La fracturación eléctrica de rocas abre una vía para la producción subterránea de hidrógeno

En una apacible zona rural de Boston, en el límite de una granja de caballos, una grúa desciende un enorme electrodo por una perforación. Este electrodo, un cilindro de medio metro con puntas de cobre, se introduce a cientos de metros bajo tierra, a través de arenisca y hasta las duras raíces marmóreas de una antigua cordillera. El objetivo es alcanzar una roca compacta con pocas fracturas naturales, un escenario que está a punto de cambiar.

Cerca de allí, un segundo electrodo gemelo ha sido anclado a la misma profundidad en otra perforación. Desde la superficie, un par de generadores de alto voltaje conectados a ambos electrodos emiten una serie de pulsos. Cada descarga, apenas audible, es como un relámpago subterráneo en miniatura. La roca entre los electrodos se calienta, la presión aumenta y, de repente, la formación se fragmenta en una red de fracturas. Eden GeoPower, la startup con sede en Massachusetts que realiza esta prueba de campo, denomina a su tecnología "estimulación eléctrica de depósitos". Su lema es claro: "Rompemos rocas con electricidad".

Los investigadores de Eden GeoPower esperan que su técnica de fracturación de rocas pueda en el futuro ayudar en la minería de minerales, aprovechar el calor geotérmico o crear áreas de almacenamiento geológico para el carbono. Sin embargo, un uso aún más intrigante y con potencial para una nueva categoría de producción energética es la generación subterránea de hidrógeno.

El anhelo de una economía basada en el hidrógeno se remonta a la década de 1970, cuando la escasez de petróleo y la creciente preocupación por la contaminación de los combustibles fósiles impulsaron la visión de vehículos e industrias funcionando con hidrógeno. Este elemento se promociona a menudo como un combustible limpio, ya que su combustión o consumo en pilas de combustible solo emite agua y calor. Sin embargo, actualmente se requiere más energía para producirlo de la que rinde, y el método más económico y común implica la reacción de vapor con metano, un potente gas de efecto invernadero. La producción de hidrógeno de cero carbono mediante la electrólisis del agua con energías renovables es posible, pero en la mayoría de los casos resulta demasiado costosa, una realidad que frenó el entusiasmo inicial por el hidrógeno a principios de los años 2020.

Estas dificultades han llevado a muchos emprendedores y científicos a buscar el elemento directamente en el subsuelo. Durante la última media década, docenas de empresas en todo el mundo han estado buscando depósitos de hidrógeno enterrados, conocidos como hidrógeno natural o geológico. Pero, dado que aún no se ha demostrado una operación a escala comercial, Eden GeoPower y otras startups y grupos de investigación persiguen un objetivo más ambicioso: producir hidrógeno geológico de forma artificial. Este enfoque, conocido como hidrógeno geológico estimulado o hidrógeno diseñado, convierte las formaciones rocosas subterráneas en gigantescas "fábricas" de hidrógeno. Típicamente, implica la inyección de agua en rocas ricas en hierro, lo que oxida el hierro y libera hidrógeno como subproducto. La fracturación de la roca, como está haciendo Eden, crea una red de conductos para que el agua llegue a los minerales que contienen hierro.

La promesa del hidrógeno geológico

Los geólogos saben desde hace tiempo que la Tierra genera gas hidrógeno a través de reacciones naturales entre el agua y la roca, pero hasta hace poco, este fenómeno se consideraba una mera curiosidad. El gas es tan ligero que la mayoría de los expertos asumían que se escapaba por los poros y grietas del subsuelo terrestre y no se acumulaba en cantidades útiles. Sin embargo, ya en los siglos XIX y XX, investigadores en el Imperio Ruso y la Unión Soviética reportaron emanaciones de hidrógeno en minas y pozos. Estas observaciones fueron en gran medida ignoradas. Más tarde, los científicos descubrieron hidrógeno brotando de fuentes hidrotermales en el fondo marino y alimentando "llamas eternas", como las del Monte Quimera en Turquía.

Un hito significativo ocurrió en 1987, en Bourakébougou, Mali, cuando los perforadores de un pozo de agua notaron una brisa que salía del agujero. Según la tradición local, un trabajador se asomó con un cigarrillo encendido en la boca, y el aire se encendió al instante, ardiendo con un brillante color azul. El pozo fue sellado durante 25 años hasta que, en 2012, una empresa maliense confirmó la existencia de una gran reserva de hidrógeno. La compañía, ahora llamada Hydroma, construyó una pequeña planta eléctrica para convertir el gas en energía para los residentes del pueblo. Poco después, startups en Australia, Canadá, Estados Unidos y otros lugares comenzaron a buscar más depósitos de hidrógeno.

