Las Energías Renovables: El Hidrógeno como nueva frontera energética (VI) (Gustavo González Urdaneta)

 

Las Energías Renovables: El Hidrógeno como nueva frontera energética (VI)

Gustavo González Urdaneta

Miami 21 febrero 2023

 

El entusiasmo por el hidrógeno natural surge a medida que aumenta el interés por el hidrógeno como combustible limpio y libre de carbono. Los gobiernos lo están impulsando como una forma de combatir el calentamiento global, esfuerzos que se impulsaron cuando Rusia invadió Ucrania hace  un año y desencadenó una búsqueda apresurada, especialmente en Europa, de alternativas al gas natural ruso. Por el momento, todo el hidrógeno comercial tiene que fabricarse, ya sea de forma contaminante, utilizando combustibles fósiles, o utilizando electricidad renovable. El hidrógeno natural (H2), si forma reservas considerables, podría estar ahí para ser usado, dando a los perforadores experimentados en la industria del petróleo y el gas una nueva misión respetuosa con el medio ambiente. Algunos expertos consideran que puede tener el potencial de reemplazar todos los combustibles fósiles. Una declaración muy atractiva.

 

En 2015, la empresa de hidrógeno natural Hydroma encontró H2 por casualidad, mientras perforaba para bombear agua para Bourakebougou, Malí. Luego del análisis del pozo Bougou-1, se comprobó que el gas tenía una concentración de 98% de H2 puro. Este es el hidrógeno natural más puro jamás descubierto. Se analizaron otros 12 pozos exploratorios, y el tamaño del campo de hidrógeno se estimó en 8 km de diámetro. Desde el descubrimiento del sistema, Hydroma ha utilizado H2 para proporcionar electricidad a la aldea local. Algunos científicos creen que la generación de gas continuará durante miles de años, descarbonizando de manera sostenible a la comunidad local.

 

El descubrimiento de Malí fue una prueba vívida de lo que un pequeño grupo de científicos, que estudiaba indicios de filtraciones, minas y pozos abandonados, había estado diciendo durante años: contrariamente a la sabiduría convencional, pueden existir grandes reservas de hidrógeno natural en todo el mundo, como el petróleo. y gas, pero no en los mismos lugares. Estos investigadores dicen que las reacciones agua-roca en las profundidades de la Tierra generan continuamente hidrógeno, que se filtra a través de la corteza y, a veces, se acumula en trampas subterráneas. Podría haber suficiente hidrógeno natural para satisfacer la creciente demanda mundial durante miles de años, según un modelo del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) que se presentó en octubre de 2022 en una reunión de la Sociedad Geológica de América. Existe una vasta documentación respecto al tema y, para quienes deseen profundizarlo, les recomiendo la publicación del amigo Nelson Hernández https://gerenciayenergia.blogspot.com/2021/01/hidrogeno-el-estado-del-arte.html.

 

El CO2 es un gas de efecto invernadero y es el principal impulsor del cambio climático inducido por el hombre. Para evitar consecuencias catastróficas para el clima y la vida de las generaciones futuras, los científicos están buscando fuentes de energía más limpias y sostenibles. El H2 puede ser una de esas alternativas. A diferencia de los combustibles fósiles, cuando se quema gas hidrógeno, no se libera CO2. El hidrógeno se muestra prometedor como combustible bajo en carbono. El debate actual se centra en si el hidrógeno verde, producido al dividir el agua mediante electrólisis, competirá con el hidrógeno azul, que se produce cuando el gas natural se divide en hidrógeno y CO2, y el carbono se captura y almacena, o si el hidrógeno gris se genera a partir del gas natural. sin captura de carbono. Sin embargo, una fuente prometedora, el hidrógeno natural o geológico, se ha pasado por alto en gran medida porque se suponía que era raro o demasiado difícil de extraer.

 

El hidrógeno natural no captó el interés de los exploradores hasta hace poco. La narrativa cambió en 2012 cuando Hydroma Inc. (una empresa canadiense anteriormente conocida como Petroma Inc.) redescubrió un acuífero rico en hidrógeno en Bourakébougou, Mali y, además, logró hacer fluir el hidrógeno natural a la superficie en cantidades comerciales. Entonces quedó claro que ya no podíamos ignorar el hidrógeno natural.

