Para evitar los peores efectos del cambio climático, será necesario capturar y almacenar miles de millones de toneladas métricas de dióxido de carbono generado industrialmente para finales de este siglo. Un lugar donde se almacena una cantidad tan enorme de gases de efecto invernadero es la propia Tierra. Si se bombeara dióxido de carbono a las grietas y hendiduras de ciertas rocas subterráneas, el fluido reaccionaría con las rocas y solidificaría el carbono en minerales. De esta manera, el dióxido de carbono podría quedar atrapado en las rocas de forma estable durante millones de años sin volver a la atmósfera.
por Jennifer Chu, Instituto Tecnológico de Massachusetts
Ya se están llevando a cabo algunos proyectos piloto para demostrar dicha mineralización de carbono. Estos esfuerzos han arrojado resultados prometedores en cuanto a la mineralización exitosa de una gran fracción del CO₂ inyectado . Sin embargo, no está tan claro cómo evolucionarán las rocas en respuesta. A medida que los minerales de carbonato se acumulan, ¿podrían obstruir grietas y hendiduras y, en última instancia, limitar la cantidad de CO₂ que puede almacenarse allí?
En un nuevo estudio que aparece en la revista AGU Advances , los geofísicos del MIT exploraron esta cuestión inyectando líquido en las rocas y utilizando imágenes de rayos X para revelar cómo cambiaban los poros y las grietas de las rocas a medida que el líquido se mineralizaba con el tiempo.
Sus experimentos demostraron que, al bombear fluido a una roca, su permeabilidad (la capacidad del fluido para fluir a través de ella) disminuía drásticamente. Mientras tanto, su porosidad (la cantidad total de espacio vacío, en forma de poros, grietas y hendiduras) se mantenía relativamente estable.
Los investigadores descubrieron que los minerales se precipitaban del fluido en los túneles más estrechos que conectaban poros más grandes, impidiendo que el fluido fluyera hacia espacios porosos más grandes. Aun así, el fluido continuó fluyendo a través de la roca, aunque a un ritmo menor, y los minerales continuaron formándose en algunas grietas y hendiduras.
«Este estudio nos brinda información sobre lo que hace la roca durante este complejo proceso de mineralización, lo que podría darnos ideas sobre cómo diseñarlo a nuestro favor», dice el coautor del estudio Matėj Peč, profesor asociado de geofísica en el MIT.
«Si se inyectara CO2 en la Tierra y se observara una caída masiva de la permeabilidad, algunos operadores podrían pensar que obstruyeron el pozo», añade el coautor Jonathan Simpson, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.
Pero, como demuestra este estudio, en algunos casos, podría no ser tan importante. Mientras se mantenga un cierto caudal, se podrían formar minerales y secuestrar carbono.
Profundizando
El basalto es un tipo de roca volcánica erupcionada que se encuentra en lugares como Hawái e Islandia. En estado fresco, es muy poroso, con numerosos poros, grietas y fracturas que la atraviesan.
El material también presenta una alta concentración de hierro, calcio y magnesio. Al entrar en contacto con un fluido rico en dióxido de carbono, estos elementos pueden disolverse y mezclarse con el CO₂ , formando finalmente un nuevo mineral a base de carbono, como la calcita o la dolomita.
Un proyecto con sede en Islandia, dirigido por la empresa CarbFix, está inyectando agua rica en CO₂ en el basalto subterráneo de la región para determinar cuánto gas puede convertirse y almacenarse como minerales en la roca. Las pruebas de la empresa han demostrado que más del 95 % del CO₂ inyectado en el suelo se convierte en minerales en dos años. El proyecto está demostrando que la química funciona: el CO₂ puede almacenarse como piedra.
Pero el equipo del MIT se preguntó cómo este proceso de mineralización cambiaría el basalto mismo y su capacidad para almacenar carbono a lo largo del tiempo.
«La mayoría de los estudios que investigan la mineralización del carbono se han centrado en optimizar la geoquímica, pero queríamos saber cómo afectaría la mineralización a las rocas del yacimiento real», dice Peč.
Radiografías rocosas
El equipo se propuso estudiar cómo cambia la permeabilidad y la porosidad del basalto a medida que se bombea fluido rico en carbonato y se mineraliza en toda la roca.
