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domingo, 1 de septiembre de 2013

¿ Que es el “Hielo inflamable”, o “Flammable ice” ?



El conocido como “hielo inflamable” o “flammable ice”, en inglés, cuyo nombre científico es hidrato de gas, es una forma cristalina (semejante al hielo) de agua y un gas de bajo peso molecular, como por ejemplo metano (el más común), etano, o CO2. Se encuentra en muchos fondos marinos formando parte de los sedimentos, en el lecho de algunos ríos y lagos y adentro y debajo de los suelos congelados (permafrost) de la Antártida, Alaska, Siberia, etc. También ha sido inferido en otros planetas y en sus lunas. 
Fig. 1 Las moléculas de agua, H2O(1 oxígeno rojo y 2 hidrógenos
blancos) forman un dodecaedro pentagonal alrededor de
una molécula de metano, CH4(1 carbono gris y 4 hidrógenos verdes)
Las moléculas del hidrato de gas consisten en moléculas de gas, rodeadas por jaulas de moléculas de agua (H2O). En la Fig.1 vemos la molécula del hidrato de metano, consistente en una molécula de metano (CH4), enjaulada por las moléculas de agua (H2O).
Se conocen 3 tipos de estructuras cristalinas de hidratos de gas: la Estructura I, la Estructura II y la Estructura H(Ver Fig.2). La estructura I de hidrato de metano es la más común encontrada en la naturaleza, por lo que a partir de ahora nos vamos a referir exclusivamente a ella.El metano es el principal componente del gas natural domiciliario, del cual se han extraído previamente el etano, el propano y el butano, para ser utilizados para otros fines.

Fig.2  Estructura I (a); Estructura II(b) y Estructura H (c)


¿Dónde están ubicados geograficamente?

 En la Fig.3 se puede ver la ubicación geográfica de los hidratos de gas. A nivel mundial, los hidratos de gas han sido extraídos o inferidos, en muchos lugares de las plataformas marítimas continentales y en el permafrost terrestre o marítimo, en lugares donde el permafrost  fue inundado por el aumento del nivel del mar durante los últimos ~ 15.000 años.

¿Qué aspecto tienen los hidratos de metano?

En la Fig.4 se puede observar el aspecto exterior de los hidratos de metano, vistos con el microscopio electrónico, que como se ve es muy parecido al del hielo.


Fig.3








Fig.4 Vista exterior de los hidratos de metano,
mediante microscopio electrónico



Condiciones de estabilidad

En la Fig.5 se puede ver un gráfico con presión y profundidad del mar en ordenadas y temperatura del agua en absisas. La zona sombreada del gráfico representa las condiciones en que los hidratos se encuentran en forma estable.

¿Para que sirven los hidratos de metano?

Fig.5
Si bien los que hemos trabajado en gasoductos y plantas compresoras, con temperaturas de unos -23ºC, conocimos a los hidratos como un problema cuando nos obstruían los puentes de medición, hoy en día se los valoriza porque tienen varias aplicaciones importantes: en primer lugar constituyen una reserva energética equivalente a más de dos veces todos las reservas conocidas de petróleo, gas natural y carbon del mundo.

En segundo lugar, se está intentando aprovechar la propiedad de los hidratos de metano de que 1m3 de hidratos de metano al ser llevado de las condiciones de baja temperatura y alta presión en que se los encuentra en los océanos, a condiciones normales de presión y temperatura (0ºC y 1 Atmósfera) se convierte en 165m3 de metano + 0,8m3 de agua, en sentido inverso, vale decir transformando el gas natural (de procedencia convencional) en hidratos para que ocupe menos lugar y transportarlo en los buques metaneros, en lugar de licuarlo.

Cuando los buques metaneros transportan Gas Natural Licuado (GNL) lo hacen a una temperatura de -162ºC y a la presión atmosférica, reduciendo así el volúmen del metano 600 veces.

La idea de transportarlo como hidratos, también es a la presión atmosférica, pero a una temperatura de -5ºC a -20ºC, con lo que el volúmen del metano se reduce 165 veces.

O sea que como hidratos, el volúmen ocupado será 600/165= 3,63 veces mayor, que licuado, pero la gran ventaja consiste en que no hay que mantenerlo a la incómoda temperatura de
-273ºC.y en que lo que se transporta será material sólido, en lugar de un líquido.

Una tercera idea consiste en capturar CO2 de la atmósfera y encapsularlo como hidrato y depositarlo en el fondo del mar, para limpiar la atmósfera.

