết rất nhanh," cô nói. Chúng cũng để lại các kết tủa khoáng chất có thể làm tắc nghẽn các vết nứt hiện có. Trong một nghiên cứu gần đây, cô đã phát hiện ra rằng axit clohydric giúp làm sạch các mảnh vụn, phơi bày các bề mặt đá mới và mở lại các đường dẫn nước để khôi phục sản xuất.
Còn quá sớm để biết công nghệ nào sẽ chiến thắng trong cuộc đua hydro địa chất và liệu việc kích thích có cần thiết để biến nó thành một ngành công nghiệp khả thi hay không. Hơn nữa, sản xuất chỉ là bước đầu tiên hướng tới thương mại hóa. Nhiều câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ. Một khi hydro chảy ra từ lòng đất, khí này sẽ được tinh chế như thế nào? Nó sẽ được lưu trữ và vận chuyển ra sao? Ngành công nghiệp này sẽ được quản lý như thế nào? Những rủi ro môi trường là gì, và chúng sẽ được giảm thiểu ra sao? Chi phí sẽ là bao nhiêu?
"Với tất cả các cuộc chiến tranh và giá khí đốt tăng cao, chúng ta cần chuẩn bị cho tương lai," Smalls nói. Nhưng như thường lệ với sự phát triển công nghệ non trẻ, cuộc sống luôn có những trở ngại. Tại trang trại ngựa, việc phá vỡ bắt đầu vào tháng 6 sau nhiều tháng bị trì hoãn, đầu tiên là do một trận bão tuyết và sau đó là các sự cố thiết bị nhỏ và các vấn đề hậu cần khác. "Mọi thứ đều mất nhiều thời gian hơn bạn nghĩ," Smalls chia sẻ. Tuy nhiên, anh vẫn không hề nao núng, luôn lạc quan. "Tôi thích theo đuổi những điều mà người khác sợ hãi."
Bài viết này xuất hiện trong số báo in tháng 9 năm 2026 với tiêu đề "Làm thế nào để lấy hydro từ đá" trên Bloomberg.
Các nhà nghiên cứu tại Eden GeoPower kỳ vọng kỹ thuật phá đá này một ngày nào đó sẽ hỗ trợ khai thác khoáng sản, khai thác nhiệt địa nhiệt, hoặc tạo ra các khu vực lưu trữ carbon địa chất. Nhưng có một ứng dụng còn hấp dẫn hơn nhiều, có thể tạo ra một loại hình sản xuất năng lượng hoàn toàn mới: tạo ra hydro ngay dưới lòng đất.
Giấc mơ về một nền kinh tế sử dụng hydro đã có từ những năm 1970, khi tình trạng thiếu dầu mỏ và những lo ngại ngày càng tăng về ô nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch đã khơi dậy tầm nhìn về những chiếc ô tô, tàu thuyền, máy bay và máy móc công nghiệp chạy bằng hydro thay vì carbon. Hydro thường được ca ngợi là nhiên liệu sạch vì khi đốt cháy hoặc tiêu thụ trong pin nhiên liệu, nó chỉ thải ra nước và nhiệt. Tuy nhiên, hiện tại, việc sản xuất hydro tốn nhiều năng lượng hơn lượng nó tạo ra, và cách rẻ nhất, phổ biến nhất là phản ứng hơi nước với khí mêtan – một loại khí nhà kính mạnh.
Chúng ta có thể tạo ra hydro không carbon bằng cách tách nước bằng các máy điện phân chạy bằng năng lượng tái tạo. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, quy trình này quá đắt đỏ để có thể kinh tế, một thực tế đã làm vỡ bong bóng cường điệu về hydro vào đầu những năm 2020. Nhu cầu hydro toàn cầu vào năm 2024 đạt khoảng 100 triệu tấn, chứa năng lượng chỉ bằng khoảng 3% tổng tiêu thụ năng lượng hàng năm của thế giới. Phần lớn hydro này được sử dụng làm nguyên liệu hóa học cho lọc dầu, sản xuất phân bón và nhựa.
Những khó khăn trong việc sản xuất hydro sạch đã thuyết phục nhiều doanh nhân và nhà khoa học tìm kiếm nguyên tố này dưới lòng đất. Trong nửa thập kỷ qua, hàng chục công ty trên khắp thế giới đã săn lùng các kho dự trữ hydro tự nhiên hoặc địa chất bị chôn vùi. Tuy nhiên, với việc chưa có hoạt động quy mô thương mại nào được chứng minh, Eden GeoPower cùng một số startup và nhóm nghiên cứu khác đang theo đuổi một kế hoạch táo bạo hơn: sản xuất hydro địa chất một cách nhân tạo.
