di Carlo Giavarini.
Per la prima volta in Giappone è stato portato a termine, con successo, un test di recupero dal mare (al largo delle penisole di Atsumi e Shima) di idrati del metano marini. All’inizio di novembre la notizia è stata diffusa agli addetti ai lavori dal National Energy Technology Laboratory americano. Gli idrati del metano sono solidi simili al ghiaccio costituiti da acqua e metano, stabili sotto elevate pressioni e basse temperature: un metro cubo di idrato contiene circa 600 metri cubi di gas metano. Ne esistono riserve immense sotto gli oceani (soprattutto) e nelle zone di permafrost del pianeta. Prove di recupero del metano da questi giacimenti sono state fatte sulla terraferma, in Alaska, nel 1998 e soprattutto nel 2008.
Il test appena concluso ha una grande importanza e corona gli sforzi di vari anni; meticolosamente preparato, considerando tutti gli aspetti (anche ambientali), l’esperimento è durato sei giorni e ha dimostrato la possibilità di estrazione offshore del metano dagli oceani per semplice depressurizzazione. Sono stati estratti 120.000 metri cubi di metano, dal 12 al 18 marzo 2013, che sono stati bruciati in fiaccola data la ovvia assenza di strutture per il trasporto e lo stoccaggio. Sono in corso le analisi dei dati e del prodotto ad opera della Japan Oil, Gas, and Metals National Corporation.
Cosa sono gli idrati
Le attuali riserve di gas naturale convenzionale dovrebbero garantire, al tasso attuale di consumo e produzione, una disponibilità superiore ai 60 anni. Le maggiori riserve sono però in regioni instabili e non sempre affidabili. Gli idrati (o clatrati) dei gas sono composti cristallini che si formano al contatto tra acqua o ghiaccio e piccole molecole gassose, a temperature vicino allo zero e ad alte pressioni. Gli idrati sono dei veri e propri concentratori di gas: un metro cubo di idrato può contenere oltre 160 m3 di gas. Nelle zone di permafrost del pianeta e, soprattutto, sotto i fondali oceanici, esistono quantitativi immensi di idrati del gas naturale, potenzialmente in grado di fornire una energia superiore a quella di tutte le altre fonti fossili, carbone incluso.
Il metano può essere recuperato dagli idrati mediante depressurizzazione e stimolazione termica. Le sostanze gassose sotto forma di idrati sono presenti in quantità superiori alle riserve di tutti gli altri combustibili fossili, soprattutto sotto i fondali oceanici (oltre i 400-500 metri) e in minor misura nelle zone continentali ricoperte da permafrost (il suolo perennemente ghiacciato), in Canada, Alaska, Russia e altre regioni. Lo sfruttamento di questi giacimenti costituisce un’opportunità, ma anche un problema e una sfida per l’industria e per l’ambiente, a causa delle oggettive difficoltà di trasporto e produzione e per le conseguenze relative all’effetto serra che l’estrazione può determinare. Stati Uniti, Canada e Giappone (ma anche Norvegia e India) hanno investito notevoli risorse nella ricerca scientifica e tecnologica nel campo degli idrati. Il primo programma degli USA risale al 1982. Si è anche visto che il trasporto via mare del gas naturale sotto forma di idrato potrebbe essere conveniente per le medie e relativamente brevi distanze, nonché per l’utilizzazione del gas estratto in zone remote.
Breve storia degli idrati
Prima fase: 1810, scoperta dell’idrato del gas cloro, che resta una curiosità scientifica, così come la scoperta in laboratorio degli idrati di metano, etano, propano (1888-1890)
Seconda fase: metà anni 1930, constatazione dei problemi legati alla creazione di idrati nelle condotte del gas: veri e propri tappi solidi di idrati che creavano problemi per il trasporto del metano via gasdotto
Terza fase: a partire dagli anni 60 del secolo scorso, scoperta dell’esistenza di grandi quantità di idrati del metano nelle zone di permafrost e sotto i fondali oceanici.
