El potencial del hidrógeno “geológico” en la energía de la siguiente generación

Previamente pasada por alto, una potencial fuente geológica podría aumentar la capacidad de renovación energética y reducir la huella de carbono en los proyectos de energía de Estados Unidos: el hidrógeno natural.

El hidrógeno, tal vez lo recuerde de sus días de escuela, es un gas. Se considera el combustible más limpio, pues al quemarlo solo se produce calor y agua pura. Los ingenieros incluso han creado una forma de usarlo para generar electricidad en una celda de combustible de hidrógeno. En resumen, esto funciona porque la celda de combustible une hidrógeno y oxígeno para producir agua, generando electricidad en el proceso.

Aunque su uso principal como fuente de energía en la actualidad es el combustible para cohetes, se espera que el hidrógeno desempeñe un papel importante en los sistemas energéticos del futuro. Puede ofrecer una solución para reducir la huella de carbono de los procesos que no pueden electrificarse fácilmente, como los vuelos de larga distancia y la calefacción industrial. El problema es que la gran mayoría del hidrógeno se fabrica con gas natural a través de un proceso que consume energía y libera grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera.

Los científicos saben desde hace algún tiempo que el hidrógeno también se produce de forma natural, siendo generado a través de procesos geológicos. Aprovechar las fuentes naturales eliminaría el problema de la fabricación de hidrógeno, porque no liberaría esas grandes cantidades de carbono a la atmósfera. Solo hay un problema: hay poca información científica disponible sobre cuánto hidrógeno hay o dónde se puede encontrar.

Una perspectiva global

Para tener una idea de la cantidad de hidrógeno que la Tierra puede estar almacenando, el geólogo investigador del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), Geoffrey Ellis, solicitó la ayuda de su colega del Programa de Recursos Energéticos, Sarah Gelman, para desarrollar un modelo de recursos global.

Antes de que pudieran usar un modelo para estimar la cantidad de hidrógeno disponible, tenían que avanzar en la comprensión científica sobre el comportamiento del hidrógeno en el subsuelo. La pareja utilizó el conocimiento existente de análogos como el gas natural para llenar los vacíos en el conocimiento existente y desarrollar su modelo de hidrógeno.

“Usando un rango conservador de valores de entrada, el modelo predice un volumen medio de hidrógeno que podría satisfacer la demanda mundial de hidrógeno proyectada durante miles de años”, dijo Ellis.

Tomando lecciones del petróleo y el gas

Para comenzar a comprender el potencial de acumulación de hidrógeno, los científicos necesitan un mejor modelo geológico para comprender cómo se forma el hidrógeno, de dónde proviene dentro de las capas de roca y dónde termina. Ellis señala: "Somos afortunados de no comenzar desde cero aquí". Basándose en su experiencia en geología del petróleo, está trabajando para crear un modelo que utilice el enfoque del sistema petrolero.

El sistema petrolero es un modelo conceptual diseñado para comprender la ocurrencia de petróleo dentro de las cuencas geológicas. Ha sido utilizado por geólogos petroleros durante décadas para guiar de manera efectiva la exploración de petróleo y gas y para derivar evaluaciones precisas de los recursos petroleros no descubiertos.

El sistema de hidrógeno

Para adaptar el modelo del sistema petrolero para las acumulaciones de hidrógeno, los geólogos deben identificar cómo se forma el hidrógeno natural dentro de las capas de roca, qué tipos de procesos naturales podrían afectar el hidrógeno una vez formado y cómo el hidrógeno puede quedar atrapado en las capas de roca a lo largo de su camino hacia la superficie.

Los geólogos ya saben que hay docenas de procesos naturales que generan hidrógeno, pero comprender el potencial del recurso de hidrógeno requiere identificar cuáles de esos mecanismos son capaces de generar grandes cantidades de gas. Uno de esos procesos en los que los científicos generalmente están de acuerdo ocurre cuando el agua subterránea interactúa con minerales ricos en hierro como el olivino. (El olivino es un silicato de magnesio y hierro que tiene un tono verde similar al de las aceitunas). Esta interacción puede hacer que el agua se reduzca a oxígeno, que se une al hierro en los minerales, e hidrógeno, que luego se escapa a la roca circundante.

Una vez que se ha formado hidrógeno, una variedad de procesos naturales pueden consumir el gas. En particular, muchos microbios sobreviven con hidrógeno, y los microbiólogos ahora han descrito una biosfera vasta y profunda alimentada por hidrógeno. Además, el proceso por el cual se forma el petróleo a partir de rocas ricas en materia orgánica consume cualquier hidrógeno disponible. Esta es una de las razones por las que el hidrógeno rara vez se encuentra con gases de hidrocarburos como el metano o el propano.

Cualquier hidrógeno que no sea consumido por estos procesos puede llegar a rocas porosas, donde podría formar una acumulación de gas. Pero para que la acumulación persista, debe estar presente una roca de sellado efectiva para mantener el gas en su lugar. Durante décadas, los geocientíficos han asumido que las rocas-sello podrían no contener efectivamente las acumulaciones de hidrógeno, porque el pequeño tamaño del hidrógeno le permitiría escapar incluso a través de las rocas más compactas. Sin embargo, los estudios muestran que el diámetro de una molécula de dos átomos de hidrógeno es aproximadamente igual al de un solo átomo de helio y que es probable que los dos gases queden atrapados en capas de roca similares. Se conocen acumulaciones de helio que se han conservado durante 100 millones de años, por lo que es razonable suponer que el hidrógeno podría quedar atrapado durante períodos de tiempo similares.

Los científicos del USGS están incorporando todos estos factores en su modelo, lo que mejorará la comprensión del potencial de recursos del hidrógeno natural en la Tierra.

¿Qué sigue para la ciencia?

Los próximos pasos incluyen la publicación del potencial de recursos globales y los modelos del sistema de hidrógeno, así como la publicación de un mapa preliminar de las áreas que tienen más probabilidades de contener recursos geológicos de hidrógeno. Pero hay más trabajo por hacer más allá de eso. El USGS está dirigiendo los esfuerzos de investigación en curso para desarrollar herramientas y estrategias de exploración que mejorarán nuestra comprensión de este recurso energético previamente no reconocido para ayudar a satisfacer las necesidades energéticas futuras de la nación.

Fuente: USGS

* Versión condensada traducida por Mundo Minero