Hidratos de metano

Hidrato de Metano. Es un recurso compuesto por acumulaciones cristalinas formadas por gas natural y agua, que al encontrarse en condiciones de altas presiones y bajas temperaturas forman sólidos similares al hielo. Es el combustible fósil más limpio con el medio ambiente por su elevada relación hidrógeno/carbono (H/C) y con una aplicabilidad creciente no sólo como fuel sino también como materia prima química, además de que el volumen potencial disponible es enorme.

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Antecedentes

En otros tiempos, la energía utilizada por el hombre en sus trabajos procedía de fuentes muy distintas de las actuales. La industria, a diferencia de las grandes concentraciones modernas, tenía un carácter doméstico y aparecía sumamente dispersa.

Con frecuencia se utilizaba el esfuerzo humano simplemente. Nos referimos a la época en que se hilaba con el huso y la rueca y se tejía con los telares a mano. La energía empleada tenía un escaso poder.

Carbón Mineral

Carbón Mineral

El agua mantuvo durante siglos una importancia vital como fuente de energía. Era sin dudas, la fuente de energía por excelencia. También se aprovecharon otros elementos, como el viento y el carbón mineral o de piedra.

Por destilación fraccionada de este aceite mineral se obtiene la gasolina y los aceites pesados, imprescindibles para los motores de explosión y los de combustión interna.

Motor de combustion interna

Motor de combustion interna

Posteriormente, se llegó a la creación de diversos tipos de motores que exigían una nueva fuente de energía, hasta entonces desconocida: el petróleo.

Problemática

Oscuras profecías circulan por el mundo: “el petróleo se está agotando”. Todos los países carecerán de él pero los países más pobres en este combustible quedarán privados de él mucho antes.

Para traducir en forma más expresiva esta profecía, y considerando que las reservas de petróleo se agotarán aún más rápidamente si no existe la voluntad política de los gobiernos y pueblos de ahorrarlo, significará la paralización de la industria y en una palabra “el fin de la civilización”.

Los principales componentes de este combustible fósil que es el petróleo son el carbono y el hidrógeno. Más de 200 hidrocarburos han sido identificados entre sus componentes en mayor o menor proporción. Se destacan en este sentido los hidratos de metano que cobran cada vez mayor importancia como potencial fuente de energía dado el progresivo agotamiento de los recursos energéticos del planeta.

Los hidratos de carbono (metano) consisten en compuestos de inclusión cristalinos (clatratos) de agua y metano, similares al hielo, en donde las moléculas de agua forman una estructura tridimensional (anfitrión) que aloja en su interior las moléculas de gas metano (huésped). Una composición tipo estaría formada por 5, 75 moléculas de agua que rodean una molécula de metano.

Su formación tiene lugar a temperaturas bajo cero y presiones moderadas o altas. Los yacimientos de hidratos de metano se encuentran en las plataformas continentales de los mares y océanos, y el manto de las zonas árticas. Intervalos típicos de formación de hidratos de metano son profundidades entre 280 – 4000 m, temperaturas entre 273 (280 m) y 296 k (4000 m), y presiones entre 4,14 (280 m) y 41,4MPa (4000 m).

El interés de los hidratos de metano como recurso energético es evidente dada la presencia de metano en su composición. Asimismo, es el combustible fósil más limpio con el medio ambiente por su elevada relación H/C y con una aplicabilidad creciente no sólo como fuel sino también como materia prima química.

Por otra parte, el volumen potencial disponible es enorme. Se estima que existen unas reservas aproximadas de metano en forma de hidratos de 13.000 Tm3, mientras que la capacidad existente en los yacimientos de metano convencionales se estima en 180 Tm3.

Así mismo, el volumen total de hidratos de metano indicado representa aproximadamente el doble del resto de combustible fósil en todo el mundo. Su distribución geográfica es igualmente interesante puesto que es un recurso menos concentrado que los yacimientos de petróleo y gas natural actuales.

