ContenidoIntroducción...................................................................................................................................3

Justificación...................................................................................................................................4

Objetivos.........................................................................................................................................4

Hidratos de metano......................................................................................................................4

Que son los Hidratos de Metano...............................................................................................6

Naturaleza de los Hidratos de Metano.....................................................................................8

Origen y caracteristicas.........................................................................................................12

Antecedentes Históricos...........................................................................................................13

Yacimientos..................................................................................................................................14

Extracción de Hidratos de Metano..........................................................................................16

Reconocimiento de Hidratos de metano...........................................................................16

Extracción del gas hidratado y producción de metano.................................................18

Transporte del metano...........................................................................................................20

Utilización......................................................................................................................................22

Combustible.............................................................................................................................23

Generación de electricidad a partir del flujo de gas.......................................................24

Desalinización de agua de mar............................................................................................24

Almacenamiento de CO2.......................................................................................................24

Usos industriales....................................................................................................................24

Misterio del “Triangulo de las Bermudas”........................................................................25

Conclusión....................................................................................................................................26

Bibliografía....................................................................................................................................27

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FIGURA 1 Estructura de hidrato de carbono que muestra (centro) e hidrógeno (que se adjunta al centro) atrapado en el hielo del enrejado...........................................................................................................................7FIGURA 2 Ejemplificación de un metro cubito de hidrato de gas............................................................................7FIGURA 3 sedimentaciones de hidratos de metano................................................................................................8FIGURA 4 Diagrama de fase..................................................................................................................................10FIGURA 5 Esquema de un yacimiento de hidratos de metano...............................................................................15FIGURA 6 estimación en cantidad de átomos de carbono (1015 g¿ ...................................................................16FIGURA 7 Reconocimiento de hidratos de metano................................................................................................17FIGURA 8 GHSZ zona de estabilidad de los hidratos de gas..................................................................................19FIGURA 9 GHSZ segunda parte..............................................................................................................................19FIGURA 10 Licuefacción a bordo de un barco........................................................................................................21FIGURA 11 Transporte mediante pellets...............................................................................................................21FIGURA 12 Uso histórico de los combustibles a nivel mundial..............................................................................23

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Introducción El hidrato de gas o hidrato de metano es un sólido cristalino, similar en apariencia

al hielo, pero constituido por moléculas de gas rodeadas por una malla de moléculas de agua, es decir metano enjaulado entre moléculas de hielo. Este compuesto sólido aparece en condiciones de baja temperatura y altísimas presiones: profundidades marinas y zonas de permafrost. Si un trozo de hidrato lo exponemos a condiciones ideales sobre la superficie de la tierra, por ejemplo, a 20°C y 1 atmósfera de presión, el volumen de gas se multiplica por 164, es decir, se ha comprobado que 1 m3 de hidratos de gas tomados del fondo marino, se transforman en 164 m3 de gas y 0,84 m3 de agua en la superficie. Lo anterior se traduce en un alto potencial de energía, que a su vez incrementa el interés sobre estos.

Los hidratos de gas están asociados a formaciones de rocas porosas y permeables de buen espesor, cuando las condiciones (presión y temperatura) son las necesarias para su existencia y acumulación. En el mundo existen dos tipos de ambientes que poseen estas características, el primero está referido a sedimentos de los fondos marinos y el otro a los suelos continentales congelados o permafrost. Siendo los sedimentos de fondos marinos en los bordes continentales los que representan la mayor concentración de hidratos de metano, porque suelen favorecer las condiciones termo báricas.

Estos depósitos de gas fueron descubiertos casi por casualidad, al descubrir e intentar explicar el por qué en graficas efectuadas mediante sistemas de medición de reflexión sísmica (que permiten representar una “imagen de lo que hay o cómo está conformada la tierra bajo el fondo marino”) aparecía un doble fondo muy marcado, es decir un “doble eco”, normalmente paralelo al lecho marino real. Con el tiempo logró determinarse que esto correspondía a la parte inferior de la capa de hidratos de gas y el “doble eco” se producía por el efecto que generaban las ondas acústicas, por el hecho de pasar de una zona más rígida de hidratos (“hielo” y rocas) a una baja rigidez.

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Justificación La presente investigación tiene como propósito conocer todo sobre los hidratos de

metano como afecta en el área y sus atribuciones posibles así mismo como sus características físicas, químicas que debemos tener en cuenta. La investigación permitir adquirir conocimientos completos sobre el tema, logrando investigar y recopilar las ideas parecidas con un poco de nuevos datos y lograr tener un trabajo de investigación completo.

Objetivos Tener una investigación completa. Conocer que es el hidrato de metano. Desarrollar un trabajo de investigación completo. Compartir la información con los compañeros.

Como objetivo general es recopilar información importante de del tema es distintos documentos y páginas de interés que nos den una amplio conocimiento sobre cómo se desarrolla y los factores por lo que se da este fenómeno. Para así poder tener un resumen de todo lo investigado.

Hidratos de metano

El metano del subsuelo marino es generado por procesos microbianos y termo génicos, esto dentro de los sedimentos de los márgenes continentales.

