Una collaborazione internazionale tra l’Università di Oxford, l’Università di Durham e l’Università di Toronto induce a ipotesi potenzialmente rivoluzionarie sull’accumulo di idrogeno naturale pulito sotto la superficie terrestre. Questa ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Reviews Earth & Environment, decifra il complesso quadro geologico che regola la generazione, la migrazione e la conservazione dell’idrogeno naturale. Ciò apre potenzialmente la strada a una rivoluzione energetica con profonde implicazioni ambientali ed economiche. L’obiettivo primario è identificare fonti di idrogeno a basso contenuto di carbonio per soddisfare la crescente domanda globale.
Il potenziale finora sottovalutato dell’idrogeno naturale pulito
L’idrogeno è ampiamente riconosciuto come combustibile pulito, con l’acqua come unica emissione quando viene consumato. Tuttavia i metodi di produzione attuali si basano principalmente sugli idrocarburi, contribuendo in modo significativo alle emissioni globali di CO2 (attualmente incidono sul 2.4% del totale).
La ricerca indica che la crosta continentale terrestre contiene idrogeno gassoso sufficiente a soddisfare teoricamente il fabbisogno energetico umano per oltre 170.000 anni. Sebbene una parte sia inaccessibile, il potenziale rimane enorme.
La domanda di idrogeno è destinata ad aumentare notevolmente, da 90 milioni di tonnellate nel 2022 a 540 milioni di tonnellate nel 2050. Trovare fonti pulite è quindi fondamentale sia dal punto di vista ambientale che economico.
Si prevede che il mercato dell’idrogeno, attualmente valutato 135 miliardi di dollari (trainato principalmente dalla produzione di ammoniaca e dalla raffinazione), possa raggiungere 1 trilione di dollari entro il 2050.
Cosa serve affinché si crei idrogeno naturale nella crosta terrestre
Lo studio definisce meticolosamente i fattori fondamentali necessari per la generazione e l’accumulo di idrogeno nella crosta:
- Tipi di rocce specifiche, ricche di reagenti chimici.
- Presenza di acqua sotterranea in grado di ingenerare interazioni geochimiche cruciali.
- Condizioni geologiche favorevoli alla migrazione e l’intrappolamento dell’idrogeno.
La geologia terrestre agisce insomma come un vasto reattore chimico dove le reazioni acqua-roccia producono idrogeno.
La ricerca si addentra nei meccanismi geochimici che producono idrogeno sotto la superficie terrestre.
- Serpentinizzazione: alcune rocce ultramafiche ricche di minerali contenenti ferro reagiscono con l’acqua sotterranea infiltrata, liberando molecole di idrogeno naturale.
- Radiolisi: la dissociazione delle molecole d’acqua indotta dal decadimento radioattivo naturale contribuisce ulteriormente all’idrogeno, in particolare nelle rocce cristalline profonde.
L’interazione di queste reazioni, modulata dalla composizione delle rocce, dalla porosità, dalla temperatura e dal flusso di fluidi, determina il complesso panorama della generazione di idrogeno naturale.
Critici per l’accumulo di risorse di idrogeno sono la sua migrazione e il suo intrappolamento all’interno della crosta. Essendo la molecola più piccola, l’idrogeno si diffonde rapidamente rendendo necessarie specifiche strutture geologiche per formare giacimenti di gas stabili.
Lo studio evidenzia come le rocce di copertura impermeabili, le faglie sigillate e lo spazio fra i pori nei serbatoi porosi si combinino per creare trappole idrogeologiche vitali in grado di mantenere accumuli su scale temporali geologiche. Comprendere queste dinamiche del sottosuolo è fondamentale per valutare la fattibilità e la scala dei potenziali giacimenti di idrogeno.
Gli ecosistemi microbici nel sottosuolo rappresentano sia sfide che opportunità per la ritenzione di idrogeno. Certi microbi consumano idrogeno come substrato metabolico, potenzialmente esaurendo gli accumuli se in contatto diretto. Lo studio sottolinea l’importanza di identificare ambienti geologici che isolino l’idrogeno da tale consumo biologico, preservandone la redditività economica.
Ampia distribuzione geografica
È stato quindi sviluppato un quadro di esplorazione analogo alle strategie storicamente applicate nella prospezione dell’elio che enfatizza un approccio dai principi primi, le basi fondamentali della conoscenza scientifica, considerando i vincoli termodinamici e cinetici che regolano i tassi di produzione di idrogeno, i percorsi di migrazione, l’efficacia della sigillatura dei serbatoi e i tassi di consumo microbico sotterraneo.