Cách tiếp cận này, được gọi là hydro địa chất kích thích (stimulated geologic hydrogen) hay hydro kỹ thuật (engineered hydrogen), biến các cấu tạo đá ngầm thành những nhà máy hydro khổng lồ. Nó thường liên quan đến việc bơm nước vào đá giàu sắt, quá trình này sẽ oxy hóa sắt và giải phóng hydro như một sản phẩm phụ. Việc phá vỡ đá, như Eden đang làm, tạo ra một mạng lưới các đường dẫn để nước tiếp cận các khoáng chất chứa sắt.
Khái niệm hydro kích thích còn rất mới mẻ, ít ai có cơ hội thử nghiệm. Những người ủng hộ cho rằng nếu nó thành công – một điều kiện "nếu" rất lớn – nó có thể cung cấp năng lượng gần như không giới hạn cho tương lai vô thời hạn. Có một cách để tìm ra câu trả lời: bắt đầu phá đá.
Hydro là nguyên tố đơn giản nhất và phong phú nhất trong vũ trụ, là vật chất tạo nên các ngôi sao và thiên hà. Các nhà địa chất từ lâu đã biết rằng Trái Đất tạo ra khí hydro thông qua các phản ứng tự nhiên giữa nước và đá, nhưng cho đến gần đây, sự xuất hiện này chỉ được coi là một điều kỳ lạ. Khí này nhẹ đến mức hầu hết các chuyên gia đều cho rằng nó thoát ra ngoài qua các lỗ rỗng và vết nứt trong lòng đất và không tích tụ với số lượng hữu ích.
Những dấu hiệu cho thấy họ đã sai bắt đầu xuất hiện vào thế kỷ 19 và 20, khi các nhà nghiên cứu ở Đế quốc Nga và Liên Xô cũ báo cáo về hydro rò rỉ từ các mỏ và giếng. Nhưng trong cơn sốt nhiên liệu hóa thạch đang diễn ra, những quan sát này phần lớn bị bỏ qua hoặc lãng quên. Các nhà khoa học sau đó đã phát hiện hydro phun trào từ các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển và nuôi dưỡng cái gọi là "ngọn lửa vĩnh cửu", như những ngọn lửa ở Núi Chimaera của Thổ Nhĩ Kỳ, nơi các vận động viên cổ đại thắp đuốc cho các kỳ Thế vận hội đầu tiên.
Sau đó, vào năm 1987, tại làng Bourakébougou, Mali, những người khoan giếng nước nhận thấy một luồng gió thổi ra từ lỗ. Theo truyền thuyết địa phương, một công nhân cúi xuống nhìn kỹ hơn, với điếu thuốc lá đang cháy lủng lẳng trên miệng. Không khí ngay lập tức bốc cháy, tạo ra ngọn lửa màu xanh rực rỡ.
Đội ngũ đã bịt kín giếng, và nó được giữ kín trong 25 năm cho đến năm 2012, một nhà thăm dò dầu khí người Mali đã xác nhận rằng lòng đất chứa một hồ chứa hydro lớn. Công ty thăm dò này, hiện được gọi là Hydroma, đã xây dựng một nhà máy điện nhỏ để chuyển đổi khí thành năng lượng cho cư dân trong làng. Ngay sau đó, các startup ở Úc, Canada, Hoa Kỳ và các nơi khác bắt đầu tìm kiếm thêm các kho hydro. Đến năm 2025, các công ty dầu khí và khai thác mỏ đa quốc gia lớn cũng tham gia vào cuộc chơi này.
Cho đến nay, hàng trăm giếng thăm dò đã được khoan trên toàn cầu. Nhưng mặc dù các nhà nghiên cứu đã ghi nhận các mỏ hydro rộng khắp, không có mỏ nào chứng minh được khả năng sản xuất khí với tốc độ và số lượng cần thiết cho thương mại hóa. Douglas Wicks, cựu giám đốc chương trình tại Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến – Năng lượng (ARPA-E) của Hoa Kỳ, người hiện đang tư vấn cho các công ty theo đuổi hydro địa chất, chia sẻ rằng: "Chúng tôi đã khoan rất nhiều lỗ, và chưa ai tìm thấy mỏ phun trào – hoặc ít nhất là họ không nói về nó."
