Hidrogênio natural em Kidd Creek, Ontário, pode chegar ao uso prático mais cedo

O hidrogênio natural - um gás gerado por rochas no subsolo, e não por fábricas - pode estar muito mais próximo de virar algo prático do que se imaginava. Ainda hoje, a maior parte do hidrogênio que abastece siderúrgicas, unidades de fertilizantes e fábricas de metanol continua a ser produzida a partir de combustíveis fósseis.

Descarbonizar essa oferta costuma exigir bilhões em nova infraestrutura.

No entanto, uma mina em operação no norte de Ontário vem, discretamente, contornando parte desse caminho. Há mais de uma década, hidrogênio tem escapado por furos de sondagem abertos em rochas com bilhões de anos - sem que ninguém o tenha injetado ali.

Gás de rocha antiga

Geoquímicos da Universidade de Toronto e da Universidade de Ottawa passaram anos a acompanhar esse gás na mina Kidd Creek, perto de Timmins, em Ontário.

Os furos de sondagem analisados ficam entre 2.070 metros (6.800 pés) e 2.390 metros (7.850 pés) de profundidade.

O trabalho foi liderado por Barbara Sherwood Lollar, professora de Ciências da Terra na Universidade de Toronto.

Em todos os furos avaliados pela equipa houve produção de hidrogênio - e, na maioria, essa emissão continuou ao longo do tempo; em alguns casos, os fluxos persistiram por mais de 11 anos.

Esse gás - por vezes chamado de hidrogênio branco - já tinha sido observado antes em exsudações pontuais e em poços isolados.

O que distingue o conjunto de dados de Kidd Creek é registar fluxos sustentados em dezenas de furos dentro de uma única mina ativa, em vez de medições esporádicas.

Como a rocha produz hidrogênio

A reação segue uma “receita” geoquímica. Em profundidade, a água encontra minerais ricos em ferro na crosta, retira eletrões desses minerais e, como produto, forma-se gás hidrogênio.

Para isso acontecer, é preciso um tipo específico de rocha - e grande parte do Escudo Canadiano tem exatamente essas características.

Esse bloco antigo de crosta, que se estende por baixo de Ontário, Quebec e dos territórios do norte, reúne vastas faixas de rochas com alto teor de ferro, onde essa química se desenrola naturalmente ao longo de períodos muito longos.

Um artigo recente sugeriu que reações parciais numa única formação rica em ferro poderiam gerar quantidades enormes de hidrogênio. As novas medições acrescentam números reais obtidos num local subterrâneo em funcionamento - e não apenas resultados de um modelo.

Onze anos de dados

No nível de 2.070 metros (6.800 pés), a equipa recolheu amostras em 27 furos de sondagem atravessando diferentes unidades rochosas. Todos continham hidrogênio, com concentrações que iam de menos de 1% até quase 13% do gás que saía.

Já o observatório mais profundo, a 2.390 metros (7.850 pés), permitiu uma série temporal ainda mais extensa.

Num dos furos, as concentrações de hidrogênio ficaram entre cerca de 2% e 6,5% de 2008 a 2019, com média em torno de 4% ao longo desses 11 anos.

As vazões oscilaram, mas a média de longo prazo manteve-se perto de 3,8 litros por minuto (1 galão por minuto) - ano após ano, furo após furo.

Essa persistência é central para o argumento. Para a exploração, não basta comprovar que o gás existe: é preciso que o fluxo se sustente em concentrações úteis, com volumes úteis, por tempo suficiente para viabilizar um projeto economicamente.

Uma vantagem canadiana

As mesmas rochas associadas ao hidrogênio natural também costumam hospedar os minerais exportados pelo Canadá. O norte de Ontário e Quebec, além dos territórios, reúnem grandes depósitos de níquel, cobre e diamantes - e também minerais críticos que a indústria hoje disputa para garantir oferta.

Oliver Warr, professor assistente de Ciências da Terra na Universidade de Ottawa e coautor do estudo, descreveu essa ligação.

“O elo comum é a rocha”, disse ele.

Essa sobreposição pode aliviar um dos problemas mais teimosos do hidrogênio: logística. Transporte e armazenamento custam caro, e grandes gasodutos novos levam anos para sair do papel.

Quando o gás pode ser consumido perto de onde se forma, parte desses custos simplesmente deixa de existir.

Microrganismos e outras perdas

Mesmo assim, os resultados não significam que toda rocha com hidrogênio vá tornar-se automaticamente uma fonte de energia limpa. Uma preocupação importante é a perda do gás.

O hidrogênio pode ser consumido em reações que formam metano, ou então ser “comido” por microrganismos que vivem nas rochas.

Um volume crescente de estudos tem mostrado o quão eficientes esses microrganismos podem ser ao consumir hidrogênio no subsolo, sobretudo onde a água superficial consegue penetrar e alimentá-los. Kidd Creek é um caso raro em que isso não acontece.

Os fluidos em profundidade na mina indicam isolamento prolongado em relação à superfície, pouca presença microbiana e pouca entrada de água recente.

Nesse cenário, o hidrogênio tende a acumular-se em vez de desaparecer - uma configuração geológica incomum que não se repete em todos os lugares.

Energia para locais remotos

Para minas, o argumento é direto. O hidrogênio que já é ventilado durante perfurações rotineiras poderia ser aproveitado como fonte de energia no próprio local, reduzindo gastos com combustível e baixando emissões.

O artigo estima que os quase 15.000 furos de sondagem da mina poderiam descarregar mais de 140 toneladas métricas de hidrogênio por ano. Isso equivale a aproximadamente 4,7 milhões de quilowatt-hora de energia.

Como comparação, um projeto de energia eólica e solar de $ 30 milhões numa mina de diamantes nos Territórios do Noroeste produz 4,2 milhões de quilowatt-hora por ano.

A rota do hidrogênio não é gratuita, mas também não é barato transportar diesel por centenas de quilómetros até comunidades remotas.

Hidrogênio natural no horizonte

Antes deste estudo, o hidrogênio natural era, em grande medida, uma curiosidade relatada a partir de exsudações na superfície e de testes isolados em poços.

O novo trabalho, por sua vez, regista fluxos sustentados - em concentrações na faixa de percentuais - provenientes de todos os furos amostrados numa mina em operação, por mais de uma década.

Com uma linha de base medida, os pesquisadores conseguem fazer perguntas mais precisas. Em vez de depender apenas de modelagem, a exploração pode apontar para oportunidades concretas: rochas antigas ricas em ferro, água subterrânea isolada e um utilizador industrial próximo que já paga caro por combustível.

A decisão mais difícil passa a ser onde investir. Uma revisão sobre a descarbonização da indústria pesada aponta o hidrogênio como peça-chave para aço, amoníaco e muitos processos intensivos em carbono que baterias não conseguem substituir.

Extrair hidrogênio natural diretamente das rochas encurtaria essa ponte.