12.5: Gas Natural

El gas natural es un combustible fósil que se forma cuando capas de plantas enterradas, gases y animales están expuestos a un calor y presión intensos durante miles de años. La energía que las plantas obtuvieron originalmente del sol se almacena en forma de enlaces químicos en el gas natural. El gas natural es un recurso no renovable porque no se puede reponer en un marco de tiempo humano. El gas natural es una mezcla de gas hidrocarbonado que consiste principalmente en metano, pero comúnmente incluye cantidades variables de otros alcanos superiores y a veces un porcentaje generalmente menor de dióxido de carbono, nitrógeno y/o sulfuro de hidrógeno. El gas natural es una fuente de energía que a menudo se usa para calentar, cocinar y generar electricidad. También se utiliza como combustible para vehículos y como materia prima química en la fabricación de plásticos y otros productos químicos orgánicos de importancia comercial.

El gas natural se encuentra en formaciones rocosas subterráneas profundas o asociado con otros reservorios de hidrocarburos en lechos de carbón y como clatratos de metano. El petróleo es otro recurso y combustible fósil que se encuentra muy cerca y con el gas natural. La mayor parte del gas natural fue creado a lo largo del tiempo por dos mecanismos: biogénico y termogénico. El gas biogénico es creado por organismos metanogénicos en pantanos, pantanos, rellenos sanitarios y sedimentos poco profundos. Más profundo en la tierra, a mayor temperatura y presión, el gas termogénico se crea a partir de material orgánico enterrado.

Antes de que el gas natural pueda usarse como combustible, debe procesarse para eliminar impurezas, incluida el agua, para cumplir con las especificaciones del gas natural comercializable. Los subproductos de este procesamiento incluyen: etano, propano, butanos, pentanos e hidrocarburos de mayor peso molecular, sulfuro de hidrógeno (que puede convertirse en azufre puro), dióxido de carbono, vapor de agua y, a veces, helio y nitrógeno.

El gas natural a menudo se denomina de manera informal simplemente como “gas”, especialmente cuando se compara con otras fuentes de energía como el petróleo o el carbón. Sin embargo, no debe confundirse con la gasolina, especialmente en América del Norte, donde el término gasolina a menudo se acorta en uso coloquial a gas.

El gas natural fue utilizado por los chinos alrededor del 500 a.C. Descubrieron una manera de transportar gas que se filtraba del suelo en ductos de crudo de bambú hasta donde se usaba para hervir agua salada para extraer la sal, en el distrito Ziliujing de Sichuan. La primera extracción industrial de gas natural del mundo comenzó en Fredonia, Nueva York, Estados Unidos en 1825. Para 2009 se habían utilizado 66 billones de metros cúbicos (o 8%) del total de 850 billones de metros cúbicos de reservas recuperables restantes estimadas de gas natural. Con base en una tasa de consumo mundial estimada en 2015 de alrededor de 3.4 billones de metros cúbicos de gas por año, el total estimado de las reservas de gas natural recuperables económicamente remanentes duraría 250 años a las tasas de consumo actuales. Un incremento anual en el uso de 2— 3% podría dar como resultado que las reservas actualmente recuperables duren significativamente menos, tal vez tan solo de 80 a 100 años.

Figura 1. Extracción de gas natural por países en metros cúbicos anuales.

FUENTES

Gas Natural

En el siglo XIX, el gas natural se obtenía generalmente como subproducto de la producción de petróleo, ya que las pequeñas cadenas de carbono de gas ligero salieron de la solución ya que los fluidos extraídos sufrieron una reducción de presión desde el reservorio hasta la superficie, similar a destapar una botella de refresco donde se encontraba el dióxido de carbono efervesces. El gas natural no deseado era un problema de eliminación en los campos petroleros activos. Si no había un mercado para el gas natural cerca de la boca del pozo prácticamente carecía de valor ya que tenía que ser canalizado al usuario final.

Figura 2. Plataforma de perforación de gas natural en Texas.

En el siglo XIX y principios del siglo XX, ese gas no deseado se quemaba generalmente en los campos petroleros. Hoy en día, el gas no deseado (o gas trenzado sin mercado) asociado con la extracción de petróleo a menudo es devuelto al yacimiento con pozos de 'inyección' mientras se espera un posible mercado futuro o para represurizar la formación, lo que puede mejorar las tasas de extracción de otros pozos. En regiones con una alta demanda de gas natural (como Estados Unidos), los ductos se construyen cuando es económicamente factible transportar gas desde un pozo hasta un consumidor final.