Wicks kể rằng vào năm 2022, khi còn ở ARPA-E, ông đã bị "cuốn vào mê cung hydro địa chất" bởi Emily Yedinak, lúc đó là một thành viên của cơ quan, người đang cố gắng thuyết phục các đồng nghiệp của mình coi trọng vấn đề này. "Tôi là người hoài nghi nhất," Wicks nói. Giá máy điện phân quá cao đã khiến ông nghi ngờ rằng hydro sạch là một mục tiêu khả thi. Hơn nữa, nếu Trái Đất thực sự chứa những hồ hydro rộng lớn, thì chắc chắn loài người, vốn đã khai thác tài nguyên thiên nhiên hàng nghìn năm, đã tìm thấy chúng từ lâu rồi, ông lập luận.
Nhưng sau khi nói chuyện với các nhà địa chất – những người chỉ ra rằng con người trong lịch sử không tìm thấy hydro vì họ không tìm kiếm nó – Wicks đã thay đổi quan điểm. "Tôi đã có một sự giác ngộ rằng hydro địa chất không chỉ là một sự tích tụ; nó là một phản ứng hóa học," ông nói. "Và nếu nó là một phản ứng hóa học, thì nó có thể được kích thích."
Việc tìm kiếm các tích tụ hydro địa chất lớn đòi hỏi phải tình cờ gặp một tập hợp các điều kiện "Goldilocks" (vừa phải, hoàn hảo). Bạn cần các loại đá nguồn giàu sắt đã hoặc đang sản xuất nhiều hydro. Bạn cũng cần các loại đá chứa xốp có thể chứa một lượng lớn khí di chuyển từ đá nguồn. Và bạn cần các loại đá chắn rắn chắc phía trên hồ chứa để giữ khí dưới lòng đất.
Tuy nhiên, để kích thích hydro, bạn không cần địa chất "vừa phải" này. Tất cả những gì bạn cần là đá giàu sắt, và sau đó bạn có thể tự tạo ra hydro.
"Những loại đá này có ở khắp mọi nơi," Wicks khẳng định. "Nếu bạn nhìn vào lượng sắt nằm trong phạm vi khoan của vỏ Trái Đất, bạn đang nói về hàng triệu tỷ tấn hydro có thể tiếp cận được. Nếu chúng ta thành công 1% chỉ riêng ở Hoa Kỳ, chúng ta có thể cung cấp năng lượng cho nền kinh tế trong hàng nghìn năm." Một phép tính sơ bộ đã thuyết phục ông rằng chi phí hydro địa chất kích thích có thể dễ dàng cạnh tranh với hydro được tạo ra từ mêtan. "Nếu chúng ta làm đúng công nghệ," ông kết luận, "điều này có thể rất lớn."
Wicks không phải là người đầu tiên đề xuất ý tưởng này, nhưng ông là người đầu tiên phân bổ nguồn tài trợ lớn. Vào năm 2024, dưới sự lãnh đạo của ông, ARPA-E đã trao 20 triệu USD (khoảng 508 tỷ VNĐ) cho 16 nhóm nhằm thúc đẩy các công nghệ và nghiên cứu kích thích. Các ý tưởng chiến thắng bao gồm phá vỡ đá bằng áp suất chất lỏng hoặc kích thích cơ học, tiếp xúc chúng với chất xúc tác để tăng tốc các phản ứng tạo hydro, và thao túng các cộng đồng vi sinh vật bản địa để tăng cường sản xuất. Dự án phá đá bằng điện của Eden GeoPower, cách tiếp cận duy nhất dựa trên điện, đã nhận được 900.000 USD (khoảng 22,86 tỷ VNĐ).
Paris Smalls, CEO của Eden GeoPower, đã thành lập công ty vào năm 2017 khi còn là một sinh viên tốt nghiệp 23 tuổi tại MIT. Trong luận án tiến sĩ về kỹ thuật dân dụng và môi trường, anh nghiên cứu ảnh hưởng của điện lên độ bền của đá và bắt đầu quan tâm đến các hệ thống địa nhiệt tăng cường, vốn yêu cầu phá vỡ các loại đá nóng, khô để lưu thông nước qua chúng nhằm chiết xuất nhiệt. Điều này thường được thực hiện bằng phương pháp thủy lực cắt phá, hay fracking – một kỹ thuật vay mượn từ ngành dầu khí liên quan đến việc bơm chất lỏng áp suất cao.
