El gas natural es un combustible fósil. Al igual que otros combustibles fósiles como el carbón y el petróleo, el gas natural se forma a partir de plantas, animales y microorganismos que vivieron hace millones de años.
Hay varias teorías diferentes para explicar cómo se forman los combustibles fósiles. La teoría más extendida es que se forman bajo tierra, en condiciones intensas. A medida que las plantas, los animales y los microorganismos se descomponen, quedan gradualmente cubiertos por capas de tierra, sedimentos y, a veces, roca. A lo largo de millones de años, la materia orgánica se comprime. A medida que la materia orgánica se adentra en la corteza terrestre, se encuentra con temperaturas cada vez más altas.
La combinación de compresión y alta temperatura hace que los enlaces de carbono de la materia orgánica se rompan. Esta ruptura molecular produce metano termogénico – gas natural. El metano, probablemente el compuesto orgánico más abundante en la Tierra, está formado por carbono e hidrógeno (CH4).
Los depósitos de gas natural suelen encontrarse cerca de los depósitos de petróleo. Los depósitos de gas natural cercanos a la superficie de la Tierra suelen quedar empequeñecidos por los depósitos de petróleo cercanos. Los depósitos más profundos -formados a temperaturas más altas y bajo más presión- tienen más gas natural que petróleo. Los yacimientos más profundos pueden estar formados por gas natural puro.
Sin embargo, el gas natural no tiene por qué formarse en las profundidades del subsuelo. También puede formarse gracias a pequeños microorganismos llamados metanógenos. Los metanógenos viven en los intestinos de los animales (incluidos los humanos) y en zonas con poco oxígeno cerca de la superficie de la Tierra. Los vertederos, por ejemplo, están llenos de materia en descomposición que los metanógenos descomponen en un tipo de metano llamado metano biogénico. El proceso de creación de gas natural (metano) por parte de los metanógenos se denomina metanogénesis.
Aunque la mayor parte del metano biogénico se escapa a la atmósfera, se están creando nuevas tecnologías para contener y cosechar esta fuente de energía potencial.
El metano termogénico -el gas natural que se forma en las profundidades de la superficie terrestre- también puede escapar a la atmósfera. Una parte del gas puede ascender a través de materia permeable, como la roca porosa, y acabar disipándose en la atmósfera.
Sin embargo, la mayor parte del metano termogénico que asciende hacia la superficie se encuentra con formaciones geológicas que son demasiado impermeables para que pueda escapar. Estas formaciones rocosas se denominan cuencas sedimentarias.
Las cuencas sedimentarias atrapan enormes depósitos de gas natural. Para acceder a estas reservas de gas natural, es necesario perforar un agujero (a veces llamado pozo) a través de la roca para permitir que el gas salga y sea cosechado.
Las cuencas sedimentarias ricas en gas natural se encuentran en todo el mundo. Los desiertos de Arabia Saudí, los húmedos trópicos de Venezuela y el gélido Ártico del estado estadounidense de Alaska son fuentes de gas natural. En Estados Unidos, fuera de Alaska, las cuencas se encuentran principalmente en torno a los estados que bordean el Golfo de México, incluidos Texas y Luisiana. Recientemente, los estados norteños de Dakota del Norte, Dakota del Sur y Montana han desarrollado importantes instalaciones de perforación en cuencas sedimentarias.
Tipos de gas natural
El gas natural que es económico de extraer y fácilmente accesible se considera «convencional». El gas convencional está atrapado en un material permeable bajo una roca impermeable.
El gas natural que se encuentra en otros entornos geológicos no siempre es tan fácil o práctico de extraer. Este gas se llama «no convencional». Siempre se están desarrollando nuevas tecnologías y procesos para hacer que este gas no convencional sea más accesible y económicamente viable. Con el tiempo, el gas que se consideraba «no convencional» puede convertirse en convencional.
El biogás es un tipo de gas que se produce cuando la materia orgánica se descompone sin que haya oxígeno. Este proceso se denomina descomposición anaeróbica y tiene lugar en los vertederos o donde se descomponen materiales orgánicos como residuos animales, aguas residuales o subproductos industriales.
El biogás es materia biológica que proviene de plantas o animales, que pueden estar vivos o no. Este material, como los residuos forestales, puede quemarse para crear una fuente de energía renovable.
El biogás contiene menos metano que el gas natural, pero puede ser refinado y utilizado como fuente de energía.
Gas natural profundo
El gas natural profundo es un gas no convencional. Mientras que la mayor parte del gas convencional puede encontrarse a unos pocos miles de metros de profundidad, el gas natural profundo se encuentra en yacimientos a un mínimo de 4.500 metros (15.000 pies) por debajo de la superficie de la Tierra. La perforación de gas natural en profundidad no siempre es práctica desde el punto de vista económico, aunque se han desarrollado y mejorado las técnicas para extraerlo.
