{"id":11222,"date":"2020-07-15T10:09:26","date_gmt":"2020-07-15T10:09:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.icog.es\/TyT\/?p=11222"},"modified":"2020-07-15T12:15:08","modified_gmt":"2020-07-15T12:15:08","slug":"el-hidrogeno-verde-sera-geologico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.icog.es\/TyT\/index.php\/2020\/07\/el-hidrogeno-verde-sera-geologico\/","title":{"rendered":"EL HIDR\u00d3GENO VERDE \u00bfSER\u00c1 GEOL\u00d3GICO?"},"content":{"rendered":"\n
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Tierra y Tecnolog\u00eda n\u00ba 56 | Autor<\/strong>: Joan Escuer Sol\u00e9, es Licenciado en Ciencias Geol\u00f3gicas por la Universidad de Barcelona. Director de Geoconsultores T\u00e9cnicos y Ambientales, S.L<\/em>. y profesor asociado en el Departamento de Geolog\u00eda de la UAB. Colegiado n\u00ba 1.876. EurGeol 975<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

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El hidr\u00f3geno, el elemento m\u00e1s abundante del universo y que forma la mol\u00e9cula m\u00e1s peque\u00f1a conocida H2<\/sub>, se considera una fuente de energ\u00eda limpia. La oxidaci\u00f3n del mismo, por combusti\u00f3n, genera vapor de agua y algo de calor como productos, sin m\u00e1s residuos, ello le convierte en un combustible ideal, a diferencia de las fuentes f\u00f3siles y nucleares t\u00edpicas. Esto no es ninguna novedad dado que el uso industrial del hidr\u00f3geno como combustible se ha aplicado desde principios del siglo XIX, si bien de forma minoritaria. Hoy se piensa que la gran versatilidad del hidr\u00f3geno permitir\u00eda su uso en aquellos nichos de consumo que son muy dif\u00edciles de descarbonizar, como el transporte pesado, la aviaci\u00f3n o el transporte mar\u00edtimo. Sin embargo, sus caracter\u00edsticas tambi\u00e9n han supuesto un reto de ingenier\u00eda importante, sobretodo, en forma de altos costes en materia de generaci\u00f3n, dificultad de producci\u00f3n, impacto ambiental, almacenamiento y distribuci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

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Figura. 1.- Los fuegos eternos de Quimera en Lycia, Yanartas, Turquia, donde el hidr\u00f3geno natural quema desde tiempos inmemoriales. (Carole Radatto).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Seg\u00fan datos de la Agencia Internacional de la Energ\u00eda (AIE), la demanda global de este gas se ha triplicado desde 1975 hasta llegar a las 74 millones de toneladas anuales en 2018. Cabe decir que la mayor parte de dicha producci\u00f3n (51,7 %) se consume en el refinado del petr\u00f3leo y gran parte del resto (42,6%) sirve para obtener amoniaco con el que fabricar fertilizantes. Su uso como combustible queda incluido en el restante 5,7 %. A pesar de ello el uso del hidr\u00f3geno como combustible, aunque marginal, ya es una realidad en Estados Unidos, Rusia, China, Francia o Alemania. Otros pa\u00edses, como Jap\u00f3n, incluso van m\u00e1s all\u00e1 y aspiran a convertirse en una econom\u00eda basada en el hidr\u00f3geno. De hecho, si la totalidad de la producci\u00f3n mundial de hidr\u00f3geno (74 Mt) se destinara \u00fanicamente a alimentar turismos propulsados por pila de combustible dar\u00eda para el consumo anual (20.000 Km\/a\u00f1o) de 300 millones de veh\u00edculos.<\/p>\n\n\n\n

