El concepto de hidrógeno natural como recurso energético es prometedor y objeto de intenso interés científico y exploratorio. Sin embargo, aún no es un recurso comercial consolidado fuera de casos muy específicos.
Hasta ahora, Bourakébougou (Mali) es uno de los pocos casos donde existe producción continua y de cierta escala desde 2012, pero la exploración y extracción comercial en otras partes del mundo aún está en fases exploratorias o piloto. España es un pais con yacimientos de hidrógeno interesado en su explotación comercial. No obstante, existen desafios técnicos para alcanzar la viabilidad técnica y económica. Las líneas de trabajo prioritarias de los ingenieros de hidrógeno incluyen:
· Investigación geológica avanzada y campañas sísmicas para caracterizar reservorios potenciales.
· Desarrollo de tecnologías de perforación y sellado específicas para hidrógeno, diferentes de las del gas natural.
· Integración de estudios de prospectividad con herramientas de modelización geológica y geoquímica.
· Marco regulatorio y de seguridad adaptado al manejo del hidrógeno nativo.
Este enfoque permitirá que España, con sus variadas provincias geológicas, aproveche datos emergentes y transforme el hidrógeno natural de una curiosidad científica a una posible fuente energética si los recursos son confirmados y extractables con criterios técnicos y económicos sólidos.
¿Qué es el hidrógeno en el suelo?
El hidrógeno natural también se conoce como hydrogeno blanco o gold hydrogen. Se refiere al hidrógeno presente de forma nativa en la corteza terrestre, formado por reacciones geológicas como:
· Serpentinización: Reacciones entre agua y minerales ultramáficos ricos en hierro.
· Radiolisis del agua: División de moléculas de agua por radiación natural en ciertos tipos de roca.
· Reacciones minerales en entornos geotérmicos o durante alteración de rocas ricas en Fe(II).
A diferencia de la producción industrial (electrólisis del agua o reformado de vapor con combustibles fósiles), el hidrógeno natural no se produce por energía humana sino por procesos geológicos naturales. El hidrógeno natural puede acumularse en poros o fracturas de rocas junto con otros gases como nitrógeno o helio.
La exploración de hidrógeno en el suelo
La investigaciones geológicas es fundamental en la exploración y explotación del hidrógeno en el suelo. Los estudios recientes muestran que el hidrógeno natural se ha detectado en muchos entornos geológicos (centros oceánicos, márgenes pasivos, intraplacas) e incluso en yacimientos asociados a rocas ultramáficas. Sin embargo, estos hallazgos aún no forman una base sólida para explotación comercial generalizada.
Algunos organismos como el US Geological Survey (USGS) están mapeando la prospectividad geológica de hidrógeno natural, pero las estimaciones de recursos todavía son preliminares y requieren validación intensa de campo.
A nivel español, se han mencionado indicios en zonas como Huesca y Ronda (Málaga), con estudios académicos e iniciales que apuntan a la existencia de hidrógeno natural en peridotitas y estructuras específicas, pero mucho más trabajo geológico y validación sísmica y geoquímica es necesario antes de afirmar un recurso explorable. Veamos con mayor detalle el caso de la extracción del hidrógeno en el suelo en Monzón (Huesca)
El hidrógeno en el suelo de Monzón (Huesca)
Extraer un millón de toneladas de hidrógeno del suelo de Monzón es el objetivo de una filial de British Petroleum en Monzón (Huesca). Esta empresa ha diseñado un proyecto dotado de 900 millones de euros durante 20 años para construir una instalación de extracción de este combustible de hidrógeno pionera en Europa.
De hecho, con el gas encontrado en el subsuelo de Monzón, se lograría producir el hidrógeno natural más competitivo del mercado, con un coste de 0,75 euros/kilo, con un impacto en toda Europa y sin utilizar técnicas de fraking, prohibidas en España. Además, la empresa tiene localizadas otras seis reservas en zonas de Barbastro y el valle del Ebro con el mismo material, lo que abre la puerta a explorar también esos yacimientos y situar a Aragón como un referente global en el combustible del siglo XXI.
Este yacimiento es conocido desde 1963, cuando la empresa Enpasa localizó el hidrógeno natural en un pozo que proyectó buscando gas. Entonces se desechó la opción de explotar ese recurso por la falta de tecnología y utilidad, pero, como ha explicado este miércoles el director general de la compañía, Iam Munro, desde el edificio Pignatelli, “ahora sí hay demanda en el mercado”. “El hidrógeno natural ha existido durante millones de años en la Tierra, no es algo nuevo, siempre ha estado ahí y se sigue generando de manera natural. Las empresas a veces lo han encontrado buscando gas y petróleo, pero no era de utilidad en el pasado”, ha desgranado.
La presencia de hidrógeno en el suelo
En otros lugares, se ha observado que los depósitos de hidrógeno en el subsuelo pueden estar asociados con depósitos de hidrocarburos, como el gas natural. El hidrógeno puede ser un componente importante en la formación y acumulación de estos depósitos, y su presencia puede tener implicaciones en la explotación y extracción de recursos energéticos.
