Reservas ocultas de hidrogênio da Terra podem alimentar a sociedade por milênios

Cientistas descobriram evidências de que o gás hidrogênio natural, aprisionado nas profundezas da crosta terrestre, pode fornecer uma vasta fonte de energia de baixo carbono, equivalente a 170.000 anos do atual consumo global de petróleo. Essa revelação, detalhada em uma revisão abrangente publicada na Nature Reviews Earth & Environment, sugere que o “hidrogênio natural” pode desempenhar um papel significativo na transição energética global – se conseguirmos descobrir como encontrá-lo e extraí-lo economicamente.

O estudo, de autoria de pesquisadores da Universidade de Oxford, da Universidade de Toronto e da Universidade de Durham, mapeia como o hidrogênio se acumula na crosta continental da Terra por meio de processos naturais que ocorrem há bilhões de anos. Ao contrário do hidrogênio manufaturado, que atualmente gera aproximadamente 900 milhões de toneladas de dióxido de carbono anualmente (2,4% das emissões globais), o hidrogênio natural pode ser extraído com uma pegada de carbono mínima.

Mas podemos realisticamente explorar essas reservas, ou isso é apenas curiosidade geológica e não uma solução energética prática?

Como a Terra fabrica hidrogênio 

( a ) Mapa geológico do campo Bourakebougou na parte sul da Mega-Bacia de Taoudeni, no Mali , projetado e modificado a partir do Mapa Geológico Global do Mali (1/1 500 000), DNGM, ( b ) Seção estrutural sintética e simplificada do estudo, feita de acordo com a linha de seção transversal na Fig. 1( a )

A revisão identifica dois mecanismos principais que impulsionam a formação natural de hidrogênio na crosta continental. O primeiro ocorre quando a água interage com rochas ricas em ferro, particularmente rochas ultramáficas como o peridotito. Nessas reações, o ferro ferroso (Fe2+) é oxidado a ferro férrico (Fe3+), liberando moléculas de hidrogênio no processo.

O segundo mecanismo, conhecido como radiólise, ocorre quando elementos radioativos como urânio, tório e potássio — encontrados naturalmente em rochas da crosta — emitem radiação que divide as moléculas de água em suas partes componentes, incluindo o hidrogênio.

“Essas duas reações de geração operam em escalas de tempo muito diferentes, variando de milhares a milhões de anos para reações de água-rocha em rochas altamente fraturadas, a dezenas a centenas de milhões de anos para reações de água-rocha e radiólise com limitação de água”, explicam os pesquisadores em sua revisão.

Esses processos criaram quantidades realmente impressionantes de hidrogênio ao longo do tempo geológico. Os pesquisadores calculam que, nos últimos bilhões de anos, a energia do hidrogênio gerada somente na crosta arqueana equivale a aproximadamente 170.000 anos do consumo global de petróleo atual – um número tentador para estrategistas de energia.

Quatro cenários geológicos com potencial de hidrogênio

O estudo identifica quatro principais cenários geológicos onde o hidrogênio natural pode se acumular em quantidades comercialmente viáveis:

☆ Complexos de ofiolitos de margem continental – fatias de crosta oceânica empurradas para os continentes durante colisões tectônicas

☆ Terrenos de granito alcalino – granitos radiogênicos que podem gerar hidrogênio por meio da radiólise da água

☆ Grandes províncias ígneas – grandes volumes de rochas máficas que poderiam gerar hidrogênio por meio de reações água-rocha

☆ Cinturões de greenstone arqueanos e batólitos graníticos de tonalito-trondhjemito-granodiorito (TTG) – formações rochosas antigas contendo fontes de hidrogênio radiolítico e de água-rocha

Significativamente, essas formações geológicas estão amplamente distribuídas por todos os continentes, sugerindo que o hidrogênio natural poderia ser um recurso acessível globalmente, em vez de concentrado em regiões específicas.

O mistério do hidrogênio do Mali

extraindo um gás inflamável da terra que produz muita eletricidade sem emissões de CO2

Embora a existência de hidrogênio natural tenha sido documentada ao longo do século XX, o interesse em seu potencial comercial aumentou após relatos do campo de gás de Bourakebougou, no Mali, em 2018. Este local produz hidrogênio com mais de 97% de pureza, embora os dados sobre o volume de produção permaneçam limitados.

