Các nhà khoa học Nhật Bản vừa chiết xuất thành công năng lượng mới từ fire ice (băng cháy). Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào phân bố trên các đại dương và những vùng băng phủ. Thành công này mở ra hướng phát triển mới trên con đường tìm nguồn năng lượng thay thế nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt.
Vấn đề năng lượng ở Nhật Bản luôn là bài toán khó tìm lời giải. Không có dầu, than hoặc khí đốt tự nhiên, Nhật Bản buộc phải nhập khẩu hơn 90% nhu cầu năng lượng từ nước ngoài, theo một báo cáo năm 2014.
Trước đây, các lò phản ứng hạt nhân từng được coi là một giải pháp tuyệt vời cho nguồn năng lượng khan hiếm ở Nhật Bản, tuy nhiên sau thảm họa động đất sóng thần gây sự cố nhà máy điện hạt nhân ở Fukushima năm 2011 buộc các nhà quản lý năng lượng đã phải suy nghĩ đến một phương án khác.
Theo một công bố mới đây cho thấy các nhà khoa học Nhật Bản có thể thật sự đã tìm ra một lời giải cuối cùng cho bài toán năng lượng của đất nước. Họ đang đi tiên phong trong một công nghệ mới có thể làm thay đổi ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu, xoay quanh nguồn tài nguyên đã bị chôn vùi dưới đại dương- đó là băng cháy.
Chính phủ Nhật Bản muốn đốt “băng cháy” để lấy năng lượng. Đó thực sự là một loại năng lượng mới.
Vậy băng cháy là gì?
Băng cháy (còn gọi là đá cháy), có tên khoa học là natural hydrate hoặc gas hydrate, hình thành từ các loại khí thiên nhiên như methane, ethane, propan và nước trong điều kiện áp suất cao (trên 30 atm) và nhiệt độ thấp (dưới 0°C). Băng cháy thường tồn tại trong điều kiện thềm biển sâu ít nhất từ 300 m trở lên, các đảo ngầm đại dương và ở các vùng băng vĩnh cửu, dưới dạng thể rắn giống như những trái banh tuyết nhỏ.
Băng cháy là nguồn năng lượng khổng lồ, cứ 1 m3 băng cháy giải phóng khoảng 164 m3 methane (cao gấp 2 – 5 lần khí thiên nhiên, lại sạch, không gây ô nhiễm môi trường vì là hydrate đông lạnh, ít tạp chất). Băng cháy có nhiều màu khác nhau như trắng, vàng, nâu, đỏ, xám hay xanh da trời.
Băng cháy là một dạng nguyên liệu đốt, sạch hơn dầu và than, nhưng chúng vẫn được xếp vào dạng nguyên liệu hóa thạch và không phải vô hạn.
Có hơn 90 quốc gia trên thế giới có trữ lượng băng cháy. Các nước có trữ lượng băng cháy lớn nhất là Canada, Nga, Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc.
Việt Nam với thềm lục địa rộng lớn cũng là một trong các nước có trữ lượng băng cháy cao tập trung ở các khu vực gồm quần đảo Hoàng Sa và kế cận, Phú Khánh, Tư Chính-Vũng Mây và quần đảo Trường Sa.
Nhật Bản có trữ lượng lớn hydrate trong vùng đặc quyền kinh tế ở cả phía Tây Thái Bình Dương và dọc theo biên giới phía đông của Nhật Bản. Theo phân tích các mẫu lõi chiết xuất và dữ liệu địa chấn đã cho thấy rằng 1,1 nghìn tỷ mét khối khí methane – đủ để đáp ứng nhu cầu khí đốt của Nhật Bản trong hơn một thập kỷ – đang nằm dưới đáy đại dương.
Nhật Bản cũng đang rất cố gắng để khia thác tiềm năng to lớn từ băng cháy. Theo Bộ Năng lượng, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản, từ năm 2002 đến năm 2017, chính phủ đã chi khoảng 1 tỷ USD để nghiên cứu và phát triển băng cháý.
Ông Ryo Matsumoto, giáo sư địa chất tại Phòng thí nghiệm Hydrate Gas tại Đại học Meiji, Tokyo cho biết: “Có hai lý do chính phủ muốn phát triển công nghệ này. Đầu tiên là để đảm bảo nguồn năng lượng – nếu họ có thể khai thác được nguồn tài nguyên trong nước, hvấn đề an ninh năng lượng được giải quyết, thứ hai là họ đang cố gắng làm giảm phát thải CO2 từ nhiên liệu hóa thạch”.
Ngoài ra ông còn cho biết thêm: “Tiêu thụ khí tự nhiên thải ra khoảng một nửa lượng khí CO2 so với than đá. Vì khí tự nhiên là một nguồn năng lượng sạch hơn, nên Nhật Bản muốn tăng tỷ lệ khí tự nhiên được sử dụng trong toàn bộ cấu trúc năng lượng”.
Trữ lượng băng cháy khổng lồ trên thế giới
Theo ước tính của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA), trữ lượng băng cháy trên toàn thế giới dao động từ 280 nghìn tỷ m3 lên đến 2,8 triệu tỷ m3 khí hydrat chứa metan – hỗn hợp nước và methane tự nhiên. Trong khi đó, tổng sản lượng khí tự nhiên trên toàn thế giới vào năm 2015 là 3,5 tỷ m3.
Điều này có nghĩa là trữ lượng methane hydrate hay băng cháy có thể đáp ứng nhu cầu khí đốt toàn cầu từ 80 đến 800 năm với mức tiêu thụ hiện tại.
Các hồ chứa lớn của tài nguyên này được tìm thấy ở điều kiện kết hợp áp suất cao và nhiệt độ thấp, chủ yếu dưới đáy biển và nằm sâu bên trong tầng đất bị đóng băng vĩnh cửu ở Bắc Cực và bên dưới lớp băng ở Nam Cực.
Là nguồn nhiên liệu có nguồn gốc carbon lớn nhất của hành tinh này, khí hydrat được cho là chứa nhiều năng lượng hơn tất cả các nhiên liệu hoá thạch khác trên thế giới.
Cho đến nay, chưa có quốc gia nào khai thác băng cháy ở quy mô công nghiệp. Nga khai thác mỏ băng cháy ở Siberi từ năm 1965 với công nghệ truyền thống như với khí thiên nhiên nên hiệu quả thấp. Các nước khác như Trung Quốc, Mỹ… đang ráo riết đi tìm công nghệ để khai thác băng cháy. Canada đã chiết xuất thành công methane từ băng cháy trên đất liền. Nhưng cho đến nay, công nghệ khai thác băng cháy hoàn chỉnh vẫn chưa được xác định và nó vẫn là một thách thức rất lớn đối với con người hiện đại.
Làm sao khai thác băng cháy một cách an toàn và hiệu quả là một thách thức đối với nhiều nước. Phương pháp khai thác băng cháy về nguyên tắc là không được đào lên mà phải làm tan chảy băng cháy dưới lòng đất bằng cách làm giảm áp suất để thu khí methane. Nhưng làm sao xây dựng được hệ thống đường ống dẫn khí methane khi băng cháy phân hủy là một thách thức của giới công nghệ.
Sơn Tùng