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Lo shale gas - Stefano Susani -
Lo shale gas
1. La rivoluzione delle risorse e dell’efficienza
La crescita della nostra Società nel corso degli ultimi secoli è stata sostenuta dalla disponibilità di risorse facili da trovare in grandi quantità. Abbiamo avuto di che nutrirci, scaldarci, costruire le nostre invenzioni e macchine, e crescere una popolazione sempre più numerosa ed esigente. Al di là della DISTRIBUZIONE di questa abbondante messe, che pure è un tema di fondamentale importanza, possiamo dire di avere potuto crescere sostanzialmente senza limitazioni.
Verso la fine del secolo scorso, però, hanno cominciato a manifestarsi le prime preoccupazioni in merito alla effettiva sostenibilità di questo ritmo di crescita, dapprima sul fronte della disponibilità delle principali fonti di energia che stavamo impiegando e successivamente con riferimento a (quasi) tutte le altre materie prime, ai prodotti dell’agricoltura e all’acqua.
Abbiamo cominciato a interrogarci su come utilizzare nuove fonti e risorse, su come conservare e preservare quelle esistenti e la cosiddetta ‘efficiency revolution’ è cominciata. I temi della sostenibilità ne caratterizzano il nucleo etico, ma essa interessa l’utilizzo del territorio e dello spazio in cui viviamo, quello delle risorse, dell’energia, dell’acqua.
Nel caso particolare delle fonti energetiche tradizionali, l’incremento della domanda e la loro oramai limitata disponibilità ha generato un significativo incremento del prezzo, con due effetti: un impulso all’efficienza, e ne abbiamo parlato, e un impulso alla ricerca di nuovi giacimenti o nuove fonti.
Gli ultimi venti anni hanno visto un enorme sviluppo delle tecniche di ricerca ed estrazione. Sono stati trovati nuovi giacimenti, ma si è anche cercato di estrarre olio e gas da dove, fino ad oggi, non era stato possibile. In queste pagine ci concentreremo sulle tecniche di ricerca non convenzionali, così definite per distinguerle da quelle che sono (e continuano ad essere) impiegate nell’estrazione.
Parleremo principalmente di gas non convenzionale (unconventional gas), ma bisogna ricordare che esiste anche un petrolio non convenzionale (non conventional oil).
2. Lo shale gas
Lo sviluppo impetuoso dell’unconventional gas è stato possibile grazie ad una evoluzione tecnologica molto particolare nelle tecniche di estrazione.
La fratturazione idraulica (hydraulic fracking, o semplicemente fracking) ha cominciato a diffondersi negli anni Cinquanta del secolo scorso. In pratica viene combinato un dispositivo di perforazione con un dispositivo di iniezione di acqua in pressione che provoca microfratturazioni nella roccia o in banchi di sabbia molto consolidati grazie alle quali il contenuto in gas (METANO) o petrolio viene liberato e riemerge con il riflusso dell’acqua iniettata.
Non si tratta proprio solo di acqua: in relazione alle diverse caratteristiche geologiche del GIACIMENTO e alla natura della sostanza che si vuole estrarre, vengono aggiunti degli additivi specifici che fanno parte del ‘know how’ di chi estrae. L’acqua che rifluisce è ricca (oltre che di petrolio e gas) anche di contenuti derivati dalla matrice geologica microfratturata, di sale e degli additivi appena menzionati.
La figura sottostante rappresenta una schematizzazione classica della operazione di estrazione con fratturazione idraulica.
La grande novità tecnologica degli ultimi dieci-quindici anni è stata la perforazione direzionale sub-orizzontale. Nata per il microtunnelling, la realizzazione di cunicoli per la posa cavi o polifore ad uso tecnologico, è stata presto perfezionata per adattarla all’industria estrattiva.
Le formazioni scistose ricche di gas hanno spesso un limitato spessore ed una estensione superficiale molto rilevante e la perforazione suborizzontale consente di seguirne lo sviluppo per lunghezze tali da rendere possibile l’estrazione di quantitativi importanti di gas e di olio. Si parla in questo caso di gas da, o di, scisto, o shale gas, proprio per la natura scistosa delle formazioni geologiche che lo tengono imprigionato. Il gas può anche essere contenuto in giacimenti di sabbia molto compatta (si parla di tigh sand gas) o nel corpo di giacimenti di carbone (si parla di coal seam methane o coalbed methane). L’immagine rende l’idea della complessa varietà di giacimenti che oggi si rende possibile sfruttare.