Además de transportar gas a través de ductos para su uso en la generación de energía, otros usos finales del gas natural incluyen la exportación como gas natural licuado (GNL) o la conversión de gas natural en otros productos líquidos a través de tecnologías de gas a líquidos (GTL). Las tecnologías GTL pueden convertir el gas natural en productos líquidos como gasolina, diesel o combustible para aviones. Se han desarrollado una variedad de tecnologías GTL, incluyendo Fischer—Tropsch (F—T), metanol a gasolina (MTG) y STG+. F—T produce un crudo sintético que puede refinarse aún más en productos terminados, mientras que MTG puede producir gasolina sintética a partir del gas natural. STG+ puede producir gasolina, diesel, combustible para aviones y productos químicos aromáticos directamente a partir del gas natural a través de un proceso de bucle único. En 2011, la planta F-T de 140.000 barriles diarios de Royal Dutch Shell entró en funcionamiento en Qatar.

El gas natural puede estar “asociado” (que se encuentra en los campos petroleros), o “no asociado” (aislado en campos de gas natural), y también se encuentra en los lechos de carbón (como metano en lecho de carbón). A veces contiene una cantidad significativa de etano, propano, butano y pentano, hidrocarburos más pesados eliminados para uso comercial antes de que el metano se venda como combustible de consumo o materia prima para plantas químicas. Los no hidrocarburos como el dióxido de carbono, el nitrógeno, el helio (raramente) y el sulfuro de hidrógeno también deben eliminarse antes de que el gas natural pueda ser transportado.

El gas natural extraído de los pozos de petróleo se llama gas de cabeza de caja (ya sea que se produzca o no realmente en el anillo y a través de una salida de cabeza de caja) o gas asociado. La industria del gas natural está extrayendo una cantidad cada vez mayor de gas de tipos de recursos desafiantes: gas agrio, gas estanco, gas de esquisto y metano en lecho de carbón.

Existe cierto desacuerdo sobre qué país tiene las mayores reservas probadas de gas. Fuentes que consideran que Rusia tiene con mucho las mayores reservas probadas incluyen la CIA estadounidense (47.6 billones de metros cúbicos), la Administración de Información Energética de Estados Unidos (47.8 tcm) y la OPEP (48.7 tcm). No obstante, BP acredita a Rusia con sólo 32.9 tcm, lo que la colocaría en el segundo lugar, ligeramente por detrás de Irán (33.1 a 33.8 tcm, dependiendo de la fuente). Con Gazprom, Rusia es frecuentemente el extractor de gas natural más grande del mundo. Los principales recursos comprobados (en mil millones de metros cúbicos) son el mundo 187,300 (2013), Irán 33,600 (2013), Rusia 32,900 (2013), Qatar 25,100 (2013), Turkmenistán 17,500 (2013) y Estados Unidos 8,500 (2013).

Se estima que existen alrededor de 900 billones de metros cúbicos de gas “no convencional” como el gas de esquisto, de los cuales 180 billones pueden ser recuperables. A su vez, muchos estudios del MIT, Black & Veatch y el DOE predicen que el gas natural representará una mayor parte de la generación de electricidad y calor en el futuro.

El campo de gas más grande del mundo es el campo costa afuera South Pars/North Dome Gas-Condensado, compartido entre Irán y Qatar. Se estima que tiene 51 billones de metros cúbicos de gas natural y 50 mil millones de barriles de condensados de gas natural.

Debido a que el gas natural no es un producto puro, ya que la presión del yacimiento disminuye cuando el gas no asociado se extrae de un campo bajo condiciones supercríticas (presión/temperatura), los componentes de mayor peso molecular pueden condensarse parcialmente tras la despresurización isotérmica, un efecto llamado condensación retrógrada. El líquido así formado puede quedar atrapado a medida que los poros del depósito de gas se agotan. Un método para enfrentar este problema es reinyectar gas seco libre de condensado para mantener la presión subterránea y permitir la re-evaporación y extracción de condensados. Con mayor frecuencia, el líquido se condensa en la superficie, y una de las tareas de la planta de gas es recoger este condensado. El líquido resultante se llama gas natural líquido (NGL) y tiene valor comercial.

Gas de esquisto

El gas de esquisto es gas natural producido a partir de esquisto. Debido a que el esquisto tiene una permeabilidad de la matriz demasiado baja para permitir que el gas fluya en cantidades económicas, los pozos de gas de esquisto dependen de fracturas para permitir que el gas fluya. Los primeros pozos de gas de esquisto dependían de fracturas naturales a través de las cuales fluía el gas; casi todos los pozos de gas de esquisto hoy en día requieren fracturas creadas artificialmente por fractura hidráulica. Desde el año 2000, el gas de esquisto se ha convertido en una importante fuente de gas natural en Estados Unidos y Canadá. Tras el éxito en Estados Unidos, la exploración de gas de esquisto está comenzando en países como Polonia, China y Sudáfrica. Con el incremento de la producción de esquisto ha provocado que Estados Unidos se convierta en el productor número uno de gas natural en el mundo.