Los reservorios de hidratos en el mundo se encuentran distribuidos de las siguiente manera: costa afuera de México, Costas afuera de Oregón, costa afuera de California, costa afuera de Carolina, Costa afuera de Alaska, en las costas de Centroamérica, costa afuera del Perú, en el Mar Negro, en el mar Caspio, en el Mar Mediterráneo, costa afuera del Japón, costas afuera de la India y Costa afuera de la Antártida. Además según investigaciones realizadas por expertos nacionales se ha descubierto grandes depósitos de este gas que cubre una vasta región entre Valparaíso y Puerto Montt. En los casos del permafrost solo se han registrado acumulaciones en las zonas adyacentes al ártico.

Las reservas estimadas a los hidratos son de 100000 gigatones, lo que significa el doble de carbono que hay en todos los combustibles fósiles que se conocen. Por otro lado la cantidad de metano contenido en forma de hidratos en el fondo marino equivale a 3000 veces el contenido en la atmósfera.

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Con respecto a los métodos de reconocimiento que se llevan a cabo para la

identificación de fuentes de hidratos de metano son:

• Estudios geofísicos • Perforación (testigos) • Geoquímica (inorgánica - orgánica)

Las ventajas a primera vista de utilizar este gas podrían ser:

• Mejor rendimiento en la combustión • Ausencia de corrosión en las instalaciones • Supresión de la necesidad del almacenamiento de combustible • Reducción de pérdidas de combustibles en su transporte por el avance de

las técnicas de canalización • Combustión controlable sin necesidad de personal especializado • Combustión exenta de agentes contaminantes

Con todo damos a conocer sus posibles usos.

• Combustible • Generación de electricidad • Desalinización de agua de mar • Almacenamiento de CO2 • Y diversos usos industriales

Para finalizar hay que hablar del impacto ambiental que los hidratos de metano

podrían generar, ya estos hidrocarburos submarinos poseen un enorme potencial agente provocador del efecto invernadero. La comunidad científica sospecha que repentinas y masivas fusiones de los hidratos de metano provocadas por deslizamientos submarinos, terremotos, etc. Puedan haber iniciado la emisión de grandes volúmenes de metano en la atmosfera, acelerando el efecto invernadero, y con esto el calentamiento global de la tierra. Por lo cual hay que ser sumamente cuidadoso y estudiar con mucha responsabilidad la posible utilización de estas fuentes si queremos proyectar como una fuente de energía fiable a futuro.

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Que son los Hidratos de Metano

Para empezar creemos que es apropiado definir cada parte de este término, es decir, comenzar por explicar que es un hidrato para luego dar paso a un repaso del metano y sus propiedades.

Hidrato es un término utilizado en química orgánica e inorgánica para indicar que una sustancia contiene agua. En la química orgánica un hidrato es un compuesto formado por el agregado de agua o sus elementos a una molécula receptora. Por ejemplo, el etanol, C2-H5-OH, puede ser considerado un hidrato de etileno, CH2=CH2, formando por el agregado de H a un C y OH al otro C. Una molécula de agua puede ser eliminada, por ejemplo mediante la acción de ácido sulfúrico.

Por otra parte el metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4. Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su fase líquida. Éste constituye hasta el 97% del gas natural. Posee un punto de autoignición de 537°C. Y es un gas altamente invernadero el cual puede calentar 23 veces más la tierra que el CO2, pero afortunadamente las concentraciones en la atmosfera de este gas son 220 veces inferiores al CO2.

Por lo cual ya tenemos el camino preparado para empezar a hablar sobre los hidratos de metano.

El hidrato de gas o hidrato de metano es un sólido cristalino, similar en apariencia al hielo, pero constituido por moléculas de gas rodeadas por una malla de moléculas de agua, es decir metano enjaulado entre moléculas de hielo. Este compuesto solido aparece en condiciones de baja temperatura y altísimas presiones: profundidades marinas y zonas de permafrost como Alaska o Canadá. En nuestro país se encuentra a 40 kilómetros mar afuera, bajo una profundidad de fondo marino de mil metros o más, desde Valparaíso a la región de Magallanes.

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Referente a su composición química su estructura principal son dos dodecaedros con doce moléculas de agua. La composición media es una molécula de metano (CH4) por cada 5,75 moléculas de agua (H2O). Debido a la baja densidad que posee, menor que la del agua (0,9 gr/cm3), un litro de hielo combustible sólido equivale a 164 litros de gas metano.

Los fragmentos de hidratos se derriten con rapidez, en respuesta al cambio de presión y temperatura, transformándose en agua y gas metano. Esto se debe a la debilidad que presenta el enlace entre la jaula (agua) y el huésped (metano). Se puede decir que un “trozo” de Hidrato de Gas tiene la apariencia de un pedazo de hielo, con una determinada concentración de gas en su interior. Si este trozo de hidrato lo exponemos a condiciones ideales sobre la superficie de la tierra, por ejemplo, a 20º C y 1 Atmósfera de presión (1,01 bar), el volumen de gas se multiplica por 164, es decir, se ha comprobado que 1 m3 de Hidratos de Gas tomados del fondo marino, se transforman en 164 m3 de gas y 0,84 m3 de agua en la superficie. Lo anterior se traduce en un alto potencial de energía, que a su vez incrementa el interés sobre estos.