Hasta la fecha el hombre ha generado la pr\u00e1ctica totalidad del hidr\u00f3geno de uso industrial a partir de otras sustancias que lo contienen, entre ellas los hidrocarburos y el agua. En el primer caso el H2<\/sub> se obtiene a partir de combustibles f\u00f3siles (gas natural, petr\u00f3leo y carb\u00f3n), con un elevado coste, tanto econ\u00f3mico como ambiental. De hecho, para la misma cantidad de energ\u00eda, el coste econ\u00f3mico del hidr\u00f3geno es unas cinco veces superior al del petr\u00f3leo. Por otro lado, el impacto ambiental en la atmosfera es muy significativo. Con este m\u00e9todo se liberan diez kilogramos de CO2<\/sub> por cada kilogramo de H2<\/sub> producido, lo que convierte el producto en un combustible inviable en t\u00e9rminos de descarbonizaci\u00f3n, ya que esta exige el uso de energ\u00edas limpias, s\u00ed, pero tambi\u00e9n obtenidas por m\u00e9todos limpios.<\/p>\n\n\n\n

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Desde una perspectiva geol\u00f3gica, el hidr\u00f3geno natural gaseoso ha sido ampliamente ignorado como posible recurso energ\u00e9tico<\/h3>\n\n\n\n
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Tomando el agua como materia prima, la obtenci\u00f3n de H2 <\/sub>se consigue a trav\u00e9s de la electr\u00f3lisis. Este m\u00e9todo, como es sabido, utiliza la corriente el\u00e9ctrica para separar el hidr\u00f3geno del ox\u00edgeno, por lo que, si esa electricidad se obtiene de fuentes renovables, produciremos energ\u00eda sin emitir CO2<\/sub> a la atm\u00f3sfera. Se estima que los sistemas de generaci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de energ\u00eda renovable, generalmente e\u00f3lica o solar, pueden llegar a ser rentables a partir de los 3,23 \u20ac\/Kg. Los costes de los electrolizadores est\u00e1n disminuyendo considerablemente, lo que podr\u00eda abaratar de forma considerable el gasto econ\u00f3mico asociado a la generaci\u00f3n de hidr\u00f3geno con energ\u00eda procedente de fuentes renovables. Este s\u00ed ser\u00eda el hidr\u00f3geno verde, eficiente y 100 % sostenible, que algunos expertos auguran como combustible del futuro.<\/p>\n\n\n\n

La AIE estima que el H2<\/sub>verde ahorrar\u00eda los 830 millones de toneladas anuales de CO2<\/sub> que se originan cuando este gas se produce mediante combustibles f\u00f3siles. A pesar de las dudas razonables existentes sobre la viabilidad del hidr\u00f3geno verde, por su alto coste energ\u00e9tico de producci\u00f3n (4.9-5.6 kWh\/m3<\/sup>), lo que resulta al menos dos veces m\u00e1s caro que el hidr\u00f3geno obtenido a partir del gas natural, se da por hecho que estas se disipar\u00e1n conforme avance la descarbonizaci\u00f3n del planeta y, en consecuencia, se abarate la generaci\u00f3n de energ\u00eda renovable.<\/p>\n\n\n\n

Hay quien no lo ve as\u00ed, como Elon Musk, fundador de Pay Pal<\/em> y fabricante de los autom\u00f3viles el\u00e9ctricos Tesla<\/em>, para \u00e9l \u00abEl hidr\u00f3geno es una manera de almacenar energ\u00eda, no una fuente de energ\u00eda. As\u00ed, que hay que conseguirlo de alguna parte. Si se obtiene del agua, por electrolisis, el proceso es desde el punto de vista energ\u00e9tico extremadamente ineficiente. Por ejemplo, si alguien utiliza la energ\u00eda generada a partir de un panel solar y la usa para cargar una bater\u00eda de autom\u00f3vil directamente, es una operaci\u00f3n m\u00e1s eficiente que separar el agua, aislar el hidr\u00f3geno, descartar el ox\u00edgeno, comprimir el hidr\u00f3geno a una alt\u00edsima presi\u00f3n (o licuarlo) y luego ponerlo en un auto para arrancar una pila de combustible. \u00a1Es terrible! Es un proceso casi la mitad de eficiente \u00bfPor qu\u00e9 hacer eso? No tiene sentido.\u00bb <\/em>Efectivamente, para mover un auto mediante hidr\u00f3geno producido por electrolisis se gastar\u00eda 2,3 veces m\u00e1s energ\u00eda que la requerida. As\u00ed pues, cabe preguntarse si el hidr\u00f3geno verde es realmente viable.<\/p>\n\n\n\n

