Debido a la gran demanda energética la producción de gas
metano de mantos de carbón nace como una alternativa interesante y ventajosa
para cubrir el déficit energético actual. Según el criterio científico el gas de mantos de carbón
puede ser una opción técnica y económicamente válida para generar un volumen
adicional de gas y poder suplir las necesidades del mercado.
La
demanda de energía está estrechamente relacionada con el crecimiento económico
y los estándares de vida. Actualmente la demanda mundial de energía está
incrementándose en un promedio de aproximadamente 2% anual. Se anticipa que
este incremento ha de continuar, y por tanto, el consumo de energía será el
doble de 1995 en el 2030 y el triple en el 2050. Los
suministros adecuados de energía serán esenciales para que las naciones del
mundo mantengan su expansión industrial y económica.
El metano asociado a las cuencas de carbón, un recurso
que se ha empezado a usar de manera reciente en países como Estados Unidos para
diversificar y satisfacer la matriz energética, allí existen más de 14 mil
pozos sólo en la cuenca del río Powder. En países como Canadá, China, Rusia y
Australia han dado un fuerte impulso a su evaluación y producción en los
últimos años. Las reservas mundiales se estiman en 250x1012 metros cúbicos,
volúmenes que superan en varias veces las reservas convencionales de gas.
El aprovechamiento de esta nueva fuente energética no
significa revivir las antiguas minas de carbón, ya que los mantos permanecen
inalterados. Lo que se extrae es el gas que el mineral ha acumulado en su
estructura durante su proceso de formación (carbogenización) y se obtiene a
través de perforaciones, las cuales eliminan primero el agua de los mantos, para luego hacer fluir el metano a la superficie.
El metano de mantos de carbón es una fuente de energía que, cumple tres condiciones básicas: es abundante y tiene gran distribución mundial, su explotación es relativamente fácil y barata y su extracción y manejo evita que el metano fluya a la atmósfera.
El Carbón
La
hulla o carbón mineral, es una sustancia sólida ligera, negra y combustible,
que resulta de la destilación o de la combustión incompleta de los tejidos
vegetales o de otros cuerpos orgánicos, como resultado de haber permanecido
bajo la superficie terrestre durante larguísimos períodos[1]. Se
conocen varios tipos: activado, que es el carbón tratado especialmente para
obtener una gran capacidad de absorción de gases o vapores, o para servir de
agente decolorante; de leña o carbón vegetal y mineral o de piedra, que está
formado principalmente por carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno y su origen
se debe a la carbonización de las materias vegetales.
Los
carbones no tienen composición química constante. Predomina en ellos el carbono
pero no al estado libre. Por su origen orgánico, su estructura, sus propiedades
físicas y su naturaleza química, no entran dentro del concepto de mineral; son
rocas, y por tanto, su descripción no corresponde a la mineralogía.
Gas metano de mantos de carbón
El metano de los mantos de carbón es gas natural o metano (CH4) que se produce en
capas de carbón y se ha generado durante la conversión del material orgánico
(el proceso conocido como coalificación).
El metano de mantos de carbón es una energía limpia, una fuente de
combustible para la producción de electricidad residencial y comercial, calor, como combustible de
vehículos, entre otras. Este gas se compone casi enteramente de metano, con una cantidad menor (1,5 a el 2%) de dióxido de carbono (CO2). El gas de mantos
de carbón producido de un carbón bituminoso espeso, puede contener las
cantidades de menor importancia (menor al 3% por cada uno) de CO2
y de nitrógeno (N2) y cantidades menores de hidrocarburos como
etano, propano, butano, etc., y a veces trazas de sulfuro del hidrógeno (H2S)
El poder calorífico del gas de mantos de carbón
El metano producido en un pozo
típico tiene un valor calorífico alrededor de 1000±25 (Btus) por pie cúbico
estándar. Un millón Btus (equivalente a la energía de 1000 pies cúbicos de
metano o de un MCF) aproximadamente la energía consumida por una persona en los
Estados Unidos en cerca de 1,2 días. 1 Millón de BTU de combustible fósil
pueden generar cerca de 100 kilovatios-hora de electricidad en una compañía de electricidad.