FIGURA 2 Ejemplificación de un metro cubito de hidrato de gas.

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FIGURA 1 Estructura de hidrato de carbono que muestra (centro) e hidrógeno (que se adjunta al centro) atrapado en el hielo del enrejado.

1m3 de Hidrato de Gas =164m3deGas+0.8 de agua.

Los trozos de hielo recogidos de los fondos marinos tiene la particularidad de inflamar cuando se les acerca una llama, de ahí el apodo de “Hielo Inflamable”. Aunque muchos gases conocidos tienen la capacidad para formar hidratos, entre ellos el dióxido de carbono y el anhídrido sulfúrico, solo el gas metano es el que aparece abundante en los fondos marinos.

Naturaleza de los Hidratos de Metano

Los hidratos de gas están asociados a formaciones de rocas porosas y permeables de buen espesor, cuando las condiciones (presión y temperatura) son las necesarias para su existencia y acumulación. En el mundo existen dos tipos de ambientes que poseen estas características; ubicándose en estas zonas yacimientos con espesor de hasta 101 metros:

el primero está referido a sedimentos de los fondos marinos y el otro a los suelo continentales congelados o permafrost

FIGURA 3 sedimentaciones de hidratos de metano.

Los sedimentos de fondos marinos en los borde continentales representan la

mayor concentración de hidratos de metano, ya que en este tipo de ambientes se evidencian temperaturas relativamente bajas alrededor de 4 grados Celsius y altas presiones de 48 a 103 bar (700 a 1500 psi) como consecuencia de las grandes profundidades (mayores a 305 metros) en las que se desarrolla el proceso de acumulación.

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Los suelos continentales permanentemente congelados actúan como sello para la formación de trampas donde se acumula el gas. Este proceso se lleva a cabo a temperaturas por debajo del punto de congelación del agua y a presiones menores a la del fondo marino.

Un dato interesante es el saber cómo se determinó, inicialmente, la existencia de estos depósitos de gas no convencionales bajo el fondo marino. Prácticamente se debió casi a una casualidad, al descubrirse e intentar explicar el por qué en gráficas efectuadas mediante sistemas de medición de reflexión sísmica (que permiten representar una “imagen de lo que hay o cómo está conformada la tierra bajo el fondo marino”) aparecía un doble fondo muy marcado, es decir como un “doble eco”, normalmente paralelo al lecho marino real. Con el tiempo logró determinarse que esto correspondía a la parte inferior de la capa de hidratos de gas y el “doble eco” se producía por el efecto que generaban las ondas acústicas, por el hecho de pasar de una zona más rígida de hidratos (“hielo” y rocas) a una con baja rigidez.

En el proceso de formación de hidratos de metano se generan los gases hidratados y gases libre, este proceso queda explicado a continuación.

Generación de metano en sedimentos

El metano del subsuelo marino es generado por procesos microbianos y termo génicos, esto dentro de los sedimentos de los márgenes continentales.

Es el proceso de carácter microbiano los desechos orgánicos de los sedimentos se depositan y se descomponen atreves de una compleja secuencia llamada metanogénesis, generando de esta manera gracias a la acción bacteriana en ambientes anóxicos (en ausencia de oxigeno) gas metano. Esta descomposición se considera que tiene lugar ya sea por fermentación de ácido acético (acetato) o por reducción de dióxido de carbono.

I. Fermentación de ácido acético CH3COOH --> CH4 + CO2

II. Reducción de dióxido de carbono CO2 + 4H2 --> CH4 + 2H20

En el proceso termogenico de generación de metano tiene lugar la

descompocision térmica (“craking”) de materiales derivados orgánicamente para

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formar hidrocarburos incluyendo el metano. Esto ocurre generalmente a más de 2 kilómetros de profundidad en cuencas sedimentarias en donde las temperaturas superan los 100º C. El metano termogenico también puede producirse por la degradación de petróleo a profundidades aun mayores y partir de la maduración de carbón.

Zonas de estabilidad de los gases hidratados

Temperatura, presión y composición condiciona la existencia de los hidratos de gas en la naturaleza.

FIGURA 4 Diagrama de fase.

Diagrama de fase que muestra la frontera entre el gas metano libre y el hidrato de metano para un sistema constituido por agua pura y metano puro (según Kvenvolden y Miles). La figura supone que la presión es simplemente una función de la profundidad total, desde la superficie del mar hasta cierta profundidad en los sedimentos, y que tanto la química del agua de poros como el gradiente térmico son uniformes.

