É comum pensar que o elemento mais abundante no universo, o hidrogênio, existe principalmente ao lado de outros elementos – com o oxigênio na água, por exemplo, e com o carbono no metano. Mas bolsas subterrâneas de hidrogênio puro que ocorrem naturalmente estão a abrir buracos nessa noção – e a chamar a atenção como uma fonte potencialmente ilimitada de energia sem carbono.

 

Uma parte interessada é o Departamento de Energia dos EUA, que no mês passado concedeu 20 milhões de dólares em bolsas de investigação a 18 equipas de laboratórios, universidades e empresas privadas para desenvolver tecnologias que possam levar a combustível barato e limpo a partir do subsolo.

 

O hidrogênio geológico, como é conhecido, é produzido quando a água reage com rochas ricas em ferro, causando a oxidação do ferro. Um dos beneficiários da bolsa, o grupo de pesquisa do professor assistente Iwnetim Abate do MIT, usará sua doação de US$ 1,3 milhão para determinar as condições ideais para a produção subterrânea de hidrogênio - considerando fatores como catalisadores para iniciar a reação química, temperatura, pressão e níveis de pH. O objetivo é melhorar a eficiência da produção em grande escala, atendendo às necessidades globais de energia a um custo competitivo.

 

O Serviço Geológico dos EUA estima que existam potencialmente milhares de milhões de toneladas de hidrogênio geológico enterrados na crosta terrestre. Acumulações foram descobertas em todo o mundo e uma série de startups estão em busca de depósitos extraíveis. A Abate pretende impulsionar o processo de produção de hidrogênio natural, implementando abordagens “proativas” que envolvem o estímulo à produção e à recolha do gás.

                                                                                                                         

“Nosso objetivo é otimizar os parâmetros de reação para torná-la mais rápida e produzir hidrogênio de maneira economicamente viável”, diz Abate, professor de desenvolvimento de Chipman no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (DMSE). A investigação da Abate centra-se na concepção de materiais e tecnologias para a transição para as energias renováveis, incluindo baterias de próxima geração e novos métodos químicos para armazenamento de energia. 

O interesse no hidrogênio geológico está a crescer numa altura em que os governos de todo o mundo procuram alternativas energéticas isentas de carbono ao petróleo e ao gás. Em dezembro, o presidente francês, Emmanuel Macron, disse que o seu governo forneceria financiamento  para a exploração do hidrogénio natural. E em Fevereiro, testemunhas do governo e do setor privado  informaram os legisladores dos EUA  sobre as oportunidades de extrair hidrogênio do solo.

 

Hoje em dia, o hidrogênio comercial é fabricado a 2 dólares por quilograma, principalmente para fertilizantes, produtos químicos e produção de aço, mas a maioria dos métodos envolve a queima de combustíveis fósseis, que libertam carbono que aquece a Terra. O “ hidrogênio verde ”, produzido com energia renovável, é promissor, mas, a 7 dólares por quilograma, é caro.

 

“Se você conseguir hidrogênio a um dólar o quilo, ele será competitivo com o gás natural com base no preço da energia”, diz Douglas Wicks, diretor de programa da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada - Energia (ARPA-E), a organização do Departamento de Energia que lidera o programa de concessão de hidrogênio geológico.

 

Os beneficiários das  bolsas ARPA-E  incluem a Colorado School of Mines, a Texas Tech University e o Laboratório Nacional de Los Alamos, além de empresas privadas, incluindo a Koloma, uma startup de produção de hidrogênio que recebeu financiamento da Amazon e de Bill Gates. Os projetos em si são diversos, desde a aplicação de métodos industriais de petróleo e gás para produção e extração de hidrogênio até ao desenvolvimento de modelos para compreender a formação de hidrogênio nas rochas. O objetivo: abordar questões no que Wicks chama de “espaço em branco total”.

 

“No hidrogênio geológico, não sabemos como podemos acelerar a sua produção, porque é uma reação química, nem sabemos realmente como projetar o subsolo para que possamos extraí-lo com segurança”, diz Wicks. “Estamos tentando trazer as melhores habilidades de cada um dos diferentes grupos para trabalhar nisso, sob a ideia de que o conjunto deve ser capaz de nos dar boas respostas em um prazo bastante rápido.”

 

O geoquímico Viacheslav Zgonnik, um dos maiores especialistas na área do hidrogênio natural, concorda que a lista de incógnitas é longa, assim como o caminho para os primeiros projetos comerciais. Mas ele diz que os esforços para estimular a produção de hidrogénio – para aproveitar a reação natural entre a água e as rochas – apresentam “um enorme potencial”.

 

“A ideia é encontrar maneiras de acelerar essa reação e controlá-la para que possamos produzir hidrogênio sob demanda em locais específicos”, diz Zgonnik, CEO e fundador da Natural Hydrogen Energy, uma startup com sede em Denver que possui arrendamentos minerais para perfuração exploratória. nos Estados Unidos. “Se conseguirmos atingir esse objetivo, significa que podemos potencialmente substituir os combustíveis fósseis por hidrogénio estimulado.”