Fracking gây tranh cãi vì nó có thể gây ra động đất và ô nhiễm nước ngầm, và nhiều khu vực đã cấm thực hành này. Từ góc độ kỹ thuật, nó cũng không chính xác. Các vết nứt mà nó tạo ra lớn và khó kiểm soát. Smalls giải thích: "Bạn không thể tạo đủ vết nứt ở nơi bạn muốn vì nước cuối cùng chỉ đi qua cùng một vết nứt." Điện, anh biết từ công trình tiến sĩ của mình, có thể tạo ra các mạng lưới vết nứt rộng hơn và tinh chỉnh hơn, cho phép các hệ thống địa nhiệt sản xuất nhiều nhiệt hơn với ít rủi ro môi trường hơn.
Smalls ngay lập tức nhận ra rằng chiến lược phá đá tương tự có thể được sử dụng cho khai thác khoáng sản, thu giữ carbon và kéo dài tuổi thọ của các giếng dầu khí. Nhưng anh chưa từng nghĩ đến việc sử dụng nó để tạo ra hydro. Vì vậy, khi Wicks mời anh nộp đơn vào chương trình hydro tại ARPA-E, anh đã bối rối. "Tôi hoàn toàn không hiểu," Smalls nói. "Tôi nghĩ, 'Tôi phá đá. Làm thế nào tôi có thể tạo ra hydro?'"
Không lâu sau đó, Smalls đã gặp Alexis Templeton, một nhà địa vi sinh vật học tại Đại học Colorado Boulder, người đã trở thành chuyên gia về hydro địa chất bằng cách nghiên cứu các vi khuẩn tiêu thụ khí này và các biến đổi khoáng vật tạo ra nó. Templeton nhớ lại: "Có rất nhiều sự quan tâm ban đầu về việc liệu bạn có thể kỹ thuật hóa việc sản xuất hydro từ đá hay không. Và những loại đá có tiềm năng tốt nhất đều có hóa chất phù hợp, nhưng chúng cần nước. Không ai hào hứng với việc thực hiện thủy lực cắt phá. Vì vậy, mọi người đều tự hỏi, 'Vậy làm thế nào chúng ta sẽ đưa nước vào?'"
Công nghệ của Eden, Templeton hiểu, có thể là câu trả lời. Cô đồng ý tham gia công ty bán thời gian với tư cách là nhà địa hóa học trưởng, một vị trí cô giữ từ năm 2023 đến 2025. Trong thời gian đó, Eden đã thực hiện thí nghiệm thí điểm đầu tiên của mình, tại một mỏ dầu ở Oman, gần nơi Templeton đã thực hiện nghiên cứu hydro của riêng mình. Thiết lập ban đầu sử dụng nguồn điện một chiều (DC) để gửi một dòng điện ổn định vài chục kilowatt giữa các điện cực trong hai giếng. Khi nhóm của Smalls thử nghiệm nó trong một hồ chứa dầu mỏ làm từ đá cacbonat mềm, đá đã nứt dễ dàng, tăng sản lượng dầu lên 30%.
Nhưng khi họ thực hiện cùng một thử nghiệm trên các loại đá cứng, như những loại cần thiết cho hệ thống hydro và địa nhiệt, chúng hầu như không nứt. Vì vậy, nhóm đã quay lại bàn vẽ và đưa ra một giải pháp: điện xung (pulsed power).
Ý tưởng phá vỡ vật thể bằng điện xung – những luồng năng lượng điện ngắn, tập trung – bắt nguồn từ một thí nghiệm giữa thế kỷ 20 ở Liên Xô cũ. Theo câu chuyện, một nhà vật lý và nhà phát minh tên là Lev Yutkin đang ở ngoài trời trong một cơn bão khi ông thấy sét đánh vào một khúc gỗ dưới nước. Thay vì cháy, như nó sẽ cháy trong không khí, khúc gỗ đã nổ tung, như thể bị nổ bằng thuốc nổ. Tò mò, Yutkin đã cố gắng tái tạo cảnh tượng này trong phòng thí nghiệm của mình. Ông đặt một chiếc đĩa ăn vào một bể nước, nhúng hai điện cực dây vào, và phóng một xung điện áp cao. Tia lửa điện sau đó, ông phát hiện ra, ngay lập tức ion hóa các phân tử nước giữa các điện cực thành một kênh plasma, sau đó nhanh chóng mở rộng, tạo ra một sóng xung kích làm vỡ chiếc đĩa.
