Hydro kích thích - Tiềm năng và thách thức trong khai thác năng lượng sạch từ đá chứa sắt

Khác với hydro tự nhiên vốn tồn tại sẵn trong lòng đất, hydro kích thích được tạo ra thông qua các thí nghiệm có kiểm soát nhằm mô phỏng và tối ưu hóa quá trình hình thành hydro. Hiện nay, nhiều nhóm nghiên cứu quốc tế đang tiến hành thử nghiệm với các biến số như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, thành phần dung môi và kích thước mẫu để xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng. Kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm của một số công ty trên thế giới đã chứng minh khả năng tạo hydro từ đá chứa sắt, mở ra tiềm năng phát triển một nguồn năng lượng sạch và ít phát thải.

Việc cần thiết tiếp theo là phải chứng minh phương pháp này đạt kết quả như mong đợi tại thực địa bằng các giếng khoan cụ thể để có thể đưa hydro kích thích sang giai đoạn khai thác thử nghiệm và thương mại. Thành công của phương pháp này sẽ góp phần bổ sung một giải pháp mới và tiếp cận mới cho chiến lược chuyển dịch năng lượng toàn cầu, đồng thời mở ra triển vọng khai thác và thương mại hóa hydro kích thích trong tương lai.

1. Giới thiệu

Trong bối cảnh toàn cầu hiện nay, nhu cầu tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch và bền vững ngày càng trở nên cấp thiết nhằm giảm phát thải carbon và ứng phó với biến đổi khí hậu. Hydro nổi lên như một ứng viên tiềm năng nhờ khả năng cung cấp năng lượng không phát thải khi sử dụng. Tuy nhiên, phần lớn hydro hiện nay vẫn được sản xuất từ các quy trình tiêu tốn năng lượng và phát thải cao, điển hình như khí hóa than hoặc điện phân nước dựa trên nguồn điện chưa hoàn toàn sạch.

Song song với đó, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra sự tồn tại của hydro tự nhiên trong lòng đất, có thể khai thác trực tiếp với chi phí thấp và ít phát thải. Mali là quốc gia đầu tiên khai thác và sử dụng hydro tự nhiên để phát điện cho cộng đồng, trong khi nhiều quốc gia khác như Pháp, Canada, Mỹ và Úc mới chỉ ghi nhận dấu hiệu và đang trong quá trình nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu ban đầu đã chỉ ra rằng hydro tự nhiên thường phân bố không đồng nhất, khó dự đoán và vẫn là nguồn tài nguyên hữu hạn, từ đó đặt ra thách thức lớn cho khai thác và cung ứng thương mại trong dài hạn.

Trong bối cảnh đó, khái niệm “hydro kích thích” được đề xuất như một hướng đi mới. Khác với hydro tự nhiên, hydro kích thích được tạo ra thông qua các phản ứng có kiểm soát giữa chất lỏng và đá chứa sắt, cho phép chủ động giải phóng hydro từ khoáng vật. Đây là cách tiếp cận mang tính chủ động, có thể mở rộng quy mô và tối ưu hóa điều kiện phản ứng để đạt hiệu suất cao. Thành công của hướng nghiên cứu này hứa hẹn mang lại một nguồn năng lượng sạch, ít phát thải, đồng thời bổ sung cho hydro tự nhiên vốn còn hạn chế. Qua đó, hydro kích thích có thể góp phần đa dạng hóa nguồn cung hydro, hỗ trợ chiến lược chuyển dịch năng lượng toàn cầu và tiến gần hơn tới mục tiêu trung hòa carbon.

2. Cơ sở lý thuyết

Hydro kích thích dựa trên cơ chế phản ứng hóa học giữa chất lỏng và các loại đá chứa sắt, đặc biệt là các thành hệ trầm tích cổ BIF (Banded Iron Formation) chứa các khoáng vật giàu sắt tuổi tiền Cambri. Khi dung dịch có thành phần thích hợp tiếp xúc với khoáng vật giàu sắt, quá trình oxy hóa - khử có thể xảy ra, giải phóng hydro từ cấu trúc khoáng vật. Đây là cơ chế tương tự với các phản ứng tự nhiên diễn ra trong lòng đất, nhưng được con người chủ động tái tạo và kiểm soát trong phòng thí nghiệm hoặc thực địa.