L’estrazione del metano dagli idrati
Da oltre un paio di decenni alcuni Paesi si interessano attivamente alla possibilità di utilizzare gli idrati a fini energetici. I più attivi fin dall’inizio sono stati il Canada, gli Stati Uniti e il Giappone. Ricerche sugli idrati sono condotte attivamente anche da Norvegia, Germania, India e altri Paesi, cui si è aggiunta recentemente anche la Cina. Essendo gli idrati del metano stabili a basse temperature e relativamente alte pressioni (ca. 30 bar a 2-3°C), la produzione può essere effettuata agendo su tali parametri; possono anche essere impiegate particolari sostanze che fungono da inibitori della loro formazione (e quindi anche da destabilizzanti). La depressurizzazione è la tecnica più ovvia e semplice, soprattutto quando gli idrati sono associati a giacimenti di gas convenzionale. La stimolazione termica mediante fluidi di vario tipo risulta essere più onerosa. L’uso degli inibitori va limitato per motivi ambientali e di costo. Occorre comunque considerare che gli idrati, come del resto anche gli altri idrocarburi “convenzionali” (petrolio e gas), sono intrappolati in rocce e sedimenti di varie tipologie, che possono essere destabilizzati dall’estrazione degli idrati; questi ultimi infatti spesso fungono anche da “leganti” dei sedimenti.
Le prime produzioni sperimentali di idrati
La prima scoperta è casuale e avviene in Siberia, nella zona di Messoyahka, all’inizio degli anni 60, durante l’estrazione di metano convenzionale: nonostante la continua produzione di gas, la pressione del giacimento non cala come dovrebbe. Si scopre che i sottostanti idrati, decomponendosi, alimentano continuamente di metano il pozzo. La produzione continua fino all’inizio degli anni 70.
La prima scoperta degli idrati a Mallik, nel Canada nord occidentale, risale invece al 1972. Nella zona esistono anche giacimenti di petrolio e di gas. Nell’inverno 2001-2002 vennero perforati tre pozzi, due di osservazione e uno di produzione e venne accertata la consistenza del giacimento. Furono condotte due prove di produzione, una mediante depressurizzazione e l’altra mediante stimolazione termica. La durata delle prove venne limitata in quanto il gas doveva essere bruciato in torcia, non essendoci possibilità di trasportarlo o immagazzinarlo. Furono prodotti solo 500 m3 di gas col sistema della stimolazione termica. Al progetto canadese, coronato da successo, parteciparono sette organizzazioni e cinque nazioni, tra cui molto attivo il Giappone. Tra il 2007e 2008 Mallik ha visto la realizzazione di una seconda e più completa prova di produzione, pienamente riuscita. Nel marzo 2008 sono stati prodotti 13.000 m3 di gas, al ritmo di 2000-4000 m3/giorno, per sei giorni interi. Anche in questo caso il metano estratto è stato bruciato in torcia. La tecnica adottata è stata quella della depressurizzazione programmata. Ciò è stato possibile grazie alle caratteristiche dei sedimenti, porosi e ad alto grado di saturazione in idrato (50-90%, rispetto alla loro porosità). È stato necessario, a seguito di prove preliminari, inserire dei filtri per captare i solidi trascinati dal gas nel pozzo di estrazione. La depressurizzazione è stata ottenuta mediante una pompa sommersa che provvedeva ad abbassare il livello dell’acqua del giacimento, così da ridurre la pressione. L’acqua veniva poi re-iniettata nella falda, al di sotto della zona degli idrati.
Con il coinvolgimento di Canadesi e Giapponesi, il secondo progetto Mallik ha brillantemente dimostrato che il gas degli idrati può essere ottenuto per semplice decompressione e che può essere mantenuto un flusso costante a partire da un giacimento di idrati. È interessante sottolineare che le tecnologie impiegate sono quelle convenzionali dell’industria petrolifera, adattate a un giacimento di idrati in zona artica.