Una rivelazione cruciale che sfida le precedenti ipotesi secondo cui l’idrogeno proveniente dal mantello terrestre potesse fungere da risorsa commercialmente valida. La ricerca dimostra infatti che tali fonti sono improbabili per generare concentrazioni o volumi sufficienti di idrogeno per l’estrazione. Sono invece le rocce crostali più comuni che interagiscono con l’acqua sotterranea, attraverso processi come la serpentinizzazione e la radiolisi, a costituire sistemi di idrogeno naturale promettenti.
Mappando la distribuzione globale degli ambienti geologici favorevoli alla generazione e all’accumulo di idrogeno, i ricercatori hanno identificato una vasta gamma di potenziali obiettivi di esplorazione. Dalle regioni scudo come i terreni precambriani canadesi ai bacini sedimentari con ambienti geochimici unici, gli ingredienti per la generazione di idrogeno appaiono ampiamente sparsi nei continenti. Questa vasta disponibilità suggerisce che l’idrogeno naturale potrebbe emergere come un pilastro nella transizione globale dai combustibili fossili.
Le implicazioni tecnologiche e le prospettive future
Le scoperte hanno portato alla formazione di Snowfox Discovery Ltd., una società dedicata all’esplorazione di giacimenti di idrogeno naturale pulito che sfrutterà modelli geochimici avanzati, tracciatura isotopica e tecnologia di esplorazione originariamente affinata nei settori del petrolio e del gas per identificare giacimenti di idrogeno naturale commercialmente redditizi.
Il percorso futuro prevede il perfezionamento delle misurazioni sperimentali di parametri chiave come l’efficienza delle reazioni, i tassi di flusso di idrogeno e le storie geologiche che concorrono alla concentrazione di idrogeno in forme accessibili.
L’integrazione di metodi di indagine geofisica all’avanguardia con l’impronta geochimica migliorerà le capacità predittive, riducendo i rischi di esplorazione. Questo approccio basato sui dati mira a replicare ricette di successo per l’accumulo di idrogeno in diversi contesti geologici.
La produzione spontanea di idrogeno naturale pulito e la metafora del Soufflé
Il Professor Chris Ballentine (Oxford Earth Sciences), autore principale dello studio, usa una metafora culinaria per descrivere il processo di individuazione di accumuli di idrogeno: “Combinare gli ingredienti per trovare l’idrogeno accumulato in uno qualsiasi di questi contesti può essere paragonato alla cottura di un soufflé: se uno degli ingredienti, le quantità, i tempi o la temperatura sono sbagliati, rimarrete delusi. Una ricetta di esplorazione di successo che sia ripetibile sbloccherà una fonte di idrogeno a basso contenuto di carbonio commercialmente competitiva che contribuirebbe in modo significativo alla transizione energetica: abbiamo l’esperienza giusta per combinare questi ingredienti e trovare quella ricetta”.
Questa ricerca trasformativa segna un nuovo paradigma nell’approvvigionamento di energia pulita, posizionando le riserve di idrogeno naturale come un’alternativa strategicamente vitale e ambientalmente sostenibile all’idrogeno derivato dai combustibili fossili.
Con modelli geologici convalidati e tecnologie di esplorazione emergenti, il mondo è in procinto di sfruttare le riserve naturali di idrogeno della Terra, rivoluzionando potenzialmente i sistemi energetici e mitigando in modo significativo le emissioni di gas serra. Man mano che la domanda globale di idrogeno aumenta, lo sblocco delle risorse geologiche naturali di idrogeno potrebbe tracciare un percorso verso un futuro energetico veramente sostenibile e a zero emissioni di carbonio.
L’articolo Natural hydrogen resource accumulation in the continental crust è stato pubblicato su Nature Reviews Earth & Environment
Guarda anche:
- Ricercatori giapponesi presentano una membrana ad altissima conducibilità per la nuova generazione di pile a combustibile
- Idrogeno e automotive, il CEO Mele: “lo studio sulla sicurezza alla SFBM”
- Una combinazione di tecnologie incrementa l’efficienza delle celle fotovoltaiche
- Scoperto un metodo per rendere più efficiente la produzione di idrogeno dall’acqua