Hydro kích thích đang trở thành một hướng nghiên cứu mới đầy hứa hẹn trong lĩnh vực năng lượng sạch. Thay vì chỉ dựa vào hydro tự nhiên vốn tồn tại sẵn trong lòng đất, phương pháp này chủ động tạo hydro thông qua phản ứng giữa chất lỏng và đá chứa sắt hoặc bằng công nghệ sinh học trong các mỏ dầu cạn kiệt. Các thí nghiệm tập trung vào việc xác định các biến số quan trọng như áp suất, nhiệt độ, thành phần dung môi, lưu lượng và kích thước mẫu để tối ưu hóa quá trình giải phóng hydro. Đây là bước đi tiên phong chứng minh rằng hydro có thể được sản xuất trực tiếp từ khoáng vật, thay vì chỉ dựa vào các quy trình công nghiệp tiêu tốn năng lượng như điện phân nước.

Trên thế giới, một số công ty tiên phong đã bắt đầu triển khai:

- Gold H2 (Mỹ) đã chứng minh thành công việc giải phóng hydro dưới lòng đất bằng công nghệ sinh học tại các giếng dầu cạn kiệt, đạt nồng độ hydro cao đến 40% hydro trong dòng khí, tương đương 400.000 ppm H₂ với chi phí sản xuất dự kiến dưới 0,50 USD/kg.

- Vema (Pháp - Mỹ) đang phát triển công nghệ Stimulated Geological Hydrogen (SGH) với kế hoạch thí điểm tại Mỹ.

- MaxPower Mining Corp. (Canada) đang thử nghiệm với các mẫu Banded Iron Formation (BIF) để xác nhận khả năng tạo hydro từ đá chứa sắt.

Những kết quả ban đầu cho thấy hydro kích thích có thể trở thành nguồn năng lượng sạch, ít phát thải, bổ sung cho hydro tự nhiên và hydro xanh. Nếu thành công ở quy mô lớn hơn ngoài thực địa, công nghệ này sẽ mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các khu vực giàu khoáng chất sắt, góp phần quan trọng vào chiến lược trung hòa carbon và chuyển dịch năng lượng.

3. Phương pháp nghiên cứu

Quy trình nghiên cứu hydro kích thích trên thế giới thường được triển khai theo một chuỗi khoa học rõ ràng. Trước hết, các nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát địa chất và lựa chọn địa điểm có tiềm năng, thường là các tầng đá chứa sắt hoặc các mỏ dầu khí đã cạn kiệt. Dữ liệu địa chất, địa vật lý và kết quả khoan cũ được phân tích để khoanh vùng khu vực thử nghiệm. Sau đó, mẫu đá đại diện được thu thập với khối lượng phù hợp, nhằm đảm bảo tính chính xác khi đưa vào thí nghiệm.

Tiếp theo, các phòng thí nghiệm được chuẩn bị với hệ thống thiết bị có khả năng kiểm soát áp suất, nhiệt độ, dung môi và lưu lượng, đồng thời điều chỉnh kích thước mẫu để tối ưu diện tích tiếp xúc. Các mẫu được đặt vào buồng phản ứng có kiểm soát, nơi diễn ra quá trình oxy hóa - khử giữa chất lỏng và khoáng vật sắt. Trong giai đoạn này, hydro được theo dõi và ghi nhận bằng các phương pháp phân tích hiện đại như quang phổ, đo nồng độ khí hoặc neutron logging.

