L’importanza sempre maggiore delle energie fossili non convenzionali In seguito all’incremento della produzione di gas di scisto negli Stati Uniti, nei decenni passati le riviste specializzate hanno posto in gran risalto le fonti energetiche fossili non-convenzionali. Di che energie fossili si tratta? Quale ruolo svolgono e svolgeranno in futuro nel fabbisogno energetico mondiale? Il continuo incremento dei costi, il costante aumento del consumo energetico e lo sviluppo delle tecniche di estrazione hanno contribuito, negli scorsi decenni, ad intensificare lo sfruttamento sempre più intenso di energie fossili non-convenzionali. Queste energie si differenziano da quelle convenzionali non per composizione, ma per tipo di giacimento e per metodo di estrazione. Se per estrarre le energie fossili convenzionali si applicano metodi classici, nel caso di energie fossili non-convenzionali s’impiegano tecnologie innovative, in parte molto complesse e molto costose. Non esiste un’unica definizione di petrolio o gas naturale non-convenzionali, ma piuttosto un’interpretazione del termine con il quale s’identificano tutti quei giacimenti sfruttabili con tecnologie molto complesse. In questo modo ogni tanto si definiscono non-convenzionali anche quei giacimenti posti al di sotto di determinate profondità marine oppure in determinate aree (nell’Artico ad esempio). Il limite tra energie fossili convenzionali e non-convenzionali non è sempre chiaro e può cambiare nel corso del tempo. Pertanto, dopo anni di applicazione, metodi di estrazione non-convenzionali possono trasformarsi in metodi convenzionali. In quest’articolo si adotta la definizione dell'Istituto Federale Tedesco per le Geoscienze e le Risorse Naturali (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe – BGR).
tabella 1
Se nelle riserve1 predomina la quota di petrolio e gas naturale convenzionali, nelle risorse2 la quota maggiore (il 63%) è rappresentata da energie fossili non-convenzionali. E’ probabile che, in futuro, le risorse saranno definite riserve grazie al miglioramento delle tecnologie e che l’andamento del costo di petrolio e gas inciderà sulla convenienza economica dello sfruttamento di tali risorse. Attualmente, parziali, grandi riserve e risorse di petrolio e di gas non-convenzionali si trovano in numerose aree del mondo ma la maggior parte di questi idrocarburi viene estratta nell’America del Nord e nell’America del Sud: sabbie bituminose in Canada, oli extrapesanti in Venezuela, oli e gas di scisti nonché gas da sabbie compatte negli Stati Uniti e in misura minore anche in Canada.
grafico 1
Sabbie bituminose Le sabbie bituminose sono una combinazione di bitume, acqua, sabbia e argilla, laddove la quota percentuale di peso tra bitume e sabbia varia e si attesta intorno al ca. 12%. I grani di sabbia sono ricoperti da una sottile pellicola a sua volta ricoperta da bitumi viscosi. Nei giacimenti le sabbie bituminose non essendo mobili non sono estraibili. Per estrarre petrolio da sabbie bituminose s’impiegano due differenti tecniche: a cielo aperto e sotterranea. La maggior parte delle estrazioni avviene attraverso perforazione. In procedimenti complessi, la sabbia bituminosa viene lavata con acqua bollente mescolata a sostanze chimiche per separare il bitume e ricavare 1
Si definiscono riserve quelle quantità di petrolio/gas naturale di cui si conosce l'esatta localizzazione e che sono economicamente sfruttabili con le attuali tecnologie. 2 Le risorse sono le quantità di petrolio/gas naturale la cui ubicazione è nota ma che non sono ancora convenientemente sfruttabili con le tecnologie a disposizione dell'Uomo, ovvero quantità non ancora scoperte ma che i geologi attribuiscono ad una determinata area.
petrolio. In uno stabilimento cosiddetto “upgrader”3 il bitume viene trasformato in petrolio sintetico. Mediamente occorrono due tonnellate di sabbie bituminose per ottenere un barile (159 litri) di greggio.