Grazie a questa evoluzione, l’estrazione di gas con sistemi non convenzionali diventa possibile a prezzi competitivi rispetto all’alto prezzo attuale delle risorse tradizionali (la cui crescita è stata, come abbiamo visto, determinata dalla limitata disponibilità e dall’alta domanda).
Si pensi alla formazione nota come “Marcellus Shale”, uno dei maggiori giacimenti di GAS NON CONVENZIONALE al mondo che copre ben sei Stati USA del nord-est e, dunque, necessita di più perforazioni per poter accedere al gas. Secondo l’US Department of Energy, in un rapporto del 2009 sullo sviluppo dello shale gas, si stimano necessari 3.800.000 galloni (15.200.000 litri) di acqua per la fratturazione in un singolo pozzo, con ulteriori 80.000 galloni per le operazioni di perforazione.
La prossima figura schematizza tutto il processo di estrazione con le nuove tecniche.
Gli effetti sugli equilibri geografici della produzione
Guardiamo la mappa. La DISTRIBUZIONE dei giacimenti stimati ( e presunti) cambia di molto la geografia di estrazione rispetto a quella cui ci hanno abituato il gas e il petrolio convenzionali. Paesi come gli USA, l’Argentina, la Polonia, il Sud Africa potrebbero presto diventare esportatori di fonti fossili anziché importatori, rendendo, probabilmente, le stesse fonti fossili più disponibili e meno costose.
Lo stesso problema, che sembrava così incombente verso la fine del secolo scorso, e cioè il fatto che si stesse per raggiungere il picco nella produzione di petrolio, assume una importanza relativa. Così come potrebbe cambiare di molto il ruolo, e il peso, politico di paesi attualmente produttori di gas e petrolio, sostanzialmente concentrati in Medio Oriente: una intera stagione di riequilibrio degli assetti del pianeta sembrerebbe alle porte.
In termini di importanza relativa della produzione di shale gas rispetto alle fonti tradizionali, le stime e le valutazioni più attendibili sono state fatte negli Stati Uniti dove l’estrazione è cominciata ormai da tempo e l’esplorazione ha inquadrato il POTENZIALE dei produzione. L’immagine che segue illustra molto bene le aspettative: lo shale gas si avvia a diventare la prima fonte energetica per gli USA. Scenari simili sono stati sviluppati per l’Australia mentre il paese europeo più avanti in questo senso è il Regno Unito.
In Italia non vi sono aspettative e prospettive di sfruttamento rilevanti.
Queste stime vengono continuamente riviste negli ultimi tempi e sono lontane dall’essere realmente affidabili e definitive. Una cosa resta certa, lo sfruttamento di queste RISERVE è spesso costoso e si motiva soltanto se conveniente rispetto alle altre modalità di estrazione, oppure, come abbiamo detto, se tali fonti si estinguessero o non fossero più accessibili (ad esempio per motivi politici).
4. Quali sono gli aspetti critici
Se i benefici di una maggiore disponibilità di fonti energetiche sono del tutto evidenti, vale anche la pena di discutere gli aspetti critici che derivano dallo sfruttamento di questi particolari giacimenti.
Gli aspetti più delicati sono:
· La fratturazione idraulica, e in particolare l’iniezione di acqua nel sottosuolo, può dar luogo ad interferenze con la falda da cui le comunità attingono per usi domestici, irrigui o industriali.
· ‘Inseguire’ i giacimenti lungo tutta la loro estensione può avere un effetto dirompente per l’ambiente e gli ecosistemi coinvolti.
· Una parte non trascurabile di gas va perso in atmosfera, e il METANO è 24 volte più efficace della CO2 nel generare l’EFFETTO SERRA.
· L’acqua non è una risorsa inesauribile, anzi solo il 2.5% dell’acqua esistente è acqua non salata, e l’estrazione con questa modalità ne richiede molta e ne produce molta di inquinata.
Ognuno dei punti meriterebbe una lunga trattazione, ma li passeremo in rassegna sinteticamente lasciando in conclusione qualche dettaglio in più per il tema dell’acqua.