Khi hydro xuất hiện, nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích các biến số đầu vào để xác định yếu tố nào ảnh hưởng mạnh nhất đến hiệu suất phản ứng. Các thử nghiệm tiếp theo được điều chỉnh nhằm tối ưu hóa quá trình giải phóng hydro. Song song với đó, các mô hình mô phỏng phản ứng đa pha được xây dựng để dự đoán khả năng sinh hydro ở quy mô lớn. Cuối cùng, kết quả được đánh giá về mặt kỹ thuật và kinh tế, so sánh chi phí sản xuất với hydro xanh và hydro tự nhiên, từ đó xác định tiềm năng thương mại hóa.

Quy trình này đã được nhiều công ty tiên phong áp dụng, như Gold H2 (Mỹ) với thử nghiệm sinh học trong mỏ dầu cạn kiệt, Vema (Pháp - Mỹ) với công nghệ Stimulated Geological Hydrogen, hay các dự án tại Canada và Úc. Dù cách tiếp cận có khác nhau, điểm chung là đều xoay quanh các bước: khảo sát - thu thập mẫu - thử nghiệm phản ứng - phân tích biến số - tối ưu hóa - đánh giá ứng dụng (ảnh 1), tạo nên một nền tảng nghiên cứu thống nhất cho hydro kích thích trên phạm vi toàn cầu.

Ảnh 1: Quy trình nghiên cứu hydro kích thích (Nguồn: Maxpower Mining)

4. Thách thức

Trong quá trình triển khai, việc duy trì khả năng tạo hydro từ đá giàu sắt liên tục là thực sự quan trọng. Do ảnh hưởng của sản phẩm phản ứng trên bề mặt đá không hoặc ít thấm khiến nước khó tiếp xúc với phần đá mới dẫn đến sản lượng hydro giảm dần. Một số nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã cho thấy những nỗ lực tăng cường bằng chất xúc tác nhiệt không đem lại hiệu quả rõ rệt, nhưng khi tiêm một lượng axit ngắn hạn, sản lượng hydro đã tăng gấp khoảng 30 lần và duy trì ở mức cao trong một khoảng thời gian trước khi giảm trở lại, song vẫn cao hơn so với trước khi xử lý. Kết quả này cho thấy việc xử lý axit định kỳ (một dạng tương tự như xử lý can thiệp giếng trong khai thác dầu khí) có thể làm mới và mở rộng bề mặt phản ứng của đá, từ đó kéo dài và tăng cường quá trình sinh hydro (ảnh 2).

Ảnh 2: Khả năng duy trì tạo hydro bằng xử lý axit (Nguồn: Journal Nature 2025)

Thách thức lớn nhất của hydro kích thích không nằm ở khâu tạo ra hydro, mà là khả năng đưa khí lên bề mặt ở quy mô thương mại. Khi bơm nước vào khe nứt đá siêu mafic, phản ứng serpentin hóa tạo hydro nhưng khí thường bị mắc kẹt trong môi trường nước chiếm ưu thế. Ở độ sâu và áp suất lớn, hydro bị nén mạnh, độ bão hòa khí thấp, dẫn đến độ thấm tương đối thấp - đá ưu tiên cho nước chảy qua hơn là hydro. Vì vậy, khi khai thác, phần lớn chất lỏng thu được vẫn là nước, hydro chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ.

Các mô hình số (Sekar & Okoroafor, 2025; Egert et al., 2025) cho thấy ngay cả trong kịch bản lạc quan nhất (giếng ngang, xúc tác giả định), sản lượng hydro chỉ đạt 2.800-4.600 m³ sau 30 ngày, tương đương sản lượng giếng Bougou-1 tại Mali (1.500 m³/ngày) trong vòng 2-3 ngày.

Dự án Rock-Hydrogen của giáo sư Alexis Templeton (Đại học Colorado) là thí nghiệm thực địa đầu tiên về hydro kích thích từ đá siêu mafic. Năm 2024, nhóm khoan giếng sâu 1.050 m tại Oman, bơm 4.800 m³ nước và đóng kín trong một năm. Khi mở giếng, lượng khí và nước thu được tương đương nhau, khí chủ yếu là hydro - chứng minh nguyên lý thành công. Tuy nhiên, phân tích cho thấy chỉ khoảng 330 kg hydro được thu hồi (hệ số thu hồi ~7%), phần lớn hydro còn lại hòa tan trong nước hoặc bị kẹt trong vỉa.