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Cabe esperar la presencia de hidr\u00f3geno natural en las emisiones de las dorsales oce\u00e1nicas, de escaso inter\u00e9s industrial; asociado a los complejos ofiol\u00edticos, y por \u00faltimo, en fuentes ubicadas en cratones ,en el seno de los viejos continentes que son las m\u00e1s prometedoras dado que presentan los flujos m\u00e1s intensos y una accesibilidad \u00f3ptima<\/h3>\n\n\n\n
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La respuesta est\u00e1 en el modo de producci\u00f3n del hidr\u00f3geno verde que viene dictado por la econom\u00eda del proceso, las necesidades del mercado y tambi\u00e9n por las regulaciones ambientales. De hecho se est\u00e1n estudiando m\u00faltiples opciones para su obtenci\u00f3n como las siguientes: por disociaci\u00f3n del agua, ya sea de forma termoqu\u00edmica, mediante calor, o fotoqu\u00edmica sobre semiconductores utilizando luz solar; a partir de reformados de etanol y az\u00facares de origen renovable; por biofot\u00f3lisis del agua mediante sistemas biol\u00f3gicos formados por microorganismos fotosint\u00e9ticos como las algas verdes del genero Scenedesmus<\/em>; por biolisis a partir de fermentaci\u00f3n, en ausencia de luz y en condiciones anaerobias, como el caso las cianobacterias tipo Spirulina,<\/em> y as\u00ed un largo etc. La realidad es que hoy por hoy la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante sistemas alternativos representa uno de los retos m\u00e1s importantes de la tecnolog\u00eda y los resultados son muy t\u00edmidos de momento.<\/p>\n\n\n\n

El hidr\u00f3geno, asimismo, presenta ciertas dificultades t\u00e9cnicas respecto del almacenamiento y la distribuci\u00f3n que est\u00e1n relacionadas con el hecho de ser el elemento m\u00e1s peque\u00f1o y liviano de la tierra, el n\u00famero uno en la tabla peri\u00f3dica, cuyo n\u00facleo est\u00e1 formado por un solitario prot\u00f3n. De hecho, el helio, n\u00famero dos de la tabla y siete veces m\u00e1s m\u00e1sico (recordemos que su n\u00facleo lo forman dos protones y dos neutrones), es tan ligero y peque\u00f1o que se usa para hallar fugas min\u00fasculas en tuber\u00edas, por lo que dise\u00f1ar un conducto o almac\u00e9n que evite las fugas de hidr\u00f3geno, todav\u00eda m\u00e1s liviano y diminuto, ha sido un reto ingenieril de primer orden. Ello se consigue utilizando recipientes a presi\u00f3n de alta tecnolog\u00eda hechos con fibra de carbono o licuando el hidr\u00f3geno mediante nitr\u00f3geno l\u00edquido y algunos compuestos met\u00e1licos. Ambas opciones tienen un coste lo suficientemente elevado para dificultar su uso a gran escala.<\/p>\n\n\n\n

Si consideramos el hidr\u00f3geno de producci\u00f3n electrol\u00edtica se necesitan soluciones viables para el almacenamiento intermedio de energ\u00eda. Ello debe garantizar que no se desperdicie el exceso de electricidad generada por los sistemas de energ\u00eda solar y e\u00f3lica durante los periodos de producci\u00f3n m\u00e1xima. Los tanques de hidr\u00f3geno comprimido son apropiados en este sentido dado que est\u00e1n construidos para almacenar energ\u00eda durante largos periodos de tiempo y, adem\u00e1s, resultan m\u00e1s sencillos de manejar que las bater\u00edas de iones de litio porque son m\u00e1s ligeros. En el caso de cantidades importantes pueden usarse almacenes geol\u00f3gicos que permiten grandes capacidades, presiones de confinamiento muy altas (20 MPa), bajos costos espec\u00edficos y especialmente, una alta seguridad operativa.<\/p>\n\n\n\n

