Hidrógeno blanco o natural

Sin embargo ¿Sabías que también es posible encontrarlo naturalmente y en estado puro atrapado en formaciones geológicas?

El hidrógeno puro natural es un fenómeno menos común y mucho más desconocido, no explotado hasta la fecha. Es aquí, en sus reservas naturales, donde el hidrógeno ofrece un prometedor potencial como fuente de energía limpia y sostenible y es que, a diferencia del hidrógeno producido industrialmente, que actúa como un vector energético al almacenar y transportar energía de otras fuentes, el hidrógeno natural se presenta como una verdadera fuente de energía. Este se genera de manera autónoma a través de procesos geológicos, lo que le otorga la consideración de fuente primaria de energía renovable y sostenible.

En este artículo de AtlantHy Academy, hablaremos sobre el hidrógeno natural o blanco, un fenómeno desconocido y que puede ser enormemente útil en la descarbonización.

¿Dónde encontrar el hidrógeno natural?

A través de procesos geoquímicos y condiciones geológicas únicas, se forma hidrógeno natural. Hasta hace relativamente poco se creía que las reservas de hidrógeno no existían debido a la rapidez que tiene este de disiparse en el aire y la facilidad con la que reacciona, usualmente con el oxígeno, limitando así las posibilidades de encontrarlo como un gas libre. Además, no se disponía de las herramientas adecuadas, incluso hoy en día, solo algunos de los analizadores utilizados en la actualidad incluyen sensores de hidrógeno y aun así, no es posible estimar de forma acertada la concentración del hidrógeno presente en estos depósitos naturales.

Aunque no se puede estimar de forma fiable la cantidad de hidrógeno natural existente, los estudios geológicos muestran que está distribuido en zonas como cuencas petrolíferas, lechos de carbón, y zonas de subducción donde las condiciones geológicas favorecen su formación. Lugares como las ofiolitas y zonas de sutura, donde las placas tectónicas colisionan, son especialmente ricos en este recurso.

Reservas de hidrógeno natural

No existe una estimación fiable de la cantidad de hidrógeno que se ha formado o formará de forma natural, pero cada vez hay más proyectos dedicados a la investigación detallada de este recurso (cantidades, costes, ubicación de posibles reservas, entre otros) Dichos estudios evalúan el entorno geológico y los factores que favorecen la formación del hidrógeno natural. Se ha encontrado que está distribuido entre cuencas petrolíferas, sedimentos ricos en materia orgánica, lechos de carbón, zonas de fallas, intrusiones volcánicas, rocas ultramáficas (rocas ígneas con muy bajo contenido en sílice) con muy baja cristalización y estratos sedimentarios potásicos; destaquemos los casos donde hay una mayor probabilidad de encontrar hidrógeno natural:

Zonas de subducción submarina: Hay un constante suministro de agua y una exposición frecuente de esta al hierro debido al movimiento de las placas (factores asociados a la producción de hidrógeno)

Ofiolitas y zonas de sutura: Representan la subducción completa de una cuenca oceánica en la que colisionaron continentes.

También es posible reconocer filtraciones de hidrógeno ya que forman estructuras circulares conocidas como “fairy circles”. Son producto de las fugas del hidrógeno fugándose a la atmósfera (Andrey Myagkiy, 2020). En Aragón, por ejemplo, se ha confirmado la presencia de un gran depósito de hidrógeno debajo de los Pirineos.

Ilustración 2. Depósitos y fairy circles conocidos y ubicados hoy en día (Rubén Blay-Roger, 2024)

Origen del hidrógeno natural

La formación de hidrógeno natural puede involucrar diversos procesos, te los describimos a continuación:

Serpentinización: Involucra la reacción de agua con materiales ferrosos de bajo contenido en sílice (Rubén Blay-Roger, 2024). Dependiendo de las condiciones, el hidrógeno generado se puede quedar atrapado entre rocas impermeables que le impiden ser liberado a la atmósfera formando así un yacimiento. Este proceso también es conocido como la alteración hidrotérmica de la peridotita, y puede ocurrir a temperaturas bajas, pero a velocidades más lentas y a medida que este proceso se aleja del eje de expansión del fondo marino, el hierro ferroso se oxida por completo, generando así una mayor cantidad de hidrógeno siempre y cuando el lixiviado de oxígeno se agote.

La descripción general del proceso viene dada por:

Radiólisis: La radiación liberada por elementos radioactivos presentes en rocas marinas cómo uranio, torio y potasio (radiación tipo a, b y g) excitan las moléculas de agua, lo que produce radicales libres de hidrógeno por lo que se descompone el enlace H-O y se forman radicales hidrógeno e hidroxilos. Luego, dos radicales de hidrógeno reaccionan entre ellos formando hidrógeno:

Este fenómeno tiene lugar a temperaturas y presiones en las cuales el agua es estable, sin importar si está en forma sólida, gaseosa o como sales hidratadas.

