Energía del hielo: hidratos de gas
Gran parte de la superficie terrestre está ocupada por hidrocarburos gaseosos atrapados en el hielo. Las moléculas de gas están almacenadas en cajas formadas por hielo y se estima que la cantidad de gas natural así almacenada puede ser cien veces mayor que la que está en forma de gas libre. Aunque la explotación de estos hidratos de gas plantea problemas técnicos, puede servir para satisfacer en parte las necesidades energéticas de nuestra civilización.
Según algunos investigadores, por ejemplo, el soviético Juri Makogon podría explicar la formación de planetas del sistema solar mediante hidratos de gas. Por otra parte, el Cometa Halley está formado por hidratos de gas.
Los hidratos de gas se encuentran en muchas partes de la superficie terrestre (continentes y océanos), siempre que las condiciones de presión y presión sean adecuadas. Requiere bajas temperaturas y altas presiones. 1. La figura muestra las condiciones de estabilidad de los hidratos de gas que se forman en los océanos. Casi todos los gases ligeros (metanos, etanos, óxidos de carbono (II)...) forman compuestos sólidos con moléculas de agua y en condiciones adecuadas.
Un poco de historia
Los hidratos de gas no son compuestos nuevos, ya que en 1810 el conocido químico inglés Humphry Davy consiguió por casualidad un hidrato de cloro. En su laboratorio, a una temperatura de 9ºC, obtuvo copos de hidrato de cloro mezclados con agua clorada. No fue entonces cuando se hizo caso.
Durante años los hidratos de gas estuvieron olvidados y marginados. Sin embargo, en la década de 1930 el interés volvió a surgir en su entorno, cuando se descubrió que las obstrucciones de los gaseoductos de las regiones polares eran debidas a los hidratos de gas. Para evitar la obstrucción de los gaseoductos era necesario deshidratar el gas.
Sin embargo, el boom de los hidratos de gas se remonta a los años 60, cuando se observó que los hidratos de gas se encuentran en la superficie terrestre y en el suelo de los océanos. Entonces empezaron a ver los hidratos de gas como fuente de energía.
Características de los hidratos de gas
Según los químicos, los hidratos de gas tienen una estructura básica tridimensional. Esta estructura forma orificios en su interior a modo de caja, donde el gas queda atrapado. Los hidratos de gas son familiares conocidos como clatratos entre los químicos. Estos compuestos son sólidos y tienen forma de hielo o nieve esponjosa.
Los gases de tamaño molecular inferior a 0,69 nm producen fácilmente hidratos de gases. Pero los gases de mayor tamaño, como el butano y el etano, necesitan moléculas de gas de menor tamaño (como el metano) para formar un hidrato.
En los hidratos de gas se conocen dos tipos de estructuras. En la estructura denominada I, el gas está atrapado en 46 moléculas de hielo y sólo admite gases de pequeño diámetro molecular. La otra estructura, denominada II, admite gases de gran diámetro molecular y está formada por 136 moléculas de agua.
Los hidratos de gas que se forman en los gaseoductos tienen una estructura generalmente confusa. Una característica muy interesante de los hidratos de gas es la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en sí mismas. En medios porosos saturados de hidratos de gas, la velocidad de propagación de las ondas sísmicas es entre el 60 y el 100% superior a la de las zonas saturadas de gas libre. Esto permite diferenciar el hielo, los hidratos de gas y el gas libre, método utilizado para encontrar hidratos de gas en las capas de sedimentos.
Otra característica interesante de los hidratos es su impermeabilidad. Los hidratos de gas son muy impermeables al gas y al agua, más impermeables que las arcillas saturadas con agua que trabajan como cobertura de sumideros de gas y petróleo. Esta autoobstrucción permite la formación de grandes yacimientos de hidrato de gas en el suelo oceánico.
El metano es el gas más abundante en los hidratos de gas, aunque también puede encontrarse etano, propano, butano, sulfuro de hidrógeno y gases inertes.
Formación de hidratos de gas
Deben existir condiciones adecuadas de presión y temperatura para formar hidratos de gas. Las mejores regiones de la Tierra para formar hidratos de gas cubren el 25% de los continentes y el 90% de los océanos. Por tanto, y teniendo en cuenta que 3/4 de la Tierra están cubiertos de océanos, existen enormes reservas de hidrato de gas.
Los gases naturales se encuentran libres en los orificios y grietas de las rocas sedimentarias, o bien disueltos en el agua, pero cuando se dan las condiciones adecuadas se convierten en sólidos y precipitan como hidratos de gases. Los estudios de isótopos realizados en hidratos de metano presentes en las fosas del fondo marino tienen su origen en la descomposición de la materia orgánica.
Para que esta formación se produzca en las regiones adecuadas para la formación de los hidratos, es necesario asegurar una cantidad de gas que mantenga la saturación en el agua. Cuando el hidrato precipita sobre el poro de los sedimentos, la concentración de gases en el agua circundante disminuye considerablemente. Esta disminución de la concentración atrae el gas que se encuentra en las piedras circundantes para lograr el equilibrio y este gas atraído se precipita aumentando la concentración de hidrato. Se debe a que los hidratos de gas son impermeables al gas.
Explotación de hidratos de gas
Si los hidratos de gas se plantean como fuente de energía, deberán estudiarse los métodos de aprovechamiento de los sumideros de los mismos. Los sumideros de hidrato de gas pueden encontrarse en dos zonas muy diferentes (en tierra y mar), por lo que las vías de explotación deberán ser diferentes.
En los planteamientos en tierra existe un eje general que consiste en liberar el gas del hidrato de gas para su posterior aprovechamiento por métodos convencionales. El cambio de fase del gas se puede realizar por diferentes vías.
Si la presión disminuye en la fosa, los hidratos de gas comienzan a descomponerse. También pueden utilizarse métodos termodinámicos y electroacústicos. La descomposición de los hidratos se puede conseguir inyectando agua o vapor caliente. Aunque no se conoce con exactitud, la energía necesaria para liberar el gas atrapado en los hidratos no es mucho mayor que la necesaria para fundir el hielo. Algunos creen que parte del metano liberado por el foso puede quemarse para calentar el foso.
Los yacimientos submarinos presentan características especiales, ya que no están cubiertos por una capa de roca impermeable. Además, están muy extendidos en el fondo marino y su profundidad puede variar entre uno y cien metros. Pero al estar sometidos a grandes cantidades de agua, su explotación a presión hidrostática constante es posible independientemente de la vía de descomposición del hidrato. Otro factor a tener en cuenta en las fosas submarinas es que normalmente constituyen una cubierta impermeable de fosas de gas libre o petriolio. Por ello, en este caso será necesario explotar el gas libre o el petróleo antes del hidrato de gas.
Los hidratos de gas pueden ser una fuente de energía para el futuro, pero todavía no basta con los conocidos para explotar los hidratos de gas. En todo el mundo y sobre todo en la Unión Soviética, se está investigando este aspecto.
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