Estado de la explotación del hidrato de metano

Un recurso energético con un gran atractivo

En Japón, la mayor parte de la demanda de gas natural se cubre mediante la importación de gas natural licuado (GNL). En 2011, por primera vez, las importaciones anuales de este producto llegaron a 100.000 millones de metros cúbicos, que alcanzaron la suma de 4,8 billones de yenes, un récord histórico que supuso un aumento del 37% con respecto al año anterior. Se considera que el “parón nuclear” ocurrido como consecuencia del grave accidente sufrido por la central nuclear Fukushima Daiichi, a raíz del gran terremoto con tsunami de marzo de 2011, fue una de las causas de este aumento en las importaciones. Las previsiones apuntan a que, en el futuro, el suministro estable de GNL se ampliará gracias al auge que está teniendo en Estados Unidos la explotación del gas pizarra, también llamado gas de esquisto. Pero el problema es su precio. Según el informe BP Statistical Review of World Energy 2011, elaborado por la compañía British Petroleum, Japón importa el GNL a un precio CIF(*1) que es 2,5 veces superior al precio Henry Hub(*2) de Estados Unidos, lo cual tiene un fuerte impacto sobre el precio de la energía y sobre la balanza comercial japonesa.

En esta situación, las reservas de hidrato de metano que duermen en la zona económica exclusiva representan una fuente de energía muy atractiva para un país tan pobre en recursos como Japón. El metano que se produce a partir de esta sustancia es el principal componente del gas natural y, si se alcanzase una tecnología de producción suficientemente rentable se conseguiría no solo asegurar una fuente estable de energía a largo plazo y un avance en el autoabastecimiento energético, sino disponer al mismo tiempo de una carta más que jugar a la hora de negociar los precios de importación del GNL. En Japón, es el Ministerio de Economía, Comercio e Industria el que está dando pasos en el desarrollo del hidrato de metano como recurso energético, dirigidos a realizar una primer extracción en el mar, de carácter experimental, el año que viene.

Distribución del hidrato de metano

Combustión del núcleo sintético (Foto: Centro de Investigaciones del Hidrato de Metano)

El hidrato de metano pertenece al grupo de los compuestos llamados “clatratos” y contiene cerca de 170 metros cúbicos de gas metano (en estado estándar) por cada metro cúbico. A veces se le llama “hielo encendido”, pues su aspecto es semejante al del hielo. En estado natural se encuentra en condiciones de temperaturas relativamente bajas y altas presiones. Las dos localizaciones principales de esta sustancia son las zonas de permafrost (suelos permanentemente congelados) y las zonas marítimas en torno a los continentes, pero se ha observado también su presencia en masas de agua de gran profundidad, como el Mar Caspio o el Lago Baikal. Se han barajado diversas cifras al calcular el volumen de gas metano al que podrían equivaler estas reservas globales de hidrato: varios cientos de billones, y varios trillones de metros cúbicos de gas metano. Las últimas cifras se concentran en torno a algunos miles de billones de metros cúbicos. En zonas marítimas próximas a Japón, tales como las aguas de Tokachi o las que van de Erimo a Hidaka (ambas en la costa pacífica de Hokkaido), el área situada al suroeste de la isla de Sado (Mar del Japón), el área frente a la costa de Kashima (Pacífico, norte de Tokio) y la amplia zona que va de las costas de Shizuoka (sur de Tokio) a las de Shikoku y el este de Kyūshū (Pacífico), se ha detectado la reacción llamada “reflector simulador de fondo” (BSR, por sus siglas en inglés), que indica la presencia de este compuesto. La superficie de estos yacimientos se calcula en unos 122.000 kilómetros cuadrados, equivalente a un tercio de la de Japón.

Circunstancias de la explotación del recurso en Japón

En julio de 2001 el Ministerio de Economía, Comercio e Industria publicó el “Programa de desarrollo del hidrato de metano en Japón”, y un año después se creó el Consorcio de Desarrollo e Investigación de los Recursos de Hidrato de Metano (MH21 Research Consortium), entidad encargada de implementar el programa. En su primera fase (2001-2008), se hizo una valoración del volumen de recursos totales (al margen de su viabilidad técnica o económica) en la porción oriental del área marítima llamada Depresión de Nankai, una amplia zona del Pacífico que se extiende desde las costas de la prefectura de Shizuoka hasta las de Mie y Wakayama, valoración que reveló un volumen cercano a 1,14 billones de metros cúbicos de metano, lo que según los datos manejados en ese momento era suficiente para satisfacer la importación nacional durante once años. También se desarrolló la técnica de la despresurización como método productivo de alta eficiencia energética. Se han desarrollado técnicas para medir y valorar las propiedades físicas y las características de descomposición de la capa de hidrato de metano in situ, como el simulador de producción MH21-HYDRES, específicamente diseñado para este recurso, el simulador de deformación de estratos COTHMA y otras técnicas e instrumentos que servirán de base para la futura explotación del hidrato de metano. Para corroborar la efectividad de la despresurización como método productivo, en marzo de 2008 se realizó una prueba de verificación en el delta del Mackenzie, situado en las regiones de permafrost de Canadá, en la que, a lo largo de seis días, se confirmó que efectivamente es posible producir este compuesto de forma continua mediante la despresurización. Este programa, que entró en su segunda fase durante el año fiscal 2009, está siendo llevando a cabo por un consorcio de investigación formado por la Corporación Nacional de Petróleo, Gas y Metales de Japón (JOGMEC, por sus siglas en inglés), y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Avanzadas para la Industria (AIST, ídem).

