En la búsqueda de fuentes de energía más nuevas y más limpias, está surgiendo un recurso en gran parte inexplorado: el hidrógeno natural.
A diferencia del hidrógeno producido por procesos industriales, el hidrógeno natural se forma mediante reacciones geológicas que ocurren normalmente dentro de la corteza terrestre, lo que significa que no cuesta nada fabricarlo —aunque cuesta algo extraerlo— y no emite dióxido de carbono ni otros contaminantes causados por el ser humano.
Hoy en día, el hidrógeno se utiliza principalmente en el refinado de petróleo, la producción de amoníaco como fertilizante y para la fabricación de metanol, que puede ser un combustible y un ingrediente en los plásticos. Las tecnologías emergentes están haciendo del hidrógeno un combustible viable para coches, aviones, barcos y fábricas. Se prevé que la demanda de hidrógeno en todo el mundo crezca de alrededor de 90 millones de toneladas métricas en 2022 a más de 500 millones de toneladas métricas para 2050. Parte de ese suministro podría provenir también de la propia naturaleza.
Para describir cada fuente de hidrógeno, investigadores energéticos como yo y la industria energética en general usamos una gama de colores. En general, el hidrógeno “gris” y “azul” se produce quemando combustibles fósiles, siendo el hidrógeno azul que incorpora tecnología que captura el dióxido de carbono producido en el proceso para reducir las emisiones. El hidrógeno “verde” proviene de la electrólisis alimentada por energías renovables, utilizando electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno “blanco” o “dorado” se encuentra naturalmente bajo tierra y puede extraerse directamente con un procesamiento mínimo.
Cómo se forma el hidrógeno natural
El hidrógeno natural se origina a partir de varios procesos geológicos. El mecanismo más estudiado es la serpentinización, una reacción en la que el agua interactúa con rocas ricas en hierro conocidas como ultramáficos, liberando gas hidrógeno.
La serpentinización ocurre en diversos entornos alrededor del mundo, incluyendo dorsales oceánicas y formaciones continentales como el Rift del Medio Continente en Norteamérica, una banda de rocas mayormente ígneas con algunas rocas sedimentarias mezcladas, que se extiende desde Minnesota a través de la región del Lago Superior y hacia el sur en dirección a Kansas.
Otro proceso, la formación de hidrógeno termogénico, ocurre en cuencas sedimentarias profundas cuando el material orgánico se descompone a altas temperaturas, aproximadamente entre 480 y 930 grados Fahrenheit (250 a 500 grados Celsius). Estas reacciones también pueden producir hidrógeno junto con otros gases, como metano o nitrógeno.
Debido a que estos procesos ocurren a lo largo de millones de años, el uso de hidrógeno natural generalmente requiere mucha menos energía que métodos artificiales como la electrólisis, que consume aproximadamente 50 kilovatios-hora de electricidad por kilogramo de hidrógeno producido, suficiente para alimentar una casa media durante uno o dos días, y más de la energía que puede proporcionar un kilogramo de hidrógeno. El hidrógeno natural ya se fabrica, solo hay que recogerlo.
La ciencia y la búsqueda
Investigadores y empresas de exploración están desarrollando métodos similares a los utilizados en la exploración de petróleo y gas para localizar posibles acumulaciones de hidrógeno. Están estudiando tres tipos de formaciones geológicas:
- Filtración enfocada, donde el hidrógeno se filtra de forma natural a través de grietas y fallas. Suele alcanzar la superficie y dispersarse rápidamente, lo que dificulta la captura a gran escala.
- Las capas de carbón, donde el hidrógeno se une a las capas de carbón, ofrecen mayor densidad potencial pero presentan dificultades para la extracción. El hidrógeno debe separarse primero del carbón y luego fluir a través de capas rocosas compactas hasta el punto de extracción.