Sin embargo, aunque se han documentado yacimientos de hidrógeno extendidos, ninguno ha demostrado ser capaz de producir el gas a las tasas y cantidades necesarias para su comercialización. Douglas Wicks, exdirector de programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía (ARPA-E) de EE. UU., señala: "Hemos perforado muchos pozos y nadie ha encontrado el chorro, o al menos no lo están diciendo". Wicks, inicialmente escéptico sobre el hidrógeno geológico, cambió de opinión tras hablar con geólogos: "Tuve la revelación de que el hidrógeno geológico no es solo una acumulación; es una reacción química. Y si es una reacción química, entonces puede ser estimulado".

Para estimular el hidrógeno, no se necesita una geología con "condiciones de Ricitos de Oro" (rocas fuente ricas en hierro, rocas reservorio porosas y rocas sello sólidas). Basta con tener rocas ricas en hierro, y entonces se puede generar el hidrógeno. "Estas rocas están en todas partes", afirma Wicks. "Si se observa la cantidad de hierro que está al alcance de la perforación en la corteza terrestre, hablamos de cuatrillones de toneladas de hidrógeno accesibles. Si tenemos un éxito del 1% solo en Estados Unidos, podríamos abastecer la economía durante miles de años". Un cálculo preliminar lo convenció de que el costo del hidrógeno geológico estimulado podría competir fácilmente con el hidrógeno producido a partir de metano. "Si acertamos con la tecnología", concluye, "esto podría ser enorme". En 2024, bajo su liderazgo, ARPA-E destinó 20 millones de dólares a 16 equipos para avanzar en tecnologías y estudios de estimulación, de los cuales Eden GeoPower recibió 900.000 dólares por su enfoque basado en electricidad.

La tecnología de Eden GeoPower

Paris Smalls, CEO de Eden GeoPower, fundó la empresa en 2017 mientras era estudiante de posgrado en el MIT. Su investigación doctoral se centró en los efectos de la electricidad en la resistencia de las rocas y se interesó en los sistemas geotérmicos mejorados, que requieren fracturar rocas calientes y secas para circular agua y extraer calor. Esto se suele hacer mediante fracturación hidráulica (fracking), una técnica controvertida por sus riesgos de terremotos y contaminación de aguas subterráneas, además de su imprecisión. Smalls sabía por su trabajo de doctorado que la electricidad podía crear redes de fracturas más extensas y finamente ajustadas.

Aunque Smalls inicialmente no consideró la producción de hidrógeno, la invitación de Wicks a aplicar para el programa de hidrógeno de ARPA-E, junto con la colaboración de Alexis Templeton, geomicrobióloga experta en hidrógeno geológico, lo convenció. Templeton señaló que las rocas con mayor potencial para generar hidrógeno, aunque tienen la química adecuada, necesitan agua, y la fracturación eléctrica de Eden podía ser la solución para inyectarla.

En un experimento piloto inicial en Omán, el equipo de Smalls usó corriente continua (DC) entre dos pozos en un depósito de carbonato blando, logrando un aumento del 30% en la producción de petróleo. Sin embargo, en rocas duras, como las necesarias para sistemas geotérmicos y de hidrógeno, la fracturación fue mínima. El equipo volvió a la mesa de diseño y optó por la energía pulsada, una técnica que permite ráfagas cortas y concentradas de energía eléctrica.

Los científicos de Eden experimentaron primero con cilindros de roca dura del tamaño de un pulgar. En lugar de sumergir la muestra en agua, colocaron un par de electrodos en los extremos y aplicaron pulsos directamente a la roca. Con este método de "pulso seco", el equipo descubrió que podían formar plasma en diminutas bolsas de humedad entre los granos minerales. "Esencialmente, generamos un canal de plasma en la propia roca", explica Rafael Villamor-Lora, vicepresidente de I+D de Eden. Con suficientes pulsos, el canal en rápida expansión induce una onda de choque que fractura la roca.

Para llevar la tecnología al campo, Eden necesitaba voltajes lo suficientemente altos como para romper metros de roca sólida. La solución fue un generador Marx, que convierte energía DC de bajo voltaje en ráfagas de alto voltaje (varios cientos de kilovoltios) mediante la carga lenta y descarga rápida de múltiples condensadores. Eden construyó dos de estos dispositivos, llamados Zeus y Thor. En 2025, en una mina abandonada en Colorado, Eden usó Thor para fracturar con éxito una columna ígnea dura, aumentando su permeabilidad diez veces.