El gas de esquisto
es otro tipo de yacimiento no convencional. El esquisto es una roca sedimentaria de grano fino que no se desintegra en el agua. Algunos científicos dicen que el esquisto es tan impermeable que el mármol se considera «esponjoso» en comparación. Gruesas láminas de esta roca impermeable pueden «intercalar» una capa de gas natural entre ellas.
El gas de esquisto se considera una fuente no convencional debido a los difíciles procesos necesarios para acceder a él: la fracturación hidráulica (también conocida como fracking) y la perforación horizontal. La fracturación es un procedimiento que abre la roca con un chorro de agua a alta presión y luego la «apuntala» con pequeños granos de arena, vidrio o sílice. Esto permite que el gas fluya más libremente fuera del pozo. La perforación horizontal es un proceso que consiste en perforar directamente en el suelo y luego perforar lateralmente, o en paralelo, a la superficie de la Tierra.
Gas «estanco»
El gas «estanco» es un gas natural no convencional atrapado bajo tierra en una formación rocosa impermeable que hace que sea extremadamente difícil de extraer. La extracción de gas de formaciones rocosas «compactas» suele requerir métodos caros y difíciles, como la fracturación hidráulica y la acidificación.
La acidificación es similar al fracking. Se inyecta un ácido (normalmente ácido clorhídrico) en el pozo de gas natural. El ácido disuelve la roca compacta que bloquea el flujo de gas.
Metano en capas de carbón
El metano en capas de carbón es otro tipo de gas natural no convencional. Como su nombre indica, el metano en capas de carbón suele encontrarse en las vetas de carbón que se encuentran bajo tierra. Históricamente, cuando se extraía el carbón, el gas natural se expulsaba intencionadamente de la mina a la atmósfera como producto de desecho. Hoy en día, el metano en capas de carbón se recoge y es una fuente de energía muy popular.
Gas en zonas geopresurizadas
Otra fuente de gas natural no convencional son las zonas geopresurizadas. Las zonas geopresurizadas se forman entre 3.000 y 7.600 metros (10.000-25.000 pies) por debajo de la superficie de la Tierra.
Estas zonas se forman cuando las capas de arcilla se acumulan y compactan rápidamente sobre un material más poroso, como la arena o el limo. Como el gas natural es forzado a salir de la arcilla comprimida, se deposita a muy alta presión en la arena, el limo u otro material absorbente que se encuentra debajo.
Las zonas geopresurizadas son muy difíciles de extraer, pero pueden contener una cantidad muy elevada de gas natural. En Estados Unidos, la mayoría de las zonas geopresurizadas se han encontrado en la región de la Costa del Golfo.
Los hidratos de metano
Los hidratos de metano son otro tipo de gas natural no convencional. Los hidratos de metano se han descubierto recientemente en los sedimentos oceánicos y en las zonas de permafrost del Ártico. Los hidratos de metano se forman a bajas temperaturas (alrededor de 0°C, o 32°F) y bajo alta presión. Cuando las condiciones ambientales cambian, los hidratos de metano se liberan a la atmósfera.
El Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) estima que los hidratos de metano podrían contener el doble de carbono que todo el carbón, el petróleo y el gas natural convencional del mundo, juntos.
En los sedimentos oceánicos, los hidratos de metano se forman en el talud continental cuando las bacterias y otros microorganismos se hunden en el fondo del océano y se descomponen en el limo. El metano, atrapado en los sedimentos, tiene la capacidad de «cementar» los sedimentos sueltos en su lugar y mantener estable la plataforma continental. Sin embargo, si el agua se calienta, los hidratos de metano se descomponen. Esto provoca desprendimientos submarinos y libera gas natural.
En los ecosistemas de permafrost, los hidratos de metano se forman cuando las masas de agua se congelan y las moléculas de agua crean «jaulas» individuales alrededor de cada molécula de metano. El gas, atrapado en un entramado de agua congelada, está contenido a una densidad mucho mayor de la que tendría en su estado gaseoso. A medida que las jaulas de hielo se descongelan, el metano se escapa.
El calentamiento global, el actual periodo de cambio climático, influye en la liberación de los hidratos de metano tanto del permafrost como de las capas de sedimentos oceánicos.
En los hidratos de metano hay una gran cantidad de energía potencial almacenada. Sin embargo, al tratarse de formaciones geológicas tan frágiles -capaces de romperse y alterar las condiciones ambientales que las rodean-, los métodos para extraerlos se desarrollan con extrema precaución.
Perforación y transporte
El gas natural se mide en metros cúbicos normales o pies cúbicos estándar. En 2009, la Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA) estimó que las reservas probadas de gas natural en el mundo rondan los 6.289 trillones de pies cúbicos (tcf).