Fractura: Las rocas, al fracturarse, rompen a su vez enlaces químicos y generan radicales libres que reaccionan con el agua:

Los esfuerzos mecánicos disocian en el enlace covalente Si-O en minerales silicatos dando lugar a radicales libres, producto de una ruptura homolítica y otros de ruptura heterolítica. Poniendo un poco de atención, podrás evidenciar que la primera especie tiene una superficie libre de carga, mientras que la segunda ofrece radicales cargados, la diferencia de radicales caracteriza a las superficies (superficies especiadas) que son capaces de recombinarse para formar enlaces de siloxano o reaccionar con agua, de forma que, consecuentemente, se libera hidrógeno como producto secundario. Este hidrógeno se genera cuando las fallas tectónicas están activas, por lo que, de ser ese el caso, la producción es continua, mientras que en aquellas placas no deslizantes es esporádica y está limitada al deslizamiento de las placas. No está restringido a el caso de las placas tectónicas, dos rocas que contengan silicatos pueden generan hidrógeno si chocan entre ellas, de la misma manera y dado que hay otros procesos que también provocan la fragmentación de rocas (gelifracción, intrusión salina, encogimiento térmico, entre otros) es probable que se esté generando hidrógeno continuamente. Sin embargo, se desconoce la eficiencia de estos procesos.

Gas volcánico o desgasificación del magma: Existe un equilibrio en los sistemas magmáticos entre el oxígeno y el hidrógeno, este equilibrio se ve fuertemente desplazado hacia la derecha ante altas temperaturas (~1200ºC), indicador de un alto contenido de hidrógeno.

Meteorización de la corteza terrestre: A medida que el agua del mar se enfría, la corteza terrestre cambia, favoreciendo las siguientes reacciones, dando lugar a la producción natural de hidrógeno:

Alteración de basalto a alta temperatura: La modificación de la corteza oceánica debido al agua de mar a altas temperaturas cambia la mayoría de los silicatos ferrosos a minerales ferrosos, mientras que, una pequeña fracción se convierte en minerales ferrosos para luego dar lugar al hidrógeno:

Se desconoce la profundidad a la cual los fluidos hidrotérmicos penetran en la corteza oceánica, un muestreo indica que la corteza superior cambia, mientras que la inferior permanece igual.

Interacciones entre la lava y el mar: La lava acojinada y el agua de mar reaccionan y producen hidrógeno de la siguiente forma:

Cristalización: El agua disuelto en el magma oxida el hierro, dando lugar a la producción de hidrógeno:

Formación de pirita: Durante la formación inorgánica de pirita e , que posiblemente toma lugar a altas temperaturas en la boca de las dorsales mediocénicas, la pirita contenida en el fondo marino y en los depósitos de dicho dorsal precipita a partir de los fluidos hidrotermales con reacciones químicas:

Ilustración 3. Descripción gráfica de los orígenes del hidrógeno natural, (a) Serpentinización, (b) Radiolisis , (c) Fractura de rocas, (d) Desgasificación del magma.

¿Qué esperar a futuro?

Es necesario realizar más investigación al respecto para así evaluar de forma precisa el potencial de este recurso, poder estimar la localización de depósitos, la concentración y cantidad disponibles, así como la velocidad a la que se genera, son sólo algunos de los aspectos de interés ligados a ese potencial.

Es de gran importancia cerciorarse de la durabilidad de las reservas a la vez que se desarrollan y mejoran los procesos biotecnológicos. Partiendo de que se conoce la existencia de microorganismos capaces de producir hidrógeno y algunos han sido aislados para ser estudiados con el fin de conocer si es posible explotar dicha capacidad a gran escala. Un profundo análisis fenotípico y genotípico podría proporcionar la información necesaria para dar con sus condiciones óptimas de trabajo, así como saber si hay alguna forma de aumentar su producción.

La extracción de este tipo de hidrógeno está aún en sus etapas tempranas, puede realizarse empleando la tecnología ya existente para la extracción de gas natural, por lo que el hidrógeno natural tiene el potencial de convertirse en una fuente significativa de este vector energético.

Referencias

Andrey Myagkiy, I. M. (2020). Space and time distribution of subsurface H2 concentration n so-called “fairy circles”: Insight from a conceptual 2-D transport model. BSGF-Earth Sciences Bulletin , 1-13.

Lu Wang, Z. J. (2023). The Origin and Occurrence of Natural Hydrogen. MDPI, 19.

Rubén Blay-Roger, W. B. (2024). Natural hydrogen in the energy transition: Fundamentals, promise, and enigmas. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 9.