29 milhões de toneladas de hidrogénio: Cientistas descobrem fonte de energia oculta em zonas de atividade sísmica.

As os governos aceleram a descarbonização, a maioria dos olhares mantém-se fixada na energia solar, eólica e no armazenamento em baterias. No entanto, sob as cicatrizes deixadas pelos sismos, uma fonte de energia diferente pode estar a acumular-se lentamente - uma que se forma sem turbinas, painéis solares ou electrólisadores.

Como se forma o hidrogénio “branco” nas profundezas

O hidrogénio já está no centro de muitos planos climáticos. Hoje, porém, o hidrogénio de baixo carbono provém sobretudo de electrólisadores com elevado consumo de electricidade ou de gás com captura de carbono. Ambas as vias enfrentam custos elevados, lacunas de infra-estruturas e disputas políticas sobre quem paga.

Os geólogos têm perseguido uma questão mais simples: poderá o próprio planeta fornecer hidrogénio utilizável directamente, como acontece com o gás natural ou o petróleo? A resposta parece ser sim - e os sismos poderão ser um dos geradores-chave.

Este gás de ocorrência natural é frequentemente chamado “hidrogénio branco” ou “hidrogénio geológico”. Forma-se através de reacções químicas na crosta e no manto, não em fábricas ou refinarias. Dois processos principais impulsionam a sua formação:

• Serpentinização: rochas ricas em ferro ou magnésio reagem com água, produzindo hidrogénio à medida que se alteram para novos minerais.
• Radiólise: a radiação proveniente de elementos radioactivos vestigiais divide moléculas de água, de forma extremamente lenta, ao longo de escalas de tempo geológicas.

O segundo caminho actua como um fio de água que corre durante milhões de anos. O primeiro pode ser muito mais rápido, sobretudo onde a rocha fratura violentamente - como ao longo de falhas sísmicas.

O hidrogénio branco não precisa de painéis solares nem de parques eólicos para se formar; resulta de reacções rocha–água impulsionadas pelo calor e pelo esforço internos do planeta.

O principal desafio: as moléculas de hidrogénio são minúsculas e tendem a escapar através da maioria das rochas. Só onde camadas densas e selantes aprisionam o gás é que podem formar-se acumulações comerciais. Durante anos, ninguém tinha um mapa claro de onde procurar.

Porque é que os sismos podem transformar rocha e água em hidrogénio

Uma equipa francesa liderada pelo geocientista Nicolas Lefeuvre, da Université Grenoble Alpes, colocou agora as zonas sísmicas sob os holofotes. O seu trabalho sugere que falhas deixadas por sismos repetidos poderão esconder reservatórios significativos de hidrogénio.

Durante um sismo, as placas tectónicas roçam e deslocam-se e massas de rocha estalam. Essa violência mecânica faz duas coisas ao mesmo tempo.

Partir rochas, criar radicais

Primeiro, a agitação e a fracturação podem libertar gases já presos em poros e microfissuras, incluindo hidrogénio. Mas o mecanismo mais interessante é a produção de hidrogénio novo.

Quando a rocha se estilhaça, expõe enormes áreas de superfície mineral fresca numa fracção de segundo. Se a água alcançar essas superfícies - a partir de águas subterrâneas, fluidos aprisionados ou infiltração de chuva - inicia-se uma cascata de reacções. Formam-se fragmentos muito reactivos, conhecidos como radicais, nas ligações minerais quebradas. Estes radicais capturam electrões e combinam-se rapidamente para criar moléculas como hidrogénio (H₂) e peróxido de hidrogénio (H₂O₂).

As falhas sísmicas não armazenam apenas deformação mecânica; também accionam fábricas químicas no escuro, convertendo rochas partidas e água em gás hidrogénio.

Assim, uma zona de falha torna-se um sistema complexo: rocha a fracturar, fluidos em circulação, reacções químicas e gases em migração interagem entre si. O hidrogénio pode então deslocar-se ao longo das fracturas, exsudar à superfície ou, em geologias favoráveis, acumular-se sob rochas selantes.

Exsudações de hidrogénio acima de falhas activas são documentadas desde a década de 1980. As medições mostraram que as emissões de gás por vezes aumentam antes de sismos, alimentando expectativas de melhores alertas sísmicos precoces. Agora, os cientistas perguntam também se parte desse gás permanece aprisionada em profundidade, em volumes suficientemente grandes para serem relevantes para os sistemas energéticos.

Simular sismos dentro de um moinho de rocha

Para estimar quanto hidrogénio os sismos poderão produzir, o grupo de Lefeuvre recorreu ao laboratório. Usaram amostras de quartzo - um mineral comum da crosta - com diferentes teores de sílica e trituraram-nas com água num moinho de rocha.

Ao ajustar a velocidade do moinho de bolas, imitaram a intensidade da fracturação de rochas durante sismos de diferentes magnitudes. Depois mediram quanto hidrogénio se formava na mistura água–rocha em cada cenário.

A partir desses resultados laboratoriais, a equipa extrapolou para a sismicidade global, focando sismos de magnitude 4 e superior. A sua estimativa de limite superior: sismos desse tamanho poderiam gerar até 29 milhões de toneladas de hidrogénio gasoso livre por ano.