La mayor parte de las reservas se encuentran en Oriente Medio, con 2.686 tcf en 2011, o el 40% del total de las reservas mundiales. Rusia tiene la segunda mayor cantidad de reservas probadas, con 1.680 tcf en 2011. Estados Unidos contiene algo más del 4% de las reservas mundiales de gas natural. <
Según la EIA, el consumo mundial total de gas natural seco en 2010 fue de 112.920 billones de pies cúbicos (bcf). Ese año, Estados Unidos consumió algo más de 24.000 bcf, la mayor cantidad de cualquier nación.
El gas natural se extrae normalmente mediante una perforación vertical desde la superficie de la Tierra. Desde una única perforación vertical, el pozo se limita a las reservas de gas que encuentra.
La fracturación hidráulica, la perforación horizontal y la acidificación son procesos que permiten ampliar la cantidad de gas a la que puede acceder un pozo y, por tanto, aumentar su productividad. Sin embargo, estas prácticas pueden tener consecuencias negativas para el medio ambiente.
La fracturación hidráulica, o fracking, es un proceso que abre las formaciones rocosas con chorros de agua a alta presión, productos químicos y arena. La arena abre las rocas, lo que permite que el gas salga y sea almacenado o transportado. Sin embargo, la fracturación hidráulica requiere enormes cantidades de agua, lo que puede reducir radicalmente el nivel freático de una zona y afectar negativamente a los hábitats acuáticos. El proceso produce aguas residuales muy tóxicas y a menudo radiactivas que, si se gestionan mal, pueden filtrarse y contaminar las fuentes de agua subterránea utilizadas para beber, para la higiene y para el uso industrial y agrícola.
Además, la fracturación hidráulica puede provocar microterremotos. La mayoría de estos temblores son demasiado pequeños para sentirse en la superficie, pero algunos geólogos y ecologistas advierten de que los sismos pueden causar daños estructurales en los edificios o en las redes subterráneas de tuberías y cables.
Debido a estos efectos ambientales negativos, el fracking ha sido criticado y prohibido en algunas zonas. En otras zonas, el fracking es una oportunidad económica lucrativa y proporciona una fuente de energía fiable.
La perforación horizontal es una forma de aumentar la superficie de un pozo sin crear múltiples lugares de perforación caros y sensibles desde el punto de vista medioambiental. Después de perforar en línea recta desde la superficie de la Tierra, la perforación puede dirigirse hacia los lados, en sentido horizontal. Esto amplía la productividad del pozo sin requerir múltiples sitios de perforación en la superficie.
La acidificación es un proceso de disolución de componentes ácidos y su inserción en el pozo de gas natural, que disuelve la roca que puede estar bloqueando el flujo de gas.
Una vez extraído el gas natural, lo más frecuente es que se transporte a través de tuberías que pueden tener entre 2 y 60 pulgadas de diámetro.
Estados Unidos continental cuenta con más de 210 sistemas de tuberías que se componen de 490.850 kilómetros (305.000 millas) de tuberías de transmisión que transfieren el gas a los 48 estados. Este sistema requiere más de 1.400 estaciones de compresión para garantizar que el gas siga su camino, 400 instalaciones de almacenamiento subterráneo, 11.000 lugares para entregar el gas y 5.000 lugares para recibirlo.
El gas natural también puede enfriarse hasta unos -162°C (-260°F) y convertirse en gas natural licuado, o GNL. En forma líquida, el gas natural sólo ocupa 1/600 del volumen de su estado gaseoso. Puede almacenarse y transportarse fácilmente a lugares que no disponen de gasoductos.
El GNL se transporta en un camión cisterna aislado especializado, que mantiene el GNL en su punto de ebullición. Si el GNL se vaporiza, se expulsa del área de almacenamiento y se utiliza para alimentar el buque de transporte. Estados Unidos importa GNL de otros países, como Trinidad y Tobago y Qatar. Sin embargo, Estados Unidos está aumentando su producción nacional de GNL.
Consumir gas natural
Aunque el gas natural tarda millones de años en desarrollarse, su energía sólo se ha aprovechado durante los últimos miles de años. Alrededor del año 500 a.C., los ingenieros chinos aprovecharon el gas natural que se filtraba de la tierra construyendo tuberías de bambú. Estas tuberías transportaban el gas para calentar el agua. A finales del siglo XVIII, las empresas británicas suministraron gas natural para iluminar las farolas y los hogares.
Hoy en día, el gas natural se utiliza de innumerables maneras para fines industriales, comerciales, residenciales y de transporte. El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) estima que el gas natural puede ser hasta un 68% más barato que la electricidad.
En los hogares, el uso más popular del gas natural es la calefacción y la cocina. Se utiliza para alimentar aparatos domésticos como estufas, aparatos de aire acondicionado, calefactores, luces exteriores, calefactores de garaje y secadoras de ropa.