Para estimar el recurso natural de hidrógeno en Bourakébougou, se perforaron 24 pozos. Hydroma Inc. ha identificado cinco reservorios en un área de 780 km2 y las profundidades del yacimiento mapeadas varían de 30 a 135 m a 1125 a 1500 m y están compuestas de carbonatos con intervalos clásicos. Se desconoce la fuente exacta del hidrógeno en Bourakébougou, así como si se filtra activamente y, por lo tanto, se repone en escalas de tiempo más largas. Si bien queda por ver si el descubrimiento de Hydroma Inc. en Bourakébougou se puede reproducir en otros lugares, el caso de Malí representa un hito importante en el negocio del hidrógeno natural.

 

Ya se está produciendo H2, la mitad a través del proceso de reformado de metano con vapor (SMR), en el que el gas metano reacciona con vapor a altas temperaturas y presiones. La electrólisis del agua es otro proceso de producción importante: las moléculas de hidrógeno y oxígeno se separan físicamente usando electricidad.

Sin embargo, SMR produce CO2 como subproducto. Esto solo puede ser sostenible con un almacenamiento de CO2 a bajo costo. La electrólisis del agua requiere electricidad. Tendrá que asegurarse de que esta energía provenga de fuentes renovables y (nuevamente) existe una barrera de costos. El costo de producción del hidrógeno natural es de 2 a 10 veces más económico que los dos procesos de producción actuales. Una de las múltiples preguntas sobre este tema es si ¿Podría el hidrógeno natural sin carbono desempeñar un papel en esta industria emergente?

 

Algunos procesos clave para la producción de hidrógeno incluyen: (a) hidratación profunda y radiólisis del agua asociada con la desintegración radiactiva de minerales que contienen uranio, torio y potasio; (b) oxidación de hierro ferroso a hierro férrico e hidratación mineral, por ejemplo, durante la serpentinización de olivino (por ejemplo, ofiolitas); (c) descomposición en áreas metamórficas; (d) maduración muy tardía de la materia orgánica; y (e) el hidrógeno primordial que se origina en el núcleo y el manto de la Tierra

 

Las posibilidades para la explotación del hidrógeno natural son significativas, pero solo si podemos entender cómo se genera el hidrógeno natural, cómo se lo atrapa, o cómo se filtra a la superficie. Los puntos clave que han surgido en las discusiones del tema son que el hidrógeno natural ocurre con frecuencia en áreas que no han sido exploradas por la industria del petróleo y el gas y que la ciencia que sustenta su exploración es muy inmadura. Las observaciones anteriores de hidrógeno natural fueron en su mayoría accidentales, un efecto secundario de los pozos geotérmicos, de agua y de petróleo y gas que se perforaron con otros objetivos en mente. Por lo tanto, es poco probable que estos pozos estén ubicados de manera óptima para la exploración y producción de hidrógeno, por lo que quedan preguntas importantes.

 

El hidrógeno natural puede representar una nueva frontera en la transición energética, pero los ingenieros y geocientíficos, a nivel mundial, primero deben trabajar para comprender dónde y cómo se produce este gas potencialmente valioso, y cómo llevarlo al mercado de forma económica y segura. ¿Cuál es el tamaño promedio de un recurso de hidrógeno natural? ¿Cuál es la huella de carbono de explorarlo y producirlo? ¿Pueden los suministros de hidrógeno natural descarbonizar la materia prima de hidrógeno gris existente? ¿Cuál es el costo de exploración, desarrollo y producción? Al responder estas preguntas, obtendremos una mejor comprensión de la contribución que el hidrógeno natural puede hacer para nuestro futuro bajo en carbono. Para la industria emergente del hidrógeno, se requieren más estudios que monitoreen, registren e incluso perforen las filtraciones de hidrógeno y los depósitos potenciales. Además, para permitir la producción de hidrógeno y el almacenamiento geológico seguro, también se requieren desarrollos tecnológicos.

 

Aunque no contenga carbón, el hidrógeno tiene sus defectos como fuente de energía. Un kilogramo de hidrógeno contiene tanta energía como un galón de gasolina (poco menos de 4 litros). Pero a presiones ambientales, ese mismo kilogramo de hidrógeno ocupa más espacio que el tambor de un camión hormigonera típico. Los tanques presurizados pueden contener más, pero agregan peso y costos a los vehículos. Licuar hidrógeno requiere enfriarlo a -253°C, por lo general un gasto que lo descalifica.

