Phát hiện 'kho báu' khổng lồ đủ dùng 17 tỷ năm, đội ngũ chuyên gia lập tức huy động công nghệ cao 'khoan thủng' lòng đất để tiếp cận

Sâu dưới lớp đất khô cằn của sa mạc Utah, vào đầu mùa xuân năm nay, một giàn khoan dầu đã xuyên thủng lòng đất với tốc độ đáng kinh ngạc. Những mũi khoan đã xé toạc lớp đá granite với tốc độ khoảng 90 mét mỗi giờ.

Chỉ sau 16 ngày, giếng khoan hoàn tất – kéo dài gần 5km về phía lõi Trái Đất, nơi nhiệt độ có thể lên tới 260 độ C và nơi từng là “kho báu” của nhiên liệu hóa thạch. Nhưng dự án này không tìm dầu hay khí đốt. Thay vào đó, nó tìm kiếm một nguồn năng lượng sạch thế hệ mới.

Từ dầu khí sang địa nhiệt

Fervo Energy – công ty có trụ sở tại Houston, đang dẫn đầu dự án – là một trong nhiều doanh nghiệp áp dụng các kỹ thuật tiên tiến từ ngành dầu khí để khoan sâu vào lòng đất, nhằm khai thác nhiệt lượng từ đá nóng. Mục tiêu: Biến địa nhiệt thành nguồn năng lượng sạch dồi dào có thể sử dụng ở bất kỳ đâu trên hành tinh này.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), địa nhiệt thế hệ mới có tiềm năng đáp ứng nhu cầu điện toàn cầu gấp 140 lần hiện tại. Đây cũng là một trong số ít các dạng năng lượng sạch có thể được chấp nhận bởi chính quyền Tổng thống Donald Trump – vốn có xu hướng ưu ái nhiên liệu hóa thạch.

Tuy nhiên, con đường phía trước còn đầy rẫy thách thức: Chi phí cao, kỹ thuật phức tạp, nguy cơ gây động đất khi khoan sâu vào lòng đất.

Dù vậy, các nhà ủng hộ khẳng định địa nhiệt có thể tạo nên bước ngoặt lớn. Nhưng để làm được điều đó, ngành này cần học cách khoan sâu hơn, nhanh hơn và rẻ hơn – trong bối cảnh cuộc khủng hoảng khí hậu ngày càng leo thang.

Địa nhiệt đã được con người sử dụng hàng ngàn năm – từ nấu ăn, tắm rửa cho đến sưởi ấm và sản xuất điện. Đây là nguồn năng lượng sạch lý tưởng: Gần như vô hạn và có thể khai thác 24/7.

Ngược lại, năng lượng mặt trời và gió tuy rẻ nhưng không ổn định, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Địa nhiệt nếu khai thác hiệu quả có thể trở thành nguồn “nền tảng” hỗ trợ cho các nguồn năng lượng tái tạo này, đặc biệt khi nhu cầu điện đang bùng nổ do AI và các trung tâm dữ liệu.

Thách thức lớn

Địa nhiệt truyền thống cần những mạch nước hoặc hơi nước tự nhiên nằm sâu dưới lòng đất và các lớp đá phải đủ rỗng để dòng nước luân chuyển, hấp thụ nhiệt và được bơm lên mặt đất. Tuy nhiên, điều kiện địa chất này rất hiếm, chỉ có ở một số nơi như Trung Quốc, Iceland, Kenya hay một số bang tại Mỹ. Hiện tại, địa nhiệt chỉ chiếm chưa tới 1% nguồn điện toàn cầu.

Địa nhiệt thế hệ mới hứa hẹn sẽ vượt qua rào cản đó. Chỉ cần nhiệt – phần còn lại có thể tạo nhân tạo.

Fervo sử dụng phương pháp gọi là “địa nhiệt tăng cường” (enhanced geothermal). Họ khoan hai giếng sâu, đầu tiên theo chiều dọc, sau đó mở rộng theo chiều ngang. Tiếp đó, họ bơm chất lỏng với áp suất cao vào để tạo ra các vết nứt trong đá – quá trình này rất giống kỹ thuật “fracking” dùng trong khai thác dầu khí.

Nước được bơm xuống một giếng, đi qua các khe nứt để hấp thụ nhiệt, rồi được bơm trở lại mặt đất qua giếng còn lại.

Từ những năm 1970, Mỹ đã thử nghiệm công nghệ này tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (New Mexico) và chứng minh có thể thu nhiệt từ các khe nứt dưới lòng đất, theo giáo sư Jefferson Tester từ Đại học Cornell – người từng tham gia dự án. Nhiều thập kỷ sau, hai dự án tại miền tây nam Utah đang tiếp bước – với công nghệ hiện đại hơn.

Đột phá tại Utah

Dự án nghiên cứu Utah FORGE – trị giá 300 triệu USD và được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ khởi động năm 2014 với mục tiêu “tạo ra các hồ chứa địa nhiệt ở những nơi không có sẵn”, theo Giáo sư Joseph Moore, nhà địa chất học Đại học Utah và trưởng dự án.

Tháng 4 năm 2024, FORGE đánh dấu bước ngoặt khi lần đầu tiên tuần hoàn thành công nước qua lớp đá sâu 2,5km và đưa nước nóng trở lại mặt đất. Ngay bên cạnh, Fervo đã tận dụng kinh nghiệm từ FORGE. Năm 2023, họ hoàn thành cơ sở thí điểm thương mại tại Nevada, đã đưa điện vào lưới quốc gia.