Yutkin đã mô tả hiện tượng này trong cuốn sách "Hiệu ứng điện thủy lực" (Electrohydraulic Effect) năm 1955 của mình. Sau đó, ông đã đề xuất nhiều ứng dụng kỳ lạ cho nó, chẳng hạn như làm sạch đường ống hoặc phá vỡ sỏi thận, điều này đã truyền cảm hứng cho các công cụ thực tế được sử dụng ngày nay, bao gồm máy khoan điện thủy lực và máy nghiền đá, và một thiết bị y tế phá sỏi thận gọi là máy tán sỏi. Những thập kỷ sau đó đã chứng kiến những tiến bộ trong hệ thống điện xung và các kỹ thuật thử nghiệm để hiểu rõ hơn các quá trình vật lý phức tạp liên quan. Đến những năm 2020, khi nhóm của Smalls bắt đầu nghiên cứu nó để phá vỡ đá ngầm, công nghệ này dường như đã chín muồi để sử dụng, mặc dù ứng dụng cụ thể đó ít được khám phá bên ngoài phòng thí nghiệm.
Rafael Villamor-Lora, phó chủ tịch nghiên cứu và phát triển tại Eden, giải thích: "Về cơ bản, chúng tôi tạo ra một kênh plasma trong chính khối đá. Kênh này sau đó mở rộng rất, rất nhanh chóng," phá vỡ đá bằng một sóng xung kích.
Các nhà khoa học của Eden lần đầu tiên thử nghiệm điện xung trên các mẫu đá cứng hình trụ cỡ ngón tay cái. Tuy nhiên, thay vì ngâm mỗi mẫu trong nước, họ đặt một cặp điện cực ở hai đầu đối diện của hình trụ và truyền các xung trực tiếp vào đá. Sử dụng phương pháp xung khô này, được rút ra từ nghiên cứu của Smalls và những người khác, nhóm đã phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra plasma trong các túi ẩm nhỏ giữa các hạt khoáng chất. Với đủ xung, kênh sưng nhanh, như trong nghiên cứu của Yutkin, tạo ra một sóng xung kích làm vỡ đá.
Để đưa công nghệ này ra thực địa, Eden cần điện áp đủ cao để xuyên qua hàng mét đá rắn. Giải pháp rõ ràng là một máy phát Marx, chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) điện áp thấp thành các xung điện áp cao bằng cách sạc chậm và sau đó phóng điện nhanh chóng nhiều tụ điện song song. (Máy phát Marx thường được sử dụng trong các thí nghiệm vật lý năng lượng cao và để mô phỏng sét đánh vào đường dây điện.) Eden đã tự chế tạo hai thiết bị – được đặt tên là Zeus và Thor theo tên các vị thần sấm sét – có thể cùng nhau giải phóng một luồng điện vài trăm kilovolt.
Lần này, kế hoạch đã thành công. Vào năm 2025, tại một mỏ vàng và bạc bị bỏ hoang ở Colorado, Eden đã sử dụng Thor để phá vỡ thành công một cột đá lửa cứng, tăng độ thấm của nó lên gấp mười lần.
Vào tháng 3 năm nay, công ty bắt đầu thiết lập địa điểm thử nghiệm tại trang trại ngựa ở Massachusetts để tinh chỉnh hệ thống và thu thập thêm dữ liệu về cách công nghệ hoạt động trong các môi trường địa chất khác nhau. Các kỹ sư của họ cũng đang thiết kế các máy phát mạnh hơn để phóng ra các xung mạnh hơn và nhanh hơn. Vì Zeus và Thor tiêu thụ rất ít điện năng – tương đương với việc chạy một hoặc hai máy nướng bánh mì – nên mất khoảng một phút để tích đủ năng lượng để phóng một xung tối đa. Sau đó, mất khoảng 100 xung để xuyên qua khoảng 10 mét đá cứng. Điều đó có nghĩa là việc phá vỡ ở khoảng cách xa hơn hoặc ở nhiều độ sâu có thể mất hàng giờ đến vài ngày. Chi phí lớn nhất của Eden là nhân công, không phải năng lượng.