Parâmetro	Valor estimado
Hidrogénio anual de sismos ≥ M4	Até 29 milhões de toneladas
Equivalente energético	Cerca de 966 TWh
Consumo comparável	Aproximadamente dois anos do consumo de electricidade da Alemanha

Este valor assume que as zonas de falha são inteiramente constituídas por rochas ricas em quartzo e que todo o hidrogénio gerado permanece como gás livre. As falhas reais são mais complexas, com minerais mistos, teor de água variável e condições de pressão em mudança. Assim, o valor de 29 milhões de toneladas situa-se no extremo optimista do que é fisicamente possível.

Ainda assim, fornece uma ordem de grandeza para um fluxo de energia que ninguém tinha quantificado adequadamente antes.

Será que conseguimos realmente aproveitar hidrogénio de origem sísmica?

Lefeuvre argumenta que as falhas sísmicas merecem muito mais atenção por parte de quem procura recursos energéticos. Suspeita que pelo menos parte do hidrogénio produzido encontra caminho para armadilhas estruturais sob camadas impermeáveis, tal como em campos de gás convencionais.

Geoffrey Ellis, um dos principais especialistas em hidrogénio geológico no US Geological Survey, pede prudência. Observa que os sismos também produzem grandes volumes de fluidos, o que pode manter o hidrogénio dissolvido ou disperso, tornando a separação tecnicamente difícil e potencialmente pouco económica.

Transformar hidrogénio sísmico num recurso exigirá o tipo de paciência e tentativa-e-erro que outrora definiu a exploração inicial de petróleo e gás.

Por outras palavras, a química parece promissora no papel. O desafio de engenharia mal começou.

Para além das falhas: pontos quentes de hidrogénio em montanhas e riftes

Os sismos não são as únicas fábricas naturais de hidrogénio. Outra equipa de investigação, liderada por Frank Zwaan no Helmholtz Centre GFZ em Potsdam, usou modelos numéricos para identificar outros pontos quentes prováveis.

As suas simulações destacam zonas onde rochas do manto interagem com água. Minerais do manto ricos em ferro e magnésio encontram-se normalmente a dezenas de quilómetros abaixo da crosta, demasiado fundo para existir água líquida. Mas a tectónica pode arrastá-los para cima.

Dois contextos principais destacam-se:

• Zonas de rifte: onde as placas tectónicas se afastam, material profundo sobe e fratura, permitindo que a água se infiltre em profundidade e reaja.
• Cadeias montanhosas colisionais: onde as placas colidem, lajes de rocha do manto são empurradas para cima, como nos Alpes ou nos Pirenéus.

As cadeias montanhosas podem, na prática, superar os riftes como fábricas de hidrogénio. A água circula vigorosamente através de rocha fraturada em terrenos de grande relevo, alimentando reacções contínuas. Formações densas e selantes também ocorrem com maior frequência em regiões orogénicas, aumentando a probabilidade de o hidrogénio se acumular em vez de escapar para a atmosfera.

Sem surpresa, campanhas de exploração iniciais já começaram em partes dos Pirenéus, dos Alpes e dos Balcãs, onde parece existir a combinação certa de rochas derivadas do manto, falhas activas e circulação profunda de água.

O que isto significa para as metas climáticas e os futuros sistemas energéticos

Estas fontes subterrâneas de hidrogénio estimulam a imaginação, mas não resolverão por si só as metas climáticas europeias para 2030 ou 2050. A produção à escala de campo permanece numa fase inicial e experimental. Ainda ninguém demonstrou um campo de hidrogénio de elevado caudal e longa duração alimentado exclusivamente por reacções naturais em curso.

A perfuração em zonas de falha complexas também levanta questões ambientais e de segurança. Os engenheiros terão de gerir riscos de sismicidade induzida, evitar a contaminação de aquíferos e monitorizar qualquer fuga acidental de gás, não só de hidrogénio mas também de metano co-existente ou outros gases.

O próprio hidrogénio traz complicações climáticas. Embora não retenha calor como o CO₂, o hidrogénio libertado pode interferir com a química atmosférica e prolongar a vida do metano, um gás com efeito de estufa ainda mais potente. O transporte, armazenamento e produção em grande escala exigem, por isso, uma gestão cuidadosa de fugas para evitar um efeito de aquecimento oculto.

Como o hidrogénio natural se poderia integrar no conjunto mais amplo

Se existirem acumulações comerciais suficientes, o hidrogénio geológico poderá servir vários nichos. Poderá fornecer hidrogénio de base para a indústria, reduzir a dependência de hidrogénio importado produzido a partir de gás, ou alimentar centrais eléctricas flexíveis que assegurem a retaguarda da eólica e da solar. Poderá também articular-se com armazenamento subterrâneo, usando reservatórios esgotados próximos de fontes naturais.

Em comparação com o hidrogénio “verde” por electrólise, o gás de origem natural poderá reduzir a procura de electricidade e baixar custos em algumas regiões. Mas competirá com avanços rápidos nos electrólisadores, a descida dos preços das renováveis e novos incentivos políticos, como créditos fiscais para hidrogénio limpo.

Um cenário realista parece menos um avanço único e mais um mosaico: electrólisadores perto de renováveis baratas, hidrogénio geológico onde a geologia ajuda, e algum hidrogénio produzido a partir de combustíveis fósseis com captura de carbono onde já exista infra-estrutura.

Por agora, o hidrogénio impulsionado por sismos serve tanto como curiosidade científica como potencial recurso. Os geofísicos ganham uma nova janela para a química das falhas, e os planeadores energéticos ganham uma nova pista nos seus mapas do subsolo. A próxima década de perfuração, monitorização e modelação mostrará se esses 29 milhões de toneladas teóricas por ano ficarão sobretudo no papel ou começarão a fluir por gasodutos.