¿Cómo se forma el metano en los mantos de carbón?
Durante el coalificación,
el material orgánico que se acumuló y fue preservado en pantanos para prevenir
el decaimiento (oxidación) comienza a condensarse sobre enterramiento. El
material primero se convierte en turba que expele el agua del material original.
Mientras que la temperatura aumenta con entierro adicional, se forman filas cada vez
mayores de carbón, comenzando con el lignito, seguido por el carbón
sub-bituminous y el carbón bituminoso. Si el calor y la presión son altas, se forma la
antracita (la fila más alta del carbón). También se forma el metano biogénico (que se atribuye a la actividad bacteriana). Cuando la temperatura excede el valor en las cuales las bacterias puedan vivir, se forma entonces el llamado metano termogénico (que
atribuye a la calefacción).
En estas diversas etapas del coalificacion, se producen varios hidrocarburos
(llamados materia volátil, incluyendo el metano), junto con el bióxido de
carbono, nitrógeno, y el agua. Las temperaturas crecientes a
través del entierro eliminan la materia volátil. El proceso de coalificación
puede parar en cualquier momento, dependiendo de las condiciones geológicas. Mucho del metano generado por el proceso del
coalification se escapa a la superficie o emigra en depósitos adyacentes, pero
una porción se atrapa dentro del carbón mismo, se fija por adsorción o se
absorbe dentro de los microporos del carbón.[2]
Tipos de metano de mantos de carbón
Durante los primeros tiempos del coalificacion, el metano biogénico se genera
como subproducto de la respiración bacteriana. Las bacterias aerobias (que
utilizan oxígeno en la respiración) primero metabolizan cualquier oxígeno libre
en el resto de la planta y los sedimentos circundantes. En ambientes de agua
dulce, la producción del metano comienza inmediatamente después que se agota el
oxígeno.[3] Las bacterias anaerobias (que no utilizan
oxígeno) después reducen el dióxido de carbono y producen el metano con la
respiración anaerobia.[3]
Cuando la temperatura del carbón
en el subsuelo alcanza 122°F y después de una cantidad del tiempo suficiente, se genera la mayoría del metano biogénico, en ese momento se ha expelido cerca de
dos tercios de la humedad original y el carbón logra una fila del sub-bituminous.[4] Si la temperatura aumenta sobre 122°F con enterramiento
creciente o gradiente geotérmico creciente, los procesos termogénicos comienzan
y se generan el agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno adicionales, mientras que la coalificación procede a bituminoso volátil alto. La generación
máxima del dióxido de carbono, con poca generación del metano ocurre a 210°F y, alrededor de 250°F, la generación del metano excede la generación del dióxido
de carbono. La producción máxima de metano del carbón ocurre en alrededor
300°F. Incluso con temperaturas más altas y carbones espesos más altos, el
metano todavía se genera, pero en volúmenes más bajos. [4]
¿Cómo se almacena el metano en los
mantos de carbón?
El almacenaje del gas en capas de carbón es más complejo que en la
mayoría de los depósitos convencionales (e.g., carbonato y piedra arenisca).
Según Yee y otros (1993),[5] el metano de la capa de carbón se almacena en
cuatro maneras:
1) Como gas libre dentro de los microporos y de las grapas (sistemas de fracturas
naturales en el carbón).
2) Como gas disuelto en agua dentro del carbón.
3) Fijado por adsorción debido
a la atracción molecular en superficies de los componentes orgánicos que
abarcan la masa del carbón, de los microporos, y de las grapas en el carbón.
4) Como gas absorbido dentro de la estructura molecular de las
moléculas del carbón.
La cantidad de metano presente dentro de un volumen particular de carbón es muy grande. Los carbones en profundidades más bajas con el buen desarrollo de la grapa contienen cantidades significativas de gas libre y disuelto mientras que el porcentaje del metano fijado por adsorción aumenta generalmente con el aumento de la presión (profundidad) y del tipo de carbón .