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El diagrama de fase, que muestra el límite entre gas metano libre e hidrato de metano para el sistema de agua pura y metano puro, da una estimación razonable de las condiciones de presión-temperatura bajo las cuales los hidratos de gas naturales, compuesto mayoritariamente de metano, son estables en los márgenes continentales. La presencia de gases de peso molecular más alto (etano o propano) causa que el límite de fase se mueva hacia la derecha, permitiendo que el hidrato se forme a menor presión (es decir a profundidades menores) o a mayores temperaturas. La presencia de sales en el agua de poros mueve el límite de fase hacia la izquierda, causando un decrecimiento en la zona de estabilidad del hidrato. La intersección del perfil de gradiente hidrotérmico con la curva de límite de fase del hidrato de gas corresponde a la mínima profundidad de agua bajo la cual los hidratos de gas son estables. Esta mínima profundidad de agua será menor si el agua es más fría, y mayor si el agua es más templada. En forma aproximada, esta profundidad mínima es de unos 300m en el Ártico, y de 600m en regiones subtropicales. En sedimentos profundos la temperatura normalmente se incrementa con la profundidad y eventualmente alcanza un punto en el cual el hidrato es inestable, a pesar del continuo incremento de la presión con la profundidad. Por lo tanto, dentro de los sedimentos existe una zona en la cual el hidrato de gas es potencialmente estable, comúnmente desde el fondo marino hasta varios cientos de metros por debajo de él. Esto define entonces una zona de estabilidad dentro de la cual si existe saturación de gas (metano) da lugar a la formación de hidrato de gas

Formación de los hidratos de metano

Luego que el metano es generado, este se mueve a través de los sedimentos, para esto existen variar formas como el movimiento de agua de poros que contiene gas disuelto o por flujo de gas libre, por difusión de molecular. Cuando las moléculas de metano que ascendieron logran condiciones termobárica ocurre la formación de hidratos de metano en los poros de los sedimentos en presencia de moléculas de agua. Se observa, entonces, que la formación de metano biogénico puede tener lugar tanto in situ dentro de la zona de estabilidad del hidrato (Hydrate Stability Zone o HSZ) como por debajo de ella. El metano termogénico, por otra parte, debe moverse hacia arriba desde las profundidades hacia la HSZ. Se ha utilizado varias técnicas geoquímicas e isotópicas para identificar el origen del metano en las muestras de hidrato. Luego de su precipitación, el hidrato rellena progresivamente los espacios de los poros de los sedimentos y fracturas, y eventualmente los cementa para dar lugar a depósitos de hidratos masivos o en vetas.

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Debe ser notado que las condiciones de temperatura y presión para la estabilidad de hidratos dependen de la composición del gas y de la presencia de sales y otros componentes del agua de mar. Generalmente se cree que el agua de poro debe estar totalmente saturada con metano antes de que se pueda formar el hidrato natural. La condición de suficientemente alta concentración de metano en agua de poro puede lograrse mediante (i) suministro de cantidades suficientemente grandes de materia orgánica en los sedimentos para generar una descomposición metanogénica intensificada, o (ii) grandes flujos hacia arriba de metano, mayoritariamente relacionados con zonas de fallas, u otros conductos, tales como diapiros, volcanes de fango, etc.

Gas libre bajo los hidratos

Más comúnmente el metano libre en una formación geológica existe dentro de los poros de rocas de baja densidad. Cualquier capa de hidrato puede atrapar metano en tanto la capa forme un sello a través del cual el gas no pueda migrar. El metano libre puede ser gas termogénico que ha migrado hacia arriba desde el interior de la corteza terrestre, o puede ser gas biogénico que constituyó previamente una capa de hidrato, pero que se fundió.

Origen y caracteristicas.

Los hidratos de gas son compuestos químicos sólidos cristalinos que ocurren de manera natural o que se pueden crear en el laboratorio, cuya apariencia asemejan al hielo seco; tienen una estructura clatrática o de jaula, cuya molécula esta formada por agua en forma de hielo y una molécula huésped de gas, generalmente metano. Comúnmente todos los gases (exceptuando el hidrógeno, helio y neón) forman hidratos, sin embargo, los más conocidos y abundantes en la naturaleza son los hidratos de metano (Sloan, 1990), puesto que el metano es el gas más abundante que se forma de manera natural por descomposición o transformación de la materia orgánica, durante la diagénesis, catagénesis o metagénesis; en menor proporción puede haber hidratos de etano, propano y butano.

Los hidratos de gas se encuentran en diferentes condiciones, por ejemplo en los sedimentos de las márgenes continentales, en aguas profundas y en las regiones polares (Permafrost), siempre y cuando existan condiciones de temperatura y presión apropiadas para su formación, estas condiciones específicas se describen más adelante. La presión-temperatura de estabilidad de los depósitos de hidratos de metano (Englezos and Bishnoi, 1988; en Spence, et al., 1995), indican que éstos son estables en sedimentos clásticos oceánicos a profundidades de pocos cientos de

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metros debajo del piso oceánico, donde la profundidad del agua excede los 300 m aunque esto puede variar en función del clima y la profundidad del mar.

Antecedentes Históricos

En 1811 se descubrieron de forma experimental los hidratos de carbono por Sir Humphry Davy.

En los siguientes 100 años a su descubrimiento, todos los estudios siguieron el mismo patrón,

A. Un investigador descubre un nuevo hidrato, B. Se cuestiona la composición del nuevo hidrato y C. Se confirman las estructuras y mediciones hechas en anteriores

investigaciones.

Posteriormente surgen dos aportes importantes por parte de dos investigadores franceses: Villard, quien determinó la existencia de hidratos de metano, etano y propano, y de Forcrand quien tabuló las temperaturas de equilibrio a una atmósfera para 15 componentes incluyendo gases naturales, con excepción del isobutano, el cual fue analizado por Von Stackelberg y Muller (1954)

No fue hasta 1970 que por métodos geofísicos se detectaron dentro de los sedimentos marinos del fondo del Blake Outer Rigde (EEUU). Esto se dio al observar los perfiles sísmicos de un eco doble, que da una copia del fondo marino, y que siempre ha estado asociado a la presencia de hidratos. El eco es denominado “Bottom Simulating Reflector” (BSR) o Eco que simula el fondo.