Đáng chú ý, giếng Oman có nhiệt độ chỉ từ 55-60°C, thấp hơn nhiều so với mức tối ưu 200-300°C. Giếng sâu hơn, nóng hơn có thể tạo hydro nhanh hơn, nhưng đồng thời áp suất cao và đá chặt hơn khiến việc thu hồi càng khó khăn.

5. Thảo luận

Nghiên cứu về hydro kích thích mang ý nghĩa khoa học sâu sắc khi mở ra một hướng hoàn toàn mới trong lĩnh vực năng lượng sạch. Việc chứng minh khả năng giải phóng hydro từ phản ứng giữa chất lỏng và đá chứa sắt không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các quá trình địa hóa trong lòng đất mà còn mở rộng phạm vi nghiên cứu vượt ra ngoài khai thác hydro tự nhiên. Đây là bước tiến quan trọng, góp phần hình thành nền tảng khoa học cho việc sản xuất hydro trực tiếp từ khoáng vật - một hướng đi chưa từng được khai thác ở quy mô thực nghiệm trước đây.

Nếu được triển khai thành công tại thực địa, công nghệ này sẽ giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, đồng thời tạo ra giải pháp sản xuất hydro bền vững, phù hợp với mục tiêu trung hòa carbon toàn cầu. Tuy nhiên, khoảng cách giữa việc hình thành hydro trong đá và khả năng khai thác nó lên bề mặt ở quy mô thương mại vẫn còn rất lớn. Đây là thách thức trọng yếu cần được giải quyết trước khi công nghệ có thể được ứng dụng rộng rãi.

So với hydro tự nhiên, vốn đã được khai thác tại Mali, phát hiện ở Mỹ, Pháp, Úc và Canada, hydro kích thích có ưu thế ở tính chủ động và khả năng mở rộng quy mô. Trong khi hydro tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện địa chất đặc thù và đặc điểm phân bố hữu hạn, hydro kích thích cho phép con người tái tạo quá trình sinh hydro trong môi trường kiểm soát, từ đó bổ sung một nguồn hydro mới có thể cùng góp phần tối ưu hóa hiệu suất và sản lượng. Sự kết hợp giữa hai hướng nghiên cứu này - khai thác hydro tự nhiên và phát triển hydro kích thích - sẽ tạo nên một hệ sinh thái năng lượng sạch toàn diện, góp phần định hình tương lai của ngành năng lượng toàn cầu.

Đối với Việt Nam, nghiên cứu về hydro kích thích mang ý nghĩa đặc biệt cả về khoa học lẫn chiến lược năng lượng quốc gia. Về mặt khoa học, việc thử nghiệm khả năng tạo hydro từ đá chứa sắt sẽ giúp mở rộng hiểu biết về các quá trình địa hóa trong lòng đất nước ta, vốn có cấu trúc địa chất đa dạng và nhiều vùng có hoạt động kiến tạo mạnh. Về mặt thực tiễn, hydro kích thích có thể mang lại nguồn năng lượng sạch, ít phát thải, có thể bổ sung cho các nguồn hydro xanh và hydro tự nhiên. Trong bối cảnh Việt Nam đang hướng tới mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050, việc phát triển công nghệ sản xuất hydro trong nước sẽ giúp tăng tính tự chủ năng lượng, đồng thời mở ra cơ hội bổ sung nguồn hydro sạch trong tương lai.

