Inagotable futura fuente de energía: Hidrato de Metano

El gas natural a partir de hidrato de metano se puede convertir en una importante fuente de energía global, los investigadores del petróleo y el gas están trabajando para desarrollar nuevas tecnologías para producir gas natural de yacimientos de hidratos de metano. Esta investigación es importante porque los depósitos de hidratos de metano se cree que son una fuente de hidrocarburos más grande que todo el petróleo del mundo, el gas natural y el carbón combinados. [1] Si estos depósitos pueden ser eficientemente y económicamente desarrollados, el hidrato de metano podría convertirse en la siguiente fuente de energía de este siglo, aunque siempre sera temporal ante las fuentes de energía renovables. Enormes cantidades de hidratos de metano se han encontrado bajo el permafrost del Ártico, debajo del hielo antártico y de los depósitos sedimentarios en todo el mundo a lo largo de los márgenes continentales. En algunas partes del mundo están mucho más cerca de las zonas de alta población que cualquier otro campo de gas natural. Estos depósitos cercanos podrían permitir a los países que actualmente importan gas natural para convertirse en autosuficientes. El reto actual es hacer un inventario de este recurso y encontrar maneras seguras y económicas para su explotación y desarrollo.

¿Qué es el hidrato de metano?

El hidrato de metano es un sólido cristalino que consiste en una molécula de metano enclavada dentro de una jaula de moléculas de agua (ver la imagen de arriba a la derecha). El hidrato de metano es una forma de "hielo", que sólo se produce de forma natural en depósitos subterráneos donde las condiciones de presión y temperatura son favorables para su formación. Estas condiciones se ilustran en el diagrama de fases en la columna derecha de la página. Si este hielo se retira de este ambiente de temperatura / presión favorables se vuelve inestable. Por esta razón, los depósitos de hidratos de metano son difíciles de estudiar. No pueden ser perforados, tomar una muestra para estudio al igual que otros materiales bajo la superficie porque cuando se llevan a la superficie se reduce la presión y la temperatura sube. Esto provoca que el hielo se derrita y el metano escape. La mayoría de los depósitos de hidratos de metano también contienen pequeñas cantidades de hidratos de otros hidrocarburos. Estos incluyen hidrato de propano y etano hidrato.

¿Dónde están los depósitos de hidratos de metano?

Existe en nuestro planeta cuatro ambientes terrestres tienen la temperatura y condiciones de presión adecuadas para la formación y estabilidad del hidrato de metano. Estos son: 1) los sedimentos y rocas sedimentarias unidades por debajo del permafrost ártico, 2) depósitos sedimentarios a lo largo de los márgenes continentales, 3) de aguas profundas sedimentos de los lagos interiores y el mar, y, 4) bajo el hielo antártico. [10]. Con la excepción de los depósitos de la Antártida, las acumulaciones de hidratos de metano no son muy profundas por debajo de la superficie terrestre. En la mayoría de situaciones, el hidrato de metano se encuentra a unos pocos cientos de metros de la superficie del sedimento.

En estos ambientes se produce hidrato de metano en los sedimentos en forma de capas, nódulos y cemento intergranular. Los depósitos son a menudos tan densos y persistentes lateralmente que crean una capa impermeable del gas natural.

En 2008, la Encuesta Geológica de los Estados Unidos estimó que el total de recursos no descubiertos de hidratos de gas en la zona norte de Alaska. Se estima que el total de recursos de gas natural no descubierto en forma de hidrato de gas oscila entre 25,2 y 157,8 billones de pies cúbicos. Debido a que muy pocos pozos han sido perforados a través de la acumulación de hidratos de gas, las estimaciones tienen un nivel muy alto de incertidumbre. [5]

¿Dónde está el hidrato de metano producido en la actualidad?

Hasta la fecha no ha habido una producción a gran escala comercial metano de los depósitos de hidratos de metano. Toda la producción ha sido o bien a pequeña escala o experimental. A principios de 2012, un proyecto conjunto entre Estados Unidos y Japón produjo un flujo constante de metano mediante la inyección de dióxido de carbono a la acumulación de hidratos de metano. El dióxido de carbono sustituye el metano en la estructura del hidrato y libera el metano que fluye a la superficie. Esta prueba fue importante porque permitió la producción de metano sin las inestabilidades asociadas a la fusión del gas de hidrato. [6] Los depósitos de metano más probables de hidratos de ser seleccionadas para su primer desarrollo tendrá las siguientes características: 1) las altas concentraciones de hidrato, 2) reservorios de rocas con alta permeabilidad, y, 3) lugares donde hay una infraestructura existente. [7] Los depósitos que cumplen estas características probablemente se encuentra en la vertiente norte de Alaska o en el norte de Rusia.