Miniera di sabbie bituminose in Canada I più vasti giacimenti di sabbie bituminose si trovano nel nord della regione canadese Alberta che conta circa 140.000 chilometri quadrati di miniere, il doppio della superficie dell’Irlanda. L’estrazione di petrolio da sabbie bituminose ha luogo attualmente solo in Canada dove si iniziò a perforare negli anni Sessanta. L’estrazione di petrolio da sabbie bituminose è assai contestata poiché l’impatto ambientale è molto alto: consumi energetici elevati, emissioni di CO2 e di metano rilasciate in quantità sconsiderate, desertificazioni ed inquinamento di enormi porzioni di terreno, uso spropositato di acqua. Petrolio ultra-pesante (extraheavy oil) Per petrolio ultra-pesante s’intende un tipo di greggio di altissima densità (10 API4) ed elevata viscosità5. Il petrolio ultra-pesante è simile ai bitumi delle sabbie ma più liquido e quindi più facilmente estraibile a costi contenuti e soprattutto a minor impatto ambientale.
3
Un “upgrader” è uno stabilimento in cui si lavorano sabbie bituminose o petrolio ultrapesante per renderlo più fluido e poterlo così trasportare attraverso oleodotti nelle raffinerie dove verrà lavorato. 4 La densità del petrolio si misura in gradi API. Più alto è il grado API minore è la densità e più leggero il greggio. I petroli più leggeri sono più costosi perché da essi si ottengono prodotti più pregiati: benzina e diesel ad esempio. La varietà brent che si trova nel mare del Nord ha un grado API pari a 38, mentre il petrolio ultra-pesante venezuelano un grado API pari a 10 e meno. 5 La viscosità esprime la maggior o minore facilità di scorrimento di uno strato liquido. Più alta è la viscosità meno fluido è il petrolio.
Il petrolio ultra-pesante è molto viscoso e richiede pertanto speciali tecnologie di estrazione I più vasti giacimenti di petrolio ultra-pesante si trovano in Venezuela nella regione dell’Orinoco dove, negli anni Ottanta, si diede il via alle estrazioni. Per lavorarlo prima e raffinarlo poi occorrono gli stessi stabilimenti nei quali si lavorano le sabbie bituminose. Spesso il petrolio ultrapesante viene mescolato con nafta o altri prodotti leggeri per renderlo più viscoso e poterlo, così, raffinare più facilmente. Il Venezuela è il Paese con le maggiori riserve di petrolio al mondo grazie allo sfruttamento delle ingenti riserve di petrolio ultra-pesante. Piccole quantità si trovano anche in altri Paesi: Cina, Azerbaigian e Gran Bretagna. Oli e gas di scisto
L’estrazione di oli e gas di scisto si è resa possibile grazie alla perforazione orizzontale controllata e alla fratturazione Il petrolio e il gas di scisto si trovano in rocce dense e poco permeabili: arenarie, carbonati o pietre argillose. In numerosi Paesi vi sono vaste riserve e risorse. Grazie alla combinazione di due tecnologie – la perforazione orizzontale (horizontal drilling) e alla fratturazione idraulica (hydraulic fracturing o fracking) – verso la fine del 20° secolo è stato possibile estrarre gas e petrolio di scisto. Attualmente sia gli Stati Uniti sia il Canada forniscono petrolio e gas di scisto in quantità commerciali, mentre in Cina, Australia, Argentina, Gran Bretagna e in alcuni altri Paesi hanno luogo perforazioni di prova in attesa che nei prossimi anni si arrivi anche in queste aree al commercio dei due scisti. Sebbene il metodo di estrazione con fratturazione idraulica sia molto contestato per il forte impatto ambientale (inquinamento della falda acquifera ad esempio), pare proprio che anche fuori