Gas de la ciudad

El gas de la ciudad es un combustible gaseoso inflamable producido por la destilación destructiva del carbón y contiene una variedad de gases caloríficos, incluyendo hidrógeno, monóxido de carbono, metano y otros hidrocarburos volátiles, junto con pequeñas cantidades de gases no caloríficos como dióxido de carbono y nitrógeno, y se utiliza en manera similar al gas natural. Se trata de una tecnología histórica, que actualmente no suele ser económicamente competitiva con otras fuentes de gas combustible. Pero todavía hay algunos casos específicos en los que es la mejor opción y puede ser así en el futuro.

La mayoría de las “casas de gas” ubicadas en el este de Estados Unidos a fines del siglo XIX y principios del XX eran simples hornos de coque de subproductos que calentaban carbón bituminoso en cámaras herméticas. El gas sacado del carbón fue recolectado y distribuido a través de redes de tuberías a residencias y otros edificios donde se utilizó para cocinar e iluminar. (La calefacción de gas no tuvo un uso generalizado hasta la última mitad del siglo XX.) El alquitrán de hulla (o asfalto) que se recolectaba en los fondos de los hornos de gashouse se utilizaba a menudo para techar y otros fines de impermeabilización, y cuando se mezclaba con arena y grava se utilizaba para pavimentar calles.

Biogás

Las arqueas metanogénicas son responsables de todas las fuentes biológicas de metano. Algunos viven en relaciones simbióticas con otras formas de vida, incluyendo termitas, rumiantes y cultivos cultivados. Otras fuentes de metano, el componente principal del gas natural, incluyen el gas de relleno sanitario, el biogás y el hidrato de metano. Cuando los gases ricos en metano son producidos por la desintegración anaeróbica de la materia orgánica no fósil (biomasa), estos se denominan biogás (o biogás natural). Las fuentes de biogás incluyen pantanos, marismas y rellenos sanitarios (ver gas de relleno sanitario), así como materiales de desecho agrícolas como lodos de aguas residuales y estiércol a través de digestores anaeróbicos, además de la fermentación entérica, particularmente en ganado bovino. El gas de relleno sanitario es creado por la descomposición de los desechos en los vertederos. Excluyendo el vapor de agua, aproximadamente la mitad del gas de relleno sanitario es metano y la mayor parte del resto es dióxido de carbono, con pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno, y trazas variables de sulfuro de hidrógeno y siloxanos. Si no se elimina el gas, la presión puede llegar a ser tan alta que se abre camino hacia la superficie, causando daños en la estructura del relleno sanitario, olor desagradable, muerte de la vegetación y peligro de explosión. El gas puede ser ventilado a la atmósfera, quemado o quemado para producir electricidad o calor. El biogás también se puede producir separando los materiales orgánicos de los desechos que de otro modo van a los vertederos. Este método es más eficiente que solo capturar el gas de relleno sanitario que produce. Las lagunas anaeróbicas producen biogás a partir de estiércol, mientras que los reactores de biogás pueden ser utilizados para estiércol o partes Al igual que el gas de relleno sanitario, el biogás es principalmente metano y dióxido de carbono, con pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, con la excepción de los pesticidas, generalmente hay niveles más bajos de contaminantes.

El gas de relleno sanitario no se puede distribuir a través de gasoductos de servicios públicos a menos que se limpie hasta menos del 3 por ciento de CO ₂, y algunas partes por millón H ₂ S, debido a que el CO ₂ y H ₂ S corroen los ductos. La presencia de CO ₂ disminuirá el nivel de energía del gas por debajo de los requisitos para el ducto. Los siloxanos en el gas formarán depósitos en los quemadores de gas y deberán eliminarse antes de ingresar a cualquier sistema de distribución o transmisión de gas. En consecuencia, puede ser más económico quemar el gas en el sitio o dentro de una corta distancia del relleno sanitario usando una tubería dedicada. El vapor de agua a menudo se elimina, incluso si el gas se quema en el sitio. Si las bajas temperaturas condensan el agua del gas, los siloxanos también se pueden bajar porque tienden a condensarse con el vapor de agua. También se pueden eliminar otros componentes distintos del metano para cumplir con los estándares de emisión, para evitar el ensuciamiento del equipo o por consideraciones ambientales. El coencendido de gas de relleno sanitario con gas natural mejora la combustión, lo que reduce las emisiones.