A descoberta no Mali exemplifica como o hidrogênio pode se acumular em armadilhas geológicas semelhantes às que contêm gás natural. Para que o hidrogênio forme acumulações extraíveis, quatro condições devem ser atendidas: uma fonte de hidrogênio, uma rota de migração, uma armadilha selada e preservação contra degradação microbiológica ou química.

Os pesquisadores observam que a preservação do hidrogênio ao longo do tempo geológico apresenta desafios únicos, visto que o hidrogênio é altamente móvel e suscetível ao consumo por micróbios subterrâneos. Isso explica por que, apesar das vastas quantidades geradas ao longo da história geológica, apenas uma fração pode ser recuperada hoje.

Não renovável, mas sustentável

 O estudo faz uma distinção crucial que pode moldar como o hidrogênio natural é regulado e comercializado: embora possua uma baixa pegada de carbono comparável ao “hidrogênio verde” produzido por eletrólise alimentada por energia renovável, o hidrogênio natural não é um recurso renovável em escalas de tempo humanas.

“Os sistemas continentais não fornecem um sistema de regeneração de hidrogênio em escalas de tempo decadais a centenárias e não devem ser considerados um recurso renovável”, conclui a equipe de pesquisa.

Saiba mais- Pesquisadores desenvolvem método sustentável de purificação de materiais na geração de hidrogênio verde

Saiba mais- Vale lidera projeto de hidrogênio verde para indústria do aço com apoio da União Europeia

Isso coloca o hidrogênio natural em uma categoria única: uma fonte de energia potencialmente de baixo carbono que, como os combustíveis fósseis, existe em quantidades finitas, mas com uma base de reserva muito maior e impacto ambiental significativamente menor durante a extração.

Os autores estimam que o hidrogênio natural poderia ser produzido por aproximadamente US$ 0,50-1,00 por quilograma, substancialmente menos do que o “hidrogênio verde” (US$ 2,50-6,50/kg) e o “hidrogênio azul” derivado do gás natural com captura de carbono (US$ 1,50-4,00/kg).

Desafios e lacunas de conhecimento

Espera-se que o custo do hidrogênio verde proveniente de fontes de energia renováveis ​​diminua até 2050 devido à economia de escala e à eficiência tecnológica. O custo e a pegada de carbono do hidrogênio natural dependerão da qualidade da produção do reservatório de gás e da pureza do hidrogênio. O valor de gases coproduzidos, como o hélio, encontrados em alguns tipos de sistemas de hidrogênio natural, não está incluído nessas estimativas.  O custo e a pegada de carbono do hidrogênio natural o tornariam uma fonte de hidrogênio altamente competitiva. CCS, captura e armazenamento de carbono

 Apesar de sua promessa, ainda existem lacunas significativas no conhecimento. Os pesquisadores identificam diversas prioridades para investigações futuras, incluindo uma melhor compreensão da quantidade de hidrogênio que permanece retida na crosta terrestre, o aprimoramento dos métodos de cálculo das taxas de geração de hidrogênio a partir de reações entre água e rocha e o desenvolvimento de técnicas para localizar e avaliar acumulações de hidrogênio economicamente viáveis.

Os autores do estudo alertam que, embora grandes acumulações de hidrogênio sejam viáveis, depósitos de hidrogênio de altíssima pureza, como o do Mali, podem ser excepcionais. Mais comumente, o hidrogênio natural pode ser encontrado misturado a outros gases, como hélio e nitrogênio – ainda valioso, mas exigindo diferentes abordagens de extração e processamento.

“Para o sucesso da exploração, será fundamental prever a quantidade e o momento em que o hidrogênio será gerado”, enfatizam os pesquisadores. Isso exigirá a integração de dados geológicos, geofísicos e geoquímicos para entender onde o hidrogênio pode estar aprisionado e em que quantidades.

À medida que o mundo busca caminhos para descarbonizar setores “difíceis de abater”, como a produção de fertilizantes, a siderurgia e o transporte de longa distância, a descoberta e o desenvolvimento de recursos naturais de hidrogênio podem fornecer uma fonte de energia de transição com impacto ambiental significativamente menor do que os métodos atuais de produção de hidrogênio. Embora não seja uma solução mágica para a transição energética, esse recurso inexplorado pode em breve se juntar ao portfólio de soluções que ajudam a reduzir as emissões globais de carbono.