El hidrógeno natural es ampliamente considerado como el más competitivo y sostenible para el sector industrial, ya que puede usarse como materia prima para la producción de celdas de combustible o fertilizantes, o como una fuente de energía directa para reemplazar los combustibles fósiles cumpliendo con la visión de la Comisión Europea y los objetivos de descarbonización. Además, inciden en que la tecnológica “no es nueva” y es “completamente segura”.
El proyecto del yacimiento de hidrógeno en Monzón
Según el proyecto, se estima que llegaría a generar hasta 300 empleos directos y 1.500 indirectos. La compañia tiene previsto realizar la perforación de un pozo de hidrógeno en Monzón, hasta los 3,5 kilómetros de profundidad. Esto permitirá confirmar los volúmenes de hidrógeno natural que ya están testeados. Se estima una inversión de 12 millones de euros. Posteriormente se pasará a una fase de producción entre 2025 hasta 2028, destinando hasta 500 millones de euros, que se ampliarán hasta los 900 millones durante los 20 años siguientes de vida útil. Además, desde la compañía tienen la confianza de encontrar también un porcentaje de helio, un gas del que Europa es gran importador ya que sólo se produce en Polonia.
Limitaciones legales para el hidrógeno en el suelo
El proyecto de extracción hidrógeno en Monzón cuenta con la aprobación del Gobierno de Aragón. Está declarado como inversión de interés autonómico. Además, anteriormente recibieron la autorización administrativa para investigar la cantidad de hidrógeno verde que se hallaba en el subsuelo de Monzón.
No obstante, la Ley de Cambio Climático de 2021 limita la capacidad de los gobiernos autonómicos para conceder los permisos de investigación de hidrogeno en el suelo. No sólo las futuras exploraciones, también las extracciones que poseian una autorización administrativa.
La explotación del hidrógeno en el suelo de Monzón
La compañía Alkeymia, con sede en Madrid, anunció la inversión de 700 millones de euros en la producción de hidrógeno y amoniaco verde. Este proyecto incluye la construcción de dos parques eólicos en la localidad de Caspe.
Este proyecto se denomina Pilar. La estimación inicial calcula que dará empleo a 1.000 personas durante la construcción y 85 más en fase de producción. Esta empresa producirá en el proyecto unas 30.000 toneladas anuales de hidrógeno verde y 165.000 toneladas anuales de amoniaco verde. Esta última cantidad se transportará a través del ferrocarril hasta el cliente final.
El proyecto incluye la construcción de un hidroducto de cerca de ocho kilómetros para inyectar el hidrógeno verde en el punto de acceso P-19 de la Red Troncal de Hidrógeno. El hidrógeno de Monzón que tratamos más adelante potencia el desarrollo de esta energía en la región. Los ingenieros han seleccionado este lugar por la gran cantidad de recursos naturales. El río Ebro juega un papel fundamental para el desarrollo de hidrógeno y amoniaco verde.
El 80 % del amoniaco que se produce en el mundo se destina a la fabricación de fertilizantes, pero también se utiliza en la industria farmacéutica, productos químicos e incluso explosivos. Este proyecto es pionero en España, ya que no existe una producción de amoniaco verde de esta magnitud en el país.
Los pasos para la extracción de hidrógeno en el suelo
Exploración y Evaluación
Antes de perforar, se realiza una extensa investigación geológica y geofísica para identificar áreas propicias para la presencia de gas natural.
Se llevan a cabo estudios sísmicos para obtener imágenes detalladas del subsuelo y determinar la estructura geológica.
Perforación del pozo de exploración
Se selecciona un lugar basado en la investigación previa.
Se perfora un pozo de exploración hasta alcanzar la formación geológica que se cree que contiene gas natural.
Se instala una tubería de revestimiento para mantener la integridad del pozo.
Pruebas de pozo de extracción de hidrógeno en el suelo
Se realizan pruebas para evaluar la presión y el flujo del pozo.
Se determina la cantidad y calidad del gas natural presente.
Perforación del pozo de producción
Si la prueba de pozo es exitosa, se perfora un pozo de producción.
Se instalan sistemas de control de presión y flujo.
Extracción del hidrógeno en el suelo
Una vez que se ha perforado el pozo de producción, el gas natural fluye naturalmente hacia la superficie debido a la presión en la formación geológica.
En algunos casos, se puede requerir la estimulación del pozo. Se emplea la técnica del fracturamiento hidráulico para mejorar la producción.
Procesamiento y separación
El gas extraído a menudo contiene impurezas como agua y otros compuestos.
El gas se envía a una planta de procesamiento donde se separan las impurezas, incluyendo agua, CO₂ y otros contaminantes.
Almacenamiento y transporte
Después del procesamiento, el gas natural se almacena en instalaciones adecuadas.
Se transporta a través de tuberías o mediante transporte especializado (como gasoductos) hasta los puntos de distribución y consumo.
Distribución y consumo
El gas natural se distribuye a través de redes de gasoductos a consumidores industriales, comerciales y residenciales.