El biogás, y especialmente el gas de relleno sanitario, ya se utilizan en algunas áreas, pero su uso podría expandirse mucho. Se propusieron sistemas experimentales para su uso en partes de Hertfordshire, Reino Unido, y Lyon en Francia. El uso de materiales que de otra manera no generarían ingresos, o incluso costarían dinero para deshacerse de ellos, mejora la rentabilidad y el balance energético de la producción de biogás. El gas generado en las plantas de tratamiento de aguas residuales se utiliza comúnmente para generar electricidad. Por ejemplo, la planta de aguas residuales Hyperion en Los Ángeles quema 8 millones de pies cúbicos (230,000 m ³) de gas por día para generar energía La ciudad de Nueva York utiliza gas para hacer funcionar equipos en las plantas de alcantarillado, para generar electricidad y en calderas. El uso de gas de aguas residuales para hacer electricidad no se limita a las grandes ciudades. La ciudad de Bakersfield, California, utiliza la cogeneración en sus plantas de alcantarillado. California cuenta con 242 plantas de tratamiento de aguas residuales, 74 de las cuales han instalado digestores anaeróbicos. La generación total de bioenergía de las 74 plantas es de aproximadamente 66 MW.

Gas-Hidratos Cristalizados

Existen enormes cantidades de gas natural (principalmente metano) en forma de hidratos bajo sedimentos en plataformas continentales marinas y en tierra en regiones árticas que experimentan permafrost, como las de Siberia. Los hidratos requieren una combinación de alta presión y baja temperatura para formarse.

Figura 3. La planta de procesamiento de gas natural McMahon en Taylor, Columbia Británica, Canadá.

En 2010, el costo de extracción de gas natural a partir del gas natural cristalizado se estimó en 100-200 por ciento el costo de extracción de gas natural de fuentes convencionales, e incluso mayor de depósitos en alta mar.

En 2013, la Corporación Nacional de Petróleo, Gas y Metales de Japón (JOGMEC) anunció que habían recuperado cantidades comercialmente relevantes de gas natural del hidrato de metano.

AGOTAMIENTO

La producción de gas natural en Estados Unidos alcanzó un pico en 1973, y superó un segundo pico más bajo en 2001, pero recientemente ha vuelto a alcanzar su punto máximo y sigue aumentando.

UTILIZA

Gas Natural Mid-Stream

El gas natural que fluye en las líneas de distribución y en la cabeza del pozo de gas natural a menudo se usa para alimentar motores propulsados por gas natural. Estos motores hacen girar los compresores para facilitar la transmisión de gas natural. Estos compresores son necesarios en la línea de corriente media para presurizar y represurizar el gas natural en la línea de transmisión a medida que el gas viaja. Las líneas de transmisión de gas natural se extienden a la planta o unidad de procesamiento de gas natural que elimina los hidrocarburos de gas natural de mayor peso molecular para producir un valor de unidad térmica británica (BTU) entre 950 y 1050 BTU. El gas natural procesado puede entonces ser utilizado para usos residenciales, comerciales e industriales.

A menudo, los gases a mitad de corriente y de cabeza de pozo requieren la eliminación de muchas de las diversas especies de hidrocarburos contenidas en el gas natural. Algunos de estos gases incluyen heptano, pentano, propano y otros hidrocarburos con pesos moleculares superiores al Metano (CH4) para producir un combustible de gas natural que se utiliza para operar los motores de gas natural para su posterior transmisión presurizada. Por lo general, los compresores de gas natural requieren de 950 a 1050 BTU por pie cúbico para operar con las especificaciones de placa de identificación rotacional de los motores de gas

Se utilizan varios métodos para eliminar estos gases de mayor peso molecular para su uso en el motor de gas natural. Algunas tecnologías son las siguientes:

• Patín Joule—Thomson
• Sistema criogénico o enfriador
• Sistema enzimológico químico

Generación de energía

El gas natural es una fuente importante de generación de electricidad mediante el uso de cogeneración, turbinas de gas y turbinas de vapor. El gas natural también es adecuado para un uso combinado en asociación con fuentes de energía renovables como la eólica o la solar y para alimentar centrales eléctricas de carga máxima que funcionan en conjunto con centrales hidroeléctricas. La mayoría de las centrales eléctricas con picos de red y algunos motogeneradores fuera de la red utilizan gas natural. Se pueden lograr eficiencias particularmente altas combinando turbinas de gas con una turbina de vapor en modo de ciclo combinado. El gas natural se quema más limpiamente que otros combustibles hidrocarbonados, como el petróleo y el carbón, y produce menos dióxido de carbono por unidad de energía liberada. Para el transporte, la quema de gas natural produce alrededor de 30 por ciento menos de dióxido de carbono que la quema de petróleo. Para una cantidad equivalente de calor, la quema de gas natural produce alrededor de 45 por ciento menos que la quema de carbón para obtener energía. La Administración de Información Energética de Estados Unidos reporta las siguientes emisiones en millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en el mundo para 2012:

