El desarrollo exitoso de recursos geológicos sostenibles para la transición energética es un desafío clave para la humanidad en el siglo XXI. El gas hidrógeno (H2 ) tiene un gran potencial para reemplazar a los combustibles fósiles actuales y, al mismo tiempo, eliminar las emisiones asociadas de CO2 y otros contaminantes.
por GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung
Sin embargo, el mayor obstáculo es que primero hay que producir H2. La producción actual de hidrógeno sintético se basa , en el mejor de los casos, en energías renovables, pero también puede ser contaminante si se utilizan energías fósiles.
La solución puede encontrarse en la naturaleza, ya que diversos procesos geológicos pueden generar hidrógeno. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro dónde deberíamos buscar posibles acumulaciones naturales de H2 a gran escala.
Un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Frank Zwaan, científico de la sección de Modelado Geodinámico del Centro de Geociencias GFZ Helmholtz, presenta una respuesta a esta pregunta: utilizando modelos tectónicos de placas, descubrieron que las cadenas montañosas en las que se encuentran rocas del manto originalmente profundo cerca de la superficie representan potenciales puntos calientes naturales de hidrógeno.
Estas cadenas montañosas no sólo pueden ser entornos geológicos ideales para la generación natural de H2 a gran escala , sino también para la formación de acumulaciones de H2 a gran escala que se pueden perforar para la producción de H2 .
Los resultados de esta investigación se han publicado en Science Advances . También forman parte del equipo el profesor Sascha Brune y la doctora Anne Glerum de la sección de Modelado Geodinámico de GFZ.
Los demás miembros del equipo trabajan en la Universidad Tufts (Dr. Dylan Vasey) y en New Mexico Tech (Dr. John Naliboff) en Estados Unidos, así como en la Universidad de Estrasburgo (Prof. Gianreto Manatschal) y en Lavoisier H 2 Geoconsult (Dr. Eric. C. Gaucher) en Francia.
Potencial natural de H2 en ambientes tectónicos
El hidrógeno natural se puede generar de varias maneras, por ejemplo, mediante la transformación bacteriana de material orgánico o mediante la división de moléculas de agua impulsada por la descomposición de elementos radiactivos en la corteza continental de la Tierra.
Como resultado, se ha informado de la existencia de H2 natural en muchos lugares del mundo. La viabilidad general del hidrógeno natural como fuente de energía ya ha quedado demostrada en Mali, donde se producen volúmenes limitados de H2 procedente de capas sedimentarias ricas en hierro mediante perforaciones en el subsuelo.
Sin embargo, el mecanismo más prometedor para la generación de hidrógeno natural a gran escala es un proceso geológico en el que las rocas del manto reaccionan con el agua. Los minerales de las rocas del manto cambian su composición y forman nuevos minerales del llamado grupo serpentino, así como gas H2 .
Este proceso se denomina serpentinización. Las rocas del manto normalmente se encuentran a gran profundidad, debajo de la corteza terrestre. Para que estas rocas entren en contacto con el agua y se serpentinicen, deben ser exhumadas tectónicamente, es decir, ser llevadas cerca de la superficie de la Tierra.
Hay dos entornos tectónicos de placas principales en los que las rocas del manto se exhuman y serpentinizan a lo largo de millones de años: 1) cuencas oceánicas que se abren cuando los continentes se separan durante el rifting, lo que permite que el manto se eleve a medida que la corteza continental suprayacente se adelgaza y finalmente se divide (por ejemplo, en el Océano Atlántico), y 2) el posterior cierre de la cuenca y la formación de montañas a medida que los continentes se vuelven a unir y chocan, lo que permite que las rocas del manto sean empujadas hacia la superficie (por ejemplo, en los Pirineos y los Alpes).
El modelado numérico ayuda a delimitar las regiones con recursos naturales de H2
Una comprensión profunda de cómo evolucionan estos entornos tectónicos es fundamental para evaluar adecuadamente su potencial natural de hidrógeno. Utilizando un enfoque de modelado numérico de placas tectónicas de última generación, calibrado con datos de ejemplos naturales, el equipo de investigación dirigido por GFZ simuló la evolución completa de las placas tectónicas desde el rifting inicial hasta la ruptura continental, seguida del cierre de la cuenca y la formación de montañas.
En estas simulaciones, los investigadores pudieron determinar por primera vez dónde, cuándo y cuántas rocas del manto se exhuman en las montañas, y cuándo estas rocas pueden estar en contacto con agua a temperaturas favorables, para permitir una serpentinización eficiente y la generación natural de hidrógeno.
Resulta que las condiciones para la serpentinización y, por lo tanto, la generación natural de H2 son considerablemente mejores en las cadenas montañosas que en las cuencas de rift. Debido al entorno comparativamente más frío de las cadenas montañosas, se encuentran mayores volúmenes de rocas del manto exhumadas a temperaturas favorables de serpentinización de 200–350 °C y, al mismo tiempo, una abundante circulación de agua a lo largo de grandes fallas dentro de las montañas puede permitir que se desarrolle su potencial de serpentinización.
Como resultado, la capacidad anual de generación de hidrógeno en las cadenas montañosas puede ser hasta 20 veces mayor que en los entornos de rift. Además, las rocas de reservorio adecuadas (por ejemplo, areniscas) necesarias para la acumulación de volúmenes de H2 natural económicamente viables están fácilmente disponibles en las cadenas montañosas, pero es probable que no existan durante la serpentinización y la generación de hidrógeno en las partes más profundas de las cuencas de rift.
Exploración de hidrógeno natural (y más) en cadenas montañosas
Los resultados de esta investigación, publicada ahora, suponen un fuerte impulso para intensificar la exploración de H2 natural en las cadenas montañosas. De hecho, ya se están realizando varios esfuerzos de exploración en lugares como los Pirineos, los Alpes europeos y los Balcanes, donde los investigadores ya han encontrado indicios de que se está generando hidrógeno de forma natural.
«Para el éxito de estos esfuerzos será fundamental desarrollar nuevos conceptos y estrategias de exploración. De particular importancia es el modo en que la formación de acumulaciones naturales de H2 de carácter económico está controlada por la historia tectónica de un sitio de exploración determinado», afirma Frank Zwaan, autor principal del estudio.
«En particular, tendremos que determinar el momento en que se produjeron los procesos geológicos clave que intervienen, porque si se forman depósitos de H2 durante la formación de montañas, debe haber habido una ruptura, es decir, un estiramiento, antes. Por lo tanto, los conocimientos obtenidos a partir de simulaciones de tectónica de placas como las realizadas en este estudio serán de gran valor».
Sascha Brune, jefe de la Sección de Modelado Geodinámico en GFZ, continúa: «Esta nueva investigación mejora nuestra comprensión de los entornos adecuados para la generación de hidrógeno natural. Dadas las oportunidades económicas asociadas con el H 2 natural , ahora es el momento de ir más allá e investigar también las vías de migración del hidrógeno y los ecosistemas microbianos profundos que consumen hidrógeno para comprender mejor dónde pueden formarse realmente los posibles reservorios de H 2 «.
Zwaan añade: «En general, es posible que nos encontremos en un punto de inflexión para la exploración del hidrógeno natural . Por ello, podríamos estar presenciando el nacimiento de una nueva industria del hidrógeno natural».
Más información: Frank Zwaan, Los orógenos de inversión de rift son potenciales puntos calientes para la generación natural de H2, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr3418 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3418