En 1986 Villard que utilizó valores de calor de formación mayores y menores al punto de congelación, este método permitió hacer mediciones mucho más fáciles, tanto de presión como de temperatura, que cualquier otro.

En 1988, pescadores de bacalao encontraron dos especies vivas de la almeja Calyptogena – que vive del metano -, a 1400 metros de profundidad cerca de la Isla Mocha en la VIII región del Biobío.

En el 2000 comienzan los sucesivos cruceros del buque científico de la armada Vidal Gormaz y de la lancha de la Universidad de Concepción, Kay Kay, que han

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recogido evidencia indirecta de la presencia de metano en muestras de almejas Calyptogena y rocas carbonáticas.

Al 2007 la llegada de las técnicas modernas microscópicas basada en espectroscopia y termodinámica estática, permitieron la determinación directa de las propiedades en fase hidrato, para diferentes compuestos

En la primavera de 2008, una expedición desarrollada en Malik, en los territorios del noroeste de Canadá, estableció que los hidratos de metano se podrían recolectar mediante el uso de una bomba de agua para despresurizar un pozo previamente escavado en la reserva.

En el 2009, el 5 de junio el Servicio Geológico de los Estados Unidos anunció el descubrimiento de un tipo de condiciones apropiadas para la extracción minera de los hidratos de metano a 1000 metros por debajo del lecho marino en el Golfo de México.

Yacimientos

Solo en los últimos años los gases hidratados están siendo considerados como una de las fuentes más importantes de recursos energéticos mundiales, muy por encima de las reservas convencionales conocidas actualmente. Las reservas estimadas de carbono asociado a los hidratos son de 100000 gigatones (1×109 toneladas), lo que significa el doble de carbono que hay en todos los combustibles fósiles que se conocen. Aunque la estimación de las reservas mundiales de gas contenido en hidratos está todavía por ser investigadas, un ejemplo, las estimaciones del Servicio Geológico de Estados Unidos sobre los hidratos, en ese país varían desde 113000 trillones de pies cúbicos (Trillons Cubic Feet, TCF) a 670000 TFC. En estas estimaciones no se considera el porcentaje de recuperación de gas de los hidratos.

La cantidad de metano contenida en los fondos marinos en forma de hidratos es aproximadamente 3000 veces el contenido en la atmosfera.

En el continente antártico, dado que la temperatura de las aguas favorecen la estabilidad de los hidratos, expediciones geofísicas españolas, americanas e italianas ya han encontrado importantes acumulaciones de hidratos submarinos, entre ella en la Península Antártica y en las Islas Shetland del Sur, donde están situadas las bases científicas españolas.

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Los reservorios de hidratos de metano en el mundo se encuentran distribuidos de

la siguiente manera: costa afuera de México, Costas afuera de Oregón, Costa afuera de California, costa afuera de Carolina, Costa afuera de Alaska, en las costas de Centroamérica, Costa afuera de Perú, en el Mar Negro, en el mar Caspio, en el mar Mediterráneo, Costa afuera de Japón, Costas afuera de india y Costa afuera de la Antártida. En el caso de los suelos permanentemente congelados solo se han registrado acumulaciones en las zonas adyacentes al ártico.

FIGURA 5 Esquema de un yacimiento de hidratos de metano.

Las deslumbrantes cantidades de este recurso energético están induciendo a

países desarrollados con escasos recursos de hidrocarburos, a invertir en proyectos de investigación para identificar acumulaciones e innovar métodos de extracción económicamente viables. Japón, Canadá, Rusia, India, Estados Unidos, Noruega entre otros son algunos de los países interesados en este tema.

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FIGURA 6 estimación en cantidad de átomos de carbono (1 015 g¿ .

Extracción de Hidratos de Metano

Reconocimiento de Hidratos de metano

Herramientas usadas para el reconocimiento de los hidratos de gas submarinos • Estudios geofísicos • Perforación (testigos) • Geoquímica (inorgánica - orgánica)

Estudios Geofísicos: Dentro de estos el que más se utiliza es el Bottom Simulating Reflector (BSR), en el cual se forman perfiles del fondo marino, donde se puede divisar la presencia de hidratos. Los perfiles se forman por reflexión cuando las ondas atraviesan la diferencia de densidad que existe entre el fondo marino helado y el que hay por debajo. El fondo marino helado con hidratos, a su vez, realiza las funciones de tapadera, impidiendo que los gases en estado libre lleguen a la superficie a menos que haya una fisura o falla en el suelo marino.

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Hidratos de Gas

Combustibles Fosiles

Suelo

en agua

Animales Terrestres

Pantano y otras fuentes

g) 15Cantidad de atomos de carbono (10

10000

5000

1400 980

830 500

FIGURA 7 Reconocimiento de hidratos de metano.