• Gas natural: 6,799
• Petróleo: 11,695
• Carbón: 13,787

La generación de energía eléctrica a carbón emite alrededor de 2,000 libras de dióxido de carbono por cada megavatio-hora generado, lo que es casi el doble del dióxido de carbono liberado por una planta eléctrica de gas natural por megavatio-hora generada. Debido a esta mayor eficiencia de carbono de la generación de gas natural, ya que la mezcla de combustibles en Estados Unidos ha cambiado para reducir el carbón y aumentar la generación de gas natural, las emisiones de dióxido de carbono han caído inesperadamente. Los medidos en el primer trimestre de 2012 fueron los más bajos de todos los registrados para el primer trimestre de cualquier año desde 1992.

La generación de energía de ciclo combinado con gas natural es actualmente la fuente de energía más limpia disponible utilizando combustibles hidrocarbonados, y esta tecnología se usa ampliamente y cada vez más, ya que el gas natural se puede obtener a costos cada vez más razonables. La tecnología de celdas de combustible eventualmente puede proporcionar opciones más limpias para convertir el gas natural en electricidad, pero hasta ahora no es competitiva en cuanto a precios. La electricidad y el calor producidos localmente utilizando la planta combinada de calor y energía a gas natural (CHP o planta de cogeneración) se consideran eficientes energéticamente y una forma rápida de reducir las emisiones de carbono. Las centrales eléctricas de gas natural están aumentando en popularidad y generan 22% de la electricidad total mundial. Aproximadamente la mitad de lo generado con carbón.

Uso Doméstico

El gas natural dispensado desde una estufa simple puede generar temperaturas superiores a 1100 °C (2000 °F), lo que lo convierte en un potente combustible doméstico para cocinar y calentar. En gran parte del mundo desarrollado se suministra a través de tuberías a los hogares, donde se utiliza para muchos propósitos, incluyendo gamas y hornos, secadoras de ropa calentadas por gas, calefacción/refrigeración y calefacción central. Los calentadores en hogares y otros edificios pueden incluir calderas, hornos y calentadores de agua.

El gas natural comprimido (GNC) se utiliza en hogares rurales sin conexiones a servicios públicos de tuberías, o con parrillas portátiles. El gas natural también es suministrado por proveedores independientes de gas natural a través de los programas de Natural Gas Choice en todo Estados Unidos. Sin embargo, como el GNC cuesta más que el GLP, el GLP (propano) es la fuente dominante de gas rural.

Transporte

El GNC es una alternativa más limpia y también más económica a otros combustibles automotrices como la gasolina (gasolina) y el diesel. A finales de 2012 había 17.25 millones de vehículos a gas natural en todo el mundo, liderados por Irán (3.3 millones), Pakistán (3.1 millones), Argentina (2.18 millones), Brasil (1.73 millones), India (1.5 millones) y China (1.5 millones). La eficiencia energética es generalmente igual a la de los motores de gasolina, pero menor en comparación con los motores diesel modernos. Los vehículos de gasolina/gasolina convertidos para funcionar con gas natural sufren debido a la baja relación de compresión de sus motores, lo que resulta en un recorte de la potencia entregada mientras funcionan con gas natural (10% — 15%). Sin embargo, los motores específicos de GNC utilizan una relación de compresión más alta debido al mayor índice de octanaje de este combustible de 120—130.

Figura 4. Un Metrobús de Washington, D.C., que funciona con gas natural.

Fertilizantes

El gas natural es una materia prima importante para la producción de amoníaco, a través del proceso Haber, para su uso en la producción de fertilizantes.

Aviación

El fabricante ruso de aviones Tupolev está ejecutando actualmente un programa de desarrollo para producir aviones propulsados por GNL e hidrógeno. El programa ha estado funcionando desde mediados de la década de 1970, y busca desarrollar variantes de GNL e hidrógeno de los aviones de pasajeros Tu-204 y Tu-334, y también del avión de carga Tu-330. Afirma que a los precios actuales del mercado, una aeronave propulsada a GNL costaría 5,000 rublos (~ 218 dólares de los EE.UU./112 libras esterlinas) menos para operar por tonelada, aproximadamente equivalente al 60 por ciento, con reducciones considerables en las emisiones de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxido de nitrógeno.

Las ventajas del metano líquido como combustible para motores a reacción son que tiene una energía más específica que las mezclas de queroseno estándar y que su baja temperatura puede ayudar a enfriar el aire que comprime el motor para una mayor eficiencia volumétrica, en efecto reemplazando un intercooler. Alternativamente, se puede utilizar para bajar la temperatura del escape.

