Gás natural é um combustível fóssil. Tal como outros combustíveis fósseis como o carvão e o petróleo, o gás natural forma-se a partir das plantas, animais e microrganismos que viveram há milhões de anos.
Existem várias teorias diferentes para explicar como são formados os combustíveis fósseis. A teoria mais prevalecente é que eles se formam no subsolo, em condições intensas. À medida que plantas, animais e microrganismos se decompõem, são gradualmente cobertos por camadas de solo, sedimentos, e por vezes rocha. Ao longo de milhões de anos, a matéria orgânica é comprimida. À medida que a matéria orgânica se aprofunda na crosta terrestre, encontra temperaturas cada vez mais elevadas.
A combinação de compressão e temperatura elevada faz com que as ligações de carbono na matéria orgânica se decomponham. Esta quebra molecular produz gás termogénico metano-natural. O metano, provavelmente o composto orgânico mais abundante na Terra, é feito de carbono e hidrogénio (CH4).
Os depósitos de gás natural são frequentemente encontrados perto de depósitos de petróleo. Os depósitos de gás natural perto da superfície da Terra são normalmente ananicados por depósitos de petróleo próximos. Depósitos mais profundos formados a temperaturas mais elevadas e sob maior pressão – têm mais gás natural do que petróleo. Os depósitos mais profundos podem ser constituídos por gás natural puro.
Gás natural não tem de ser formado no subsolo profundo, no entanto. Também pode ser formado por microorganismos minúsculos chamados metanogéneos. Os metanogéneos vivem nos intestinos de animais (incluindo humanos) e em áreas de baixo teor de oxigénio perto da superfície da Terra. Os aterros, por exemplo, estão cheios de matéria em decomposição que os metanogéneos decompõem num tipo de metano chamado metano biogénico. O processo de metanogénicos que criam gás natural (metano) é chamado metanogénese.
Embora a maioria dos metanos biogénicos escape para a atmosfera, estão a ser criadas novas tecnologias para conter e colher esta potencial fonte de energia.
O metano termogénico – o gás natural formado nas profundezas da superfície da Terra – também pode escapar para a atmosfera. Parte do gás é capaz de subir através de matéria permeável, como rochas porosas, e eventualmente dissipar-se na atmosfera.
No entanto, a maior parte do metano termogénico que se eleva em direcção à superfície encontra formações geológicas que são demasiado impermeáveis para que escape. Estas formações rochosas são chamadas bacias sedimentares.
As bacias sedimentares prendem enormes reservatórios de gás natural. Para ter acesso a estes reservatórios de gás natural, um buraco (por vezes chamado poço) deve ser perfurado através da rocha para permitir a fuga do gás e a sua colheita.
Bacias sedimentares ricas em gás natural encontram-se em todo o mundo. Os desertos da Arábia Saudita, os trópicos húmidos da Venezuela e o Árctico gelado do estado norte-americano do Alasca são todas fontes de gás natural. Nos Estados Unidos, fora do Alasca, as bacias encontram-se principalmente em torno dos estados limítrofes do Golfo do México, incluindo Texas e Louisiana. Recentemente, os estados do Dakota do Norte, Dakota do Sul e Montana desenvolveram instalações de perfuração significativas em bacias sedimentares.
Tipos de Gás Natural
Gás natural que é económico para extrair e de fácil acesso é considerado “convencional”. O gás convencional é aprisionado em material permeável sob rocha impermeável.
Gás natural encontrado noutros ambientes geológicos nem sempre é tão fácil ou prático de extrair. Este gás é chamado “não convencional”. Novas tecnologias e processos estão sempre a ser desenvolvidos para tornar este gás não convencional mais acessível e economicamente viável. Com o tempo, o gás que foi considerado “não convencional” pode tornar-se convencional.
Biogás é um tipo de gás que é produzido quando a matéria orgânica se decompõe sem a presença de oxigénio. Este processo chama-se decomposição anaeróbica, e tem lugar em aterros sanitários ou onde material orgânico como resíduos animais, esgotos, ou subprodutos industriais estão a decompor-se.
Biogás é matéria biológica que provém de plantas ou animais, que pode ser viva ou não viva. Este material, como os resíduos florestais, pode ser queimado para criar uma fonte de energia renovável.
Biogás contém menos metano que o gás natural, mas pode ser refinado e utilizado como fonte de energia.
Deep Natural Gas
Deep natural gas é um gás não convencional. Enquanto a maioria do gás convencional pode ser encontrado a poucos milhares de metros de profundidade, o gás natural profundo está localizado em depósitos a pelo menos 4.500 metros (15.000 pés) abaixo da superfície da Terra. A perfuração para gás natural profundo nem sempre é economicamente prática, embora tenham sido desenvolvidas e melhoradas técnicas para a sua extracção.