dai confini del Nordamerica l’estrazione di petrolio e gas di scisto sia inarrestabile. Tutte le maggiori aziende internazionali si dedicano con impegno a questo tipo di produzione ed un numero sempre maggiore di Paesi rilascia alle multinazionali del petrolio le necessarie concessioni per l’estrazione. C’è da sperare che le tecnologie siano sempre più perfezionate in modo tale da escludere, o quanto meno da rendere minimi, possibili danni ambientali. Tight gas Il gas da sabbie compatte si trova per lo più in pietre arenarie o calcaree a permeabilità ridotta ed appartiene ai gas non convenzionali poiché si ottiene estraendolo solo con l’ausilio di speciali tecnologie. Questo idrocarburo si estrae da molti anni tramite fratturazione idraulica. I giacimenti si trovano ad una profondità di 4.000 metri, dunque ad una profondità decisamente maggior rispetto al gas di scisto, ragion per cui il rischio di una contaminazione della falda acquifera non è così elevato. Scisti bituminosi (kerogene)
Pietra contenente scisti bituminosi Gli scisti bituminosi, da non confondere con gli oli di scisto, sono rocce madri che non sono mai state sepolte a profondità sufficienti alla generazione di idrocarburi. Nonostante giacimenti di scisti bituminosi si trovino in numerosi Paesi, tre quarti delle risorse conosciute del pianeta giacciono negli Stati Uniti. Con l’ausilio di un trattamento termico, dagli scisti bituminosi si estrae il cosiddetto olio di scisto. Il procedimento è molto complesso e richiede un elevatissimo consumo di energia. In alcuni Paesi, da oltre 160 anni si estraggono e si lavorano scisti bituminosi in quantità minime. Attualmente solo in Estonia, nel bacino di Leningrado, nella Cina meridionale e in Brasile si estraggono scisti bituminosi. Gli esperti ritengono che occorra ancora molto tempo prima di poter utilizzare un metodo di produzione poco costoso e soprattutto sostenibile da punto di vista energetico. Gas metano (coalbed-methan) Gas metano è un termine generico con cui si indicano tutti quei gas che si trovano comunemente insieme al carbone. Sebbene la conoscenza di questo idrocarburo corra parallelamente a quella del carbone solo recentemente sono state sviluppate le necessarie tecnologie per il suo utilizzo quale fonte energetica. La sua estrazione è, a dire il vero, piuttosto limitata nonostante la tendenza sia in crescita. Gli Stati Uniti dominano il mercato con una quota pari all’80%; in altri Paesi – Canada, Australia, Germania, Cina ecc. – l’estrazione di gas metano è in aumento. Per estrarre questo idrocarburo s’impiegano ingenti quantità di acqua pompate a grandi pressioni che, al termine della trivellazione, fanno letteralmente schizzare il gas in superficie. A parte l’enorme
dispendio di acqua, l’acqua pompata può contenere sostante velenose che potrebbero danneggiare pesantemente l’ambiente. Gas in acquifero Con questo termine si indica il gas metano sciolto in acqua. Generalmente la solubilità del metano, che è molto bassa, si alza man mano che aumenta la profondità e di conseguenza la pressione. I giacimenti di gas in acquifero sono potenzialmente sfruttabili in acque bollenti sotto pressioni eccezionalmente elevate. Sebbene in tutto il mondo vi siano vastissimi giacimenti, questo gas non viene estratto poiché attualmente la sua estrazione è considerata non conveniente da un punto di vista economico. Paragonato ad altri giacimenti di gas naturale non-convenzionale, il gas in acquifero possiede il potenziale economico più basso. Gli idrati di gas
Gli idrati di gas sono composti cristallini simili al ghiaccio che contengo molecole di acqua e si formano a basse temperature e ad alte pressioni. Negli anni passati sono stati scoperti enormi giacimenti di idrati di gas in quasi tutti i fondali oceanici del Pianeta e nelle aree continentali interessate da permafrost ma le attuali tecnologie non sono ancora in grado di prelevarlo. Gli scienziati sono all’opera fin dall’inizio degli anni Settanta negli Stati Uniti, in Canada, Giappone e Cina poiché gli idrati di gas potrebbero, in futuro, rappresentare un’interessante fonte energetica. Alcuni ricercatori ritengono che gli