In Copertina: foto di Giovanni Brussato (IA)

Pur essendo considerato il vettore energetico del futuro sull’utilizzo dell’idrogeno restano molte perplessità, a partire dalla sua sostenibilità economica. Finora la domanda di idrogeno come combustibile o materia prima industriale, è stata soddisfatta principalmente dallo steam reforming del metano, noto come "idrogeno blu", quando le emissioni di carbonio vengono catturate, o "idrogeno grigio", quando non lo sono. Più complessa, e costosa, la produzione di “idrogeno verde” da fonti rinnovabili, come eolico o fotovoltaico, scindendo le molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno con elettrolizzatori.

Presto però potrebbe essere visto non solo come un vettore che immagazzina energia e ne consente il trasporto, la distribuzione e l'uso, ma come una fonte energetica essendo possibile reperirlo nativo in natura. Di più: potrebbe essere l'energia rinnovabile per eccellenza potendo rinnovarsi attraverso i processi naturali della Terra.

La prima prova affidabile dell'esistenza dell’idrogeno naturale si è verificata negli anni '70 quando i robot sottomarini hanno scoperto fluidi idrotermali ricchi di idrogeno mentre tracciavano una fonte di metano per localizzare le bocche idrotermali sui fondali oceanici. In Mali, nell’Africa occidentale, da un pozzo, in acque poco profonde, perforato per la ricerca del metano, da oltre 20 anni, viene estratto un gas costituito, per oltre il 97%, da idrogeno. Successive esplorazioni hanno individuato ulteriori giacimenti limitrofi, contenenti idrogeno gassoso quasi puro, che da oltre 10 anni vengono utilizzati per fornire elettricità a un villaggio locale.

Solo chi cerca (bene) trova.

L'esistenza di idrogeno naturale è ben documentata in molti ambiti geologici. Tuttavia, dei milioni di pozzi di petrolio e gas perforati fino ad oggi, solo in poche decine di giacimenti è stata documentata la presenza di idrogeno in quantità significative. Questo ha portato a concludere che gli accumuli economici di idrogeno nel sottosuolo fossero inesistenti. Le ragioni sono molteplici, a cominciare da apparecchiature di analisi ancora non adeguatamente sviluppate, solo una piccola parte dei moderni analizzatori portatili di gas naturale ha incluso i sensori di idrogeno.

Inoltre, la maggior parte delle trivellazioni in tutto il mondo avviene in bacini sedimentari, che costituiscono la metà della superficie terrestre, ma è improbabile che questi luoghi contengano idrogeno in abbondanza: il carico geostatico e la temperatura inducono le molecole di carbonio di quelle rocce a consumare tutto l'idrogeno disponibile per formare idrocarburi più complessi. Tuttavia, quando i ricercatori hanno iniziato a esaminare i registri storici dell'industria e i dati non pubblicati, hanno trovato scoperte storiche di idrogeno naturale che erano passate inosservate in numerosi luoghi del mondo.

In ultima analisi semplicemente non abbiamo cercato le risorse geologiche di idrogeno nei posti giusti e con gli strumenti giusti.

Genesi.

La chiave della ricerca si chiama serpentinizzazione. L’idratazione delle rocce del mantello, processo noto come serpentinizzazione, ha la capacità di produrre idrogeno e di favorire la genesi di metano abiotico, che si forma in assenza di processi biologici, in ambienti relativamente superficiali, alcuni chilometri, della crosta terrestre. La peridotite è il tipo di roccia più abbondante per ospitare il ciclo idrotermale nelle dorsali medio-oceaniche in lenta e ultralenta espansione, dove l'apporto di magma è limitato. L'alterazione idrotermale della peridotite, la serpentinizzazione appunto, porta a sviluppare reazioni che comportano la formazione di idrogeno. Questo suggerisce che le zone di convergenza tra placche tettoniche, come quelle che hanno generato la catena alpina, possano costituire importanti fonti di idrogeno: vi sono teorie che sostengono come la serpentinizzazione dovrebbe produrre fino all'80% dell'idrogeno della Terra.

Un secondo meccanismo, la radiolisi, può generare idrogeno naturale. Elementi radioattivi nella crosta come l'uranio e il decadimento del torio possono scindere le molecole d'acqua nel sottosuolo e generare un ulteriore flusso di idrogeno. E’ quanto si è verificato nelle rocce argillose del deposito di uranio di Cigar Lake nel nord del Saskatchewan, in Canada dove l'idrogeno naturale, circa 500 parti per milione (ppm), è intrappolato, come inclusioni o prodotto di adsorbimento, all'interno di vari tipi di rocce come illite, clorite e caolinite.

Risorse e riserve.

Recentemente il Servizio Geologico Statunitense (USGS) ha sviluppato un modello di potenziale risorsa globale di idrogeno basandosi sui dati conosciuti degli accumuli di altre risorse geologiche come gli idrocarburi, l'energia geotermica e i gas nobili come l'elio. Le stime delle risorse potenziali sono colossali e variano da migliaia a miliardi di tonnellate metriche (Mt), con un valore medio di decine di milioni di tonnellate.

Su questi valori gravano delle limitazioni fondamentali: il fatto di essere il risultato di un’analisi probabilistica, di non essere il risultato di effettive misure in situ e soprattutto di non includere, nella loro analisi, la capacità tecnologica o economica di recuperarle.

Tuttavia se, probabilmente, una larga parte di queste risorse si trova in accumuli troppo profondi, troppo al largo o troppo piccoli per essere recuperati economicamente, la parte restante potrebbe costituire comunque una risorsa significativa.

Il passo successivo sarà realizzare una metodologia per le prospezioni per analizzare i fattori geologici che consentono la creazione degli accumuli, le cosiddette “trappole”, attingendo, anche in questo caso, a tutte le conoscenze del settore degli idrocarburi sulla migrazione dei fluidi attraverso altri strati rocciosi e sulle caratteristiche delle potenziali rocce serbatoio.

Inoltre, va considerato che, a differenza degli idrocarburi, risorse non rinnovabili, l’idrogeno naturale potrebbe essere rinnovabile data la rapidità di generazione attraverso la riduzione dell'acqua, al punto che c’è chi avanza l’ipotesi di iniettare acqua calda in rocce ricche di ferro per stimolare la generazione di idrogeno.

L’idrogeno non è una fonte energetica agevole da distribuire e presenta significativi problemi di stoccaggio tuttavia, se si vogliono decarbonizzare settori come gli hard-to-abate o il trasporto pesante, l’idrogeno, al momento, è l’unica soluzione. Quale sarà il ruolo dell’idrogeno dipenderà molto dalla posizione che assumerà Big Oil, e più in generale l’industria degli idrocarburi, che dispone delle migliori conoscenze in questo ambito: certo una forte iniziativa in questo senso lancerebbe onde sismiche a tutta l’industria della transizione energetica.

Riferimenti:

• Statement of Dr. Geoffrey S. Ellis (U.S. Geological Survey) before the Senate Committee Energy and Natural Resources, February 28, 2024.
• Wang L., Jin Z., Chen X., Su Y., Huang X, 2023, The Origin and Occurrence of Natural Hydrogen, Energies.
• Rigollet, C. & Ars, Jean-Michel & Dupuy, J. & Fabre, G. & Ferran, Jean-Charles & Kremer, Thomas & Lefeuvre, Nicolas & Neumaier, M. & Prinzhofer, A. & Thomas, E. & Voisin, Christophe. (2023). Integrated Workflow for Natural H2 Exploration.
• Eric Hand, 2023, Hidden hydrogen Does Earth hold vast stores of a renewable, carbon-free fuel?, Science