Shale
Shale gas é outro tipo de depósito não convencional. O xisto é uma rocha sedimentar de granulometria fina que não se desintegra na água. Alguns cientistas dizem que o xisto é tão impermeável que o mármore é considerado “esponjoso” em comparação. As folhas espessas desta rocha impermeável podem “sanduíche” uma camada de gás natural entre elas.
O gás de xisto é considerado uma fonte não convencional devido aos difíceis processos necessários para aceder a ele: fractura hidráulica (também conhecida como fracking) e perfuração horizontal. A fractura é um procedimento que divide a rocha aberta com um fluxo de água de alta pressão, e em seguida “escora” com pequenos grãos de areia, vidro, ou sílica. Isto permite que o gás flua mais livremente para fora do poço. A perfuração horizontal é um processo de perfuração em linha recta para o solo, depois perfuração lateral, ou paralela, para a superfície da Terra.
Gás apertado
Gás apertado é um gás natural não convencional aprisionado no subsolo numa formação rochosa impermeável que torna extremamente difícil a extracção. A extracção de gás de formações rochosas “apertadas” requer geralmente métodos caros e difíceis, tais como o fraccionamento e a acidificação.
A acidificação é semelhante à fragilização. Um ácido (geralmente ácido clorídrico) é injectado no poço de gás natural. O ácido dissolve a rocha apertada que está a bloquear o fluxo de gás.
Metano de leito carbonizado
Metano de leito carbonizado é outro tipo de gás natural não convencional. Como o seu nome indica, o metano do leito de carvão é normalmente encontrado ao longo de costuras de carvão que correm no subsolo. Historicamente, quando o carvão era extraído, o gás natural era descarregado intencionalmente para fora da mina e para a atmosfera como um produto residual. Hoje em dia, o metano das jazidas de carvão é recolhido e é uma fonte de energia popular.
Gás em Zonas Geopressurizadas
Outra fonte de gás natural não convencional são as zonas geopressurizadas. As zonas geopressurizadas formam 3.000-7.600 metros (10.000-25.000 pés) abaixo da superfície da Terra.
Estas zonas formam quando camadas de argila se acumulam rapidamente e compactam sobre material mais poroso, tal como areia ou lodo. Como o gás natural é forçado a sair da argila comprimida, é depositado sob pressão muito elevada na areia, lodo ou outro material absorvente abaixo.
As zonas geo-pressurizadas são muito difíceis de extrair, mas podem conter uma quantidade muito elevada de gás natural. Nos Estados Unidos, a maioria das zonas geopressurizadas foram encontradas na região da Costa do Golfo.
Hidratos de metano
Hidratos de metano são outro tipo de gás natural não convencional. Os hidratos de metano só recentemente foram descobertos em sedimentos oceânicos e zonas de permafrost no Árctico. Os hidratos de metano formam-se a baixas temperaturas (cerca de 0°C, ou 32°F) e sob alta pressão. Quando as condições ambientais mudam, os hidratos de metano são libertados para a atmosfera.
O United States Geological Survey (USGS) estima que os hidratos de metano podem conter o dobro da quantidade de carbono do que todo o carvão, petróleo e gás natural convencional no mundo, combinados.
Em sedimentos oceânicos, os hidratos de metano formam-se na encosta continental à medida que as bactérias e outros microrganismos se afundam no fundo do oceano e se decompõem no sedimento. O metano, preso dentro dos sedimentos, tem a capacidade de “cimentar” os sedimentos soltos e manter estável a plataforma continental. No entanto, se a água se tornar mais quente, os hidratos de metano decompõem-se. Isto causa deslizamentos de terra debaixo de água, e liberta gás natural.
Em ecossistemas permafrost, os hidratos de metano formam-se como corpos de água congelados e as moléculas de água criam “gaiolas” individuais à volta de cada molécula de metano. O gás, preso numa rede de água congelada, está contido a uma densidade muito mais elevada do que estaria no seu estado gasoso. À medida que as gaiolas de gelo descongelam, o metano escapa.
Aquecimento global, o actual período de alterações climáticas, influencia a libertação de hidratos de metano tanto das camadas permafrost como dos sedimentos oceânicos.
Existe uma vasta quantidade de energia potencial armazenada em hidratos de metano. Contudo, por serem formações geológicas tão frágeis – capazes de quebrar e perturbar as condições ambientais à sua volta – os métodos de extracção são desenvolvidos com extremo cuidado.
Perfuração e Transporte
Gás natural é medido em metros cúbicos normais ou pés cúbicos padrão. Em 2009, a United States Energy Information Administration (EIA) estimou que as reservas mundiais comprovadas de gás natural são de cerca de 6.289 triliões de pés cúbicos (tcf).