Hiện tại, Fervo đang xây dựng “nhà máy địa nhiệt thế hệ mới lớn nhất thế giới” tại Utah, theo CEO Tim Latimer. Mục tiêu của họ là cung cấp 100 megawatt điện từ địa nhiệt vào năm 2026, và nâng lên 500 megawatt vào 2028 – đủ cho hơn 375.000 hộ dân.

Fervo tin rằng công nghệ của họ có thể mở rộng địa nhiệt lên hàng trăm gigawatt, bắt đầu từ miền Tây nước Mỹ (nơi nhiệt độ cao hơn ở độ sâu thấp hơn), sau đó tiến về phía Đông. Họ đã ký hợp đồng cung cấp điện cho các trung tâm dữ liệu của Google và có 600 megawatt hợp đồng mua bán điện với các đơn vị như Cal Edison.

Giáo sư Tester cho rằng tiến bộ của Fervo rất đáng chú ý: “Không rẻ chút nào, nhưng nếu họ thành công, đây sẽ là bước tiến lớn”.

Tuy nhiên, địa nhiệt tăng cường còn nhiều trở ngại: Cần giảm chi phí, nâng cao năng lực khoan trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, và giải quyết vấn đề sử dụng nước. Mặc dù diện tích chiếm đất nhỏ hơn so với năng lượng mặt trời hay gió, đây vẫn là hoạt động công nghiệp quy mô lớn với xe tải và giàn khoan.

Một trong những mối quan ngại lớn nhất là động đất. “Nếu khoan một giếng rồi bơm chất lỏng áp suất cực cao vào và làm vỡ nhiều lớp đá, điều đó chắc chắn sẽ được cảm nhận trên bề mặt”, theo Giáo sư địa chất Gillian Foulger, Đại học Durham.

Thảm họa năm 2017 tại Pohang, Hàn Quốc – nơi một trận động đất 5,5 độ richter được cho là do một dự án địa nhiệt tăng cường gây ra vẫn là bài học nhãn tiền. Hơn 100 người bị thương, hàng nghìn người mất nhà cửa.Tuy vậy, nhiều chuyên gia cho rằng rủi ro động đất lớn là rất thấp. “Vẻ đẹp của hệ thống địa nhiệt là bạn có thể giám sát địa chấn liên tục. Tôi tin rằng rủi ro có thể kiểm soát”, Tester nói.

Giải pháp không cần fracking

Một số công ty khác đang theo đuổi công nghệ không dùng fracking để giảm thiểu rủi ro địa chấn.

Tập đoàn Eavor của Canada đang xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên tại Geretsried, Đức. Công nghệ của họ giống như một “bộ tản nhiệt khổng lồ dưới lòng đất”. Họ khoan hai giếng sâu, nối chúng lại trong lòng đất theo dạng vòng khép kín, cho phép nước tuần hoàn qua hệ thống, hấp thụ nhiệt và quay lại mặt đất.

Chi phí vận hành thấp, rủi ro địa chấn gần như không có. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cực kỳ cao do cần nhiều đoạn ống dài và sâu. “Việc khoan như vậy rất tốn kém”, Moore nói.

Winsloe, Phó Chủ tịch Eavor, thừa nhận khó khăn nhưng tin tưởng: “Nếu bài toán kinh tế hợp lý, đây có thể là cuộc cách mạng mà chúng ta đang tìm kiếm”.

Công ty Quaise Energy tại Massachusetts đang phát triển công nghệ khoan sâu hơn 10km để đạt nhiệt độ hơn 480 độ C, bằng cách bốc hơi đá đặc. Thiết bị gyrotron của họ tạo ra sóng năng lượng cực mạnh, truyền qua ống kim loại xuống sâu trong lòng đất và đốt cháy đá bằng nhiệt lên tới 2.000 độ C.

Họ đang thử nghiệm tại Texas và hy vọng sẽ khoan các giếng quy mô đầy đủ vào năm 2028. Mục tiêu là khoan sâu 10 km chỉ trong 100 ngày, theo đồng sáng lập Matthew Houde. So sánh: Giếng khoan sâu nhất thế giới – Kola ở Nga, hoàn thành năm 1992 – sâu 12km và mất tới hai thập kỷ.

Tuy nhiên, nhiều người còn hoài nghi. “Quaise chưa có nhiều minh chứng thực địa. Họ đưa ra những tuyên bố rất táo bạo, và tôi không chắc họ sẽ thực hiện được”, Tester nói.

Hiện tại, mọi ánh mắt đang hướng về các công ty đang chạy đua thương mại hóa địa nhiệt thế hệ mới. Tuy nhiên, một số chuyên gia vẫn thận trọng. Giáo sư Gillian Foulger – người có 40 năm làm việc trong ngành – nói: “Năm nào cũng nghe người ta tuyên bố đột phá. Tôi đã nghe điều đó suốt 20 năm nay”.

Bà tin rằng địa nhiệt vẫn cần thêm hai thập kỷ nữa để thực sự trở thành ngành thương mại. Nhưng nếu thành công, “lợi ích mang lại sẽ rất đáng kể”. Fervo tất nhiên lạc quan hơn. “Tốc độ đổi mới công nghệ trong ngành này đang vượt xa kỳ vọng”, CEO Latimer nói. Và cơ hội là quá lớn để bỏ qua: “Chỉ với lượng nhiệt có sẵn trong lòng đất, chúng ta có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhân loại trong...17 tỷ năm”.

Tham khảo CNN

>> Phát hiện 'kho báu' khủng chứa 17 loại khác nhau ẩn sâu trong hồ nước, giới khoa học lập tức huy động công nghệ cao để khai thác triệt để