Trung Quốc tuyên bố có công nghệ 'mở khóa' kho băng cháy ở Biển Đông

Công trình nghiên cứu vừa đăng trên tạp chí Nature Communications mở ra khả năng khai thác thương mại các mỏ khí hydrate thiên nhiên khổng lồ – thường được gọi là “băng cháy” – nằm dưới đáy Biển Đông thông qua chuyển hóa khí methane (CH4) thành methanol (CH3OH) trong điều kiện ôn hòa.

Phương pháp này được phát triển bởi nhóm nghiên cứu đổi mới năng lượng sạch biển thuộc Đại học Hải Nam. Họ sử dụng chất xúc tác palladium kích thước nano, được thiết kế đặc biệt, giúp đạt hiệu suất chuyển hóa tới 99,7% ở mức nhiệt chỉ 70°C.

Khác với các quy trình công nghiệp truyền thống thường đòi hỏi nhiệt độ trên 800°C và áp suất cao – đồng thời gây thất thoát methane thành khí CO2 vô ích – hệ thống mới vận hành hiệu quả gần mức nhiệt phòng.

Nhóm nghiên cứu của Trung Quốc

Nhà nghiên cứu Đặng Bồi Lâm (Deng Peilin), thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Hàng hải của trường, giải thích: “Yếu tố then chốt chính là kỹ thuật tối ưu hóa cấu trúc bề mặt chất xúc tác. Chúng tôi thiết kế để vừa kích hoạt methane, vừa ngay lập tức giải phóng methanol trước khi nó bị oxy hóa quá mức”.

Cơ chế “giải phóng nhanh” này có được nhờ điều chỉnh các đặc tính điện của tinh thể palladium ở cấp độ nguyên tử, cho phép methanol tách ra ngay khi được hình thành.

Nghiên cứu bắt đầu từ năm 2020, hướng tới ưu tiên chiến lược của Trung Quốc: Khai thác nguồn năng lượng dưới đáy biển, đồng thời hỗ trợ mục tiêu đạt đỉnh phát thải carbon và trung hòa carbon. Ông Đặng cho biết “Mục tiêu của chúng tôi là cung cấp công nghệ cốt lõi phục vụ khai thác băng cháy ở Biển Đông”.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Thiên Tân Long (Tian Xinlong), khẳng định kết quả này “có tiềm năng ứng dụng thương mại và giá trị kinh tế cực kỳ to lớn”.

Ngay lập tức, giới tài chính đã nhận ra tầm quan trọng của bước tiến. Công ty dịch vụ tài chính Everbright Securities gọi đây là một “cột mốc”. Trong báo cáo, họ cho rằng kỹ thuật mới đã loại bỏ rào cản then chốt trong việc khai thác khí hydrate ở Biển Đông và dự đoán khai thác thương mại băng cháy có thể bắt đầu vào khoảng năm 2030. Everbright cũng nhận định đây sẽ là cơ hội tăng trưởng cho các doanh nghiệp trong lĩnh vực thiết bị khoan biển sâu, sản xuất methanol và chế tạo xúc tác chuyên dụng.

Tuy nhiên, từ phòng thí nghiệm đến sản xuất ngoài khơi vẫn còn nhiều trở ngại. Theo ông Đặng, những thách thức chính là mở rộng quy mô thiết kế lò phản ứng, phát triển thiết bị chịu được môi trường biển ăn mòn và sóng gió, đồng thời đảm bảo quá trình này có tính cạnh tranh về chi phí.

Lộ trình của nhóm đặt ra: xây dựng thiết bị trình diễn ở quy mô trung bình trong vòng 2 năm, đạt quy mô thương mại trong vòng 5 năm và đưa công nghệ ứng dụng rộng rãi khắp Biển Đông trong vòng một thập niên.

Methanol có tiềm năng ứng dụng rộng lớn ở hạ nguồn: là nguyên liệu nền tảng trong sản xuất nhựa, sơn, sợi tổng hợp, đồng thời cũng có thể trở thành nhiên liệu sạch cho tàu thuyền và phương tiện vận tải. Nhóm nghiên cứu đang trao đổi với Tập đoàn Dầu khí Ngoài khơi Quốc gia Trung Quốc (CNOOC) để ứng dụng thử nghiệm công nghệ, đồng thời tìm cách sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ methanol.

Hướng tới tương lai, nhóm kỳ vọng tỉnh Hải Nam sẽ trở thành trung tâm toàn cầu về công nghệ và sản xuất năng lượng biển sâu. Tận dụng lợi thế của một cảng thương mại tự do, họ dự kiến xây dựng chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh, từ khai thác – chuyển hóa – đến chế tạo.

Băng cháy là gì?

“Băng cháy” thực chất là tên gọi phổ biến của khí hydrate thiên nhiên (Natural Gas Hydrate – NGH). Đây là hợp chất rắn được hình thành khi các phân tử khí methane bị “giam giữ” trong cấu trúc mạng lưới của các phân tử nước, tạo thành dạng tinh thể giống hệt băng tuyết.

Khi mang ra ngoài môi trường thường, khối tinh thể này vừa tan chảy như băng, vừa bốc cháy dữ dội nếu gặp lửa – vì thế mới có tên là “băng cháy”. Thành phần methane trong băng cháy chiếm tới 90%, vốn chính là thành phần cơ bản của khí tự nhiên.

Băng cháy chỉ tồn tại ổn định ở nhiệt độ thấp và áp suất cao. Do đó, chúng thường được tìm thấy trong các lớp trầm tích biển ở độ sâu hàng trăm đến hàng nghìn mét dưới đáy đại dương hoặc ở các vùng đất vĩnh cửu băng giá (permafrost): như ở Siberia, Alaska, Canada.

Riêng tại Biển Đông, các khảo sát cho thấy dưới lớp trầm tích biển có trữ lượng băng cháy khổng lồ, được coi là một trong những nguồn năng lượng tiềm năng lớn nhất khu vực.

Các nhà khoa học ước tính trữ lượng băng cháy trên thế giới có thể gấp đôi tổng trữ lượng dầu mỏ, khí đốt và than đá cộng lại. Riêng khu vực Biển Đông được đánh giá là một trong những “điểm nóng” về trữ lượng, với khả năng cung cấp năng lượng khổng lồ cho các thế hệ sau.

Nếu khai thác được, băng cháy có thể trở thành nguồn năng lượng chiến lược, giúp giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu khí truyền thống, đồng thời mang lại lợi thế kinh tế và địa chính trị to lớn.

Thách thức trong khai thác

Tuy nhiên, việc khai thác băng cháy hiện vẫn vấp phải nhiều khó khăn. Trước hết là vấn đề công nghệ phức tạp để tách methane khỏi cấu trúc hydrate trong điều kiện đáy biển sâu, vừa đảm bảo hiệu quả vừa tránh sụt lún địa chất.

Tiếp theo là chi phí cao. Khai thác thử nghiệm đã được tiến hành ở Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, nhưng vẫn chưa đạt hiệu quả thương mại. Bên cạnh đó là nguy cơ môi trường vì methane là khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp hàng chục lần CO2. Nếu rò rỉ ra ngoài, nó có thể làm trầm trọng thêm biến đổi khí hậu.

Bùi Tú