El paradigma aceptado hasta hoy da por supuesto que la posibilidad de obtenci\u00f3n de hidr\u00f3geno de fuentes naturales es pr\u00e1cticamente nula. Dicho paradigma se basa en la suposici\u00f3n de que en nuestro planeta el hidr\u00f3geno no existe en estado libre en cantidades apreciables y solo se encuentra, asociado siempre a otros elementos, en compuestos s\u00f3lidos, l\u00edquidos y gases, incluyendo el agua, la biomasa, el gas natural, el petr\u00f3leo y el carb\u00f3n. Pero\u2026 dicho paradigma deber\u00e1 ser revisado profundamente a la luz de antiguos conocimientos revisados, ciertos descubrimientos y nuevos hallazgos que se han producido recientemente.<\/p>\n\n\n\n

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No resulta descabellado imaginar a la humanidad captando y aprovechando el hidr\u00f3geno natural, aunque los mecanismos de su g\u00e9nesis y su migraci\u00f3n en el subsuelo no se conozcan del todo<\/h3>\n\n\n\n
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\u00bfQu\u00e9 sabemos pues del hidrogeno natural? Desde una perspectiva geol\u00f3gica, el hidr\u00f3geno natural gaseoso ha sido ampliamente ignorado como posible recurso energ\u00e9tico. La industria petrolera ha considerado el hidr\u00f3geno nativo como pr\u00e1cticamente inexistente en clara respuesta a la escasez del mismo en los millones de pozos perforados para hidrocarburos en multitud de cuencas sedimentarias. Sin embargo, diversos flujos de hidr\u00f3geno alcanzan la superficie de la Tierra. Algunos se conocen desde la antig\u00fcedad como el caso del Monte Quimera, en Yanartas, Turqu\u00eda, famoso por sus fuegos eternos<\/em>, (Fig. 1) en el que el 10 % del combustible en volumen es H2<\/sub>. Diversos estudios recientes, todav\u00eda modestos, revelan que la Tierra emite hidr\u00f3geno en cantidades mucho mayores de lo que se cre\u00eda y en lugares muy accesibles del interior de los continentes. Numerosas filtraciones de gas abi\u00f3tico han sido identificadas en los \u00faltimos diez a\u00f1os en todo el mundo, la mayor\u00eda de las cuales asociadas con formaciones ofiol\u00edticas (Turqu\u00eda, Om\u00e1n, Jap\u00f3n, Filipinas, Nueva Zelanda, Nueva Caledonia, Grecia, Portugal, Espa\u00f1a, Italia, Bosnia, California y Canad\u00e1). Actualmente ya se las considera indicios que podr\u00edan indicar fuentes cont\u00ednuas en el subsuelo.<\/p>\n\n\n\n

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Figura. 2.- Las Carolina Bays son depresiones el\u00edpticas poco profundas muy comunes en la costa atl\u00e1ntica estadounidense. Esta imagen LIDAR muestra una vista a\u00e9rea con altimetr\u00eda en falso color. De origen incierto, algunas de ellas emanan un volumen muy significativo de hidr\u00f3geno. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Se ha descubierto hidr\u00f3geno natural en casi todos los continentes: en Rusia, en Estados Unidos, Brasil, Mali e incluso en el oeste de Francia. El primer criterio de prospecci\u00f3n es la existencia de ciertas depresiones circulares, cuyos di\u00e1metros van de centenares de metros a varios kil\u00f3metros y que alcanzan profundidades de entre unos cent\u00edmetros y pocos metros como las conocidas Carolina Bays <\/em>(Fig. 2). Tales estructuras pueden formarse en menos de dos a\u00f1os como ocurri\u00f3 al este de Mosc\u00fa en 2002-04. Por ahora, solo se han realizado perforaciones para explorar o extraer el gas en Estados Unidos (Kansas, Nebraska) (Fig. 3) y en Mali (Bourakebougou) (Fig.4). En los otros lugares se han llevado a cabo estudios geoqu\u00edmicos de superficie (<1 m) consistentes en medir las concentraciones del gas en el suelo, con el fin de determinar los flujos de emisi\u00f3n hacia la atm\u00f3sfera. Est\u00e1 claro que el conocimiento y la exploraci\u00f3n del hidr\u00f3geno continental se encuentran todav\u00eda en fase preliminar. No se trata de un gas f\u00f3sil acumulado a lo largo del tiempo geol\u00f3gico, que se mide en millones de a\u00f1os, sino de uno cuya tasa de producci\u00f3n es la misma que la de su emisi\u00f3n hacia la atm\u00f3sfera. Por tanto, los flujos de emisi\u00f3n calculados en las campa\u00f1as geoqu\u00edmicas de superficie representan los flujos que se espera captar en futuras explotaciones y, adem\u00e1s, de manera duradera mientras las emisiones se mantengan de forma natural, sin agotar los yacimientos por sobreexplotaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 3.- Corte esquem\u00e1tico del yacimiento de hidr\u00f3geno de Kansas (Guelard et al, 2017)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

