Un modelo aplicado en los Pirineos occidentales y el norte de California calcula producciones de cientos de toneladas anuales, muy inferiores a las proyecciones teóricas anteriores
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Eduardo Schmitz
El hidrógeno natural generado en el subsuelo podría convertirse en una fuente energética de bajas emisiones, pero las cantidades producidas por determinados sistemas geológicos serían mucho menores de lo que sugerían algunas estimaciones teóricas. Un equipo internacional dirigido por el Instituto LIAG de Geofísica Aplicada, con sede en Hannover, Alemania, calculó por primera vez tasas de generación basadas en procesos físicos y químicos para los Pirineos occidentales y el norte de California.
La investigación, publicada en Nature Communications, combinó observaciones geofísicas con modelos termodinámicos y cinéticos para estimar cuánto hidrógeno molecular se forma realmente dentro de rocas del manto terrestre y con qué rapidez ocurre el proceso.
Los cálculos indican una producción aproximada de 308 toneladas de hidrógeno al año en los Pirineos occidentales y de 515 toneladas anuales en el norte de California. Estas cifras quedan muy por debajo de evaluaciones anteriores que proyectaban desde cientos de miles hasta millones de toneladas por año.
La diferencia no significa que el recurso carezca de interés. Los resultados proporcionan una base más realista para identificar lugares donde la generación y el almacenamiento puedan coincidir durante períodos suficientemente largos. El interés científico por este recurso ha crecido a medida que se confirma que el hidrógeno natural se forma en distintos ambientes geológicos y puede alcanzar la superficie mediante filtraciones.
El hidrógeno se forma cuando el agua reacciona con rocas del manto
Una de las principales vías naturales de producción de hidrógeno es la serpentinización. Este proceso ocurre cuando el agua entra en contacto con rocas ricas en hierro procedentes del manto terrestre, desencadenando reacciones químicas que liberan hidrógeno molecular.
A diferencia del hidrógeno verde, que requiere electricidad para separar el hidrógeno del agua, o del hidrógeno gris, producido a partir de combustibles fósiles, el hidrógeno geológico se genera espontáneamente en el subsuelo bajo condiciones determinadas de temperatura, presión, disponibilidad de agua y composición mineral.
Las filtraciones de este gas ya han sido detectadas en numerosos lugares del mundo. En países como Malí y Filipinas, algunas comunidades incluso lo han utilizado como fuente energética local.
La presencia de hidrógeno en superficie, sin embargo, no permite calcular por sí sola cuánto gas se produce en profundidad, cuánto se pierde durante su migración ni qué proporción podría acumularse en reservorios aprovechables.
Los Pirineos y California presentan rocas ultramáficas diferentes
El equipo seleccionó dos regiones con estructuras geológicas bien documentadas. En los Pirineos occidentales estudió lherzolitas fértiles, rocas ultramáficas del manto que ascendieron hacia profundidades relativamente someras durante antiguos procesos de extensión de la corteza.
En el norte de California, los investigadores analizaron harzburgitas empobrecidas pertenecientes a la ofiolita de la Cordillera Costera. Las ofiolitas son fragmentos de corteza oceánica y manto superior que, debido a procesos tectónicos, quedaron emplazados sobre la corteza continental.
En ambas regiones, estas rocas reaccionan con agua a gran profundidad y existen evidencias de hidrógeno en la superficie. Las características geológicas de las cordilleras ya habían llevado a plantear que determinadas cadenas montañosas podrían albergar sistemas favorables para el hidrógeno natural.
El nuevo análisis avanza más allá de identificar rocas potencialmente productoras. Su objetivo fue calcular la velocidad efectiva de las reacciones y establecer cuánto hidrógeno puede generarse bajo las condiciones reales presentes en cada zona.
La geofísica reconstruyó las rocas en tres dimensiones
La serpentinización ocurre a profundidades donde no puede observarse directamente. Para examinarla, los científicos utilizaron datos gravimétricos, magnéticos y sísmicos con los que reconstruyeron en tres dimensiones la distribución, el volumen, la temperatura y el grado de alteración de las rocas del manto.
La gravimetría permite detectar variaciones en la densidad de los materiales subterráneos, mientras que las mediciones magnéticas aportan información sobre minerales y transformaciones asociadas con la serpentinización. Los datos sísmicos ayudan a definir estructuras, profundidades y propiedades de las rocas.
Estas herramientas muestran por qué el conocimiento geológico del subsuelo resulta esencial para localizar recursos energéticos y evaluar si pueden aprovecharse de forma técnica y ambientalmente responsable.