Actualmente, en su sitio de pruebas de Massachusetts, la compañía refina sus sistemas. Aunque Zeus y Thor consumen muy poca energía, se necesita aproximadamente un minuto para almacenar la energía suficiente para un pulso máximo, y unos 100 pulsos para penetrar unos 10 metros de roca dura. Esto significa que fracturar a distancias mayores o en múltiples profundidades puede llevar horas o días, haciendo que el principal costo de Eden sea la mano de obra, no la energía. Smalls ha firmado un acuerdo con otra startup de hidrógeno geológico para una prueba piloto de fracturación eléctrica, que podría comenzar a finales del próximo año. El gran interrogante es si la tecnología puede ayudar a extraer el gas del subsuelo a una tasa y costo rentables. "La cuestión no es si podemos producir hidrógeno", afirma Villamor-Lora. "La cuestión es si podemos producirlo lo suficientemente rápido como para que sea económico". En el laboratorio, los investigadores de Eden generaron hasta cuatro veces más hidrógeno de muestras de roca usando la técnica de pulsos eléctricos, pero esto podría no ser suficiente sin tecnología adicional para la viabilidad comercial.

Diversidad de enfoques y desafíos

Uno de los mayores retos en la estimulación de hidrógeno es la ausencia de una receta única. Más allá de los ingredientes básicos (agua y hierro), muchos factores afectan la cantidad de hidrógeno generado y la duración de la producción. Las fracturas son solo uno de ellos; estudios de laboratorio han demostrado, por ejemplo, que la temperatura ideal para maximizar la producción de hidrógeno está entre 200 y 300 °C. La acidez, la química de la roca y el agua, y las comunidades microbianas autóctonas también son consideraciones importantes. Cada formación rocosa es diferente y puede requerir técnicas de estimulación distintas o una combinación de ellas.

Otras empresas exploran enfoques complementarios. GeoKiln, por ejemplo, utiliza calentadores subterráneos en perforaciones para elevar la temperatura de rocas fuente ricas en hierro, optimizando así la producción de hidrógeno. Vema Hydrogen apuesta por una mezcla de agua caliente y catalizadores patentados, no tóxicos ni caros, que inyecta en roca semipermeable para alcanzar tasas de producción comercial sin necesidad de fracturación. Koloma, por su parte, busca aumentar la superficie de reacción imitando la meteorización natural: inyecta agua con dióxido de carbono, que forma un ácido que descompone las cadenas minerales en los poros de la roca, incrementando su área superficial para generar más hidrógeno.

Rita Esuru Okoroafor, ingeniera de recursos energéticos en la Universidad de Texas A&M, investiga los efectos de varias estrategias de estimulación. Sus datos sugieren que ninguna de estas aproximaciones por sí sola sostendrá la producción de hidrógeno a las tasas necesarias para el desarrollo comercial a largo plazo. "Necesitaremos mucha fracturación, catalizadores y luego reestimulación", afirma. El proceso de generación de hidrógeno eventualmente consumirá todo el hierro fácilmente disponible en las superficies de roca expuestas, lo que provocará un descenso en la producción. Okoroafor ha encontrado que el ácido clorhídrico puede ayudar a limpiar los precipitados minerales que obstruyen las grietas, exponiendo nuevas superficies de roca y restaurando las vías de agua.

Todavía es pronto para saber qué tecnologías prevalecerán o si la estimulación será indispensable para que la industria del hidrógeno geológico sea viable. Además, la producción es solo el primer paso hacia la comercialización. Quedan muchas preguntas: ¿cómo se purificará, almacenará y transportará el gas? ¿Cómo se regulará la industria? ¿Cuáles son los riesgos ambientales y cómo se mitigarán? ¿Cuál será el costo? A pesar de los desafíos y los inevitables retrasos en el desarrollo de tecnologías incipientes, Smalls mantiene el optimismo: "Me gusta ir a por cosas a las que otras personas tienen miedo".

Esencialmente, generamos un canal de plasma en la propia roca. Este canal se expande muy, muy rápidamente, fracturando la roca con una onda de choque.

Rafael Villamor-Lora, Vicepresidente de I+D de Eden GeoPower

La cuestión no es si podemos producir hidrógeno. La cuestión es si podemos producirlo lo suficientemente rápido como para que sea económico.

Rafael Villamor-Lora, Vicepresidente de I+D de Eden GeoPower

Si se observa la cantidad de hierro que está al alcance de la perforación en la corteza terrestre, hablamos de cuatrillones de toneladas de hidrógeno accesibles. Si tenemos un éxito del 1% solo en Estados Unidos, podríamos abastecer la economía durante miles de años.

Douglas Wicks, Exdirector de programa en ARPA-E y asesor de empresas de hidrógeno geológico

Cuando estas reacciones ocurren muy rápido, también mueren muy rápido.

Rita Esuru Okoroafor, Ingeniera de recursos energéticos en Texas A&M University

Me gusta ir a por cosas a las que otras personas tienen miedo.

Paris Smalls, CEO de Eden GeoPower