Perforación con recuperación de testigo: La toma de testigos suele ser necesaria durante las 15 fases de investigación regional y caracterización de emplazamiento. De este modo pueden realizarse descripciones y ensayos de laboratorio sobre los testigos, a la vez que se emplea el sondeo para ensayos hidráulicos y muestreo geoquímico.

Geoquímica: es una especialidad de las ciencias naturales, que sobre la base de la geología y de la química estudia la composición y dinámica de los elementos

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químicos en la Tierra, determinando la abundancia absoluta y relativa, distribución y migración de los elementos entre las diferentes partes que conforman la Tierra (hidrosfera, atmósfera, biósfera y geósfera)

El objetivo específico es localizar nuevos depósitos de metales y no metales, o las acumulaciones de gas natural y petróleo, y localizar las extensiones de depósitos existentes, por el empleo de métodos químicos.

Los métodos usados involucran mediciones sistemáticas de uno o más elementos químicos o sus componentes, los cuales usualmente ocurren en pequeñas cantidades. Las mediciones son hechas en alguna de las varias sustancias de ocurrencia natural, fácilmente muestreadas, tales como rocas, sedimentos de arroyo, suelos, agua, vegetación o aire.

Extracción del gas hidratado y producción de metano.

La extracción del metano de su hidrato, es el principal obstáculo para la producción de metano. Adicionalmente, el metano libre bajo la zona de hidratos constituye otra fuente de gas por lo que se plantean varias técnicas para disociar los hidratos de metano, estas técnicas son:

despresurización inyección de inhibidores calentamiento directo del hidrato (estimulación térmica) Extracción

mediante sistemas de minería hidráulica.

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En el proceso de despresurización los hidratos son expuestos a un ambiente de baja presión, donde ellos son inestables y se descomponen en metano y agua. La energía calórica proviene del interior de la tierra (flujo de calor geotérmico). El metano liberado puede ser entonces recuperado mediante tecnologías convencionales. El método de despresurización involucra la perforación horizontal en la zona de gas libre, que subyace a la zona de hidratos. A medida que el gas libre es removido, lo hidratos que cubren a la capa con gas libre se despresurizan, y se descomponen a su vez en metano y agua. Es esperable que la remoción continua del gas producido sustente esta disociación inducida por la baja de presión de la base de la zona de hidratos. Este método parece ser el más adecuado para los depósitos en donde haya gas repartido en forma extensa en una trampa debajo de la capa de hidratos.

En el proceso de inyección de inhibidores, un inhibidor químico, por ejemplo metanol o glicol, es inyectado a la zona de hidratos de gas. Los inhibidores químicos desplazan el equilibrio de presión-temperatura de tal manera que los hidratos no siguen siendo estables, y los hidratos se disocian en la superficie de contacto.

En el proceso de calentamiento directo de

los hidratos, la energía térmica puede ser introducida a los estratos que contienen hidratos para poder aumentar la temperatura local en forma suficiente como para causar la disociación del hidrato. Este proceso posee un favorable balance energético neto, ya que la energía calórica requerida para la disociación es alrededor de un 6% de la energía contenida en el gas liberado. En términos simples, se puede bombear vapor o agua caliente hacia el fondo marino a través de un pozo de perforación para disociar el hidrato y liberar metano. El metano liberado

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FIGURA 8 GHSZ zona de estabilidad de los hidratos de gas.

FIGURA 9 GHSZ segunda parte

podría ser entonces bombeado a la superficie del fondo marino a través de otro pozo de perforación.

Otro método que se ha investigado es la extracción directa de hidratos formados en el fango del fondo marino, mediante equipos de minería hidráulica para ser procesados posteriormente, en una planta productora de metano. Los hidratos extraídos son inestables y deben ser transportados en estanques herméticos refrigerados a –10º C para evitar su disociación.

La primera opción se considera económicamente viable y ya se aplicó para un yacimiento en Rusia. La tercera opción requiere aumentar la temperatura del yacimiento, sin embargo las grandes profundidades a las que se debe perforar produce perdidas de energía inaceptables.

La empresa norteamericana “Precisión combustión” planteo una solución factible la cual desarrollo una caldera que podría introducirse directamente en el yacimiento, esta empresa también expreso que la tecnología permitiría eliminar el CO2 del medio ambiente (producido en la combustión) y secuestrarlo en el yacimiento. Sin embargo esta técnica solo se ha desarrollado a nivel de laboratorio y se encuentra en fase de aplicación en condiciones reales.

En el presente de los hidratos de metano las pruebas piloto más interesantes para su extracción se han llevado a cabo en Malik, en el delta del Mackenzie (Canadá) en 2002 y 2008. En estas colaboraron Canadá, Japón, India, Alemania y Estados Unidos. En el último intento se cargo la balanza en favor de la despresurización como método de extracción controlado, bajar la presión a la que el metano es estable ayudaría a liberar la molécula de su jaula, la expedición logro producir con éxito unos 4000 metros cúbicos de gas al día durante un periodo de pruebas de seis días. Con esto los intentos de calentar el hielo quedan atrás debido a sus altos costos.