Los modelos geofísicos se integraron posteriormente con cálculos sobre las reacciones entre fluidos y rocas. De esta manera, la investigación no se limitó a estimar cuánto hierro reactivo existe, sino que incorporó las condiciones que controlan la velocidad real de generación del gas.
Las estimaciones anteriores representaban un máximo teórico
Los métodos previos se concentraban principalmente en calcular el volumen de roca disponible y la cantidad máxima de hidrógeno que podría liberarse si todos los minerales adecuados reaccionaran por completo con el agua.
Ese planteamiento ofrecía una medida del potencial teórico, pero no reflejaba necesariamente la producción alcanzable en condiciones naturales. Las reacciones están limitadas por la velocidad con la que el agua llega a las superficies minerales, el grado de alteración de las rocas y las propiedades de los fluidos presentes en los poros.
Uno de los límites incorporados por el nuevo modelo es la saturación del hidrógeno disuelto. Cuando el fluido de los poros alcanza su límite de solubilidad, la formación adicional del gas puede ralentizarse.
También resulta determinante la superficie de roca que permanece expuesta al agua. Si los minerales quedan aislados por productos de reacción o si la circulación de fluidos es insuficiente, la serpentinización avanza con menor rapidez.
California produciría más hidrógeno que los Pirineos
El modelo calculó aproximadamente 515 toneladas anuales para el sistema estudiado en el norte de California, frente a unas 308 toneladas por año en los Pirineos occidentales.
Las diferencias responden a la composición de las rocas, su temperatura, el grado de alteración y las condiciones de circulación del agua. El estudio no extrapola estas tasas a toda California ni a la totalidad de los Pirineos, sino únicamente a los sistemas geológicos incluidos en los modelos.
Aunque las cifras son inferiores a las proyecciones iniciales, se encuentran dentro del mismo orden de magnitud que las mediciones realizadas en otros sistemas naturales comparables. Esta coincidencia aumenta la confianza en que el procedimiento reproduce con mayor precisión la generación subterránea.
El autor principal, Rodolfo Christiansen, indicó que los resultados establecen una referencia para determinar dónde buscar, qué condiciones favorecen la acumulación y qué escalas de tiempo deben considerarse antes de evaluar un posible recurso.
Las acumulaciones grandes necesitan tiempo y geología favorable
Una tasa anual moderada de generación no descarta la existencia de depósitos importantes. Si el hidrógeno se produce durante períodos geológicos prolongados, migra hacia una estructura adecuada y queda retenido bajo una roca impermeable, puede acumularse en cantidades superiores a la producción de un solo año.
Para que esto ocurra deben coincidir una fuente activa, vías de migración, una roca reservorio con suficiente porosidad y un sello capaz de impedir que el gas alcance la superficie o se disperse.
La exploración deberá evaluar además si el hidrógeno ha sido consumido por microorganismos, si ha reaccionado con otros minerales o si escapó por fracturas. La producción, la migración y la preservación constituyen procesos distintos que deben analizarse conjuntamente.
Los sistemas hidrotermales ofrecen ejemplos de ambientes donde las reacciones entre agua y rocas ultramáficas liberan hidrógeno. En el océano Ártico, respiraderos hidrotermales enriquecidos con hidrógeno han mostrado la diversidad de procesos químicos asociados con estas formaciones.
PoNHy permitirá comparar regiones de todo el mundo
Como parte del proyecto, los investigadores desarrollaron PoNHy, abreviatura de Potential for Natural Hydrogen. La herramienta de código abierto integra inversión geofísica tridimensional con modelos termodinámicos y cinéticos de las reacciones entre fluidos y rocas.
PoNHy está disponible para la comunidad científica y puede aplicarse a cualquier sistema geológico donde ocurra serpentinización. Su diseño permite comparar regiones mediante criterios comunes y estimar tasas de generación bajo condiciones específicas.
La herramienta también puede ayudar a seleccionar áreas para estudios más detallados. En lugar de perforar únicamente donde existe una filtración superficial, los programas de exploración podrían priorizar lugares donde los modelos indiquen una combinación favorable de producción, migración y almacenamiento.
Los autores consideran que unas estimaciones menores, pero mejor fundamentadas, ofrecen una ventaja para la exploración. Permiten reducir expectativas poco realistas, orientar las campañas geofísicas y evaluar con mayor rigor el posible papel del hidrógeno natural dentro de los sistemas energéticos de bajas emisiones.
El trabajo establece que los sistemas examinados generan cientos de toneladas anuales, no los cientos de miles o millones sugeridos por estimaciones máximas anteriores. Las acumulaciones de mayor tamaño seguirían siendo posibles, pero requerirían períodos prolongados y condiciones geológicas adecuadas para conservar el gas producido.
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