Adsorción de hidrógeno en medios porosos naturales y rocas
El hidrógeno se ha posicionado como un pilar fundamental para los sistemas de energía de baja emisión de carbono, pero su despliegue a gran escala depende de nuestra capacidad para almacenarlo de forma segura en el subsuelo. El problema central que aborda esta investigación es la incertidumbre sobre cómo el hidrógeno interactúa con las rocas naturales, un proceso conocido como sorción (adherencia a las superficies de los poros) y desorción (liberación del gas). Aunque estas interacciones influyen directamente en la eficiencia del almacenamiento y en el riesgo de fugas, los datos actuales son altamente variables y difíciles de comparar debido a las diferencias en la mineralogía de las rocas y las condiciones ambientales en las que se encuentran.
Para desentrañar este rompecabezas científico, Ariel Meyra y colegas de Noruega y el Reino Unido, realizaron una revisión exhaustiva y crítica de estudios experimentales y teóricos que utilizan técnicas de vanguardia. La metodología incluyó la evaluación de mediciones volumétricas y gravimétricas, así como simulaciones a escala atómica —como la teoría funcional de la densidad (DFT) y la dinámica molecular— que permiten observar el comportamiento del hidrógeno frente a diferentes superficies minerales. Además, se aplicaron diversos modelos matemáticos de isotermas para identificar cuáles describen con mayor precisión la retención del gas en materiales geológicos complejos como las arcillas, el carbón y el esquisto.
Los resultados revelan que la capacidad de las rocas para “atrapar” hidrógeno es generalmente baja, pero varía de manera significativa según su composición química y estructura. La sepiolita, la montmorillonita y los carbones de alto rango presentan las mayores capacidades de sorción, mientras que otros materiales comunes como la arenisca y la caolinita muestran un impacto mínimo. Un hallazgo crítico es que el hidrógeno se une a las rocas mediante fisisorción débil (fuerzas de van der Waals), lo que implica que la temperatura y la presión tienen efectos opuestos: mientras que presiones más altas favorecen el almacenamiento, el aumento de la temperatura facilita la liberación del gas. Asimismo, se descubrió que la humedad natural de las rocas reduce drásticamente la capacidad de almacenamiento, ya que las moléculas de agua compiten con el hidrógeno por los sitios de adherencia.
En términos de aplicaciones tecnológicas, comprender estos procesos es vital para el éxito del Almacenamiento Subterráneo de Hidrógeno (UHS) y la exploración de hidrógeno natural en la corteza terrestre. Por ejemplo, el fenómeno de la histéresis —una condición donde parte del hidrógeno inyectado queda retenido y no se puede recuperar rápidamente— representa una pérdida que debe ser considerada en la viabilidad económica de los proyectos de energía. Por otro lado, en la gestión de residuos radiactivos, la capacidad de sorción de las arcillas puede ayudar a mitigar la acumulación de presión de gas hidrógeno generado por la degradación de materiales, protegiendo así la integridad de los sistemas de contención.
El impacto académico de este trabajo es profundo, ya que identifica brechas críticas de conocimiento y subraya la necesidad de establecer protocolos experimentales estandarizados para garantizar la reproducibilidad de los resultados a nivel mundial. La falta de estudios sobre la reversibilidad del proceso y la interacción con otros gases presentes en el subsuelo (como el CO\(_2\) o el metano) sigue siendo un desafío que limita las predicciones a gran escala. Al sintetizar el conocimiento actual, esta investigación no solo ofrece una guía para futuros estudios, sino que también proporciona una base sólida para transformar el subsuelo en una infraestructura clave para la transición energética global.