6. Kết luận

Hydro kích thích là một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn, mở ra triển vọng mới cho việc sản xuất năng lượng sạch từ khoáng vật trong lòng đất. Những kết quả ban đầu chứng minh khả năng giải phóng hydro từ đá chứa sắt là hoàn toàn khả thi, đặt nền móng cho các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai cũng như thực nghiệm ngoài thực địa. Tuy nhiên, khoảng cách giữa việc hình thành hydro trong đá và khả năng khai thác nó lên bề mặt ở quy mô thương mại vẫn còn rất lớn, đặt ra thách thức đáng kể cho việc hiện thực hóa công nghệ này. Để đánh giá toàn diện tiềm năng thương mại hóa, cần tiến hành thêm các thử nghiệm ở quy mô lớn với điều kiện địa chất và kỹ thuật đa dạng. Việc tăng cường hợp tác quốc tế giữa các viện nghiên cứu, doanh nghiệp và trường đại học sẽ giúp chia sẻ kinh nghiệm, công nghệ và dữ liệu, từ đó thúc đẩy tiến trình phát triển nhanh hơn. Đặc biệt, Việt Nam nên chủ động tham gia vào mạng lưới nghiên cứu này, tận dụng tiềm năng địa chất phong phú để từng bước khẳng định vị thế trong lĩnh vực năng lượng sạch toàn cầu.

Tài liệu tham khảo:

Hydroma Inc. - Activities: Natural Hydrogen. https://hydroma.ca/activities-natural-hydrogen
Gold H2 - World’s First Field Test of Stimulated Hydrogen. (2025)
Vema Energy - Stimulated Geological Hydrogen (SGH) Technology Overview. (2024)
Max Power Mining Corp. - Corporate Presentation and Project Updates. https://www.maxpowermining.com
Diallo, A.B. et al. - Natural Hydrogen: A New Energy Frontier. Journal of Energy Transition Studies, 2023.
PTRC - Petroleum Technology Research Centre (2025). Preliminary Testing Plan for Stimulated Hydrogen. Saskatchewan, Canada.
U.S. Geological Survey (USGS). (2024). Hydrogen Exploration in Nebraska and Kansas. Washington D.C.
Mines Paris PSL (2024). Modeling of Multiphase Reactions in Stimulated Hydrogen Systems. Paris, France.
Albania Geological Survey (2024). Bulqizë Hydrogen Reservoir Assessment. Tirana, Albania.
Australian Government - Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water (2024). Exclusive Licenses for Natural Hydrogen Exploration. Canberra, Australia.
Gendzwill, D. & Robbins, L. (2025). Collaborative Research on Hydrogen Generation from Iron-Rich Rocks. University of Saskatchewan & University of Regina.
Henry Galvis Silva, Abubakar Isah, Ainash Shabdirova, Fabian Carrascal & Esuru Rita Okoroafor (2025) An Approach to Sustainable Hydrogen Generation From Stimulated Iron-Rich Ultramafic Rock. Journal Nature 2025.
Alexis S. Templeton, Eric Ellison, Peter B. Kelemen, James Leong, Eric S. Buyd, Deniel R. Colman & Juerg M. Matter (2024) Low-temperature hydrogen production and consumption in partially-hydrated peridotites in Oman: implications for stimulated geological hydrogen production. Frontier in Geochemistry Journal.
Lokesh Kumar Sekar, Esuru Rita Okoroafor, Axel Perwira Indro, Gyaubea Vida Matey-Korley & Chinaza Collins Ikeokwu (2025) Advancing Underground Hydrogen Storage: Geological Insights from Natural Hydrogen Occurrences in Porous Media. Geoenergy Science and Engineering Journal.
Egert et al. (2025) Numerical modeling of stimulated hydrogen production in ultramafic rocks. International Journal of Hydrogen Energy
Nguyễn Quốc Thập & Phùng Khắc Hoàn (2026). Hydro tự nhiên - Nguồn năng lượng sạch tiềm ẩn. Tạp chí PetroTimes 29/05/2026.

TS Nguyễn Quốc Thập - Chủ tịch Hội Dầu khí Việt Nam;

TS Phùng Khắc Hoàn - Tổng Giám đốc Công ty Big Energy,

Thành viên HĐQT Công ty Maxpower Mining