Grandes cantidades de hidratos de gas existen en los márgenes continentales del mundo y el metano de los hidratos de gas puede constituir una fuente futura de gas natural ya que se estima que el contenido energético de este gas bajo la forma de hidratos excede el contenido energético del resto de los combustibles fósiles conocidos.

¿Qué es un hidrato de gas?

El hidrato de gas (HG por sus siglas en inglés) es una forma sólida cristalina de agua en forma de hielo que contiene moléculas de gas en sus cavidades moleculares tales como metano, etano, propano, dióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura. Se cree que la cantidad total de carbono en forma de hidratos de metano supera con creces el contenido de carbono en todas las reservas de combustibles fósiles juntas y, por lo tanto, se supone que son el recurso energético potencial más importante en un futuro no muy lejano.

hidratos de gas
Una muestra de un hidrato de gas (color blanco) incrustado sobre sedimento marino. Cortesía: Wikimedia Commons/Wusel007 – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0

La presencia de una especie molecular en las condiciones adecuadas puede causar que puentes de hidrógeno se orienten alrededor de esas moléculas y formen un cristal (hidrato). El agua actúa como la estructura receptora u hospedador constituida por espacios regulares tipo «jaulas» que entrampan a las moléculas huéspedes o formadoras como también se les llama (metano, etano, CO2, etc.)


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En determinadas condiciones de temperatura y presión, el receptor y el huésped interactúan entre sí a través de la interacción de Van der Waals y, por lo tanto, estabilizan la estructura no existiendo un enlace químico entre los dos.

Como afirma un artículo publicado por el Laboratorio FIRP se estima que, de acuerdo a ciertas proyecciones, tales reservas tienen el potencial para suplir las necesidades energéticas de la humanidad durante los próximos 1000 años.

En términos másicos, significa que las reservas de HG alcanzan las 10000 Gt, lo que constituye una cifra considerable si se tiene en cuenta que el contenido de carbono en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) es de 5000 Gt  en los disueltos en el suelo y de 2000 Gt presentes en desperdicios.

La historia de los hidratos de gas: no siempre fueron apreciados

Los hidratos de gas natural fueron descubiertos por primera vez por Sir Humphrey Davy a principios de 1800 cuando estudiaba la congelación de agua en presencia de diferentes gases a temperaturas de aproximadamente -8 °C.

Fueron objeto de estudio meramente académico hasta finales de los años 20 y principios de los 30 cuando el transporte de gas natural en los Estados Unidos comenzó a funcionar a gran escala y a presiones más altas y los hidratos de gas natural, comenzaron a formarse en los gasoductos y comenzaron a bloquear las tuberías transportadoras.

La investigación en ese momento se concentraba en las condiciones en que se forman los cristales de hidratos, su estabilidad termodinámica y las estrategias a usar para prevenirlos. Por ejemplo, muchos investigadores estudiaron los efectos de varias sales de cloruro en la formación de hidratos e identificaron que estas sales inhiben la formación de hidratos de gas.

hidratos de gas como fuente energética
La ignición del Metano que se encuentra atrapado dentro del hidrato tiene un alto poder calorífico lo que habla de sus excelentes propiedades como fuente energética para el futuro. Cortesía: El Periódico de la Energía

Sin embargo ahora los científicos se dieron cuenta de que las condiciones de baja temperatura y alta presión necesarias para la formación de hidratos deberían existir ampliamente en todo el mundo, debajo de los océanos profundos y en la región del permafrost que son formaciones de hielo en la superficie terrestre (típicas en países como Canadá, Noruega, U.S.A y Rusia).


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La exploración intensiva realizada por oceanógrafos y geólogos petroleros durante la última década dio como resultado el descubrimiento de la presencia generalizada de hidratos de gas en las áreas del margen continental.

El descubrimiento de estos vastos depósitos alrededor del mundo y su creciente importancia como fuente energética constituyen un fuerte incentivo para que países como Japón, India, Canadá  Estados Unidos desarrollen proyectos internacionales orientados a explorar la viabilidad de la producción de los HG en tierra firme y costa afuera.

¿Cuál es el potencial energético de los Hidratos de Gas?

