Metano de yacimientos de carbón

Los yacimientos de metano de carbón se consideran yacimientos de doble porosidad, donde la porosidad relacionada con las fracturas naturales (diaclasas) es responsable del comportamiento del flujo y la porosidad de la matriz del yacimiento es responsable del almacenamiento de gas. La porosidad de un yacimiento de metano de carbón puede variar entre el 10 % y el 20 %; sin embargo, se estima que la porosidad de las fracturas del yacimiento se encuentra en el rango del 0,1 % al 1 % ^{[ 6 ].}

La capacidad de adsorción del carbón se define como el volumen de gas adsorbido por unidad de masa de carbón, generalmente expresado en SCF ( pies cúbicos estándar , el volumen en condiciones estándar de presión y temperatura) de gas/tonelada de carbón. La capacidad de adsorción depende del rango y la calidad del carbón. El rango suele estar entre 100 y 800 SCF/tonelada para la mayoría de las capas de carbón que se encuentran en los EE. UU. La mayor parte del gas en los yacimientos de carbón se encuentra en forma adsorbida. Cuando el yacimiento entra en producción, primero se bombea el agua de los espacios de fractura. Esto conduce a una reducción de la presión, lo que mejora la desorción del gas de la matriz. ^{[ 7 ]}

La permeabilidad de fractura actúa como el principal canal para el flujo de gas. Cuanto mayor sea la permeabilidad, mayor será la producción de gas. Para la mayoría de las capas de carbón que se encuentran en los EE. UU., la permeabilidad se encuentra en el rango de 0,1 a 50 miliDarcys. La permeabilidad de los yacimientos fracturados cambia con la tensión aplicada a ellos. El carbón muestra una permeabilidad sensible a la tensión y este proceso juega un papel importante durante las operaciones de estimulación y producción ^{[ 8 ]} . ^{[ 9 ]} La permeabilidad de fractura en el yacimiento de metano de lecho de carbón tiende a aumentar con el agotamiento del gas; a diferencia de los yacimientos convencionales. Este comportamiento único se debe a la contracción del carbón, cuando el metano se libera de su matriz, lo que resulta en la apertura de fracturas y un aumento de la permeabilidad. ^{[ 10 ]} También se cree que debido a la contracción de la matriz de carbón a presiones más bajas del yacimiento, hay una pérdida de tensión horizontal en el yacimiento que induce la falla in situ del carbón. Tal fallo se ha atribuido a una disminución repentina de la permeabilidad de la fractura del yacimiento ^{[ 11 ] [ 9 ].}

En algunas zonas, el espesor de la formación puede no ser directamente proporcional al volumen de gas producido.

Por ejemplo, se ha observado en la cuenca de Cherokee, en el sureste de Kansas , que un pozo con una sola zona productiva de 0,3 a 0,6 metros (1 a 2 pies ) puede producir excelentes caudales de gas, mientras que una formación alternativa con el doble de espesor puede producir prácticamente nada. Algunas formaciones de carbón (y esquisto) pueden presentar altas concentraciones de gas independientemente de su espesor, probablemente debido a otros factores geológicos de la zona. 

La diferencia de presión entre el bloque del pozo y la cara de arena debe ser lo más alta posible, como ocurre en cualquier yacimiento productor en general.

Otros parámetros que influyen incluyen la densidad del carbón, la concentración inicial en fase gaseosa, la saturación crítica de gas, la saturación irreducible de agua y la permeabilidad relativa al agua y al gas en condiciones de Sw = 1,0 y Sg = 1-Sw irreducible respectivamente.