Hidrógeno

El gas natural puede ser utilizado para producir hidrógeno, siendo un método común el reformador de hidrógeno. El hidrógeno tiene muchas aplicaciones: es una materia prima primaria para la industria química, un agente hidrogenante, un producto importante para las refinerías de petróleo y la fuente de combustible en los vehículos de hidrógeno.

Otros

El gas natural también se utiliza en la fabricación de telas, vidrio, acero, plásticos, pintura y otros productos.

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE

Debido a su baja densidad, no es fácil almacenar gas natural ni transportarlo en vehículo. Los gasoductos naturales no son prácticos en los océanos. Muchos oleoductos existentes en Estados Unidos están cerca de alcanzar su capacidad, lo que lleva a algunos políticos que representan a los estados del norte a hablar de una posible escasez. En Europa occidental, la red de gasoductos ya es densa. Se planean o están en construcción nuevos oleoductos en Europa del Este y entre yacimientos de gas en Rusia, Cercano Oriente y Norte de África y Europa Occidental Ver también Listado de gasoductos naturales.

Los transportistas de GNL transportan gas natural licuado (GNL) a través de los océanos, mientras que los camiones cisterna pueden transportar gas natural licuado o comprimido (GNC) a distancias más cortas. El transporte marítimo utilizando buques portadores de GNC que ahora están en desarrollo puede ser competitivo con el transporte de GNL en condiciones específicas.

El gas se convierte en líquido en una planta de licuefacción y se devuelve a la forma de gas en la planta de regasificación en la terminal. También se utiliza equipo de regasificación a bordo. El GNL es la forma preferida para el transporte de gas natural de larga distancia y alto volumen, mientras que el gasoducto es el preferido para el transporte de distancias de hasta 4,000 km (2,485 millas) sobre tierra y aproximadamente la mitad de esa distancia en alta mar.

El GNC se transporta a alta presión, típicamente por encima de 200 bares. Los compresores y los equipos de descompresión requieren menos capital y pueden ser económicos en tamaños de unidad más pequeños que las plantas de licuefacción/regasificación. Los camiones y transportistas de gas natural pueden transportar gas natural directamente a los usuarios finales o a puntos de distribución como ductos.

En el pasado, el gas natural que se recuperó en el curso de la recuperación de petróleo no se podía vender de manera rentable, y simplemente se quemaba en el campo petrolero en un proceso conocido como quema. La quema es ahora ilegal en muchos países. Adicionalmente, la mayor demanda en los últimos 20 a 30 años ha hecho económicamente viable la producción de gas asociado al petróleo. Como una opción adicional, el gas ahora a veces se reinyecta en la formación para mejorar la recuperación de petróleo mediante mantenimiento de presión, así como inundaciones miscibles o inmiscibles. La conservación, reinyección o quema de gas natural asociado con el petróleo depende principalmente de la proximidad a los mercados (oleoductos) y las restricciones regulatorias.

Un “sistema maestro de gas” se inventó en Arabia Saudita a fines de la década de 1970, poniendo fin a cualquier necesidad de quema. La observación satelital, sin embargo, muestra que la quema y la ventilación todavía se practican en algunos países extractores de gas.

El gas natural se utiliza para generar electricidad y calor para la desalinización. De igual manera, se han instalado algunos rellenos sanitarios que también descargan gases metano para capturar el metano y generar electricidad.

El gas natural a menudo se almacena bajo tierra dentro de depósitos de gas empobrecido de pozos de gas anteriores, domos de sal o en tanques como gas natural licuado. El gas se inyecta en un tiempo de baja demanda y se extrae cuando la demanda se recoge. El almacenamiento cercano a los usuarios finales ayuda a satisfacer las demandas volátiles, pero tal almacenamiento puede no ser siempre factible.

Con 15 países que representan el 84 por ciento de la extracción mundial, el acceso al gas natural se ha convertido en un tema importante en la política internacional, y los países luchan por el control de los ductos. En la primera década del siglo XXI, Gazprom, la compañía estatal de energía en Rusia, entabló disputas con Ucrania y Bielorrusia sobre el precio del gas natural, lo que ha creado preocupaciones de que las entregas de gas a partes de Europa puedan cortarse por razones políticas. Estados Unidos se prepara para exportar gas natural.

