A medida que las compañías de energía de todo el mundo buscan formas innovadoras de lograr la transición hacia opciones energéticas más renovables, sostenibles y descarbonizadas, ¿qué papel puede desempeñar el hidrógeno? ¿Y qué es posible en cuanto al almacenamiento de hidrógeno?
Por Fiona Jeffreys
Investigadores de la Universidad de Canterbury (University of Canterbury, UC) en Christchurch, Nueva Zelanda, están llevando a cabo un proyecto de 5 años para obtener más información.
El equipo utiliza el software Leapfrog Energy de Seequent a fin de crear modelos en 3D del potencial de almacenamiento del hidrógeno en depósitos de gas agotados en Taranaki. Sus simulaciones dinámicas estiman el hidrógeno que se puede recuperar después de la inyección subterránea.
Informar sobre las decisiones comerciales de almacenamiento de energía
Los principales actores mundiales del sector de la energía, dedicados tradicionalmente al petróleo y el gas, buscan formas innovadoras de pasar a fuentes de energía renovables, como nuevas tecnologías que conviertan los pozos subterráneos existentes en energía geotérmica, captura de carbono o almacenamiento de hidrocarburos.
“Resolver nuestro desafío de energía neta cero sería más fácil con solo utilizar baterías eléctricas que se puedan cargar para usar más tarde. Sin embargo, las baterías tienen dos problemas clave: son pequeñas y no mantienen su carga durante el tiempo suficiente. Y aunque esto es genial para un automóvil, no servirá para pasar un invierno frío”, afirma David Dempsey, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil de la UC.
David Dempsey, de la Universidad de Canterbury, y su equipo están investigando el potencial del almacenamiento subterráneo de hidrógeno (Imagen: UC) en un momento en que el mundo busca más soluciones y fuentes de energía renovable.
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Cuando se requieren plazos más largos de energía fácilmente disponible, se debe considerar el almacenamiento de energía alternativa (como los depósitos subterráneos). Dempsey, junto con un equipo que incluye a Matt Parker, Jinjiang Liu y Andy Nicol, lidera un proyecto de investigación pionero que explora nuevas formas de utilizar los yacimientos de petróleo y gas existentes para el almacenamiento de energía renovable, como el hidrógeno.
De forma más específica, están interesados en el rendimiento y la gestión de riesgos del hidrógeno almacenado a largo plazo en yacimientos subterráneos.
“Inyectar y recuperar hidrógeno de campos de gas agotados podría proporcionar a Nueva Zelanda y a otros países acceso a grandes volúmenes de poros a fin de ayudar a hacer realidad las ambiciones globales en cuanto a hidrógeno; sin embargo, esto conlleva grandes desafíos”, señala Dempsey.
El equipo ha estado utilizando la herramienta de modelado geológico en 3D, Leapfrog Energy, para interpretar y compartir los hallazgos de su investigación sobre el hidrógeno con líderes académicos y de la industria alrededor del mundo.
Ver: Una simulación de yacimiento con uno de los modelos geológicos desarrollados en un modelo de bloques. (Créditos: UC)
Las complejidades del almacenamiento subterráneo de hidrógeno
Los yacimientos pueden describirse como grandes esponjas llenas de agujeros en las que se pueden bombear hidrocarburos (como el gas natural) para crear una “batería” de la que extraerlos cuando sea necesario. El objetivo es equilibrar la oferta y la demanda, por ejemplo, cuando las necesidades energéticas aumentan en invierno o los lagos hidroeléctricos son bajos.
“Así es como funciona el almacenamiento subterráneo de gas. O lo bombeas hacia abajo o lo vuelves a extraer. Sin embargo, debido a que los hidrocarburos, como el gas natural, están disminuyendo en popularidad debido a su impacto en las emisiones de carbono, el hidrógeno ha surgido como una posible opción”, afirma Dempsey.
La investigación piloto del equipo se enfoca en el potencial del almacenamiento de hidrógeno. Pero es una tarea compleja. La extracción de hidrógeno requiere mucha energía y conlleva riesgos de almacenamiento debido a su alta volatilidad.
“En comparación con el gas natural, almacenar hidrógeno bajo tierra es complicado dado que requiere cuatro veces el volumen de roca para almacenar la misma energía, es más reactivo con la geología y a los microbios les encanta consumirlo”, explica.
Dado que el almacenamiento geográfico de hidrógeno ya es un desafío, el lugar más fácil para comenzar la investigación es un campo de gas agotado (que originalmente contenía un depósito de gas natural) con un sello superior seguro que ha permanecido hermético durante millones de años.
“El hidrógeno flota y, al igual que un globo de hidrógeno, flota hasta el techo; este gas tiende a elevarse cuando se almacena bajo tierra. El yacimiento de gas agotado que estamos modelando tiene un sello superior de lutita marina de 300 metros de espesor, por lo que la naturaleza nos ha proporcionado las condiciones perfectas para nuestra investigación”, indica Dempsey.
Ver: Inyectar hidrógeno (naranja) en un depósito de metano (morado), su recuperación y la posibilidad de dejar algo atrás. (Créditos: UC)
El valor de los modelos en 3D para visualizar la geología
“Es crucial crear un modelo geológico para evaluar el riesgo y ayudar a determinar si el sitio de almacenamiento es capaz de proporcionar hidrógeno de manera efectiva”, señala Matt Parker, investigador asociado de la Escuela de Tierra y Medio Ambiente de la UC.
“Lo que queremos comprender es qué tan rápido se puede introducir hidrógeno y sacarlo de nuevo. Esto requiere comprender la geometría a fin de predecir mejor el rendimiento del yacimiento, optimizar las operaciones, medir el tamaño del almacenamiento y cualquier posible punto de pérdida”, afirma Parker.
Leapfrog Energy ha permitido al equipo analizar su modelo geológico en 3D, incorporar pozos, un sistema de fallas, así como visualizar el desplazamiento del yacimiento y estudiar el desplazamiento del gas natural por hidrógeno inyectado.
Junto con la experiencia de Jinjiang Liu y Andy Nicol, los modelos geológicos en 3D se exportaron a un simulador de yacimiento. Además, en un paso final, los resultados del simulador se vuelven a importar al software para su visualización.
“En el futuro, planeamos utilizar perfiles sísmicos en 2D como restricciones para la geometría de nuestros yacimientos y agregar más complejidad a nuestros modelos”, indica Parker.
Ver: las isosuperficies de saturación muestran modelos numéricos utilizados a fin de crear isosuperficies para fluidos de yacimientos. (Créditos: UC)
Reutilización de los pozos existentes para el almacenamiento de hidrógeno
Determinar si los campos se pueden reutilizar para que sean más amigables con el CO2 también podría tener beneficios comerciales significativos.
“Las compañías de petróleo y gas han invertido una gran cantidad de recursos en perforar pozos y realizar una caracterización exhaustiva. Como resultado, ya existe una cantidad sustancial de datos e información disponibles para trabajar”, señala Dempsey.
“Asimismo, aunque se requeriría alguna modernización del pozo (el hidrógeno puede quebrar el acero a presiones altas), esto puede ser menos costoso que perforar pozos nuevos y podría ayudar a ahorrar decenas de millones de dólares”.
La reutilización y modernización de pozos también podría ayudar a los profesionales de la energía a lograr la transición a una carrera más amigable con el medio ambiente.
“Contamos con personas talentosas en Taranaki y en toda la industria energética mundial que mira hacia su futuro. Es emocionante considerar cómo utilizar tecnologías innovadoras a fin de reutilizar la infraestructura energética que ya existe”, afirma Dempsey.