 

Estos problemas de almacenamiento, junto con la falta de tuberías y sistemas de distribución, son las razones principales por las que, en la carrera por electrificar los automóviles, las baterías han ganado a las celdas de combustible, que convierten el hidrógeno en electricidad. De manera similar, para la calefacción doméstica, la mayoría de los expertos creen que las bombas de calor eléctricas tienen más sentido que los hornos de hidrógeno.

 

Sin embargo, hasta la mitad de la demanda mundial de energía proyectada seguirá siendo difícil de descarbonizar mediante el cambio a la electricidad, y es donde los especialistas consideran que "Ahí es donde entra el hidrógeno". Ellos ven espacio para que el hidrógeno reemplace a los hidrocarburos en vehículos pesados que no se adaptan a las baterías: camiones, barcos y quizás incluso aviones, todos los cuales pueden manejar tanques más grandes y menos estaciones de servicio. Industrias como la siderúrgica que requieren combustión a alta temperatura son otro mercado probable. Y los principales mercados actuales para el hidrógeno (se necesita para fabricar fertilizantes de amoníaco, por ejemplo) seguirán creciendo desde los actuales 90 millones de toneladas al año.

 

Durante muchos años, la industria del petróleo y el gas ha descartado la existencia del hidrógeno natural. Algunos especialistas opinan que “Desde una perspectiva geológica, el hidrógeno se ha descuidado”, en su revisión de 2005 sobre el hidrógeno natural. El petróleo y el gas se generan a partir de sedimentos ricos en materia orgánica, en lugar de rocas antiguas ricas en hierro o uranio. Los diferentes sistemas geológicos en los que se forman estos productos significan que las compañías petroleras nunca se han encontrado con concentraciones económicamente significativas de H2.

 

A nivel mundial, los exploradores de hidrógeno natural se están organizando y han estado solicitando permisos de exploración en varios lugares del mundo. Sin embargo, mientras que las empresas detrás de la exploración de hidrógeno verde pueden contar con el apoyo y los subsidios del gobierno para sus proyectos, los exploradores de hidrógeno natural no han recibido mucho amor. La actual falta de comprensión de lo que es el hidrógeno natural es un factor clave en esta confusión. El hidrógeno natural es una fuente de energía de fuentes geológicas o naturales (renovables), y por lo tanto no es ni un mineral ni un hidrocarburo. Si bien la exploración de hidrógeno comparte similitudes con la exploración de petróleo y gas, se requieren modificaciones a muchas legislaciones existentes. En general, la legislación relacionada con el hidrógeno y otras fuentes de energía renovable requiere un nuevo enfoque. La modificación de las leyes de exploración existentes o la creación de nuevas dictarán la velocidad con la que se pueden desbloquear y explotar las reservas naturales de hidrógeno.

 

El grupo del US Geological Survey piensa que la Tierra produce órdenes de magnitud de hidrógeno cada año más que los 90 millones de toneladas que fabrican los humanos. Pero no es solo ese flujo lo que importa, es el tamaño de las existencias subterráneas. "¿Cuánto puede quedar atrapado en el subsuelo que realmente podamos perseguir?" se preguntan y consideran que “Esa es una pregunta mucho más difícil de responder”. Ellos lo intentaron usando un modelo simple de "caja" tomado de la industria petrolera. El modelo tuvo en cuenta las trampas de rocas impermeables de diferentes tipos, el efecto destructivo de los microbios y la suposición, basada en la experiencia de la industria petrolera, de que solo el 10% de las acumulaciones de hidrógeno podrían aprovecharse económicamente.

 

Según ellos, el modelo presenta un rango de números centrados en un billón de toneladas de hidrógeno. Según las cifras aportadas por la IEA (Agencia Internacional de Energia por sus siglas en inglés), en el documento de Nelson Hernandez, la demanda de hidrógeno en el 2020 fue de 115 millones de toneladas y la prospectiva al 2050 es de 285 millones. Eso satisfacería la demanda mundial durante miles de años, incluso si la transición hacia la energía verde desencadena un aumento en el uso del hidrógeno. Reconocen que gran parte de este recurso global podría terminar demasiado disperso para ser capturado económicamente, como los millones de toneladas de oro que se disuelven en los océanos a niveles de partes por billón. Pero esa preocupación no ha detenido a los cazadores de hidrógeno.

 

“El hidrógeno, así como el agua de una represa, son vectores energéticos que pueden volver a transformar su energía almacenada en electricidad” Por definición.