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OrizzontEnergia

Fossili non convenzionali

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Cosa sono le fonti fossili non convenzionali? Come funzionano Shale Oil, Tight Oil, Shale Gas e Tight Gas?

Con il termine fonti fossili non convenzionali o idrocarburiidrocarburi
Composti chimici formati da carbonio e idrogeno che costituiscono il petrolio e il gas naturale. Esistono diverse classificazioni degli idrocarburi a seconda dei legami chimici presenti nelle molecole.
non convenzionali
si intende una serie di composti tra loro molto differenti, ma tutti accumunati da elevata densità e viscosità, il cui sfruttamento comporta l’applicazione di tecniche di estrazione e lavorazione più complesse, costose e talvolta a maggior impatto ambientaleimpatto ambientale
L'insieme degli effetti (diretti e indiretti, nel breve o nel lungo termine, positivi o negativi, ecc..) che l'avvio di una determinata attività ha sull'ambiente naturale circostante.
rispetto a quelle impiegate per il recupero delle fonti fossili convenzionali.

Il crescente interesse per lo sfruttamento di queste enormi risorse, divenute riserve solo a partire dall’ultimo decennio, è una diretta conseguenza dei miglioramenti tecnologici che hanno interessato le tecniche di estrazione e della diminuzione dei relativi costi.

Nella fattispecie, sono stati gli enormi passi avanti che hanno interessato la tecnica della fratturazione idraulica (hydro fracturing), a dare il via ad una vera e propria “rivoluzione” che ha portato, negli Stati Uniti ad un vero e proprio boom produttivo dello shale gas (gas naturalegas naturale
Idrocarburo che ha un'origine simile al petrolio, che si forma a partire dalla decomposizione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno (O2) di microorganismi, attraverso processi biologici avvenuti nel corso delle ere geologiche. La composizione del gas naturale varia notevolmente a seconda del sito di formazione, ma in genere presenta un'alta percentuale di metano (dal 70 al 95 %), anidride carbonica (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

), azoto (N2) e idrogeno solforato (H2S).
intrappolato in giacimenti rocciosi, tipicamente argillosi), con oltre 175 miliardi di m3 prodotti nel 2012 (il doppio dei consumi italiani di gas) e del tight oil, petroliopetrolio
Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
convenzionale intrappolato anch’esso in giacimenti rocciosi argillosi. Particolarmente proficuo in tal senso si sta dimostrando il giacimento di Dakken situato tra il North Dakota ed il Montana con una produzione giornaliera di circa 550.000 barili.

Oltre che su shale gas e tight oil, i riflettori sono puntati anche sulle tartar
Residuo pesante derivante dalle operazioni di raffineria, particolarmente ricco di zolfo e molto viscoso.
sands
, ovvero su giacimenti intrisi di petrolio altamente denso e viscoso, le cui maggiori riserve si trovano in Canada, nello Stato di Alberta, che vanta circa il 70% delle risorse mondiali scoperte, ed in Venezuela, nel bacino dell’Orinoco. Benché lo sfruttamento su larga scala di tali giacimenti vide i suoi primordi negli anni ’70, le nuove tecniche di estrazione messe a punto sono oggi in grado di garantire una rendita molto maggiore, ma con costi economici e talvolta energetici più elevati.

Ancora economicamente poco competitiva è invece l’estrazione dello shale oil, estraibile dalle oil shales e degli idrati di metano, ovvero depositi solidi sottomarini costituiti da ghiaccio e metano intrappolato in esso, di cui il Giappone vanta il primo progetto pilota realizzato nel marzo 2013.

Technically recoverable Shale Gas_Tight Oil resources

Fonte: EIA/ARI Report "World Shale Gas and Shale Oil Resource Assessment" - Giugno 2013 [1]

Ma diamo ora qualche definizione…

Tra le fonti fossili non convenzionali potenzialmente sfruttabili vi sono dal punto di vista del petrolio:

  • Oil reservoir_Source: Canadian Society for Unconventional Resourceslo shale oil - ricavabile processando termicamente le oil shales, rocce sedimentarie a grana fine (scisti e argille bituminose), ricche di un idrocarburo solido detto kerogene (precursore del petrolio);
  • il tigh oil - petrolio convenzionale (leggero), contenuto in rocce serbatoio non convenzionali (scisti e argille bituminose). Benché il tight oil sia presente allo stato liquido, per poterlo estrarre occorre ricorrere a procedure estrattive più complesse di quelle usuali, quali la perforazione orizzontale (fracking) e la fratturazione idraulica (hydro fracturing);
  • gli extra heavy oils - oli extra pesanti caratterizzati da frazioni idrocarburiche ad elevata densità: categoria nella quale rientrano anche le tar sands o oil sands, le cosiddette sabbie bituminosesabbie bituminose
    Sabbie contenenti oli molto pesanti o bitumi che richiedono operazioni di estrazione diverse rispetto agli idrocarburi presenti nelle cosiddette rocce serbatoio. Si ritiene che in futuro le sabbie bituminose, presenti soprattutto in Canada e Venezuela, possano essere sfruttate in modo economicamente conveniente per soddisfare la domanda di energia sempre crescente.
    , giacimenti costituiti da depositi sabbiosi non cementati intrisi di idrocarburi bituminosi.

