Aprovechamiento del metano > El aprovechamiento del metano
 
 

El carbón representa la materia vegetal biodegradada y alterada térmicamente. La materia vegetal se transforma en carbón por el proceso de carbonización. El proceso de carbonización comienza cuando los restos de las plantas caídas y muertas en las zonas emergidas de los pantanos se descomponen por oxidación inmediatamente después de depositarse debido a la presencia de microorganismos. Otra parte queda en un principio recubierta de agua, y su carbonización se produce más tarde al enterrarse paulatinamente con los sedimentos detríticos. La mayor parte del metano resultante de esta producción biogénica primaria fue probablemente emitida a la atmósfera o atrapada en las capas superiores ya que casi todo el metano presente en el carbón se produjo más tarde, cuando aumentó la profundidad de los depósitos de la materia vegetal biodegradada. Este incremento de la profundidad fue acompañado de un aumento en la temperatura y la presión, que dieron lugar a alteraciones térmicas del carbón y a la producción de metano termogénico. El metano quedó almacenado en el interior de las capas de carbón debido en parte a la presión existente. En los lugares donde descendió el grosor y la profundidad de la cobertera, se produjo una fuga de los gases, por lo que los carbones que sufren una mayor presión y se encuentran a mayor profundidad tienen un mayor contenido de gas. El gas que ha migrado desde las capas de carbón puede almacenarse en los estratos adyacentes en función de su permeabilidad, y en algunos casos pueden ser explotables.

Durante el largo período de la carbonización se producen grandes cantidades de gases, estimándose que para la formación de una tonelada de carbón se forman unos 1300 m3 de CBM, aunque sólo una pequeña parte quedará retenida en el carbón o en los estratos adyacentes.

El rango del carbón es el grado o estado que el carbón alcanza durante su carbonización o maduración; es una descripción cualitativa de la secuencia de carbonización. La carbonización es la transformación progresiva de la turba pasando a través del lignito pardo/lignito, después al sub bituminoso, y después al carbón bituminoso hasta llegar a la antracita. Estos rangos están basados en aquellos usados ampliamente en la clasificación ASTM. Para averiguar el rango de un carbón se utilizan una serie de indicadores, entre los que se encuentran las materias volátiles (Mv), el poder calorífico y la reflectancia de la vitrinita: al aumentar un carbón en rango, aumenta su poder calorífico, la reflectancia de la vitrinita y el porcentaje de carbono y disminuye su contenido en materia volátil.

La transformación química que supone un aumento del rango del carbón consiste en que el contenido de carbono en el carbón aumenta a la vez que se produce una pérdida de oxígeno e hidrógeno. El oxígeno puede perderse por deshidratación (pérdida de agua) y por decarboxilación (pérdida de dióxido de carbono). El hidrógeno también puede perderse por deshidratación pero la reacción de mayor interés es la desmetilación (pérdida de metano). El carbono alifático y el hidrógeno se pierden principalmente como metano y el carbón se va enriqueciendo en carbono y en aromáticos.

Las reacciones individuales que ocurren durante la carbonización no tienen lugar simultáneamente; la pérdida de oxígeno por ejemplo, comienza en los primeros estadios de la diagénesis de la materia orgánica, que es bastante anterior al inicio de la producción de metano termogénico.

Hay un pico en la producción del metano que coincide con la etapa de formación del carbón bituminoso. En términos de rango de carbón, este pico se encuentra a menudo en la separación entre el rango bituminoso medio en volátiles (Bmv) y el bajo en volátiles (Bbv).

Muchos autores han indicado que la cantidad de metano producida durante la carbonización puede superar a la cantidad de gas encontrado en los yacimientos de carbón debido a que o bien se ha escapado a la atmósfera o bien ha migrado a las capas adyacentes.

Los procesos descritos anteriormente están basados en la producción termogénica del metano por las mismas reacciones responsables de la alteración térmica de la materia carbonosa. A veces tiene lugar una producción de metano biogénico secundario después de formarse la cuenca carbonífera. Esto podría deberse a una bacteria introducida dentro del depósito de carbón por el agua que circula a través de las capas permeables. La bacteria metaboliza los componentes del carbón tales como n-alcanos, que generan metano y algo de dióxido de carbono.