A maior parte das reservas encontra-se no Médio Oriente, com 2.686 tcf em 2011, ou 40 por cento do total das reservas mundiais. A Rússia tem a segunda maior quantidade de reservas comprovadas, com 1,680 tcf em 2011. Os Estados Unidos contêm pouco mais de 4 por cento das reservas mundiais de gás natural. <br> De acordo com a AIE, o consumo mundial total de gás natural seco em 2010 foi de 112,920 mil milhões de pés cúbicos (bcf). Nesse ano, os Estados Unidos consumiram um pouco mais de 24.000 bcf, o maior consumo de qualquer nação.
O gás natural é mais frequentemente extraído por perfuração vertical a partir da superfície terrestre. De uma única broca vertical, o poço é limitado às reservas de gás que encontra.
Fractura hidráulica, perfuração horizontal, e acidificação são processos para expandir a quantidade de gás a que um poço pode aceder, e assim aumentar a sua produtividade. Contudo, estas práticas podem ter consequências ambientais negativas.
Fractura hidráulica, ou fracturamento, é um processo que divide formações rochosas abertas com correntes de alta pressão de água, produtos químicos e areia. Os escoramentos de areia abrem as rochas, o que permite que o gás escape e seja armazenado ou transportado. Contudo, o fraccionamento requer enormes quantidades de água, o que pode reduzir radicalmente o lençol freático de uma área e impactar negativamente os habitats aquáticos. O processo produz águas residuais altamente tóxicas e frequentemente radioactivas que, se mal geridas, podem vazar e contaminar fontes de água subterrâneas utilizadas para beber, higiene, e uso industrial e agrícola.
Além disso, o fraccionamento pode causar micro-terremotos. A maioria destes temblores são demasiado pequenos para serem sentidos à superfície, mas alguns geólogos e ambientalistas advertem que os tremores podem causar danos estruturais em edifícios ou redes subterrâneas de condutas e cabos.
Devido a estes efeitos ambientais negativos, o fraccionamento tem sido criticado e proibido em algumas áreas. Noutras áreas, o fracking é uma oportunidade económica lucrativa e uma fonte de energia fiável.
Perfuração horizontal é uma forma de aumentar a área de um poço sem criar múltiplos locais de perfuração dispendiosos e ambientalmente sensíveis. Depois de perfurar directamente da superfície da Terra, a perfuração pode ser direccionada para ir para o lado -horizontalmente. Isto alarga a produtividade do poço sem requerer múltiplos locais de perfuração na superfície.
Acidificação é um processo de dissolução de componentes ácidos e a sua inserção no poço de gás natural, que dissolve rocha que pode estar a bloquear o fluxo de gás.
Após a extracção do gás natural, este é mais frequentemente transportado através de gasodutos que podem ser de 2 a 60 polegadas de diâmetro.
Os Estados Unidos continental têm mais de 210 sistemas de gasodutos que são compostos por 490.850 quilómetros (305.000 milhas) de gasodutos de transmissão que transferem gás para todos os 48 estados. Este sistema requer mais de 1.400 estações de compressão para assegurar que o gás continue no seu caminho, 400 instalações de armazenamento subterrâneo, 11.000 locais para entregar o gás, e 5.000 locais para receber o gás.
O gás natural também pode ser arrefecido até cerca de -162°C (-260°F) e convertido em gás natural liquefeito, ou GNL. Na forma líquida, o gás natural ocupa apenas 1/600 do volume do seu estado gasoso. Pode ser facilmente armazenado e transportado em locais que não disponham de gasodutos.
GNL é transportado por um petroleiro especializado isolado, que mantém o GNL no seu ponto de ebulição. Se algum do GNL se vaporizar, é ventilado para fora da área de armazenamento e utilizado para alimentar o navio de transporte. Os Estados Unidos importam o GNL de outros países, incluindo Trinidad e Tobago e Qatar. No entanto, os Estados Unidos estão actualmente a aumentar a sua produção interna de GNL.
Consumindo Gás Natural
Embora o gás natural leve milhões de anos a desenvolver-se, a sua energia só tem sido aproveitada durante os últimos milhares de anos. Cerca de 500 a.C., engenheiros chineses utilizaram o gás natural que se infiltrava na Terra através da construção de gasodutos de bambu. Estas condutas transportavam gás para aquecer água. No final do século XVII, empresas britânicas forneceram gás natural para iluminar postes de iluminação e casas. oje em dia, o gás natural é utilizado de inúmeras formas para fins industriais, comerciais, residenciais e de transporte. O Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) estima que o gás natural pode ser até 68 por cento menos caro do que a electricidade.
Em casas residenciais, o uso mais popular do gás natural é o aquecimento e a cozinha. É utilizado para alimentar aparelhos domésticos tais como fogões, ar condicionado, aquecedores de ambiente, luzes exteriores, aquecedores de garagem e secadores de roupa.