\u00bfD\u00f3nde cabe esperar la presencia de hidr\u00f3geno natural? En primer lugar, tenemos las emisiones de las dorsales oce\u00e1nicas, cuyo inter\u00e9s industrial queda todav\u00eda en el terreno de la utop\u00eda. En segundo, las asociadas a los complejos ofiol\u00edticos, mucho m\u00e1s accesibles que los fondos marinos. Por \u00faltimo, las fuentes ubicadas en cratones en el seno de los viejos continentes que son las m\u00e1s prometedoras dado que presentan los flujos m\u00e1s intensos y una accesibilidad \u00f3ptima. Adem\u00e1s, a partir de las escasas perforaciones realizadas, se tiene conocimiento de la existencia de acumulaciones transitorias que podr\u00edan explotarse sin necesidad de captar los flujos en superficie. El hidr\u00f3geno geol\u00f3gico puede ascender a la superficie de varias maneras. Puede permanecer disuelto en el agua subterr\u00e1nea y migrar \u00fanicamente por difusi\u00f3n en el medio acuoso. En este caso las concentraciones se mantienen siempre bajas y disminuyen en las zonas m\u00e1s superficiales. Este ser\u00eda el caso de los yacimientos en Kansas y Nebraska actualmente en exploraci\u00f3n. Una segunda tipolog\u00eda viene dada gracias a la diferencia de permeabilidad existente entre dos tipos de roca permitiendo la concentraci\u00f3n del hidr\u00f3geno y su desorci\u00f3n del agua que lo contiene; de esta manera, el gas forma burbujas que ascienden por empuje hidrost\u00e1tico y dan lugar a una acumulaci\u00f3n transitoria, en principio f\u00e1cil de explotar. Este ser\u00eda el caso de las acumulaciones de Mali en explotaci\u00f3n. Asimismo, la proximidad a grandes fallas profundas que, aun siendo antiguas, puedan haberse reactivado recientemente constituye un buen criterio de exploraci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 4.-Corte esquem\u00e1tico del campo de gas de Bourakebou, en Mal\u00ed, donde opera la primera explotaci\u00f3n viable de hidr\u00f3geno verde geol\u00f3gico. (Prinzhofer et al. 2018)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La situaci\u00f3n actual del hidr\u00f3geno de origen geol\u00f3gico recuerda la historia del uso del petr\u00f3leo, que si bien ya se utilizaba comercialmente desde mediados del siglo XIX, los primeros estudios cient\u00edficos serios sobre su origen tan solo datan de 1930. Por tanto, no resulta descabellado imaginar a la humanidad captando y aprovechando el hidr\u00f3geno natural aunque los mecanismos de su g\u00e9nesis y su migraci\u00f3n en el subsuelo no se conozcan del todo. \u00bfQuiz\u00e1s en un futuro el hidr\u00f3geno verde ser\u00e1 de origen geol\u00f3gico? La puesta en producci\u00f3n del primer pozo de H2<\/sub> en 2012, que desde entonces produce 98% de gas puro, demuestra que el hidr\u00f3geno geol\u00f3gico verde ya tiene presente.<\/p>\n\n\n\n

BIBLIOGRAF\u00cdA<\/h3>\n\n\n\n
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    Tierra y Tecnolog\u00eda n\u00ba 56 | Autor: Joan Escuer Sol\u00e9, es Licenciado en Ciencias Geol\u00f3gicas por la Universidad de Barcelona. Director de Geoconsultores T\u00e9cnicos y Ambientales, S.L. y profesor asociado en el Departamento de Geolog\u00eda de la UAB. Colegiado n\u00ba 1.876. EurGeol 975. 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