En resumen, la formación de metano durante la carbonización está gobernada por cinco factores fundamentales: el rango del carbón, el tipo de carbón (composición de macerales), el metamorfismo experimentado, la historia tectónica y el contenido en cenizas o materia mineral.

En la tecnología del aprovechamiento de las concentraciones de gas en zonas carboníferas en el subsuelo terrestre, se pueden dar dos posibilidades:

  • Aprovechamiento del gas existente en huecos y labores mineras de interior, tanto durante como después de la explotación (C.M.M.).
  • Aprovechamiento del gas contenido en las capas de carbón (Proyectos C.B.M. o Coal Bed Methane)

Los beneficios ambientales que tanto el CBM como el CMM nos deparan son muy interesantes. Sabemos que el metano es un potente gas de efecto invernadero, 21 veces más potente que el conocido CO2 y a la vez un gas que influye en el calentamiento global del planeta. Por lo tanto evitar que se libere al exterior contribuye de manera positiva al beneficio medioambiental.

La explotación del metano en capa de carbón nos permite evitar la liberación del gas a la atmósfera a la vez que contribuimos a la generación de energía de una manera limpia. Destacan además las nuevas técnicas de recuperación de CBM mediante almacenamiento de CO2 (ECBM en nomenclatura anglosajona) consistentes en el reemplazo de las moléculas de CH4 adsorbido en los microporos de las capas de carbón por moléculas de CO2. Las moléculas de metano son desplazadas a las fracturas del carbón y a los pozos de producción. El CO2 queda atrapado en la microporosidad y tan sólo una pequeña parte de él llega hasta los pozos de producción, mientras haya una cantidad apreciable de metano que extraer. Los beneficios de la inyección de CO2 son los mayores ritmos de producción y los mejores índices de recuperación. Además se establecerá un almacén de CO2, evitando la liberación de éste gas a la atmósfera.

    Recuperación de metano (ECBM), aumentada por inyección de CO2.

Esta solución parece adecuada, ya que el residuo derivado de la explotación de un recurso del subsuelo es devuelto al emplazamiento original de dicho recurso, evitando así alterar los procesos naturales de la atmósfera.

Existen varios proyectos de ECBM en desarrollo en el mundo, 6 en EE.UU (básicamente localizados en la cuenca de San Juan), 2 en Canadá, 1 en Europa en la cuenca de Silesia, Polonia, conocido como RECOPOL donde colaboran diversos organismos de diferentes países, 1 en China y 1 en Japón.

En la figura representada a continuación se engloba la metodología que se utiliza, teniendo en cuenta las peculiaridades que luego se presentan en cada proyecto.

El CMM también representa reconocidos beneficios medioambientales al recuperar un gas, el metano, que se emite a la atmósfera al abandonar las explotaciones de carbón. Estos escapes continuados de CH4 son perjudiciales para el medioambiente y las técnicas de CMM contribuyen a la eliminación de éstas emisiones y además a la producción, al igual que el CBM, de energía limpia.

Un modelo ideal de generación de energía, sin contaminación por emisión de CO2, debido a su almacenamiento geológico, es el mostrado a continuación.


El gas metano de las capas de carbón ha pasado de ser solo un riesgo de la explotación del carbón a ser un recurso importante en el abastecimiento energético, que en USA ha pasado de una producción de insignificante a principios de los años 1990s, a constituir el 8% de la producción total y el 10% de las nuevas reservas en el 2002.

En 2002 la producción en USA fue de 45.192 millones de m3 y las reservas estimadas de 517.748 millones de m3. El aprovechamiento del metano se extiende, actualmente, por muchos países como Alemania, con unos 80 Mw de potencia instalada, o U.K. con 10 Mw de potencia instalada.

La preocupación por la influencia del cambio climático ha llevado a proponer uno de los métodos de secuestro de CO2 y el aprovechamiento del subsuelo y, en particular, las capas de carbón.

Especial mención merecen los esfuerzos realizados en las cuencas San Juan Basin y Black Warrior (Alabama, USA), donde la explotación del metano ha alcanzado la plena madurez y el costo de la inyección de CO2 se vería disminuido por la producción de metano.

Copyright Laxtron, 2006