El gas natural también se utiliza a mayor escala. En entornos comerciales, como restaurantes y centros comerciales, es una forma extremadamente eficiente y económica de alimentar calentadores de agua, calefactores, secadoras y estufas.
El gas natural también se utiliza para calentar, refrigerar y cocinar en entornos industriales. Sin embargo, también se utiliza en diversos procesos como el tratamiento de residuos, el procesamiento de alimentos y el refinado de metales, piedra, arcilla y petróleo.
El gas natural también puede utilizarse como combustible alternativo para coches, autobuses, camiones y otros vehículos. Actualmente, hay más de 5 millones de vehículos de gas natural (GNV) en todo el mundo, y más de 150.000 en Estados Unidos.
Aunque los VGN cuestan inicialmente más que los vehículos de gas, son más baratos de repostar y son los vehículos más limpios del mundo. Los vehículos de gasolina y diésel emiten sustancias nocivas y tóxicas como arsénico, níquel y óxidos de nitrógeno. En cambio, los vehículos a gas natural pueden emitir cantidades mínimas de propano o butano, pero liberan un 70% menos de monóxido de carbono a la atmósfera.
Utilizando la nueva tecnología de las pilas de combustible, la energía del gas natural también se utiliza para generar electricidad. En lugar de quemar gas natural para obtener energía, las pilas de combustible generan electricidad con reacciones electroquímicas. Estas reacciones producen agua, calor y electricidad sin otros subproductos ni emisiones. Los científicos siguen investigando este método de producción de electricidad para poder aplicarlo de forma asequible a los productos eléctricos.
El gas natural y el medio ambiente
El gas natural suele tener que ser procesado antes de poder ser utilizado. Cuando se extrae, el gas natural puede contener una variedad de elementos y compuestos distintos del metano. En un pozo de gas natural puede haber agua, etano, butano, propano, pentanos, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua y, en ocasiones, helio y nitrógeno. Para poder utilizarlo como energía, el metano se procesa y se separa de los demás componentes. El gas que se utiliza para obtener energía en nuestros hogares es metano casi puro.
Al igual que otros combustibles fósiles, el gas natural puede quemarse para obtener energía. De hecho, es el combustible de combustión más limpia, lo que significa que libera muy pocos subproductos.
Cuando los combustibles fósiles se queman, pueden liberar (o emitir) diferentes elementos, compuestos y partículas sólidas. El carbón y el petróleo son combustibles fósiles con formaciones moleculares muy complejas y contienen una gran cantidad de carbono, nitrógeno y azufre. Cuando se queman, liberan grandes cantidades de emisiones nocivas, como óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y partículas que se desplazan a la atmósfera y contribuyen a la contaminación del aire.
En cambio, el metano del gas natural tiene una composición molecular simple: CH4. Cuando se quema, sólo emite dióxido de carbono y vapor de agua. Los humanos exhalamos los mismos dos componentes cuando respiramos.
El dióxido de carbono y el vapor de agua, junto con otros gases como el ozono y el óxido nitroso, se conocen como gases de efecto invernadero. Las crecientes cantidades de gases de efecto invernadero en la atmósfera están relacionadas con el calentamiento global y podrían tener consecuencias medioambientales desastrosas.
Aunque la quema de gas natural sigue emitiendo gases de efecto invernadero, emite casi un 30% menos de CO2 que el petróleo, y un 45% menos de CO2 que el carbón.
Seguridad
Como ocurre con cualquier actividad extractiva, la perforación de gas natural puede provocar fugas. Si la perforación da con una bolsa inesperada de gas natural a alta presión, o el pozo se daña o se rompe, la fuga puede ser inmediatamente peligrosa.
Debido a que el gas natural se disipa tan rápidamente en el aire, no siempre provoca una explosión o una quemadura. Sin embargo, las fugas suponen un peligro para el medio ambiente, ya que también filtran lodo y petróleo a las zonas circundantes.
Si se utilizó la fracturación hidráulica para ampliar un pozo, los productos químicos de ese proceso pueden contaminar los hábitats acuáticos locales y el agua potable con materiales altamente radiactivos. El metano no contenido que se libera en el aire también puede obligar a la gente a evacuar temporalmente la zona.
Las fugas también pueden producirse lentamente con el tiempo. Hasta la década de 1950, el hierro fundido era una opción popular para las tuberías de distribución, pero permite que se escape una gran cantidad de gas natural. Las tuberías de hierro fundido se convierten en fugas después de años de ciclos de congelación y descongelación, el tráfico aéreo pesado y las tensiones del suelo naturalmente cambiante. Las fugas de metano de estas tuberías de distribución representan más del 30% de las emisiones de metano del sector de la distribución de gas natural en Estados Unidos. En la actualidad, las tuberías se fabrican con diversos metales y plásticos para reducir las fugas.