idrati del gas potrebbero coprir il fabbisogno energetico globale per decenni se solo si riuscissero a sfruttare i vasti giacimenti presenti sulla Terra! E invece non si sa se e quando si svilupperanno le relative tecnologie per l’estrazione e con quali conseguenze ad esempio per l’ecosistema dei fondali marini. I petroli sintetici Ogni tanto i cosiddetti petroli sintetici e relativi derivati vengono annoverati tra le energie fossili non-convenzionali. Si tratta di combustibili liquidi derivati da gas (G-t-L), carbone (C-t-L) o biomassa. Per produrre combustibili o oli sintetici da carbone o gas si applica il cosiddetto processo Fischer-Tropsch, inventato in Germania nel lontano 1925 ed utilizzato per la liquefazione del carbone. Durante il secondo conflitto mondiale questo combustibile veniva prodotto dal carbone per l’industria bellica nazista. Il petrolio a buon mercato proveniente dal Medio Oriente rese questo processo produttivo poco redditizio. Il processo Fischer-Tropsch fu ripreso e sviluppato dall’azienda sudafricana SASOL poiché in quel Paese, all’epoca era molto difficile acquistare sufficienti quantità di petrolio a causa della politica imposta dall’apartheid.
Nel 1955 entrò in funzione il primo impianto di liquefazione del carbone, altri ne seguirono e sono tutt’ora in funzione. La multinazionale Royal Dutch Shell dispone della tecnologia necessaria a produrre gas da combustibili liquidi (G-t-L). Nel Qatar e in Malesia, Paesi che dispongono di ingenti riserve di gas, sono in funzione impianti analoghi. La produzione di combustibili cosiddetti sintetici richiede, da un lato, un enorme dispendio di energia e per questo è considerata molto inquinante, dall’altro implica costi assai elevati. Attualmente non si sa se, in futuro, questo tipo di impianti prenderanno piede anche in altri Paesi.
Impianto di liquefazione del carbone della ditta SASOL in Sudafrica In numerosi altri Paesi vi sono impianti per la produzione di combustibili sintetici tipo diesel da biomassa (colza, paglia ecc..). Gli esperti ritengono che questi impianti potrebbero essere utilizzati per una produzione su larga scala e soprattutto nel rispetto dell’ambiente. L’estrazione di petrolio non-convenzionale e gas continua ad aumentare in tutto il mondo e nel mix energetico globale assume un ruolo sempre più importante. La produzione di energie fossili nonconvenzionali ha fatto sì che le riserve e risorse di petrolio e gas siano aumentate in maniera significativa. Nel mondo, i giacimenti di petrolio e gas non-convenzionali sono più numerosi dei giacimenti convenzionali e riducono la dipendenza da alcuni (pochi) Paesi ed aree. Per quel che concerne il fabbisogno energetico mondiale, il potenziale è sufficiente per molto tempo ancora grazie alle riserve e alle risorse fossili convenzionali. Se per una parte di giacimenti vi sono le tecnologie necessarie all’estrazione, per l’altra parte non si dispone ancora di adeguati metodi di estrazione. L’estrazione della maggior parte di energie fossili non-convenzionali avviene in vari modi ed è spesso ad elevato impatto ambientale poiché la produzione richiede, da un lato, un ingente quantità di energia e dall’altro metodi che danneggiano l’ambiente. Inoltre gli esperti temono che le grandi compagnie petrolifere e del gas investano massicciamente in energie fossili non-convenzionai destinando quantità veramente minime di risorse alle fonti energetiche rinnovabili e sostenibili con conseguente fallimento degli obiettivi fissati dalla politica in difesa del clima. In conclusione, la grande sfida lanciata alla politica impone un’attenta riflessione su costi e benefici e nel contempo obbliga a gettare le premesse per un futuro approvvigionamento energetico sostenibile. Monika Psenner – Esperta in energie
Leggete anche gli altri contributi sul Futuro dell’Energia