Los yacimientos registrados hasta la fecha se encuentran en el ártico y en las plataformas marinas de la totalidad de los continentes, por lo que un mayor número de países tendrían acceso directo a este recurso energético.

La obtención de metano a partir de sus hidratos plantea una serie de problemas técnicos. Un primer problema está relacionado con la adecuada detección y cuantificación de los yacimientos.

El método más utilizado consiste en la realización de perfiles de reflexión sísmica (reflexión simulada del fondo), que distingue entre diferentes capas del sustrato geológico en función de su mayor o menor acústica. Una vez detectado el yacimiento, interesa igualmente determinar la naturaleza de los sedimentos minerales a los que se encuentra asociado.

El yacimiento de hidrato de metano puede estar constituido por una gran bolsa separada o en cambio (y esta es la situación más frecuente), presentarse ocupando los espacios entre los diferentes estratos sedimentarios. La importancia del sedimento no debe subvalorarse puesto que resulta más sencilla la extracción del hidrato de metano si el grano del sedimento es grueso en lugar de fino. En éste último caso se requiere más tiempo y el esfuerzo económico es sensiblemente superior.

Perspectivas del futuro

Una línea de investigación en desarrollo actualmente y de gran interés trata de determinar en laboratorio los intervalos de estabilidad (presión, temperaturas, composición, difusión) de los hidratos de metano en diferentes medios porosos y de composición química. De esta manera, se pueden determinar las cinéticas de formación/descomposición y el efecto catalítico de las potenciales impurezas.

Estos datos poseen un extraordinario valor con vistas a evaluar el potencial de explotación real del yacimiento. No obstante, el principal problema económico consiste en la extracción del metano de su hidrato para su separación y aprovechamiento posterior.

Las dos opciones son la despresurización o el calentamiento directo. La primera alternativa se considera la más factible desde un punto de vista económico y es la que ya se está aplicando en los yacimientos de Siberia.

La segunda vía requiere calentar el yacimiento lo cual puede hacerse introduciendo un agente de calefacción (e. g. vapor de agua). Sin embargo, las grandes profundidades a las que es necesario perforar (+ 300 m) hacen inviable la aportación de calor directamente desde la superficie al fondo del yacimiento debido a las pérdidas energéticas producidas durante el transporte. Una solución ingeniosa sobre éste problema y que podría hacer viable la alternativa del calentamiento directo es la sugerida por la empresa norteamericana “precisión combustión” Esta empresa ha desarrollado una caldera que podría introducirse directamente en el yacimiento, generando el calor necesario para fundir el hidrato liberando el metano.

La caldera incorpora una tecnología propia de combustión catalítica basada en un catalizador de platino, que permite realizar una combustión controlada a baja temperatura dentro del yacimiento (por la presencia del catalizador). De acuerdo con sus cálculos, la caldera sólo consumiría 15% del metano liberado para generar calor, siendo el balance económico un 50% más favorable que la posibilidad de introducir calor directamente desde la superficie.

Esta empresa también afirma que esta tecnología permitirá eliminar CO2 del medio ambiente y secuestrarlo dentro del yacimiento de hidrato de metano. Las razones que aportan es la mayor estabilidad del hidrato de CO2 con relación al de metano, existiendo incluso a temperaturas mayores. Asimismo, el calor de formación del hidrato de CO2 (exotérmico) es mayor que el calor de disociación del metano (endotérmico), siendo factible la posibilidad de “secuestrar” o almacenar el CO2 generado en la combustión e incluso, introducirlo desde la superficie. No obstante, la empresa advierte que la técnica se ha desarrollado a nivel de laboratorio y se encuentra todavía en fase de explotación técnica real. Como se puede apreciar, el volumen existente de hidratos de metano y la previsible escasez de recursos energéticos a mediano plazo ha convertido esta investigación sobre técnicas de explotación en un campo con un ya hoy brillante presente.

Fuente

  • Editorial- Montaner y Simón, S. A Barcelona 1955. Enciclopedia UTEHA para la Juventud. Tomo: X, IV y IX
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