El Gas Natural Licuado Flotante (FLNG) es una tecnología innovadora diseñada para permitir el desarrollo de recursos de gas en alta mar que de otro modo permanecerían sin explotar porque debido a factores ambientales o económicos no es viable desarrollarlos a través de una operación de GNL terrestre. La tecnología FLNG también proporciona una serie de ventajas ambientales y económicas:

• Ambiental—Debido a que todo el procesamiento se realiza en el campo de gas, no hay necesidad de tuberías largas a la costa, unidades de compresión para bombear el gas a la costa, dragado y construcción de embarcadero, y construcción en tierra de una planta de procesamiento de GNL, lo que reduce significativamente la huella ambiental. Evitar la construcción también ayuda a preservar los ambientes marinos y costeros. Además, las perturbaciones ambientales se minimizarán durante el desmantelamiento porque la instalación se puede desconectar y quitar fácilmente antes de ser restaurada y redesplegada en otro lugar.
• Económico: donde el bombeo de gas a la costa puede ser prohibitivamente costoso, el FLNG hace que el desarrollo sea económicamente viable. Como resultado, abrirá nuevas oportunidades de negocio para que los países desarrollen yacimientos de gas en alta mar que de otro modo permanecerían varados, como los de África Oriental en alta mar.

Muchas empresas de gas y petróleo están considerando los beneficios económicos y ambientales del Gas Natural Licuado Flotante (FLNG). Sin embargo, por el momento, la única instalación de FLNG ahora en desarrollo está siendo construida por Shell, que se completará alrededor de 2017.

EFECTOS AMBIENTALES

Efecto de la Liberación de Gas Natural

El gas natural se compone principalmente de metano. Después de la liberación a la atmósfera se elimina por oxidación gradual a dióxido de carbono y agua por radicales hidroxilo (·OH) formados en la troposfera o estratosfera, dando la reacción química general CH ₄ + 2O _{2 → CO 2} + 2H ₂ O. Mientras que la vida útil de la atmosférica el metano es relativamente corto en comparación con el dióxido de carbono, con una vida media de aproximadamente 7 años, es más eficiente para atrapar el calor en la atmósfera, por lo que una cantidad dada de metano tiene 84 veces el potencial de calentamiento global del dióxido de carbono en un período de 20 años y 28 veces en un período de 100 años. Por lo tanto, el gas natural es un gas de efecto invernadero más potente que el dióxido de carbono debido al mayor potencial de calentamiento global del metano. Las estimaciones actuales de la EPA sitúan las emisiones globales de metano en 85 mil millones de metros cúbicos (3.0×10 ¹² pies cúbicos) anuales, o 3.2 por ciento de la producción mundial. Las emisiones directas de metano representaron 14.3 por ciento en volumen de todas las emisiones antropogénicas mundiales de gases de efecto invernadero en 2004.

Durante la extracción, almacenamiento, transporte y distribución, se sabe que el gas natural se escapa a la atmósfera, particularmente durante el proceso de extracción. Un estudio de la Universidad de Cornell en 2011 demostró que la tasa de fuga de metano puede ser lo suficientemente alta como para poner en peligro su ventaja de calentamiento global sobre el carbón. Este estudio fue criticado posteriormente por su sobreestimación de los valores de fuga de metano. Los resultados preliminares de algunos muestreos de aire de aviones realizados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica indicaron emisiones de metano superiores a las estimadas por los pozos de gas en algunas áreas, pero los resultados generales mostraron emisiones de metano en línea con estimaciones anteriores de la EPA.

La extracción de gas natural también libera un isótopo de radón, que varía en actividad de 5 a 200,000 becquereles por metro cúbico de gas.

Emisiones de CO ₂

El gas natural a menudo se describe como el combustible fósil más limpio. Produce alrededor de 29% y 44% menos de dióxido de carbono por julio entregado que el petróleo y el carbón respectivamente, y potencialmente menos contaminantes que otros combustibles hidrocarbonados. Sin embargo, en términos absolutos, comprende un porcentaje sustancial de las emisiones de carbono humano, y se proyecta que esta contribución crezca. Según el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, en 2004, el gas natural produjo alrededor de 5.3 mil millones de toneladas anuales de emisiones de CO ₂, mientras que el carbón y el petróleo produjeron 10.6 y 10.2 mil millones de toneladas respectivamente. De acuerdo con una versión actualizada del Informe Especial sobre Escenario de Emisiones para 2030, el gas natural sería la fuente de 11 mil millones de toneladas al año, con carbón y petróleo ahora 8.4 y 17.200 millones respectivamente porque la demanda aumenta 1.9 por ciento al año.

Otros Contaminantes

El gas natural produce cantidades mucho más bajas de dióxido de azufre y óxidos nitrosos que cualquier otro combustible hidrocarbonado. Los otros contaminantes debidos a la combustión de gas natural se enumeran a continuación en libras por mil millones de BTU:

• Monóxido de carbono—40
• Dióxido de azufre-1
• Óxido de nitrógeno—92
• Partículas — 7

PREOCUPACIONES DE SEGURIDAD

Producción

En las minas, donde el metano que se filtra de las formaciones rocosas no tiene olor, se utilizan sensores y se han desarrollado específicamente aparatos mineros como la lámpara Davy para evitar fuentes de ignición.