«La porosidad se refiere a la cantidad total de espacio abierto en la roca, que podría estar en forma de vesículas, o fracturas que conectan vesículas, o incluso áreas entre granos de arena», explica Simpson.
Debido a la gran variabilidad en los patrones de porosidad, no existe una relación directa entre porosidad y permeabilidad. Podría haber muchos poros que no estén necesariamente conectados. Por lo tanto, incluso si el 20 % de la roca es porosa, si no están conectados, la permeabilidad sería cero.
«Es importante comprender los detalles de esto para todos estos problemas de inyección de fluidos en el subsuelo», enfatiza Peč.
Para sus experimentos, el equipo utilizó muestras de basalto que Peč y otros investigadores recolectaron durante un viaje a Islandia en 2023. Colocaron pequeñas muestras de basalto en un soporte a medida que conectaron a dos tubos, por los que hicieron fluir dos fluidos diferentes, cada uno con una solución que, al mezclarse, forma rápidamente minerales de carbonato. El equipo eligió esta combinación de fluidos para acelerar el proceso de mineralización.
En el proceso de inyección de CO₂ en el suelo, este se mezcla con agua. Al bombearse a través de la roca, el fluido pasa primero por una fase de «disolución», en la que extrae elementos como hierro, calcio y magnesio del basalto y los incorpora al fluido rico en CO₂ .
Este proceso de disolución puede tardar algún tiempo antes de que pueda tener lugar el proceso de mineralización, en el que el CO 2 se mezcla con los elementos extraídos.
Los investigadores utilizaron dos fluidos diferentes que se mineralizan rápidamente cuando se combinan, para saltar la fase de disolución y estudiar eficientemente los efectos del proceso de mineralización.
El equipo pudo observar el proceso de mineralización dentro de la roca con un nivel de detalle sin precedentes mediante experimentos dentro de un escáner de rayos X. El equipo instaló su experimento en un escáner de rayos X (similar a los utilizados para imágenes médicas en hospitales) y tomó frecuentes instantáneas tridimensionales de alta resolución del basalto periódicamente durante varios días o semanas mientras hacían fluir los fluidos.
Las imágenes que obtuvieron revelaron cómo los poros, grietas y hendiduras de la roca evolucionaron y se llenaron de minerales a medida que el fluido fluía a través de ella con el tiempo.
Tras múltiples experimentos, descubrieron que la permeabilidad de la roca disminuía rápidamente en un día, en un orden de magnitud. Sin embargo, la porosidad de la roca disminuyó a un ritmo mucho más lento. Al final de los experimentos más prolongados, solo alrededor del 5 % del espacio poroso original se llenó con nuevos minerales.
«Nuestros hallazgos nos indican que los minerales se forman inicialmente en microfisuras muy pequeñas que conectan los poros más grandes y los obstruyen», afirma Simpson. «No se necesita mucho para obstruir las diminutas microfracturas. Pero cuando se obstruyen, la permeabilidad disminuye drásticamente».
Sin embargo, incluso después de la disminución inicial de la permeabilidad, el equipo pudo seguir haciendo fluir fluido, y los minerales continuaron formándose en espacios reducidos dentro de la roca. Esto sugiere que, incluso cuando parezca que un depósito subterráneo está lleno, aún podría almacenar más carbono.
Los investigadores también monitorearon la roca con sensores ultrasónicos durante cada experimento y descubrieron que el sensor podía registrar incluso pequeños cambios en la porosidad de la roca. Cuanto menos porosa o más llena de minerales estuviera la roca, más rápido viajaban las ondas sonoras a través del material.
Estos resultados sugieren que los sensores acústicos podrían ser una forma confiable de monitorear la porosidad de las rocas subterráneas y, en última instancia, su capacidad para almacenar carbono.
«En general, creemos que la mineralización de carbono parece una vía prometedora para almacenar permanentemente grandes volúmenes de CO₂ « , concluye Peč. «Existen abundantes yacimientos y deberían ser inyectables durante largos periodos si nuestros resultados son extrapolables».
Detalles de la publicación
Jonathan Simpson et al., Efectos de la precipitación de carbonatos en las propiedades físicas del basalto, AGU Advances (2026). DOI: 10.1029/2025AV002110 . En el Archivo Abierto de ESS : DOI: 10.22541/essoar.175913789.94055469/v1
