Idrogeno naturale nelle regioni montane

Potenziale in ambienti tettonici

L'idrogeno naturale, noto anche come idrogeno bianco, può essere prodotto in vari modi, ad esempio attraverso la trasformazione batterica di materiale organico o la trasformazione dell'acqua come risultato del decadimento di elementi radioattivi nella crosta continentale della Terra. Di conseguenza, la presenza di H₂ naturale è segnalata in molti luoghi del mondo. L'utilità generale dell'idrogeno naturale come fonte di energia è già stata dimostrata in Mali, dove quantità limitate di H₂ vengono estratte da strati sedimentari ricchi di ferro mediante perforazioni sotterranee.

Tuttavia, il meccanismo più promettente per la produzione di idrogeno naturale su larga scala è un processo geologico in cui la roccia del mantello reagisce con l'acqua. I minerali della roccia mantellare cambiano la loro composizione e formano nuovi minerali del cosiddetto gruppo del serpentino e gas H₂. Questo processo è noto come serpentinizzazione. Le rocce del mantello si trovano normalmente a grandi profondità, sotto la crosta terrestre. Affinché queste rocce possano entrare in contatto con l'acqua e serpentinizzarsi, devono essere esumate tettonicamente, cioè portate in superficie. Esistono due importanti ambienti di tettonica a placche in cui le rocce del mantello vengono esumate e serpentinizzate nel corso di milioni di anni:

• Bacini oceanici che si aprono quando i continenti si rompono durante il rifting, permettendo al mantello di sollevarsi mentre la crosta continentale sovrastante si assottiglia e alla fine si rompe (ad esempio nell'Oceano Atlantico), e nell'Oceano Atlantico. nell'Oceano Atlantico), e
• la successiva chiusura di bacini e la formazione di montagne quando i continenti si riavvicinano e si scontrano, costringendo le rocce del mantello a salire in superficie (ad esempio, nei Pirenei e nelle Alpi).

Modellazione numerica

Per valutare correttamente il loro potenziale di idrogeno naturale, è essenziale una comprensione approfondita dell'evoluzione di tali ambienti tettonici. Utilizzando un approccio numerico all'avanguardia per la modellazione della tettonica delle placche, calibrato con dati provenienti da esempi naturali, il team di ricerca del GFZ ha simulato l'intera evoluzione della tettonica delle placche, dal rifting iniziale alla rottura dei continenti, seguita dalla chiusura dei bacini e dalla formazione delle montagne. In queste simulazioni, i ricercatori hanno determinato per la prima volta dove, quando e in che misura le rocce del mantello vengono esumate durante la costruzione delle montagne e quando queste rocce possono entrare in contatto con l'acqua a temperature favorevoli per consentire un'efficiente serpentinizzazione e la generazione naturale di idrogeno.

Si è scoperto che le condizioni per la serpentinizzazione e quindi la generazione naturale di H₂ sono molto migliori nelle catene montuose che nei bacini di rift. A causa dell'ambiente relativamente più freddo nelle catene montuose, vi si trovano maggiori quantità di roccia di mantello esumata a temperature di serpentinizzazione favorevoli di 200-350°C, e allo stesso tempo l'abbondante circolazione dell'acqua lungo le principali faglie all'interno delle catene montuose può consentire di sfruttare il potenziale di serpentinizzazione. Di conseguenza, la capacità di produzione annuale di idrogeno nelle montagne può essere fino a 20 volte superiore a quella delle fratture. Inoltre, le montagne forniscono rocce serbatoio adatte (ad esempio arenarie), necessarie per l'accumulo di volumi naturali di H₂ economicamente sfruttabili, mentre non sono ancora disponibili per la serpentinizzazione e la produzione di idrogeno nelle parti più profonde dei bacini rift.

Esplorazione dell'idrogeno naturale

I risultati di questa ricerca, ora pubblicata, forniscono un forte impulso ad aumentare la ricerca di H₂ naturale nelle regioni montuose. In effetti, sono già in corso diverse esplorazioni in luoghi come i Pirenei, le Alpi europee e i Balcani, dove i ricercatori hanno già trovato prove di una costante produzione di idrogeno naturale.

«Cruciale per il successo di questi sforzi sarà lo sviluppo di nuovi concetti e strategie di esplorazione. Di particolare importanza è il modo in cui la formazione di accumuli naturali economici di H₂ è controllata dalla storia tettonica di una particolare area di esplorazione. In particolare, dobbiamo determinare la tempistica dei principali processi geologici coinvolti, perché se i giacimenti di H₂ si formano durante la costruzione delle montagne, deve esserci stato un precedente evento di rift, una distensione della crosta terrestre. Le intuizioni provenienti da simulazioni della tettonica a placche come quelle effettuate in questo studio saranno quindi di grande valore», afferma Zwaan, autore principale dello studio.

Sascha Brune, responsabile della sezione Modellistica geodinamica del GFZ, aggiunge: «Questa nuova ricerca amplia la nostra comprensione degli ambienti adatti alla produzione di idrogeno naturale. Date le opportunità economiche associate all'H₂ naturale, è ora importante studiare i percorsi di migrazione dell'idrogeno e gli ecosistemi microbici profondi che consumano idrogeno per capire meglio dove possono effettivamente formarsi potenziali serbatoi di H₂.»