Sul fronte del gas naturale abbiamo invece:

  • lo shale gas o gas di scisto - intrappolato in accumuli di rocce sedimentarie poco permeabili, solitamente argille, che non lasciano fluire spontaneamente il gas in superficie;
  • il tight gas - contenuto in giacimenti simili a quelli del gas convenzionale, ma molto meno permeabili (sabbie e arenarie compatte) che non permettono al gas di fluire spontaneamente;
  • gli idrati di metano - ovvero depositi solidi sottomarini costituiti da ghiaccio e metano intrappolato in esso;
  • e il CBM - Coal Bed Methane - ovvero metano intrappolato nei filoni di carbonecarbone
    Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d'impiego.
    I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un'elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono 'energeticamente' più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
    presenti nel sottosuolo.

Sistemi di estrazione

Perforazione orizzontale e fratturazione idraulica

Come già anticipato, per ragioni economiche, i riflettori sono oggi puntati sulla produzione di quegli idrocarburi - per lo più shale gas e tight oil, ma anche tight gas - che basano la loro estrazione sulla tecnica della perforazione orizzontale (fracking) attraverso la quale si raggiunge il giacimento per poi procedere alla fratturazione idraulica (hydro fracturing), che prevede l’impiego di acqua ad alta pressione contenente additivi chimici per agevolare la fuoriuscita del combustibile verso la superficie.

Estrazione gas

Altre tecniche di estrazione

Oil shaleNel caso dello shale oil esso viene ottenuto riscaldando a circa 500°C le oil shales, temperatura che consente al materiale organicoorganico
Aggettivo applicato a qualunque sostanza abbia origine animale o vegetale.
contenuto al loro interno di decomporsi e convertirsi in greggiogreggio
Petrolio estratto che non ha ancora subito un processo di raffinazione.
. Oltre ad essere utilizzate per estrarre combustibili liquidi (shale oil) o in parte gassosi, le oil shales possono essere bruciate direttamente in centrali elettriche, proprio come avviene in Estonia, dove la quasi totalità dell’elettricità viene ottenuta bruciando le oil shales in speciali caldaie.

Per estrarre invece gli oli extra pesanti ed il bitumebitume
Miscela di idrocarburi presente in natura oppure ricavabile dalla raffinazione di petroli grezzi selezionati ( non tutti i petroli grezzi esistenti al mondo, infatti, peremttono la produzione di bitume con caratteristiche rispondenti agli standard europei ). Il bitume è solido a temperatura ambiente. Esso viene impiegato per le costruzioni stradali grazie alle sue proprietà di adesività, coesione ed impermeabilità.
occorrono tecniche speciali per far muovere gli idrocarburi, densi e poco mobili, verso il pozzo di estrazione. Le principali tecniche sono:

  • l’estrazione mineraria (mining) - processo che consente di aumentare la permeabilità delle rocce che contengono il greggio aumentando artificialmente la pressione nel giacimento;
  • o la riduzione della viscosità degli oli attraverso l’iniezione di solventi chimici od il ricorso al calore per agevolarne la mobilità e di conseguenza l’estrazione.

Per estrarre invece il Coal Bed Methane (CBM), ovvero il gas naturale intrappolato nei filoni di carbone presenti nel sottosuolo, occorre ridurre la pressione asportando l’acqua presente nella massa carboniosa per favorire così il rilascio del gas verso il pozzo.

Tra i metodi estrattivi attualmente in fase di sperimentazione per estrarre gli idrati di metano, si annoverano:

  • la stimolazione termica, che attraverso l’immissione di calore provocherebbe lo scioglimento del ghiaccio con conseguente liberazione del gas;
  • la depressurizzazione attraverso il pompaggio;
  • e l’introduzione di agenti inibitori che provocherebbero una dissoluzione dei gas per effetto del cambiamento del loro campo di stabilità.

[1] Per avere i metri cubi occorre moltiplicare per 0,028.

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