Transporte del metano

El transporte del metano desde el sitio de producción a la costa podría tener lugar a través de gaseoductos submarinos, como se hace en tierra para el transporte de gas natural a grande distancias. Sin embargo, los gaseoductos submarinos son costosos y los riesgos geológicos de avalanchas submarinas en el talud hacen que esta opción se piense y sea difícil de concretar. Otras apuestas para el transporte son la licuefacción de gas a bordo de un barco o plataforma de perforación que también pueden ser consideradas. Otras alternativas son el

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procedimiento de Timothy Collet del US Geological Survey, una de las mayores autoridades mundiales especializadas en los hidratos de gas, el cual involucra la quema de parte del metano para obtener hidrogeno y monóxido de carbono. Estos pueden ser convertidos con la ayuda de un catalizador a algún hidrocarburo líquido, el cual es fácil de transportar. En este proceso se pierde el 35% de la energía del metano.

En tanto otro método sugerido por Roger Sassen de la Texas A&M University, involucra la reacción de metano con agua del fondo marino para obtener hidratos libres de sedimento. Estos hidratos puros pueden ser almacenados en tanques y ser remolcados a una infraestructura en aguas someras (poco profundas), donde pueden ser descompuestos en forma segura a gas y agua.

FIGURA 10 Licuefacción a bordo de un barco.

FIGURA 11 Transporte mediante pellets.

Mejoras tecnológicas.

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La falta de tecnologías adecuadas ha sido el mayor impedimento en considerar la factibilidad de la explotación de los recursos de metano de los hidratos de gas, situados en la parte profunda del talud y elevación continental.

Sin embargo en los últimos años de la década de 1990 en especial en los dos últimos años han habido dramáticos mejoramientos en las tecnologías de perforación, de terminación y puesta en producción de yacimientos de petróleo y gas en aguas profundas, en el golfo de México (EE.UU.), Brasil, Angola, Nigeria e Indonesia, cuyas profundidades de agua fluctúan entre 488 metros y 2.000 metros bajo la superficie del mar. La industria petrolera actualmente acepta límites operacionales de exploración superiores a los 4.000 metros de profundidad del mar. Esta disponibilidad de barcos, equipos y medios de operación ha reducido notablemente los costos de operaciones en aguas profundas. Estos avances tecnológicos en yacimientos de petróleo y gas en aguas profundas pueden ser adecuados para el desarrollo de los recursos de hidratos de metano marinos.

El empleo de nuevos dispositivos geofísicos de avanzada tecnología en la exploración de hidratos de gas, como la sonda de resonancia nuclear magnética, serán de gran ayuda para determinar la concentración de metano en los reservorios individuales saturados de hidratos en los fondos marinos y verificar donde estos recursos pueden ser explotados comercialmente.

A pesar de los elevados costos, la dificultad de extracción y las tecnologías que deben aplicarse por las profundidades a las que se encuentran, los hidratos de metano jugaran un papel protagónico en el futuro por sus indiscutibles usos, ventajas y su menor impacto ambiental suponiendo una extracción sin desperfectos a gran escala.

Utilización

Aparte de usar los hidratos de metano como una fuente de energía combustible, la investigación acerca del sistema de hidratos de metano puede también catalizar otros usos directos e indirectos de ellos o de los procesos por los cuales los hidratos se forman.

Las ventajas a primera vista de utilizar este gas podrían ser: Mejor rendimiento en la combustión Ausencia de corrosión en las instalaciones Supresión de la necesidad del almacenamiento de combustible

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Reducción de pérdidas de combustibles en su transporte por el avance de las técnicas de canalización

Combustión controlable sin necesidad de personal especializado Combustión exenta de agentes contaminantes

Con todo damos a conocer sus posibles usos.

Combustible

El metano es importante para la generación eléctrica ya que se emplea como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor.

Si bien su calor de combustión, de unos 802 kJ/mol, es el menor de todos los hidrocarburos, si se divide por su masa molecular (16 g/mol) se encuentra que el metano, el más simple de los hidrocarburos, produce más cantidad de calor por unidad de masa que otros hidrocarburos más complejos. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberías hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefacción y para cocinar. En este contexto se le llama “gas natural”. En la actualidad el gas natural es empleado como combustible alterno por varios vehículos de transporte público como taxis y colectivos, en Afganistán y la Argentina son los países donde más vehículos usan gas natural como combustible.

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FIGURA 12 Uso histórico de los combustibles a nivel mundial.

En esta gráfica nuevamente confirmamos la supremacía del consumo de petróleo y la tendencia de ésta sigue aumentando. También el alza de consumo de gas natural, el cual se aprecia que ha sido el que ha presentado la mayor alza en el tiempo comprendido. Lo cual quiere decir que éste es un combustible que ha presentado una gran aceptación por el mercado debido a sus buenas propiedades.

Generación de electricidad a partir del flujo de gas

Una posibilidad interesante de generación de electricidad ha sido concebida en la etapa de transporte de metano a través de gaseoductos desde las fuentes profundas de hidratos hasta la costa. Un gaseoducto de estas características poseerá un gran gradiente de presión, el cual puede ser aprovechado convenientemente para impulsar turbinas generadoras de electricidad. Esto podría llevar a cabo el doble objetivo de reducir la velocidad del flujo de gas a través de la transferencia de energía cinética a energía eléctrica, y el de la producción de corriente eléctrica.