Entre todos los recursos de energía renovable (solar, eólica, ola, nuclear, hidroeléctrica, geotérmica, bioprocesos, etc.) y no convencional (gas de esquisto, metano de lecho de carbón, centrada en la cuenca, esquisto de gas estrecho, hidratos de gas, etc.) se consideran los hidratos de gas como uno de los candidatos más adecuados para recursos energéticos más limpios en este siglo.


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Adicionalmente, la cantidad de dióxido de carbono que es emitida como sub-producto en la combustión de HG, es cerca de 30 veces menor que la emitida por la gasolina y 60 veces menor que la correspondiente a la combustión del carbón, lo cual potencia aún más la importancia de los hidratos de gas como fuente de energía alternativa.

hidratos de gas en tuberias
Un ejemplo de taponamiento de tuberías por la formación de hidratos de gas. Cortesía: Safety and Chemical Engineering Education (SAChE)

Según el departamento de energía de EE. UU, Si solo se pudiera recuperar el 1% del metano almacenado en los hidratos, sería más del doble del suministro interno actual de gas natural de todo ese país.

Actualmente, estas son las técnicas de extracción de gas a partir de hidratos de gas natural:

Despresurización

despresurización de hidratos de gas
Modelo de despresurización usado para mejorar la permeabilidad de la roca y así promover la salida del gas entrampado dentro del hidrato. Cortesía: Trihidrato Blog

Es una técnica de extracción que consiste en perforar un agujero en la capa de hidrato y reducir la presión debajo del equilibrio de hidratos incorporando un proceso endotérmico (es decir, absorbiendo el calor del entorno) que produce la liberación de gas metano del hidrato que fluye por la tubería. La despresurización es ventajosa porque es el método más económico y de bajo consumo de energía.

Esta técnica se implementa para hidratos solo en regiones polares debajo del permafrost donde se encuentra que el gas libre está presente en la zona de estabilidad del hidrato y el problema que presenta es que el calor específico de la disociación del hidrato de gas excede el calor específico de la fusión del hielo.


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Debido al aumento del intercambio de calor, la temperatura de la zona de reserva cae por debajo de la temperatura de equilibrio de la formación de hidratos, lo que detiene la disociación o la temperatura disminuye a la temperatura de la formación de hielo que puede llevar a una fuerte caída en la permeabilidad de la roca del yacimiento.

Hasta ahora, es el único método que se ha utilizado con éxito para producir económicamente gas a partir de hidratos de gas

Inyección de inhibidores

sistema de inyección de quimicos
Sistema químico de inyección de inhibidores. Cortesía: Lewa

Es un método para suprimir la creación de hidratos. Este método se asocia con la inyección de un inhibidor químico que tiende a perturbar la condición de equilibrio del hidrato de gas más allá de la estabilidad termodinámica de la zona de hidrato de gas.

El método de inyección de inhibición química exige una porosidad admirable y, además, el costo de varios productos químicos hace que sea una técnica costosa.

Los inhibidores orgánicos termodinámicos comunes son el metanol, monoetilenglicol, dietilenglicol y Sales disueltas como el NaCl, CaCl2, KCl y NaBr pueden actuar como inhibidores.

Estimulación térmica

estimulación termica de hidratos de gas
Modelado matemático usado para la estimulación térmica de los hidratos de gas. Cortesía: RSC Publishing-Royal Society of Chemistry

Es una técnica de extracción que utiliza métodos como inyección de vapor, solución de salmuera caliente, inundación por incendio e inyección de vapor cíclica, etc. que eleva la temperatura del depósito local fuera de la región de hidratos.


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El aumento de temperatura provocará la disociación del hidrato, liberando así el gas libre que se puede recolectar. El metano liberado se puede bombear a la superficie del fondo marino a través de otro agujero de perforación.

Una enorme cantidad de metano está disponible en los hidratos de gas. Incluso un pequeño porcentaje de los cuales podría satisfacer las necesidades de energía del mundo durante siglos. Si se explotan adecuadamente y se prepara una tecnología adecuada para explotar este recurso energético, los hidratos de gas serán la nueva forma de obtener energía de la próxima generación.

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