El peligro de todo lo que se haga con el hidrato de metano es que se emane metano  a la atmósfera, ya que el metano se considera que es 20 veces más perjudicial a los fines de producir el efecto invernadero que el CO2.

Otro de los problemas de los hidratos de metano es que en en las cercanías del Polo Norte  hay grandes emanaciones de metano a la atmósfera, como consecuencia del calentamiento global. Observando las aguas se lo puede ver burbujear y acercando una llama, se enciende y da una llamarada.

¿Qué hicieron los japoneses para tratar de aprovechar el metano de los hidratos?

Fig.6
 En el julio de 2001, METI, que es la Agencia de Recursos Naturales y Energía de Japón (Agency of Natural Resources and Energy) enunció el “Programa de I+D de Hidratos de Metano de Japón” ("Japan's Methane Hydrate R&D Program"), compuesto por tres fases.

Para cumplir la Fase 1, asignaron las tareas a tres entidades:  “Japan Oil, Gas and Metals National Corporation”,National Institute of Advanced Industrial Science and Technology” y la “Engineering Advancement Association of Japan”.

Esta última entidad organizó la Research Consortium for Methane Hydrate Resources de Japón (también conocido como MH21 Research Consortium), bajo la dirección del Profesor Emérito Shoichi Tanaka, que actuó como líder del proyecto.

La Fase 1 arrancó en el 2002 y fue finalizada en 2008 y la Fase 2 se inició en 2009. En la Fase 1 fueron ejecutados dos eventos: 1) Establecimiento de un método para explorar el hidrato de metano y 2) Un estudio del hidrato de metano de la zona este de Nankai Trough (zona de agua profunda que abarca desde la Prefectura de Shizuoka hasta la Prefecture de Wakayama), que se estableció como el área offshore modelo.

Para disociar el hidrato de metano, que es estable a baja temperatura y alta presión, hay que aumentar la temperatura(método de calentamiento) o bien , bajar la presión(método de despresurización).-También se puede hacer una combinación de ambos procedimientos.

Un equipo internacional de investigación conjunta, constituido por 5 países (Japón, Canadá, EEUU, India y Alemania), obtuvo resultados exitosos en la producción experimental de gas metano, mediante la inyección de agua caliente (50ºC), en un pozo en el delta del Río Mackenzie en la región ártica de Canadá, en el año 2002, coincidiendo con el inicio de la Fase 1.-Se produjeron unos 470m3 de metano al cabo de 5 días.En 2007 y 2008 se hicieron dos pruebas más en el mismo lugar, pero usando el método de despresurización con buenos resultados, finalizando la Fase 1, siendo una de las principales conclusiones de la misma que el método de despresurización funciona mejor que el de agua caliente, además de haber ubicado con exactitud donde están los hidratos de metano en las costas de Japón y conocer todos los detalles como resultado de la meticulosa exploración realizada, que incluyó la perforación de varios pozos y múltiples simulaciones y experimentaciones

En la Fase 2 se están profundizando y resolviendo los problemas técnicos que quedaron de la Fase 1 y tratando de acercarse a la futura fase de comercialización del recurso.

Finalmente, en mayo de 2013, la prensa de todo el mundo anunciaba con grandes titulares que Japón había logrado extraer metano de los hidratos de metano en el Océano Pacífico a 80 kilómetros de la costa japonesa, al sur de la Península de Atsumi, en la prefectura de Aichi, utilizando el método de despresurización. En la tapa de todos los diarios se veía la imagen de una llama producida al quemar el gas extraído.

Algunos medios resaltaban las consecuencias ecológicas que podrían derivarse de una explotación comercial de tal recurso energético.Otros hablaban de un sustituto del fracking, como si ya estuvieran por explotar el gas de hidratos de manera comercial.

«Espero que podamos confirmar la producción estable de gas, pero aún quedan obstáculos por superar», advirtió el ministro de Comercio, Toshimitsu Motegi, quien confió «en afrontar los retos uno a uno para utilizar los recursos que rodean Japón», publicó el Diario ABC de España en una excelente nota periodística publicada en mayo de 2013  y cuya lectura recomendamos: http://www.abc.es/sociedad/20130513/abci-japon-metano-riesgo-201305121721.html

Según la información que ha trascendido, los números le estarían dando a Japón que la extracción de metano de los hidratos le costaría el doble que lo que le cuesta importar el gas natural licuado por medio de los buques metaneros, que ya es el más caro, pues, como sabemos, Argentina lo estaría pagando a 17 dólares el millón de BTU, frente al gas que importa de Bolivia a alrededor de 6 dólares el millón de BTU.


Fuentes :








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