Smalls cho biết Eden đã ký một thỏa thuận với một startup hydro địa chất – anh từ chối tiết lộ tên – để trình diễn việc phá vỡ bằng điện trong một dự án thí điểm hydro kích thích, có thể bắt đầu vào cuối năm tới. Eden sẽ cần chứng minh công nghệ của mình có thể giúp khai thác khí từ lòng đất với tốc độ và chi phí có lợi nhuận.
"Không còn nghi ngờ gì về việc chúng ta có thể sản xuất hydro," Villamor-Lora nói. "Câu hỏi là liệu chúng ta có thể sản xuất nó đủ nhanh để có lợi về kinh tế hay không." Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu của Eden đã phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra lượng hydro nhiều hơn gấp bốn lần từ các mẫu đá bằng kỹ thuật điện xung, so với lượng tìm thấy trong các mẫu không bị phá vỡ. Nhưng điều đó có thể chưa đủ để làm cho hydro kích thích khả thi về mặt thương mại nếu không có thêm một số công nghệ bổ sung.
Một trong những thách thức lớn nhất trong việc kích thích hydro là không có một công thức rõ ràng nào để áp dụng. Ngoài các thành phần cơ bản là nước và sắt, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lượng hydro được tạo ra và thời gian tồn tại của nó, và các vết nứt chỉ là một yếu tố. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra, ví dụ, rằng nhiệt độ lý tưởng để tối đa hóa sản xuất hydro là khoảng 200 đến 300 độ C. Độ axit, hóa học của đá và nước, và các vi sinh vật cư trú là những yếu tố quan trọng khác cần xem xét.
Làm cho câu đố phức tạp hơn, mỗi cấu tạo đá là khác nhau và có thể yêu cầu các kỹ thuật kích thích khác nhau hoặc sự kết hợp của chúng. Alexei Tcherniak, CEO của startup hydro GeoKiln, chia sẻ: "Không có một giải pháp duy nhất nào sẽ hoạt động ở mọi nơi. Bạn phải biết địa chất nơi bạn đang hoạt động."
Một số cấu tạo đá đầy hứa hẹn, ông chỉ ra, có thể đã bị nứt hoặc đủ xốp để bão hòa nước nhưng quá lạnh để tạo ra đủ hydro một cách tự nhiên. Để giải quyết vấn đề này, công ty của ông, có trụ sở tại Houston, sử dụng một hệ thống lò sưởi ngầm ban đầu được phát triển để cải thiện dòng chảy trong các hồ chứa dầu nặng và chuyển đổi chất hữu cơ rắn trong đá phiến sét non thành dầu và khí có thể khai thác. Các lò sưởi, có sẵn trên thị trường, có thể được lắp đặt trong các lỗ khoan vào đá nguồn hydro, tương tự như các điện cực của Eden. Tcherniak nói rằng GeoKiln đã sẵn sàng bắt đầu thử nghiệm thực địa ngay khi có thể huy động vốn.
Các nhà nghiên cứu khác đang khám phá việc sử dụng chất xúc tác – các muối kim loại hoặc hóa học giúp tăng tốc các phản ứng tạo hydro – mà họ cho rằng có thể thay thế hoặc bổ sung cho việc phá vỡ hoặc làm nóng để tăng sản lượng hydro với chi phí thấp hơn. Vema Hydrogen, chẳng hạn, đang đặt cược vào hỗn hợp nước nóng bằng nồi hơi và các chất xúc tác độc quyền. Florian Osselin, giám đốc khoa học của Vema, cho biết: "Điều tôi có thể nói về chất xúc tác của chúng tôi về cơ bản là chúng không độc hại, không đắt tiền và không nguy hiểm." Công ty này, cũng có trụ sở tại Houston, đã bắt đầu khoan các giếng thí điểm ở Canada để thử nghiệm hỗn hợp bí ẩn của mình. Bằng cách bơm nó vào đá bán thấm, Vema kỳ vọng sẽ đạt được tốc độ sản xuất thương mại mà không cần phá vỡ. Osselin nói: "Chúng tôi đã thực hiện các mô phỏng số quy mô thực địa mang lại cho chúng tôi rất nhiều sự tự tin."
