La Terra contiene vaste riserve di un combustibile rinnovabile e privo di carbonio?
Parte 4
Quando parliamo di Idrogeno, lo definiamo tendenzialmente come vettore di energia. E se invece ci stessimo sbagliando?
E se stessiamo ignorando che la Terra contiene vaste riserve di un combustibile rinnovabile e privo di carbonio?
Possiamo definire l’idrogeno come una fonte combustibile di energia?
A queste domande prova a rispondere Eric Hand, autore di un’indagine riportata dalla rivista Science.
L’industria del petrolio e del gas ha perforato la Terra con milioni di pozzi. Come ha potuto trascurare l’idrogeno per così tanto tempo? Uno dei motivi è che l’idrogeno è scarso nelle rocce sedimentarie che producono petrolio e gas, come gli scisti o i fanghi ricchi di sostanze organiche. Quando vengono compattate e riscaldate, le molecole di carbonio presenti in queste rocce consumano l’idrogeno disponibile e formano idrocarburi a catena più lunga. L’idrogeno che il petrolio incontra quando migra verso una roccia “serbatoio” porosa, come un’arenaria, tende a reagire per formare altri idrocarburi. L’idrogeno può anche reagire con l’ossigeno nelle rocce per formare acqua o combinarsi con l’anidride carbonica per formare metano “abiotico”. I microbi lo assorbono per produrre altro metano.
Anche se l’idrogeno sopravvive, pensavano i geologi, non dovrebbe accumularsi. L’idrogeno è la molecola più piccola di tutte: può passare attraverso i minerali e persino i metalli. Se la Terra produceva idrogeno, sembrava improbabile che rimanesse nei paraggi.
Perciò, storicamente, quando i ricercatori di pozzi catalogavano le emanazioni dei loro pozzi, raramente si preoccupavano di misurare l’idrogeno. “Il punto è che non stavano cercando l’idrogeno”, dice Geoffrey Ellis, geochimico organico dell’USGS. “Non stavamo cercando nei posti giusti con gli strumenti giusti”.
La produzione di Idrogeno terrestre
C. BICKEL/SCIENCE; (DATI) GEOFFREY ELLIS/USGS
Generazione
1 Radiolisi
Le tracce di elementi radioattivi nelle rocce emettono radiazioni che possono scindere l’acqua. Il processo è lento, quindi è più probabile che le rocce antiche generino idrogeno.
2 Serpentinizzazione
Ad alte temperature, l’acqua reagisce con rocce ricche di ferro per produrre idrogeno. Le reazioni rapide e rinnovabili, chiamate serpentinizzazione, possono guidare la maggior parte della produzione.
3 In profondità
I flussi di idrogeno provenienti dal nucleo o dal mantello terrestre possono risalire lungo i confini delle placche tettoniche e le faglie. Ma la teoria di questi vasti depositi profondi è controversa.
Meccanismi di perdita
4 Infiltrazioni
L’idrogeno viaggia rapidamente attraverso faglie e fratture. Può anche diffondersi attraverso le rocce. Le deboli infiltrazioni potrebbero spiegare le depressioni poco profonde, talvolta chiamate cerchi delle fate.
5 Microbi
Negli strati più superficiali del suolo e della roccia, i microbi consumano l’idrogeno per ricavarne energia, spesso producendo metano.
6 Reazioni abiotiche
A livelli più profondi, l’idrogeno reagisce con le rocce e i gas per formare acqua, metano e composti minerali.
Estrazione
7 Trappole
L’idrogeno può essere estratto come il petrolio e il gas, perforando i giacimenti intrappolati nelle rocce porose sotto i depositi di sale o altri strati rocciosi impermeabili.
8 Diretto
Potrebbe anche essere possibile attingere direttamente alle rocce di partenza ricche di ferro, se sono abbastanza superficiali e fratturate da consentire la raccolta dell’idrogeno.
9 Potenziato
La produzione di idrogeno potrebbe essere stimolata pompando acqua nelle rocce ricche di ferro. L’aggiunta di anidride carbonica lo sequestrerebbe dall’atmosfera, rallentando il cambiamento climatico.
Eppure gli indizi c’erano per chi cercava. Secondo Zgonnik, un geochimico che ha recentemente pubblicato una rassegna sull’idrogeno naturale, la prima discussione scientifica risale al 1888, quando Dmitri Mendeleev, il padre della tavola periodica, riferì che l’idrogeno filtrava dalle fessure di una miniera di carbone in Ucraina. Zgonnik, che è nato e cresciuto in Ucraina, afferma che le segnalazioni di idrogeno sono relativamente comuni in tutta l’ex Unione Sovietica, perché i ricercatori sovietici lo stavano cercando. Essi sostenevano una teoria ormai screditata, secondo la quale per produrre petrolio sarebbero state necessarie quantità significative di idrogeno naturale da processi non viventi piuttosto che da forme di vita antiche.
Per Barbara Sherwood Lollar, geochimica dell’Università di Toronto, la rivelazione dell’idrogeno avvenne negli anni ’80, quando era una studentessa laureata. Stava raccogliendo dati nelle miniere del Canada e della Finlandia, seguendo le prove che a volte contenevano gas infiammabili. Ha misurato gli idrocarburi attesi – alcuni metano, altri etano – ma non si sono sommati alla massa totale dei suoi campioni. Infine, si è resa conto che alcuni contenevano fino al 30% di idrogeno. “Non l’abbiamo nemmeno misurato, perché nessuno si aspettava la presenza di idrogeno nel sistema”, dice.
Oggi sono state documentate centinaia di infiltrazioni di idrogeno in tutto il mondo. Zgonnik è giunto a credere che l’idrogeno possa spiegare caratteristiche ancora più comuni: centinaia di migliaia di depressioni circolari e poco profonde nel terreno, di decine o centinaia di metri, che prendono nomi come cerchi delle fate, anelli delle streghe o bacini d’acqua. “Sono molto diffusi e molto misteriosi”, dice. Esaminando diversi di questi elementi lungo la costa orientale degli Stati Uniti, dove sono chiamati baie della Carolina, Zgonnik e i suoi colleghi hanno scoperto che perdevano idrogeno e che la loro concentrazione aumentava con la profondità. Zgonnik ritiene che l’idrogeno sciolga i minerali delle rocce sottostanti, provocando il cedimento in superficie.
La vegetazione all’interno dei cerchi può talvolta essere soppressa, osserva Isabelle Moretti, geologa dell’Università di Pau e della Regione dell’Adour che ha documentato infiltrazioni di idrogeno dai cerchi delle fate in Brasile, Namibia e Australia. L’autrice ipotizza che ciò possa avere a che fare con i microbi amanti dell’idrogeno che consumano altri nutrienti. “Forse non è rimasto nulla”, dice.
Le infiltrazioni di idrogeno potrebbero spiegare le misteriose depressioni spesso chiamate cerchi delle fate. Alcune sono larghe più di un chilometro in questa immagine lidar della costa della Carolina del Nord.
VIACHESLAV ZGONNIK
La maggior parte delle infiltrazioni di idrogeno sono troppo deboli per essere sfruttate commercialmente. Ma la loro stessa esistenza è promettente e “davvero un miracolo”, dice Gaucher. “Ci sono ossidanti nel suolo, ossigeno nell’atmosfera e molti microbi che amano mangiare l’idrogeno”, dice Gaucher. “Il fatto che esista, deve esserci dell’altro”. “Deve esserci una fonte più profonda e più grande“.