Se utiliza como fuente de energía para calefacción, generación de electricidad, y en diversas aplicaciones industriales.
El caso contrario de hidrógeno en el suelo
Un caso inverso de explotar un yacimiento de hidrógeno en el suelo (monzón), es inyectarlo donde antes no existía este gas energético. Un equipo de investigadores ha propuesto almacenar hidrogeno verde en una cueva subterránea de Burgos: la Poza de la Sal. Estos cientificos avalan su estabilidad, la hermeticidad al gas almacenado y la seguridad medioambiental.
Esta conclusión la han reflejado en un informe sobre el hidrogeno en el suelo. Este ha sido realizado por investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía y de la Universidad Politécnica de Madrid. Porponen almacenar hidrogeno verde, que se produciría a través de un proceso de electrólisis. Este proceso sería alimentado por energía renovable procedente del parque eólico Páramo de Poza.
Al ser producido mediante electrólisis, el hidrógeno es un combustible limpio que no produce gases de efecto invernadero, partículas, óxidos de azufre ni ozono troposférico. Sus únicas emisiones son de vapor de agua, lo que contribuye a la mejora de la calidad medioambiental y de salud de la población cercana.
En la investigación de hidrogeno en el suelo hay que considerar la posible fragilidad de los metales o formaciones geológicas utilizadas para su confinamiento. Por eso se deben emplear materiales adecuados ante un posible aumento de su permeabilidad.
Cuevas de sal para almacenar hidrogeno en el suelo
Las cavernas de sal son adecuadas para almacenar hidrogeno verde. Un ejemplo claro es esta cueva ubicada en la provincia de Burgos. Los almacenamientos en cavernas subterráneas son adecuados para el hidrógeno puro, ya que presentan un buen sello y una muy baja permeabilidad. Esto garantiza una mínima pérdida de hidrógeno y un riesgo muy bajo de contaminación con impurezas del entorno.
El «diapiro» de Poza de la Sal es una depresión circular formada por yesos, arcillas y una gran extensión de sal en el centro. Laura Valle, coautora del estudio, ha asegurado que la baja actividad sísmica de la zona, la reducida permeabilidad y porosidad de las cavernas de sal y la cercanía al parque eólico Páramo de Poza hacen que sea un lugar adecuado para almacenar hidrogeno verde. Además permite el almacenamiento del excedente de energía eólica.
El estudio sobre el almacenamiento geológico de hidrógeno en la caverna subterránea de Poza de la Sal indica que cumple los criterios geológicos, técnico-económicos y medioambientales para el almacenar hidrógeno verde.
El diseño de la cavidad debe asegurar su estabilidad, la hermeticidad al gas almacenado y la seguridad medioambiental. Desde el punto de vista económico se debe la optimización de su forma y tamaño, con el fin de almacenar la mayor cantidad de gas.
Los investigadores sugieren la construcción de dos cavernas de almacenamiento con iguales dimensiones a una profundidad de 1.000 metros. Esta afirmación viene justificada con calculos de diferentes parámetros de la operación. Estos son: la temperatura de la caverna, presión litostática la densidad del hidrógeno almacenado, masa del gas y energía almacenada,
Otros aspectos considerados
Los investigadores han calculado una masa de «gas trabajo» y una de «gas colchón» de 3.5 y 2.3 millones de kilogramos, respectivamente. Para calcular el número de cavernas y la capacidad total del sistema de almacenamiento, los autores han tenido en cuenta la cantidad de energía que puede suministrar el parque eólico Páramo de Poza, así como el hidrógeno necesario para rellenar la cavidad.
Una parte del hidrógeno almacenado debe permanecer siempre en la cavidad (gas base) con el fin de mantener la presión mínima que asegure su estabilidad. El resto del hidrógeno almacenado (gas de trabajo) puede ser extraído cuando sea requerido para su consumo.
La variación de la radiación solar y el carácter volátil del viento hace que la producción de energía renovable fluctúe, impidiendo un suministro de forma continua, han observado los autores. También han señalado que el almacenamiento de este tipo de energía permitiría compensar estos desequilibrios. Por eso, esta tecnología del hidrógeno adquiere especial relevancia.
Los próximos retos de la explotación del hidrógeno en el suelo
El hidrógeno es un combustible limpio que mejorará la generación de energía en esta decada. Los retos técnicos que tienen los ingenieros para explotar de forma rentable el hidrógeno natural son:
· Modelado geomecánico y geoquímico: La naturaleza altamente móvil del hidrógeno y su interacción con otras fases exige modelos avanzados de flujo multifásico y estudios de permeabilidad y barreras geológicas.
· Sistemas de captura y manejo del gas: El hidrógeno puro tiene propiedades físicas (densidad baja, difusividad alta) que presentan desafíos distintos respecto al gas natural para sellado de pozos, transporte e infraestructura.
· Evaluación ambiental y regulatoria: La regulación en España y la Unión Europea aún no está claramente definida para recursos emergentes como el hidrógeno natural. Es necesario que una definición mayor en las normativas de perforación, seguridad y emisiones deben adaptarse.
