EEUU estudia almacenar hidrógeno en pozos de petróleo y gas agotados

Imagine un gran volumen de depósitos de arenisca porosa, que una vez estuvieron llenos de petróleo y gas natural. Bien, ahora piense que están llenos de un combustible diferente, libre de carbono: el hidrógeno. Eso es lo que quieren descubrir una seri de científicos norteamericanos.

Los científicos de los Laboratorios Nacionales Sandia están utilizando simulaciones por computadora y experimentos de laboratorio para ver si los yacimientos agotados de petróleo y gas natural pueden usarse para almacenar este combustible libre de carbono. El hidrógeno es un combustible limpio importante: se puede producir dividiendo el agua mediante energía solar o eólica, se puede utilizar para generar electricidad y alimentar la industria pesada y se podría utilizar para impulsar vehículos basados ​​en pilas de combustible. Además, el hidrógeno podría almacenarse durante meses y utilizarse cuando las necesidades de energía superen el suministro proporcionado por fuentes de energía renovables.

"El hidrógeno sería bueno para el almacenamiento estacional y a largo plazo", dijo el ingeniero químico de Sandia, Tuan Ho, que dirige la investigación. “Si piensas en la energía solar, en verano puedes producir mucha electricidad, pero no necesitas mucha para calentar. El exceso se puede convertir en hidrógeno y almacenar hasta el invierno”.

Sin embargo, el hidrógeno contiene mucho menos "explosión" en un volumen determinado que los combustibles a base de carbono como el gas natural o el propano y es mucho más difícil de comprimir, dijo Ho. Esto significa que almacenar grandes cantidades de hidrógeno en tanques metálicos en la superficie simplemente no es factible, añadió.

El hidrógeno se puede almacenar bajo tierra en cavernas de sal, pero los depósitos de sal no están muy extendidos en todo Estados Unidos, dijo Don Conley, director del trabajo de almacenamiento subterráneo de hidrógeno de Sandia. Por lo tanto, el equipo de Ho está estudiando si el hidrógeno almacenado en yacimientos agotados de petróleo y gas quedará atrapado en la roca, se filtrará o se contaminará.

El equipo de Ho compartió recientemente sus hallazgos en un artículo publicado en el International Journal of Hydrogen Energy .

Rocas con fugas o almacenamiento seguro

En primer lugar, el equipo de Ho estudió si el hidrógeno se quedaría atrapado en la arenisca o el esquisto que forma el cuerpo y sellaría muchos depósitos de petróleo y gas o se escaparía. La arenisca se compone de granos de minerales y rocas del tamaño de arena que han sido comprimidos durante eones.

La arenisca tiene muchos espacios entre las partículas y, por lo tanto, puede almacenar agua en acuíferos o formar depósitos de petróleo y gas. El esquisto es lodo comprimido en roca y está formado por partículas mucho más pequeñas de minerales ricos en arcilla. Por lo tanto, el esquisto puede formar un sello alrededor de la arenisca, atrapando petróleo y gas natural.

"Lo que quieres es que el hidrógeno permanezca donde lo inyectas", dijo Ho. “No querrás que se aleje de la zona de almacenamiento y se pierda. Eso es simplemente un desperdicio de dinero, lo cual es una gran preocupación para cualquier instalación de almacenamiento”.

Pruebas en laboratorio

Los colaboradores de Ho en la Universidad de Oklahoma utilizaron experimentos para estudiar cómo interactúa el hidrógeno con muestras de arenisca y esquisto. Descubrieron que el hidrógeno no permanece dentro de la arenisca después de ser bombeado, pero hasta el 10% del gas adsorbido quedó atrapado dentro de la muestra de esquisto, dijo Ho. Estos resultados fueron confirmados por las simulaciones por computadora de Ho.

Al observar más de cerca un tipo específico de arcilla que es común en el esquisto alrededor de los yacimientos de petróleo y gas, Ho realizó simulaciones por computadora de las interacciones moleculares entre capas de arcilla de montmorillonita, agua e hidrógeno. Descubrió que el hidrógeno no prefiere penetrar en los espacios acuosos entre las capas minerales de ese tipo de arcilla.

Esto significa que la pérdida de hidrógeno en la arcilla debido a que se atasca o se mueve a través de ella sería pequeña, dijo Ho. Esto es bastante positivo para el almacenamiento subterráneo de hidrógeno. Estos hallazgos sobre la arcilla se publicaron el año pasado en la revista Sustainable Energy and Fuels .

Se están realizando experimentos de absorción adicionales en el Instituto de Tecnología Stevens y la Universidad de Oklahoma para confirmar los resultados de la simulación molecular, dijo Ho.

Riesgos de contaminación

Utilizando experimentos y simulaciones, el equipo de Ho descubrió que el gas natural residual puede liberarse de la roca al hidrógeno cuando se inyecta hidrógeno en un depósito de gas natural agotado. Esto significa que cuando el hidrógeno se retire para su uso, contendrá una pequeña cantidad de gas natural, dijo Ho.

"Eso no es terrible porque el gas natural todavía tiene energía, pero contiene carbono, por lo que cuando se quema este hidrógeno, se produce una pequeña cantidad de dióxido de carbono", dijo Ho. "Es algo de lo que debemos ser conscientes".

El equipo de Ho, principalmente el investigador postdoctoral de Sandia, Aditya Choudhary, está estudiando actualmente los efectos del hidrógeno en un yacimiento de petróleo agotado y cómo el petróleo sobrante podría contaminar o interactuar con el gas hidrógeno mediante simulaciones y experimentos moleculares.

Los hallazgos de la investigación de Ho se pueden utilizar para informar y guiar pruebas de campo a gran escala de almacenamiento subterráneo de hidrógeno, dijo Conley, gerente de la parte de Sandia de la Evaluación, Almacenamiento y Tecnología del Hidrógeno Subsuperficial de la Oficina de Energía Fósil y Gestión del Carbono del Departamento de Energía. Proyecto de aceleración . El proyecto SHASTA planea realizar una prueba a escala de campo en el futuro para demostrar la viabilidad de los yacimientos agotados de petróleo y gas natural para el almacenamiento de hidrógeno, añadió.

Se necesita investigación adicional para comprender cómo los microorganismos y otras sustancias químicas en los depósitos de petróleo agotados podrían interactuar con el hidrógeno almacenado, dijo Ho.

"Si queremos crear una economía del hidrógeno, realmente necesitamos medios ampliamente distribuidos para almacenar grandes cantidades de hidrógeno", dijo Conley. “El almacenamiento en sal es excelente cuando existe, pero no puede ser la única opción. Por lo tanto, estamos recurriendo a acuíferos y yacimientos de petróleo y gas agotados como medios más distribuidos geológicamente para almacenar grandes cantidades de hidrógeno. Todo es en nombre de la descarbonización del sector energético”.