Desalinización de agua de mar

En este proceso se sugiere que si el agua de mar es combinada con un agente formador de hidrato (por ejemplo metano) en una nave con control adecuado de temperatura y presión, entonces se formará hidrato. Tras la formación, la salmuera

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puede ser separada de los hidratos y los hidratos pueden desintegrarse. En este proceso, los hidratos darán lugar a agua fresca y agente formador de hidratos. El agente formador de hidratos puede ser reciclado al sistema para continuar la formación de hidrato con agua de mar.

Almacenamiento de CO2

El dióxido de carbono del ambiente puede ser convertido a hidrato en condiciones medioambientales de océano profundo, y almacenado allí hasta su disociación, de vuelta a CO2, a escala de tiempo geológica. Esta materia está sujeta a mucho debate y especulación.

Usos industriales

En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos químicos, el metano se transforma primero en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, mediante reformación por vapor. En este proceso, el metano y el vapor de agua reaccionan con la ayuda de un catalizador de níquel a altas temperaturas (700 -1.100 °C).

Otros productos químicos menos importantes derivados del metano incluyen el acetileno obtenido haciendo pasar metano a través de un arco eléctrico, y los clorometanos (clorometano, diclorometano, cloroformo, y tetracloruro de carbono), producidos por medio de la reacción del metano con cloro en forma de gas. Sin embargo, el uso de estos productos está disminuyendo, el acetileno está siendo remplazado por sustitutos más económicos y los clorometanos debido a motivos de salud y medioambientales.

Misterio del “Triangulo de las Bermudas”

Mediante cualquier movimiento de los fondos marinos, como un descenso drástico del nivel del mar o un terremoto puede provocar la liberación de grandes cantidades de gases contenidos en el fondo marino en calidad de hidratos de metano. Esta liberación provocaría que un sector del mar estuviese con aguas muy agitadas, como agua en ebullición de muy baja densidad relativa, y cualquiera embarcación que accidentalmente se encuentre en tal sector del mar perdería flotabilidad y se hundiría rápidamente. Si el flujo de gas fuera considerable, una pluma de este gas se elevaría de la superficie oceánica y podría afectar a cualquier avión que cruzara la concentración de gas y podría colapsar. El Triángulo de las

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Bermudas se encuentra localizado en el Mar de los Sargazos, donde la producción biogénica de gas por descomposición de algas es muy alta, por lo tanto la cantidad de gas en el suelo marino, puede dar a lugar a la sobresaturación y condiciones idóneas para la generación de gases hidratados.

Conclusión Hablar de hidratos de metano es un tema bastante complejo que tratar pero

interesante y que a la vez genera gran expectativa en la economía mundial, ya que según lo que se estima, serían grandes cantidades almacenadas en los fondos marinos, lo cual nos permitiría en algún momento en que el petróleo ya no sea la mejor alternativa para mover al mundo, elegir una energía (combustible fósil), de por sí más limpia que cualquier combustible de este tipo para encabezar las matrices energéticas de los países en el futuro.

Hasta el momento esto no es más que un ideal, pero para llevarlo a la realidad aún falta mucho, y según nuestra comprensión en el tema y compartida por muchos expertos de los cuales tomamos referencia para realizar esta investigación , la principal barrera para poder explotar y comercializar esta nueva fuente energética es el interés de las grandes empresas y gobiernos para invertir en los estudios y desarrollos de tecnológicas necesarios para poder llevar adelante este proyecto, ya que de momento el precio del crudo no ha dado aún la imperiosa necesidad de migrar a estas nuevas fuentes de energía. Por otro lado y a pesar de los numerosos

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yacimientos de hidratos de metano dispersos por varios lugares del mundo, las condiciones en que estos se encuentran, ya sean geográficas, geofísicas y químicas hacen que las labores para su investigación y posible explotación sean algo complejas y por lo tanto requieran una gran inversión por parte de los interesados en contar con estos recursos.

Otro punto importante es el impacto ambiental que su extracción o su no extracción pudiesen generar. Ya que como aún no es posible determinar si los hidratos de metano son quienes generan los grandes deslizamientos marinos o al contrario si son terremotos, movimientos tectónicos quienes provocan el desprendimiento de estas masas de metano desde los hidratos.

Para terminar, vale la pena recalcar que una gran alternativa tenemos ante nuestros ojos, ahora es el turno de las autoridades y grandes empresas del rubro energético invertir recursos en el estudio de estas fuentes, ya que como se mencionó anteriormente pueden reemplazar al crudo cuando este ya no sea viable para el desarrollo económico y energético de la sociedad.

Bibliografía http://www.bbc.com/mundo/noticias/

2014/04/140421_ciencia_verde_hidratos_metano_energia_hidrocarburos_np

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrato_de_metano http://www.technologyreview.es/printer_friendly_article.aspx?id=35579 Ciencia y tecnología, hidratos de gas. Autor: Eduardo González pacheco http://161.116.7.34/conferencies/IXtrobada/Hidratos_CosmoCaixa_AC.pdf Segundo Seminario: Desarrollo de Energías no Tradicionales Martes 10 de

Junio de 2008. Hidratos de metano. Medio ambiente y calidad de vida, Biblioteca del congreso nacional, Editora

y Redactora: Mirella Poblete Sotomayor (mpoblete@bcn.cl)

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