Nga tìm ra cách khai thác "kho báu năng lượng" cực kỳ an toàn ở Bắc Cực
Các kỹ sư từ Đại học Bách khoa Quốc gia Perm (Nga) - dẫn đầu, hợp tác cùng đồng nghiệp Trung Quốc và Ả Rập Xê Út - vừa phát triển một mô hình máy tính tiên tiến, giúp ngăn chặn nguy cơ sụp đổ giếng khoan khi khai thác "băng lửa" – một nguồn năng lượng tiềm năng khổng lồ tại Bắc Cực, truyền thông Nga đưa tin ngày 8/4.
Băng lửa (còn có tên khác nhau như băng cháy, khí hydrate, hay hydrat metan) là dạng hợp chất đặc biệt trong đó phân tử metan bị "nhốt" bên trong mạng lưới tinh thể nước.
Chỉ 1 mét khối băng lửa thôi đã có thể giải phóng tới 180 mét khối khí metan (CH4) - một con số ấn tượng giúp băng lửa trở thành nguồn năng lượng tiềm năng khổng lồ của nhân loại.
Nhiều quốc gia đang đầu tư mạnh nghiên cứu để hướng tới thương mại hóa băng lửa vào cuối thập niên 2020 – đầu 2030.
Đây là nguồn khí phi truyền thống lớn nhất hành tinh. Khí metan từ băng lửa sạch hơn than và dầu (phát thải CO2 thấp hơn), giúp chuyển tiếp từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo, đồng thời hỗ trợ mục tiêu Net Zero.
Trữ lượng lớn nhất của loại "kho báu" này nằm ở khu vực Bắc Cực, vùng đất đóng băng vĩnh cửu và đáy đại dương.
Nga hiện sở hữu hàng trăm mỏ băng lửa, thuộc nhóm những mỏ lớn nhất thế giới, trải dài từ biển Barents đến biển Chukotka, cùng các vỉa chứa phong phú tại Yakutia và Tây Siberia.
Nguồn ảnh minh họa: Freepik
Thông thường, khi khoan giếng, các kỹ sư phải bơm dung dịch xi măng pha polymer vào để gia cố thành giếng. Tuy nhiên, nước chứa các chất phụ gia này sẽ thấm vào đá và phá hủy các hydrat trước khi xi măng kịp đông cứng.
Để khắc phục bài toán này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình mô phỏng ảo của quá trình khai thác: Mô hình tái tạo lại quá trình tiếp xúc giữa dung dịch xi măng và khí hydrate dưới các điều kiện thực tế ở đáy biển Bắc Cực với áp suất từ 5 đến 10,5 MPa; nhiệt độ tương ứng với điều kiện đáy đại dương khắc nghiệt; và nồng độ polymer dao động từ 0,5% đến 1,5%.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm 22 hệ thống phân tử ở áp suất từ 5 đến 10,5 MPa. Nhóm amit được phát hiện là nhóm gây hại nhất:
Ở nồng độ 1,5%, chúng làm giảm nhiệt độ ổn định của hydrat xuống gần 3°C. Sự kết hợp giữa nhóm nitơ và nhóm axit thậm chí còn nguy hiểm hơn, với mức giảm lên tới 3,56°C. Ngược lại, các phụ gia chứa lưu huỳnh được đánh giá là ít gây hại nhất.
Nhìn chung, mô hình mới hoạt động giống như một "máy tính bỏ túi thông minh" dành cho kỹ sư. Chỉ cần nhập thành phần dung dịch xi măng vào, chương trình sẽ ngay lập tức cảnh báo liệu có nguy cơ làm phân hủy hydrate hay không. Nếu phát hiện rủi ro, hệ thống sẽ tự động đề xuất thay thế bằng các thành phần an toàn hơn.
Nhờ công cụ này, việc khai thác băng lửa ở Bắc Cực trở nên an toàn và hiệu quả hơn nhiều, mở ra triển vọng lớn cho việc khai thác nguồn năng lượng sạch và dồi dào trong tương lai gần.
"Kho báu năng lượng" chưa từng được thế giới khai thác quy mô lớn
Theo nghiên cứu năm 2025 của Viện Nghiên cứu Địa chất và Tài nguyên Khoáng sản Đại dương Thế giới toàn Nga, tổng cộng 203 mỏ khí hydrat đã được xác định và tính đến trong vùng đặc quyền kinh tế của Liên bang Nga thuộc các biển Barents, Laptev, Đông Siberia, Bering, Okhotsk... Tổng thể tích các mỏ khí hydrat trong các vùng biển của Nga và hồ Baikal ước tính là 520 nghìn tỷ km³.
Một khối băng lửa được lấy ở độ sâu 1.200 mét dưới đáy biển. Ảnh: Ảnh: Wusel007/Wikimedia Commons
Dẫu có tiềm năng năng lượng khổng lồ nhưng trên thế giới cho đến nay băng lửa hiện vẫn chưa được khai thác và sản xuất quy mô lớn. Toàn cầu chỉ mới thực hiện được các thử nghiệm sản xuất quy mô nhỏ. Các trữ lượng được công bố chủ yếu là tài nguyên tiềm năng hoặc kỹ thuật có thể thu hồi, chưa đạt mức có thể khai thác có lãi ở quy mô công nghiệp.
Việc chuyển đổi các trữ lượng này thành năng lượng có thể bán được vẫn là một thách thức kỹ thuật và kinh tế lớn. Bởi quá trình khai thác đòi hỏi kỹ thuật cao và tiềm ẩn nhiều rủi ro, bao gồm gây mất ổn định đáy biển, thiệt hại môi trường hoặc phát tán khí metan không kiểm soát - đây vốn một loại khí nhà kính mạnh.
Với nghiên cứu mới của Nga, Trung Quốc và Ả Rập Xê Út trong cách khai thác băng lửa an toàn có thể mở ra tương lai đầy triển vọng khi khai thác nhiên liệu hóa thạch phi truyền thống này một cách thân thiện với môi trường và hiệu quả trong tương lai.