Một phương pháp kích thích khác, được đề xuất bởi startup Koloma có trụ sở tại Denver, nhằm mục đích phơi bày nhiều bề mặt đá hơn để tạo ra hydro bằng cách mô phỏng quá trình phong hóa tự nhiên. Kỹ thuật này liên quan đến việc thêm carbon dioxide vào nước và bơm chất lỏng vào những thời điểm cụ thể để kiểm soát các yếu tố như độ axit và nồng độ khí. Carbon dioxide phản ứng với nước để tạo thành một axit phá vỡ các chuỗi khoáng chất trong các lỗ rỗng của đá, từ đó tăng diện tích bề mặt của các lỗ rỗng, Tom Darrah, CTO của công ty, người đã nghiên cứu và cấp bằng sáng chế cho phương pháp này khi còn là giáo sư tại Đại học bang Ohio, giải thích. "Tôi gọi đó là vi rỗ vì kết cấu chuyển từ mịn sang thô," ông nói. Cũng như việc phá vỡ, diện tích bề mặt lớn hơn có nghĩa là sản xuất hydro nhiều hơn – nếu bạn có thể tìm ra công thức phù hợp.
Rita Esuru Okoroafor, một kỹ sư tài nguyên năng lượng tại Đại học Texas A&M, đang nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp kích thích khác nhau, bao gồm phá vỡ, chất xúc tác và bơm carbon dioxide, đến việc tạo ra hydro. Dữ liệu của cô, dựa trên các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của các mẫu đá từ khắp nơi trên thế giới và các mô hình số của hệ thống hydro địa chất kích thích, cho thấy rằng không có phương pháp nào trong số này một mình sẽ duy trì sản xuất hydro ở tốc độ cần thiết cho sự phát triển thương mại lâu dài. Cô nói: "Chúng tôi vẫn đang tinh chỉnh các mô hình của mình, nhưng chúng cho chúng tôi biết rằng chúng ta sẽ cần rất nhiều sự phá vỡ, chúng ta sẽ cần chất xúc tác, và sau đó chúng ta sẽ cần kích thích lại."
Quá trình tạo ra hydro, Okoroafor giải thích, cuối cùng sẽ tiêu thụ tất cả sắt có sẵn trên các bề mặt đá lộ ra, khiến sản lượng giảm mạnh. Bằng cách tăng tốc tạo ra hydro, chất xúc tác cũng đẩy nhanh sự suy giảm của nó. "Khi những phản ứng này xảy ra rất nhanh, chúng cũng chết rất nhanh," cô nói. Chúng cũng để lại các kết tủa khoáng chất có thể làm tắc nghẽn các vết nứt hiện có. Trong một nghiên cứu gần đây, cô đã phát hiện ra rằng axit clohydric giúp làm sạch các mảnh vụn, phơi bày các bề mặt đá mới và mở lại các đường dẫn nước để khôi phục sản xuất.
Còn quá sớm để biết công nghệ nào sẽ chiến thắng trong cuộc đua hydro địa chất và liệu việc kích thích có cần thiết để biến nó thành một ngành công nghiệp khả thi hay không. Hơn nữa, sản xuất chỉ là bước đầu tiên hướng tới thương mại hóa. Nhiều câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ. Một khi hydro chảy ra từ lòng đất, khí này sẽ được tinh chế như thế nào? Nó sẽ được lưu trữ và vận chuyển ra sao? Ngành công nghiệp này sẽ được quản lý như thế nào? Những rủi ro môi trường là gì, và chúng sẽ được giảm thiểu ra sao? Chi phí sẽ là bao nhiêu?
"Với tất cả các cuộc chiến tranh và giá khí đốt tăng cao, chúng ta cần chuẩn bị cho tương lai," Smalls nói. Nhưng như thường lệ với sự phát triển công nghệ non trẻ, cuộc sống luôn có những trở ngại. Tại trang trại ngựa, việc phá vỡ bắt đầu vào tháng 6 sau nhiều tháng bị trì hoãn, đầu tiên là do một trận bão tuyết và sau đó là các sự cố thiết bị nhỏ và các vấn đề hậu cần khác. "Mọi thứ đều mất nhiều thời gian hơn bạn nghĩ," Smalls chia sẻ. Tuy nhiên, anh vẫn không hề nao núng, luôn lạc quan. "Tôi thích theo đuổi những điều mà người khác sợ hãi."
Bài viết này xuất hiện trong số báo in tháng 9 năm 2026 với tiêu đề "Làm thế nào để lấy hydro từ đá" trên Bloomberg.
