Energia dagli idrati

energie
non convenzionali
di Carlo Giavarini
Energia dagli idrati
È iniziato il conto alla rovescia
M
etano e altri idrocarburi gassosi formano, in adatte condizioni di
pressione e temperatura, solidi cristallini (idrati o clatrati dei gas)
simili al ghiaccio, in grado di intrappolare grandi quantità di gas (160180 m3 per m3 di solido). 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 (Figure 1 e 2). Per
una più completa informazione si rimanda a precedenti articoli e al testo
“Energia immensa e sfida ambientale: gli idrati del metano” [1].
tivamente alte pressioni
(es. circa 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 “decompositori”). La depressurizzaMetano dagli idrati
FIGURA 1 - L’idrato del metano brucia
zione è la tecnica più
gradualmente senza esplodere
ovvia e semplice, soDa almeno un paio di decenni alcuni Paesi si interessano attivamente
prattutto quando gli idrati sono associati a giacimenti di gas convenzioalla possibilità di utilizzare gli idrati a fini energetici. I più attivi fin
nale. La stimolazione termica mediante fluidi di vario tipo risulta essere
dall’inizio sono stati il Canada, gli Stati Uniti, il Giappone e la Norvepiù onerosa. L’uso degli inibitori va limitato per motivi ambientali e di
gia. Ricerche sugli idrati sono condotte anche da altri Paesi, tra cui India
costo. Occorre comunque considerare che gli idrati, come del resto anche
e Cina. Essendo gli idrati del metano stabili a basse temperature e relagli altri idrocarburi “convenzionali” (petrolio e
gas), sono intrappolati in rocce e sedimenti di
varie tipologie che possono essere destabilizzati dall’estrazione del metano; gli idrati infatti spesso fungono anche da “leganti” dei sedimenti (Figura 3). La fattibilità dell’estrazione
diventa sempre più problematica passando
dagli idrati intrappolati nei sedimenti sabbiosi (sia marini che del permafrost), agli idrati
lenticolari o presenti nelle fratture geologiche,
fino ad arrivare ai sedimenti a grana fine, o
comunque con minori contenuti di idrati (Figura 4). Passando dal vertice alla base della piramide di Figura 4 aumentano notevolmente i
FIGURA 2 - Un blocco
Figura 3 - Idrato disperso
problemi per lo sfruttamento.
di idrato estratto dai fondali
in sedimenti marini
Le produzioni
sperimentali di Mallik
La prima scoperta degli idrati a Mallik (giacimento 5L-38), nel permafrost del Canada
nord occidentale, risale al 1972. Nella zona
esistono anche giacimenti di petrolio e di gas
(Figura 5). Nell’inverno 2001-2002 furono
perforati tre pozzi, due di osservazione e uno
di produzione e venne accertata la consistenza del giacimento. Le maggiori quantità di
idrati erano concentrate in strati sabbiosi e
FIGURA 4 - La piramide
delle risorse di idrati
La Termotecnica • Novembre 2008
Prof. ing. Carlo Giavarini, Ordinario di Chimica
Industriale, Dip. di Ingegneria Chimica Materiali
Ambiente dell’Università di Roma La Sapienza.
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energie non convenzionali
FIGURA 5 - La zona di Mallik nel delta
del fiume Mackenzie
FIGURA 6 - Le prime produzioni sperimentali
di Mallik nel 2002
ghiaiosi, con alta saturazione. Furono condotte due prove di produzione, una mediante depressurizzazione e l’altra mediante stimolazione termica (Figura 6). La durata delle prove venne limitata in quanto il gas doveva essere bruciato in torcia, non essendoci possibilità di
trasportarlo o immagazzinarlo. Furono prodotti 500 m3 di gas col sistema della stimolazione termica. Al progetto canadese, coronato da successo, parteciparono ben 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 2.000-4.000 m3/giorno, per sei giorni interi.
Anche in questo caso il metano estratto doveva essere 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 reiniettata nella falda, al di sotto della zona degli idrati (Figura 7).
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 nei sedimenti sabbiosi. È interessante sottolineare che le tecnologie impiegate sono state quelle convenzionali dell’industria petrolifera, adattate a
un giacimento di idrati in zona artica.
giorni e gli anni che mancano allo sfruttamento canadese degli idrati
del permafrost nord-occidentale? È molto difficile poterlo dire. Più che
problemi tecnici, già risolti o risolvibili quando si presentano, ciò dipende probabilmente da decisioni di politica energetica del Governo canadese, unitamente a considerazioni commerciali delle Compagnie interessate all’estrazione. Il fattore più critico è senza dubbio la mancanza di un sistema di trasporto del gas 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
Prospettive per il futuro
A Vancouver, dalla piazza davanti al Museo d’Arte Moderna e al mastodontico Fairmont Hotel, un grande orologio
digitale (Figura 8) scandisce i secondi e i giorni che mancano all’inizio dei giochi olimpici invernali del 2010. Potrà
quello stesso orologio, o uno analogo, scandire anche i
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FIGURA 7 - Schema del sistema di depressurizzazione
del pozzo di Mallik 2008
La Termotecnica • Novembre 2008
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FIGURA 8 - L’orologio di Vancouver che scandisce
i giorni, le ore, i minuti e i secondi che mancano
all’inizio dei giochi olimpici invernali del 2010
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. 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 nella Russia (oltre a petrolio) e sabbie bituminose (oltre a gas) nel Canada; questi Stati, quindi,
potrebbero non avere fretta a spingere la produzione di gas dagli
idrati. Paesi che hanno invece più fretta sono il Giappone, l’India
e la Cina, che devono sfruttare gli idrati marini e che quindi necessitano di tempi tecnici più lunghi. IL Giappone è molto agguerrito e organizzato e sarà probabilmente il primo a produrre
nell’offshore. Quando dunque potremo disporre del metano degli
idrati? Ci sentiamo di fissare un limite superiore, che potrebbe
essere il 2030. Relativamente al limite inferiore (3 anni o 10 anni?)
il problema non è solo tecnico ma anche e soprattutto politico.
Bibliografia
[1] C. Giavarini, Energia immensa e sfida ambientale, gli idrati
del metano, Casa Editrice La Sapienza, Roma 2007 (www.
editricesapienza.it).
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