Al igual que con todos los combustibles fósiles basados ​​en carbono, la quema de metano de lecho de carbón libera dióxido de carbono (CO₂ _{) a} la atmósfera. Su efecto como gas de efecto invernadero fue analizado por primera vez por el químico y físico Svante Arrhenius . La producción de CBM también implica fugas de metano a la atmósfera. Se estima que el metano tiene un efecto sobre el calentamiento global 72 veces mayor por unidad de masa que el CO₂ en 20 años, reduciéndose a 25 veces en 100 años y a 7,5 veces en 500 años. ^{[ 14 ]} El análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de las fuentes de energía indica que la generación de electricidad a partir de CBM, al igual que con el gas natural convencional, tiene menos de la mitad del efecto de gas de efecto invernadero del carbón. ^{[ 15 ]}

A nivel mundial, la minería del carbón también es una fuente importante de emisiones de metano. ^{[ 16 ]} Para determinar los volúmenes, la industria, los gobiernos y las ONG se basan en una combinación de monitoreo e informes de emisiones, estimaciones y observaciones satelitales. Los métodos actuales para estimar las emisiones a nivel de mina de carbón se basan en datos de actividad de la operación y el contenido de gas metano de las vetas de carbón. Las metodologías de emisiones de varios estudios académicos y de ONG como Global Energy Monitor y Climate Trace están disponibles públicamente. ^{[ 17 ]}

Numerosos estudios australianos han indicado los efectos ambientales negativos a largo plazo de la extracción de gas de vetas de carbón, tanto a nivel local como global. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

En Estados Unidos, el metano que se escapa del carbón durante la extracción representa el siete por ciento de las emisiones totales de metano . ^{[ 23 ]} La recuperación del metano de las minas de carbón antes de la extracción se considera una gran oportunidad para reducir las emisiones de metano. Empresas como CNX Resources cuentan con programas de mitigación de metano para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de minas activas y cerradas. ^{[ 24 ]}

Los pozos de metano de carbón están conectados por una red de carreteras, oleoductos y estaciones compresoras. Con el tiempo, es posible que los pozos se coloquen más cerca entre sí para extraer el metano restante.

El agua producida que se extrae a la superficie como subproducto de la extracción de gas varía mucho en calidad de una zona a otra, pero puede contener concentraciones indeseables de sustancias disueltas como sales , sustancias químicas presentes de forma natural, metales pesados ​​y radionúclidos . ^{[ 25 ]} En muchas regiones productoras, el agua se trata, por ejemplo, mediante una planta de ósmosis inversa , y se utiliza de forma beneficiosa para el riego, el agua para el ganado, usos urbanos e industriales o la supresión de polvo.

Dependiendo de la conectividad de los acuíferos, la extracción de agua puede deprimir los acuíferos en una gran área y afectar los flujos de agua subterránea. ^{[ 31 ]} En Australia, la industria CBM estima la extracción de 126 000 millones de litros (3,3 × 10¹⁰ ^galones estadounidenses) a 280 000 millones de litros (7,4 × 10¹⁰ ^galones estadounidenses) de agua subterránea por año; mientras que la Comisión Nacional del Agua estima la extracción por encima de 300 000 millones ^de litros (7,9 × 10¹⁰ galones estadounidenses) por año. ^{[ 25 ]}   

En 2012, la Aspen Skiing Company construyó una planta de conversión de metano a electricidad de 3 megavatios en Somerset, Colorado, en la mina Elk Creek de Oxbow Carbon. ^{[ 32 ]}

Los recursos de gas de vetas de carbón se encuentran en las principales cuencas carboníferas de Queensland y Nueva Gales del Sur, con recursos potenciales adicionales en Australia Meridional. La extracción comercial de gas de vetas de carbón (CSG) comenzó en Australia en 1996. En 2014, el gas de vetas de carbón, procedente de Queensland y Nueva Gales del Sur, representaba aproximadamente el diez por ciento de la producción de gas de Australia. Las reservas demostradas se estimaban en 33 billones de pies cúbicos (35 905 petajulios) en enero de 2014. ^{[ 33 ]}

• Cuenca de Bowen
• Cuenca de Surat
• Cuenca de Sídney

En Canadá, se estima que la Columbia Británica posee aproximadamente 90 billones de pies cúbicos (2,5 billones de metros cúbicos) de gas de lecho de carbón. Alberta , en 2013, era la única provincia con pozos comerciales de metano de lecho de carbón y se estima que posee aproximadamente 170 billones de pies cúbicos (4,8 billones de metros cúbicos) de metano de lecho de carbón económicamente recuperable, con reservas totales que ascienden a 500 billones de pies cúbicos (14 billones de metros cúbicos) . ^{[ 34 ] [ 35 ]}      