I successi giapponesi
I Giapponesi (che dipendono per quasi il 100% da importazioni) hanno iniziato fin dal 1995 un aggressivo progetto di studio incentrato sui giacimenti della depressione marina di Nankai Trough, al largo della baia di Tokyo. A parte la presenza sotto il mare, il giacimento presenta caratteristiche simili a quello di Mallik. Nel 2001 è stato lanciato un progetto strategico di 16 anni, finanziato con100 milioni di dollari e con la partecipazione di 250 scienziati. Scopo: produrre metano dagli idrati marini entro il 2020. Già il 12 marzo 2013 è iniziata la produzione sperimentale di metano a Nankai Trough. Per sei giorni, fino al 28 marzo, sono stati prodotti ben 120.000 m3 di metano, al ritmo di circa 20.000 m3 al giorno. È stata questa la prima estrazione da fondali oceanici; ottenuta per semplice depressurizzazione, essa apre la strada allo sfruttamento delle immense riserve di metano presenti nel mare sotto forma di idrati. Anche in questo caso, data la mancanza per il momento di infrastrutture per il trasporto e lo stoccaggio, il gas prodotto è stato bruciato in fiaccola.
Prospettive future
Se si eccettua il caso del Giappone, molto determinato (e oggi all’avanguardia grazie anche alle abili esperienze di cooperazioni internazionali), nel caso di Canada e Usa lo sfruttamento futuro dei giacimenti di idrati dipende in primis da decisioni di politica energetica dei Governi, (unitamente a considerazioni commerciali delle Compagnie interessate all’estrazione), più che da problemi tecnici, già risolti o risolvibili quando si presentano. Il fattore più critico è senza dubbio la mancanza di un sistema di trasporto del gas estratto, fino alle zone di utilizzo e mercato. La concomitante presenza di gas convenzionale e di petrolio nelle zone interessate dovrebbe comunque favorire gli investimenti per le infrastrutture di accesso e trasporto del gas. È infatti molto probabile che lo sfruttamento degli idrati cominci insieme a quello dei “gas di frontiera” presenti in zone remote e non facili da raggiungere. Il problema della produzione offshore è più complesso: alle stesse difficoltà delle produzioni in alto mare si aggiungono quelle derivanti dal fatto di dover affrontare un sistema meno semplice di quello degli idrocarburi convenzionali. Ciò senza considerare i potenziali problemi ambientali, come per esempio la immissione accidentale di metano nell’ambiente, non ancora ben noti. Questi problemi comunque sembrano essere stati risolti in buona parte dai Giapponesi.
Gli studi economici sulla produzione di gas dagli idrati sono ancora limitati. Quelli esistenti sembrano confermare il maggior costo di tali produzioni rispetto al gas convenzionale. Tra le possibili criticità, citiamo le seguenti:
• probabile minor flusso di gas prodotto da un singolo pozzo;
• il gas prodotto deve essere compresso fin dall’inizio;
• il sistema di estrazione (pozzo) è più complesso a causa della concomitante produzione di acqua e dei trascinamenti di sabbia;
• necessità di impegnare spesso additivi per evitare la riformazione degli idrati e l’ostruzione del pozzo.
Va anche detto che i Paesi più ricchi di idrati “facili” nel permafrost, come Russia e Canada, posseggono anche notevoli riserve energetiche di altro tipo: gas convenzionale nella Russia (oltre a petrolio) e sabbie bituminose (oltre a gas) nel Canada; questi Stati, quindi, potrebbero non avere fretta nello spingere la produzione di gas dagli idrati. Paesi che hanno invece più fretta sono, come visto, il Giappone, ma anche l’India e la Cina. In questo caso gli aspetti economici passano in secondo luogo rispetto a quelli strategici e di sicurezza
energetica.
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* CARLO GIAVARINI è esperto a livello internazionale in materia di “Energia dagli idrati” e già Ordinario di Chimica Industriale e Tecnologica, e Direttore del Dipartimento di Ingegneria Chimica presso l’Università La Sapienza di Roma
Fonte: energia24club.it
