Trasformazione idrotermale del kerogene e del petrolio nelle rocce a bassa permeabilità dei giacimenti Domanic in mezzo a anidride carbonica

Estrarre il petrolio nascosto nelle rocce antiche

Gran parte del petrolio rimasto nel mondo è intrappolato in rocce che non lasciano facilmente passare i fluidi. Nelle formazioni Domanic in Russia, enormi quantità di potenziale combustibile sono bloccate sotto forma di una sostanza organica solida e plastica chiamata kerogene. Questo studio esplora se il riscaldamento controllato di tali rocce in presenza di acqua e anidride carbonica possa accelerare il lento processo naturale di formazione del petrolio e trasformare quel materiale solido in olio e gas utilizzabili su scale temporali umane.

Perché queste rocce dure sono importanti

I depositi Domanic del Tatarstan in Russia contengono miliardi di tonnellate di rocce ricche di materia organica ma sono molto difficili da sfruttare con i metodi standard di perforazione e fratturazione. Diversamente da molti giacimenti scistosi del Nord America, gran parte della materia organica qui non si è ancora trasformata completamente in petrolio liquido; rimane invece come kerogene legato all’interno di una roccia densa carbonatica–silicea. Poiché questo kerogene è solido e strettamente vincolato, non si scioglie nei solventi ordinari e non può fluire verso i pozzi. Trovare un modo per "completare" delicatamente questa trasformazione naturale all’interno del giacimento potrebbe aprire una nuova grande risorsa energetica evitando vaste operazioni di estrazione in superficie.

Simulare il tempo geologico accelerato

Per imitare e accelerare ciò che normalmente avviene in milioni di anni nel sottosuolo, i ricercatori hanno posto in un reattore d’acciaio nuclei frantumati dal giacimento di Tavel insieme ad acqua e anidride carbonica. Hanno poi riscaldato la miscela roccia‑fluido a 250, 300 o 350 gradi Celsius per 24 ore a elevata pressione, condizioni simili a sistemi idrotermali profondi nella crosta terrestre. Dopo ogni esperimento hanno misurato quanto kerogene restava nella roccia, quanto liquido estraibile si poteva ottenere con solventi e quali tipi di gas e idrocarburi liquidi si erano formati. Confrontando i prodotti a diverse temperature, hanno potuto seguire la degradazione passo dopo passo della materia organica solida in petrolio e gas più mobili.

Da residui pesanti a petrolio e gas più leggeri

Gli esperimenti hanno mostrato che temperature più elevate intensificano nettamente la conversione del kerogene. A 250 gradi furono rilasciati per lo più componenti pesanti e appiccicosi, e la roccia conservava ancora gran parte del suo contenuto organico solido. A 300 gradi gran parte di questo materiale pesante ha iniziato a rompersi in idrocarburi saturi più leggeri, aumentando la quota di molecole più semplici e simili al petrolio nel liquido estratto. A 350 gradi il cambiamento è stato drammatico: l’indicatore del contenuto di kerogene nella roccia è diminuito a una piccola frazione del valore iniziale, e il carbonio organico complessivo nella roccia è sceso di conseguenza. Contemporaneamente, la quantità di liquido estraibile è aumentata di circa due terzi, e il liquido è diventato più ricco di idrocarburi saturi leggeri e aromatici mentre la proporzione di asfalteni, viscose e resistenti, è diminuita di oltre due volte.

Formazione di gas e cambiamenti nella roccia

Oltre al petrolio liquido, la miscela di acqua calda e anidride carbonica ha generato volumi significativi di gas. Con l’aumento della temperatura sono aumentati metano, etano, propano e butani, così come idrogeno, monossido di carbonio e soprattutto anidride carbonica. A 350 gradi la resa totale di gas idrocarburici era decine di volte superiore a quella a 250 gradi, segno che erano in corso intense reazioni di cracking. Lo studio ha inoltre rilevato che molte delle grandi molecole ricche di anelli presenti nel kerogene si sono riorganizzate in strutture aromatiche più piccole, incluse specie contenenti zolfo come tiofeni e benzotiofeni. In pratica, il sistema roccia‑fluido è passato a un regime in cui la matrice organica solida veniva rapidamente scomposta in molecole più leggere e mobili che possono muoversi più facilmente attraverso pori e fratture.

Cosa significa per il recupero futuro del petrolio

Per i non esperti, la conclusione è che i ricercatori hanno dimostrato un modo controllato per "cuocere" rocce ricche di organico così da far loro produrre molto più petrolio e gas utili. Riscaldando la roccia Domanic in acqua con anidride carbonica fino a circa 350 gradi Celsius, hanno raggiunto una distruzione quasi completa del kerogene solido e un forte aumento degli idrocarburi leggeri e fluidi, senza formare residui carboniosi inerti aggiuntivi. Questo suggerisce che processi idrotermali progettati con cura, impiegando anidride carbonica, potrebbero contribuire a sbloccare grandi risorse petrolifere non convenzionali sfruttando contemporaneamente lo stesso gas che contribuisce ai cambiamenti climatici come fluido di lavoro nel sottosuolo. Il lavoro non risolve tutte le questioni ambientali o economiche, ma fornisce una ricetta sperimentale per trasformare il kerogene difficile da raggiungere in petrolio di scisto producibile in queste formazioni impegnative.

Citazione: Mikhailova, A., Ammar, AK., Saeed, S.A. et al. Hydrothermal transformation of kerogen and oil in Low-permeability rocks of the domanic deposits in carbon dioxide media. Sci Rep 16, 8013 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39738-3

Parole chiave: olio di scisto, kerogene, conversione idrotermale, iniezione di anidride carbonica, giacimenti non convenzionali