El metano de los yacimientos de carbón se considera un recurso no renovable , aunque el Consejo de Investigación de Alberta , el Servicio Geológico de Alberta y otros han argumentado que es un recurso renovable debido a que la acción bacteriana que lo forma es continua. Esto es objeto de debate, ya que también se ha demostrado que la deshidratación que acompaña a la producción de metano de los yacimientos de carbón destruye las condiciones necesarias para que las bacterias produzcan metano ^{[ 36 ]} y la tasa de formación de metano adicional es indeterminada. Este debate está generando actualmente un problema de derechos de propiedad en la provincia canadiense de Alberta , ya que solo los recursos no renovables pueden ser propiedad legal de la provincia. ^{[ 37 ]}

Aunque se ha estimado que el gas in situ en los campos de carbón de Gran Bretaña es de 2.900 mil millones de metros cúbicos, es posible que tan solo un uno por ciento sea económicamente recuperable. El potencial de CBM de Gran Bretaña está en gran medida sin probar. Parte del metano se extrae mediante operaciones de venteo en minas de carbón y se quema para generar electricidad. La evaluación por parte de la industria privada de pozos de metano de lecho de carbón independientes de la minería comenzó en 2008, cuando se emitieron 55 licencias de exploración terrestre, que cubren 7.000 kilómetros cuadrados de áreas potenciales de metano de lecho de carbón. IGas Energy se convirtió en la primera en el Reino Unido en extraer comercialmente metano de lecho de carbón separado del venteo de la mina; a partir de 2012, los pozos de metano de lecho de carbón de Igas en Doe Green, que extraen gas para la generación de electricidad, eran los únicos pozos comerciales de CBM en el Reino Unido. ^{[ 38 ]} El uso de CBM (en GWh) para la generación de electricidad, la extracción de carbón y otras industrias en el Reino Unido es como se muestra.

La producción de metano de lecho de carbón en Estados Unidos en 2017 fue de 1,76 billones de pies cúbicos (TCF), lo que representa el 3,6 % de la producción total de gas seco en el país ese año. La producción de 2017 fue inferior al pico de 1,97 TCF alcanzado en 2008. ^{[ 39 ]} La mayor parte de la producción de metano de lecho de carbón provino de los estados de las Montañas Rocosas: Colorado, Wyoming y Nuevo México.

Según profesionales del sector, Kazajstán podría presenciar el desarrollo de un importante sector de metano de lecho de carbón (CBM) en las próximas décadas. ^{[ 40 ]} Investigaciones preliminares sugieren que podría haber hasta 900 mil millones de m³ de gas en los principales yacimientos de carbón de Kazajstán, lo que representa el 85 % de todas las reservas del país.

Great Eastern Energy (GEECL) fue la primera empresa en obtener la aprobación de un plan de desarrollo de yacimientos. Tras la perforación de 23 pozos de producción vertical por parte de GEECL, el metano de lecho de carbón estuvo disponible comercialmente en India el 14 de julio de 2007, con un precio de GNC de 30 rupias por kg. Inicialmente, el 90 % del metano de lecho de carbón se distribuiría como gas natural comprimido (GNC) para alimentar vehículos.

GEECL es responsable de la primera estación de gas metano de lecho de carbón del sudeste asiático y también está instalando otra en la ciudad de Asansol , en Bengala Occidental .

Prashant Modi, presidente y director de operaciones de GEECL, dijo: "Dado que la nación necesita mayores fuentes de energía para sostener su ritmo de desarrollo, confiamos en que el CBM desempeñará un papel importante como una de las principales fuentes de energía para las generaciones futuras". ^{[ 41 ]}

La cartera de gas metano de carbón (CBM) de Essar Oil and Gas Exploration and Production Ltd., perteneciente al Grupo Essar, incluye 5 bloques. Actualmente, solo uno de ellos, Raniganj East, está en operación. Los otros son Rajmahal en Jharkhand, Talcher e Ib Valley en Odisha, y Sohagpur en Madhya Pradesh. Estos 5 bloques poseen unas reservas estimadas de 10 billones de pies cúbicos (CBF) de gas metano de carbón.