Peligros del hidrato de metano

Los hidratos de metano son sedimentos sensibles. Rápidamente se puede disociar con un aumento de la temperatura o una disminución de la presión. Esta disociación produce metano y agua gratis. La conversión de un sedimento sólido en líquidos y gases creará una pérdida de apoyo y la resistencia a la cizalladura. Estos pueden causar deslizamientos de tierra submarinos, caída o hundimiento que pueden dañar los equipos de producción y oleoductos. [7] El metano es un poderoso gas de invernadero. Las temperaturas más cálidas del Ártico podrían resultar en la fusión gradual de los hidratos de gas por debajo del permafrost. Calentamiento de los océanos podría provocar la fusión gradual de los hidratos de gas cerca de la interfaz sedimento-agua. Aunque muchos informes de noticias han presentado esto como una posible catástrofe, ante ello una investigación de USGS ha determinado que los hidratos de gas están contribuyendo al metano atmosférico total y que un derretimiento catastrófico de los depósitos de hidratos inestables es poco probable que envíen grandes cantidades de metano a la atmósfera. [9]

Un detalle importante es que el hidrato de metano tiene una muy alta concentración de metano. Si se funde un bloque de un metro cúbico de hidrato de metano, alrededor de 160 metros cúbicos de metano gaseoso se dará a conocer.

Gigantesco potencial

Aunque acumulaciones de hidratos de metano se encuentran en entornos difíciles y presentan numerosos desafíos técnicos, son ampliamente distribuida y la mayor fuente de hidrocarburos en la Tierra. Una variedad de tecnologías podrían ser desarrolladas para su producción utilizando la reducción de presión, de intercambio iónico y otros procesos que se aprovechan de su química única y las propiedades físicas. Los Estados Unidos, Canadá, Japón y la India cuentan con programas vigorosos de investigación que trabajan para descubrir tecnologías viables para la producción de hidratos de gas. El hidrato de metano probablemente jugará un papel importante como fuente energética futura. 

 [1] Laboratorio de Hidratos de Gas USGS :. Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby, United States Geological Encuesta Vídeo Multimedia Gallery, 2012 [2] un inventario mundial de Ocurrencia Natural Hidrato de Gas : Keith A. Kvenvolden y Thomas D. Lorenson, Pacific Coastal & Marine Science Center, United States Geological Survey [3] Hidratos de Gas Natural: Una Revisión : Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell, en T. Collett, A. Johnson, C. Knapp , y R. Boswell, eds, hidratos de gas natural, de los recursos energéticos posibles peligros geológicos y asociadas:. AAPG Memoir 89, p. 146 a 219 de 2009. [4] Los hidratos de gas costa afuera del sudeste de los Estados Unidos :. Carolyn Ruppel, Georgia Institute of Technology, NOAA Ocean sitio web Explorer, consultado en septiembre de 2012 [5] Evaluación de los Recursos de hidratos de gas en el North Slope, Alaska, 2008 : United States Geological Survey, Hoja 2008-3073, octubre de 2008. [6] de EE.UU. y Japón completo Prueba de Campo con éxito de tecnologías de producción de metano Hidratación :. Estados Unidos Departamento de Energía comunicado de prensa, 02 de mayo 2012 [7] los recursos de energía Potencial de hidrato de metano :. Introducción a la ciencia y la energía potencial de un recurso único publicación, por el National Energy Technology Laboratory, Estados Unidos Departamento de Energía de febrero de 2011 [8]fase pura resultados propiedad térmica: Hidratación sI Metano : Maderas Hole Science Center, United States Geological Survey, 2007. [9] Los hidratos de gas y el calentamiento climático - ¿Por qué una catástrofe Metano: es poco probable. Carolyn Ruppel y Noserale Diane, United States Geological Survey, Boletín ondas sonoras, mayo / junio de 2012 [10 ] Un estudio sugiere que los grandes embalses de metano bajo capa de hielo de la Antártida : Tim Stephens, comunicado de prensa de la Universidad de California en Santa Cruz, 29 de agosto de 2012.