La cantidad de metano presente dentro de un volumen particular de carbón es muy grande. Los carbones en profundidades más bajas con el buen desarrollo de la grapa contienen cantidades significativas de gas libre y disuelto mientras que el porcentaje del metano fijado por adsorción aumenta generalmente con el aumento de la presión (profundidad) y del tipo de carbón .
Los pozos del metano de mantos de carbón son agujeros abiertos. El método de extracción consiste en fijar un encajonado a la tapa de la capa de carbón y la
zona subyacente se escaria y se limpia hacia fuera. Una bomba sumergible colocada en el pozo produce el agua por encima de la tubería; el gas se separa del agua y se
produce encima de la pieza anular de la bomba.
El gas natural y agua producida en los pozos individuales se llevan a una medidora, donde se registra la cantidad de producción de cada uno. El metano entonces fluye a una estación compresión, donde el gas se comprime para el envío en una tubería. El agua va a un punto central de descarga en un drenaje o un embalse.
Tiempo de vida de un pozo de metano de mantos de carbón
La vida de un pozo de
metano de mantos de carbón depende de la distancia de sus pozos vecinos
(espaciamiento del campo bien), ya
que los pozos se comunican en la superficie
inferior, y de la cantidad de gas disponible a cada uno. Éstos y otros factores no
se entienden enteramente y todavía se están estudiando. La mayoría de los
productores en el campo del carbón cuentan con que un pozo de metano de mantos de carbón pueda producir por 10 a 12 años. Mientras que un manto de carbón en
la zona original de la producción se drena, el pozo se puede
volver a trabajar para producir el gas de mantos de carbón inferiores.
Dependiendo de la situación, los mantos de carbón múltiples podían ampliar la
vida de un sitio por 10 a 30 años.
¿Cuánto
metano de mantos de carbón puede ser producido?
En general, los pozos del metano de mantos de carbón
pasan a través de tres etapas durante su ciclo de la producción.
Durante la etapa de la desecación, la cantidad de agua producida
inicialmente excede del gas, pero con producción continua, el volumen de agua
continúa disminuyendo mientras que el
volumen de metano aumenta. Una etapa estable de la producción se alcanza con el
metano máximo producido y una producción del agua estable. Durante
la etapa de declinación, la cantidad de metano producida disminuye hasta que llega a ser poco rentable para continuar la producción.
Conclusiones
Como ves, el metano de los mantos de carbón es gas natural o metano (CH4) que se produce en
capas de carbón y se ha generado durante la conversión del material orgánico
(el proceso conocido como coalificación).
El metano de mantos de carbón es una energía limpia,
una fuente de combustible para la producción de
electricidad residencial y comercial, calor y como combustible de
vehículos.
El metano de mantos de carbón es una fuente de energía
abundante, tiene gran distribución mundial, su explotación es relativamente
fácil y barata y su extracción y manejo evita que el metano fluya a la atmósfera.
Por lo que se convierte en una fuente de energía interesante para cubrir las
demandas mundiales.
Fuente:
1. BALESTRINI, C. (1959) Economía Minera y Petrolera,
Caracas. Universidad Central de Venezuela. 366.
2. KLOCKMANN, F & RAMDOHR. P. (1955). Tratado de
Mineralogía, Barcelona. Edit. Gustavo Gili S.A. 716 3. Rice y Claypool, 1981 U.S. Geological Survey,
Energy Resource Surveys Program, Coalbed methane – an untapped energy
resource and an environmental concern: U.S. Geological Survey web site on
coalbed methane.
4. Rightmire, U.S. Geological Survey, Energy
Resource Surveys Program1984, Coalbed methane – an untapped energy
resource and an environmental concern: U.S. Geological Survey web site on
coalbed methane.
5. Yee, C. U.S. Geological Survey, Energy Resource
Surveys Program 1993, Coalbed methane – an untapped energy resource and an
environmental concern: U.S. Geological Survey web site on coalbed methane.
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