La capa de sedimentos arenosos bajo los fondos marinos

El hidrato de metano que puede observarse en estado natural se divide en tres grandes grupos: el que aflora como una gran masa en la proximidad de los fondos marinos; el existente en estado masivo en las grietas de los estratos limosos, y el que se presenta entre los gránulos de arena de los estratos arenosos. La capa de hidrato de metano que se está tratando de explotar actualmente es la que se encuentra a profundidades de entre doscientos y trescientos metros por debajo del fondo marino, en estratos formados por sedimentos arenosos. En esto coincide Japón con Estados Unidos, que se plantea el mismo objetivo. Ocurre así porque, debido a la gran permeabilidad de los estratos arenosos, el metano se libera con relativa rapidez y hay expectativas de poder explotarlo a gran escala. Otra razón es que pueden aplicarse muchas de las técnicas de explotación que han venido utilizándose a lo largo de los años en los campos de gas y petróleo. Además, el hidrato de metano se encuentra en los instersticios entre los gránulos de arena, de forma que al descomponerse en gas metano y agua, o desaparecer, no produce ningún cambio de consideración en la estructura del estrato arenoso en sí, siendo por lo tanto muy escasas las posibilidades de que sea causa de hundimientos del terreno a gran escala o de perturbaciones en el propio estrato.

Características de la explotación del hidrato de metano y el método de la despresurización

En los campos de gas de petróleo convencionales, el gas se encuentra a alta presión en areniscas consolidadas y otras rocas, de forma que al excavar, brota por sí mismo. Pero el hidrato de metano se da en forma sólida en los poros que se forman en los estratos de sedimentos arenosos no consolidados, por lo que no brotan. Se precisa, por esta razón, descomponer el hidrato de metano para poder extraerlo en forma gaseosa. Otras características que diferencian su extracción de la del gas en un campo convencional son encontrarse en capas de suelo superficiales bajo masas de agua de gran profundidad, obrar grandes cambios en las propiedades físicas de la capa de hidrato de metano y rebajar la temperatura de la misma, lo que ocurre como consecuencia de la producción del gas.

En el método de producción mediante la despresurización, se bombea primero el agua contenida en el pozo de producción, con lo cual se consigue bajar la presión de la capa de hidrato de metano y, así, descomponerlo y extraerlo. La descomposición del hidrato de metano se lleva a cabo por medio de la aportación de calor procedente tanto del propio compuesto como de la arena y del agua que ocupa los intersticios. Como resultado de esta descomposición, el estrato que aporta el calor sigue perdiendo temperatura, y cuando se consigue la temperatura en que se equilibran la presión del estrato despresurizado y la formación y disociación del hidrato de metano, la descomposición de este de detiene. Debido a ello, en el método de la despresurización la temperatura original del estrato constituye en un importante factor para determinar la tasa de producción o la proporción de gas obtenido. En principio, la única energía necesaria para producir gas por este método es la que consumen las bombas que se usan para extraer el agua contenida en el estrato. La eficiencia energética de este método es, pues, elevada, lo que explica las grandes expectativas que ha despertado como método principal una vez se inicie la producción con fines comerciales.

La primera prueba de producción marina del mundo

En febrero de 2012 se efectuaron las excavaciones preliminares para la que será la primera prueba de extracción marina de este compuesto que se realiza en el mundo. Las excavaciones se llevaron a cabo en un lugar situado a 70 kilómetros en dirección sur-sudeste de la península de Atsumi (prefectura de Aichi), y en otro punto a 50 kilómetros en dirección sudeste desde la península de Shima (prefectura de Mie). Se excavaron un pozo de producción y varios otros para monitorizar el proceso. En el pozo de producción, antes de iniciarse la prueba de producción (de enero a marzo de 2013), se excavará en la capa de hidrato de metano, se completará la construcción del pozo y se colocarán el separador de gas, la bomba electromagnética, diversos sensores y el resto del instrumental. La función de los pozos de monitorización, perforados a unos 20 metros de distancia unos de otros, es hacer diversas mediciones, entre ellas la de las variaciones de temperatura que se dan en la capa de hidrato de metano durante el proceso de producción. Se ha previsto también colocar clinómetros para fondos marinos cuando comience la producción experimental. Se espera que estas mediciones de monitorización permitan mejorar la precisión de los simuladores de producción, así como los simuladores de deformación en los estratos que se manejan actualmente. En estas pruebas de producción se utilizará el método de despresurización, y uno de los aspectos más importantes será, precisamente, verificar si este método permite una producción de gas estable a partir de la capa de hidrato de metano de las regiones marinas.

El camino hacia la utilización práctica

Desde el gran terremoto con tsunami que asoló el este de Japón en marzo de 2011, el hidrato de metano está atrayendo el interés de la sociedad como nueva fuente de gas natural. Pero para explotar un nuevo recurso de estas características, es imprescindible dotarse de una firme base tecnológica que solo puede conseguirse mediante una serie de pruebas. El año que viene se llevará a cabo la prueba de producción marina, y cuantas más comprobaciones de este tipo se hagan, mayor será la precisión que adquieran las técnicas de explotación. Por otra parte, las técnicas básicas que vayan cultivándose durante la explotación de este recurso tendrán un efecto de propagación, pues podrán aplicarse a la explotación de campos de gas de petróleo convencionales que, por dificultades técnicas, hoy en día permanecen intactos. Es posible que todo ello conduzca al desarrollo de técnicas propiamente japonesas para la explotación de recursos, así que será necesario también formar una nueva generación de técnicos para asegurar su futuro.

(Escrito el 2 de abril de 2012)

(Traducido al español del original japonés)