- Los sistemas de depósito-trampa-sellado, comparables a las formaciones rocosas que atrapan gas natural bajo tierra, se consideran los más prometedores para la producción comercial porque pueden concentrar grandes volúmenes de hidrógeno en estructuras bien definidas y perforables. Sin embargo, siguen sin demostrarse en la práctica: la idea básica está bien establecida y los geólogos tienen una buena idea de dónde podrían ocurrir esas formaciones, pero aún carecen de datos detallados sobre cuánto hidrógeno contienen realmente estas formaciones y lo fácil que sería extraerlo.
Reservas enormes – en algún lugar
El Servicio Geológico de EU estima que podría haber más de 5 billones de toneladas métricas de hidrógeno geológico bajo tierra en todo el mundo. Pero solo una pequeña fracción de eso se estima que puede recuperarse, tanto técnicamente como en términos de costes razonables.
Sin embargo, incluso el 2% de ese total sería más que todas las reservas probadas de gas natural del planeta, y suficiente para satisfacer la demanda proyectada para los próximos 200 años, incluso teniendo en cuenta el aumento del consumo.
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Toda esa reserva se ha acumulado a lo largo de miles de millones de años. La Tierra produce de forma natural entre 15 y 31 millones de toneladas métricas de hidrógeno natural cada año, menos del 1% de la cantidad que se espera que se necesite cada año para 2050. Pero solo una fracción de eso probablemente se capturará de forma eficiente.
Por tanto, el hidrógeno geológico probablemente se considere mejor como una fuente muy grande pero finalmente finita de energía baja en carbono que puede complementar sustancialmente, pero no reemplazar, otras fuentes de energía, incluidos varios métodos de producción de hidrógeno.
Puntos calientes globales
Actualmente, solo un yacimiento de hidrógeno, en la aldea de Bourakébougou en Malí, produce hidrógeno natural comercialmente, suministrando decenas de toneladas de hidrógeno al año para abastecer la aldea.
Sin embargo, el número de empresas que exploran hidrógeno natural ha aumentado rápidamente, pasando de unas 10 en 2020 a unas 40 a finales de 2023, según Rystad Energy y informes gubernamentales y de laboratorios de investigación relacionados.
Aparte de ese campo en Malí, la exploración se concentra en Estados Unidos, Australia, Canadá y varios países europeos.
En Estados Unidos, el Proyecto Nemaha de HyTerra en Kansas ha confirmado concentraciones de hidrógeno subterráneo que superan el 90% de hidrógeno y el 3% de helio. Cuanto mayor sea la concentración de hidrógeno, más eficiente y rentable es recuperarla. HyTerra también está explorando otras zonas del Medio Oeste y las Montañas Rocosas.
Barreras técnicas
Transformar el hidrógeno geológico en una fuente de energía comercial presenta desafíos científicos y técnicos difíciles. Detectar y medir el hidrógeno bajo tierra es difícil debido a su pequeño tamaño molecular y su reactividad con otros elementos en las rocas.
Y si lo que se encuentra son bajas concentraciones de hidrógeno mezclado con grandes cantidades de otros gases, puede ser costoso, incluso prohibitivo, separar y purificar el hidrógeno antes de que pueda ser utilizado.
Economía y eficiencia
La promesa económica del hidrógeno natural reside en su simplicidad.
Dado que los procesos geológicos ya realizaron el trabajo de producción, las primeras estimaciones sugieren que los costes de extracción podrían ser una décima parte de los costes de producción de otras técnicas tradicionales de generación de hidrógeno, o incluso menos.
Pero esas cifras se basan en las pequeñas cantidades de hidrógeno encontradas hasta ahora y puede que no representen un rendimiento futuro a gran escala. Producir lo suficiente para satisfacer la demanda comercial requerirá descubrir grandes acumulaciones de alta calidad.
Como señaló un grupo de investigación líder, “Esto no es una fiebre del oro.” Es una exploración cuidadosa de la evidencia científica que podría conducir, con el tiempo, a una fuente de energía abundante, libre de carbono y continua que complemente otras fuentes renovables.
*Promise Longe es candidato a doctorado en Ingeniería Química y Petrolera en la Universidad de Kansas.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation/Reuters