Figura 5. Una estación de inyección de odorantes para tuberías

Algunos campos de gas producen gas agrio que contiene sulfuro de hidrógeno (H ₂ S). Este gas no tratado es tóxico. El tratamiento de gas amina, un proceso a escala industrial que elimina componentes gaseosos ácidos, a menudo se usa para eliminar el sulfuro de hidrógeno del gas natural.

La extracción de gas natural (o petróleo) conduce a una disminución de la presión en el reservorio. Dicha disminución de la presión a su vez puede resultar en hundimiento, hundimiento del suelo arriba. El hundimiento puede afectar ecosistemas, vías fluviales, sistemas de alcantarillado y suministro de agua, cimientos, etc.

Otro efecto ecosistémico resulta del ruido del proceso. Esto puede cambiar la composición de la vida animal en la zona, y tener consecuencias para las plantas, así como en que los animales dispersan semillas y polen.

Fracking

La liberación de gas natural de rocas de baja permeabilidad, como la arenisca o el esquisto, se logra mediante un proceso llamado fracturación hidráulica o “hidrofracking”. Se estima que la fracturación hidráulica eventualmente representará casi el 70% del desarrollo de gas natural en América del Norte. La fracturación hidráulica mundial se ha utilizado para estimular aproximadamente un millón de pozos de petróleo y gas

Para permitir que el gas natural fluya fuera de la roca, los operadores de pozos fuerzan de 1 a 9 millones de galones estadounidenses (34,000 m ³) de agua mezclada con una variedad de productos químicos a través de la cubierta del pozo hacia la roca. El agua a alta presión rompe o “fracks” la roca, que libera el gas atrapado. Se agrega arena al agua como apuntalante para mantener abiertas las fracturas en la roca, permitiendo así que el gas fluya hacia la carcasa y luego hacia la superficie. Los químicos se agregan al fluido de frack para reducir la fricción y combatir la corrosión. Tratar con el fluido de fracking puede ser un desafío. Junto con el gas, 30 por ciento a 70 por ciento del fluido frack químicamente ligado, o flujo de retorno, regresa a la superficie. Adicionalmente, con el gas se puede producir una cantidad significativa de salmuera, que contiene sales y otros minerales.

Uso

Para ayudar a detectar fugas, se agrega una cantidad mínima de odorante al gas que, de otro modo, es incoloro y casi inodoro utilizado por los consumidores. El olor ha sido comparado con el olor de huevos podridos, debido al agregado de terc-butiltiol (t-butil mercaptano). En ocasiones se puede usar en la mezcla un compuesto relacionado, tiofano. Situaciones en las que un odorante que se agrega al gas natural puede ser detectado por instrumentación analítica, pero no puede ser detectado adecuadamente por un observador con un sentido del olfato normal, han ocurrido en la industria del gas natural. Esto es causado por el enmascaramiento de olores, cuando un odorante domina la sensación de otro. A partir de 2011, la industria está realizando investigaciones sobre las causas del enmascaramiento de olores.

Las explosiones causadas por fugas de gas natural ocurren varias veces al año. Las viviendas individuales, las pequeñas empresas y otras estructuras se ven afectadas con mayor frecuencia cuando una fuga interna acumula gas dentro de la estructura. Con frecuencia, la explosión es lo suficientemente poderosa como para dañar significativamente un edificio pero dejarlo en pie. En estos casos, las personas que están dentro tienden a presentar lesiones leves a moderadas. Ocasionalmente, el gas puede acumularse en cantidades lo suficientemente altas como para provocar una explosión mortal, desintegrando uno o más edificios en el proceso. El gas generalmente se disipa fácilmente al aire libre, pero a veces puede acumularse en cantidades peligrosas si los caudales son lo suficientemente altos. Sin embargo, considerando las decenas de millones de estructuras que utilizan el combustible, el riesgo individual de usar gas natural es muy bajo.

Figura 6. Vehículo de emergencia de la red de gas que responde a un incendio importante en Kiev, Ucrania

Los sistemas de calefacción de gas natural son una fuente menor de muertes por monóxido de carbono en Estados Unidos. Según la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de Estados Unidos (2008), el 56 por ciento de las muertes no intencionales por envenenamiento por CO sin incendio se asociaron con herramientas accionadas por motor como generadores a gas y cortadoras de césped. Los sistemas de calefacción de gas natural representaron el 4 por ciento de estas muertes. Las mejoras en los diseños de hornos de gas natural han reducido considerablemente las preocupaciones por envenenamiento por CO También están disponibles detectores que avisan de monóxido de carbono y/o gas explosivo (metano, propano, etc.).

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