Para Abate, a ligação ao projeto é pessoal. Quando criança, na sua cidade natal, na Etiópia, os cortes de energia eram uma ocorrência habitual – as luzes ficavam apagadas três, talvez quatro dias por semana. Velas bruxuleantes ou lâmpadas de querosene emissoras de poluentes eram muitas vezes a única fonte de luz para fazer o dever de casa à noite.

 

“E para a casa, tínhamos que usar lenha e carvão para tarefas como cozinhar”, diz Abate. “Essa foi a minha história até o final do ensino médio e antes de vir para os EUA para fazer faculdade.”

 

Em 1987, escavadores de poços em busca de água no Mali, na África Ocidental,  descobriram um depósito natural de hidrogênio, causando uma explosão. Décadas mais tarde, o empresário maliano Aliou Diallo e a sua empresa canadiana de petróleo e gás exploraram o poço e utilizaram um motor para queimar hidrogênio e produzir eletricidade na aldeia vizinha.

 

Abandonando o petróleo e o gás, Diallo lançou a Hydroma, a primeira empresa de exploração de hidrogênio do mundo. A empresa está perfurando poços próximos ao local original que produziram altas concentrações do gás.

 

“Portanto, o que costumava ser conhecido como um continente pobre em energia está agora a gerar esperança para o futuro do mundo”, afirma Abate. “Aprender sobre isso foi um momento de círculo completo para mim. É claro que o problema é global; a solução é global. Mas então a ligação com o meu percurso pessoal, mais a solução vinda do meu continente natal, torna-me pessoalmente ligado ao problema e à solução.”

Abate e pesquisadores de seu laboratório estão formulando uma receita para um fluido que induzirá a reação química que desencadeia a produção de hidrogênio nas rochas. O ingrediente principal é a água, e a equipe está testando materiais “simples” para catalisadores que irão acelerar a reação e, por sua vez, aumentar a quantidade de hidrogênio produzido, diz o pós-doutorado Yifan Gao.

 

“Alguns catalisadores são muito caros e difíceis de produzir, exigindo produção ou preparação complexa”, diz Gao. “Um catalisador barato e abundante nos permitirá aumentar a taxa de produção – dessa forma, produzimos a uma taxa economicamente viável, mas também com um rendimento economicamente viável.”

 

As rochas ricas em ferro nas quais ocorre a reação química podem ser encontradas nos Estados Unidos e no mundo. Para otimizar a reação numa diversidade de composições e ambientes geológicos, Abate e Gao estão a desenvolver o que chamam de sistema de alto rendimento, composto por software de inteligência artificial e robótica, para testar diferentes misturas de catalisadores e simular o que aconteceria quando aplicado a rochas de várias regiões, com diferentes condições externas como temperatura e pressão.

 

“E a partir disso medimos quanto hidrogênio estamos produzindo para cada combinação possível”, diz Abate. “Então a IA aprenderá com os experimentos e nos sugerirá: 'Com base no que aprendi e na literatura, sugiro que você teste esta composição de material catalisador para esta rocha.'”

 

A equipe está escrevendo um artigo sobre seu projeto e pretende publicar suas descobertas nos próximos meses.

 

O próximo marco do projeto, após o desenvolvimento da receita do catalisador, é projetar um reator que servirá a dois propósitos. Em primeiro lugar, equipado com tecnologias como a espectroscopia Raman, permitirá aos investigadores identificar e otimizar as condições químicas que levam a melhores taxas e rendimento de produção de hidrogênio. O dispositivo em escala de laboratório também informará o projeto de um reator real que pode acelerar a produção de hidrogênio no campo.

 

“Seria um reator em escala vegetal que seria implantado no subsolo”, diz Abate.

 

O projeto interdisciplinar também conta com a experiência de Yang Shao-Horn, do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT e DMSE, para análise computacional do catalisador, e de Esteban Gazel, um cientista da Universidade Cornell que emprestará sua experiência em geologia e geoquímica. Ele se concentrará na compreensão das formações rochosas ultramáficas ricas em ferro nos Estados Unidos e no mundo e como elas reagem com a água.

 

Para Wicks da ARPA-E, as perguntas que Abate e os outros beneficiários das subvenções estão a fazer são apenas os primeiros e críticos passos num território energético desconhecido.

 

“Se conseguirmos compreender como estimular estas rochas a gerar hidrogênio, levantando-o com segurança, isso realmente liberta a fonte potencial de energia”, diz ele. Depois, a indústria emergente recorrerá ao petróleo e ao gás para obter o know-how de perfuração, tubagem e extração de gás. “Como gosto de dizer, esta é uma tecnologia capacitadora que esperamos que, num prazo muito curto, nos permita dizer: 'Existe realmente alguma coisa aí?'”