O gás natural é também utilizado em maior escala. Em ambientes comerciais, tais como restaurantes e centros comerciais, é uma forma extremamente eficiente e económica de alimentar aquecedores de água, aquecedores de ambiente, secadores e fogões.
O gás natural é utilizado para aquecer, arrefecer, e cozinhar em ambientes industriais, também. Contudo, é também utilizado numa variedade de processos, tais como tratamento de resíduos, processamento de alimentos e refinação de metais, pedra, argila e petróleo.
O gás natural pode também ser utilizado como combustível alternativo para automóveis, autocarros, camiões, e outros veículos. Actualmente, existem mais de 5 milhões de veículos a gás natural (GNV) em todo o mundo, e mais de 150.000 nos Estados Unidos.
Embora os GNV custem inicialmente mais do que os veículos a gás, são mais baratos de reabastecer e são os veículos mais limpos do mundo. Os veículos movidos a gasolina e diesel emitem substâncias nocivas e tóxicas, incluindo arsénico, níquel e óxidos de azoto. Em contraste, os GNV podem emitir quantidades mínimas de propano ou butano, mas libertam 70 por cento menos monóxido de carbono na atmosfera.
Utilizando a nova tecnologia das células de combustível, a energia do gás natural é também utilizada para gerar electricidade. Em vez de queimar gás natural para produzir energia, as células de combustível produzem electricidade com reacções electroquímicas. Estas reacções produzem água, calor e electricidade sem qualquer outro subproduto ou emissão. Os cientistas ainda estão a investigar este método de produção de electricidade a fim de a aplicar de forma acessível aos produtos eléctricos.
Natural Gas and the Environment
Natural gas usually need to be processed before it can be used. Quando é extraído, o gás natural pode conter uma variedade de elementos e compostos para além do metano. Água, etano, butano, propano, pentanos, sulfureto de hidrogénio, dióxido de carbono, vapor de água, e ocasionalmente hélio e azoto podem estar presentes num poço de gás natural. A fim de ser utilizado para energia, o metano é processado e separado dos outros componentes. O gás que é utilizado para energia nas nossas casas é quase metano puro.
Como outros combustíveis fósseis, o gás natural pode ser queimado para energia. Na realidade, é o combustível que queima mais limpo, o que significa que liberta muito poucos subprodutos.
Quando os combustíveis fósseis são queimados, podem libertar (ou emitir) diferentes elementos, compostos, e partículas sólidas. O carvão e o petróleo são combustíveis fósseis com formações moleculares muito complexas, e contêm uma grande quantidade de carbono, azoto e enxofre. Quando são queimados, libertam grandes quantidades de emissões nocivas, incluindo óxidos de azoto, dióxido de enxofre, e partículas que derivam para a atmosfera e contribuem para a poluição atmosférica.
Em contraste, o metano no gás natural tem uma composição molecular simples: CH4. Quando é queimado, emite apenas dióxido de carbono e vapor de água. Os humanos exalam os mesmos dois componentes quando respiramos.
O dióxido de carbono e o vapor de água, juntamente com outros gases como o ozono e o óxido nitroso, são conhecidos como gases com efeito de estufa. As quantidades crescentes de gases com efeito de estufa na atmosfera estão ligadas ao aquecimento global e podem ter consequências ambientais desastrosas. mbora a queima de gás natural ainda emita gases com efeito de estufa, emite quase 30% menos CO2 do que o petróleo, e 45% menos CO2 do que o carvão.
Segurança
Como com qualquer actividade extractiva, a perfuração para gás natural pode levar a fugas. Se a broca atingir uma bolsa de gás natural de alta pressão inesperada, ou se o poço for danificado ou romper, a fuga pode ser imediatamente perigosa.
Porque o gás natural se desintegra tão rapidamente no ar, nem sempre causa uma explosão ou queima. No entanto, as fugas são um perigo ambiental que também derrama lama e óleo para as áreas circundantes.
Se a fractura hidráulica fosse utilizada para expandir um poço, os produtos químicos desse processo podem contaminar os habitats aquáticos locais e a água potável com materiais altamente radioactivos. O metano não contido libertado no ar também pode forçar as pessoas a evacuar temporariamente a área.
Os vazamentos também podem ocorrer lentamente ao longo do tempo. Até à década de 1950, o ferro fundido era uma escolha popular para as condutas de distribuição, mas permite a fuga de uma grande quantidade de gás natural. As condutas de ferro fundido tornam-se com fugas após anos de ciclos de congelação-descongelamento, tráfego aéreo pesado, e tensões do solo que se desloca naturalmente. As fugas de metano destas condutas de distribuição constituem mais de 30% das emissões de metano no sector de distribuição de gás natural dos EUA. Hoje em dia, os gasodutos são feitos de uma variedade de metais e plásticos para reduzir as fugas.