Lo sfruttamento di un pozzo di questo genere raggiunge profondità di centinaia di metri, normalmente ben al di sotto delle falde superficiali che alimentano i nostri acquedotti. Tuttavia, le normative sono diventate molto sensibili a questo riguardo e richiedono accurati studi idrogeologici e di analisi di bacino prima di autorizzare lo sfruttamento di giacimenti e in particolare di quelli che prevedono l’impiego di tecniche di fracking.
Allo stesso modo, approfonditi studi di impatto ambientale e attente valutazioni degli effetti sugli ecosistemi locali sono diventati un prerequisito ineludibile per svolgere attività estrattive. In particolare per quel che riguarda lo shale gas che, come si vede dalla mappa sopra riportata, è presente in zone molto estese e spesso significativamente abitate, quando non addirittura di pregio naturalistico.
Al problema dell’EFFETTO SERRA si sta rispondendo non soltanto nell’ambito dell’estrazione dello shale gas ma anche del gas convenzionale. Le tecniche estrattive, e soprattutto quelle di trasporto, sono state rese più accurate e sofisticate anche se miglioramenti continuano ad essere apportati e puntano a ridurre in maniera significativamente rilevante il problema.
5. Acqua e gas: risorse non convenzionali?
Il futuro dell’oil and gas è intimamente legato a quello dell’acqua. È intorno a questa preziosa risorsa che si gioca lo sviluppo del settore e, soprattutto, di nuove fonti di energia quali il GAS NON CONVENZIONALE le cui peculiarità geologiche rendono indispensabile un grande dispendio idrico in fase di perforazione ed estrazione.
Mentre assistiamo da un lato all’impatto sempre più evidente dei cambiamenti climatici sui cicli produttivi e dall’altro alla scarsità crescente delle risorse idriche, viviamo un’era incredibilmente energivora, dove la speranza è riposta in nuove fonti di energia. Pensiamo alla scoperta di grandi giacimenti di shale gas in Paesi come UK, Polonia e Ucraina: l’attenzione globale verso questa fonte di energia è oggi molto alta.
Le problematiche legate alla disponibilità e al trattamento delle acque di produzione sono un tema che ha interessato l’industria fin dai tempi delle miniere d’oro del West e, non a caso, è proprio allora che si comincia a legiferare in materia. Tanto che oggi l’evoluzione della legislazione ambientale in ambito oil and gas, porta alcuni Stati USA a rilasciare permessi di estrazione e produzione solo in aree dove sia provata la disponibilità o l’approvvigionamento di acqua, purché non si sottragga ad altre aree prioritarie quali il settore residenziale e quello agricolo. Niente acqua, niente petrolio, dunque.
Tuttavia, sebbene l’estrazione e la produzione di petrolio continuino a porre delle sfide in termini di utilizzo dell’acqua (principalmente da iniezione) e di bonifica (separazione dell’acqua di produzione dagli idrocarburi, recupero del greggio dall’acqua “di ritorno”, depurazione dell’acqua dalla concentrazione salina, riutilizzo dell’acqua nel processo di estrazione, ecc.), le questioni idriche legate all’estrazione del GAS NON CONVENZIONALE sono evidentemente più complesse.
Inoltre, pur ricorrendo sempre al fracking, la quantità e la qualità delle acque di produzione associate ai gas convenzionali possono cambiare a seconda del tipo di gas. Nel caso del coal seam gas, ad esempio, la quantità di acque di produzione è generalmente superiore rispetto a quella associata allo shale gas; anche la loro concentrazione salina è maggiore e meno stabile, pertanto le soluzioni di trattamento sono più complesse che nello shale gas.
6. Nulla si spreca, tutto si riusa.
Ma come far fronte a questo enorme fabbisogno idrico e alle preoccupazioni sulla contaminazione delle acque di falda e del suolo a causa delle operazioni di fracking ed estrazione? Gli esperti mondiali concordano nell’affermare che il riutilizzo e l’efficienza idrica sono la direzione più opportuna per l’avvenire dell’oil and gas.
L’acqua è critica nelle tecniche estrattive, e in particolare nel caso dello shale gas perché ce ne vuole molta e non deve essere salata; inoltre, se ne produce molta di contaminata.
Come abbiamo detto, servono accurati, approfonditi ed estesi studi di bacino, idrologici ed idrogeologici, per poter ottenere una CONCESSIONE. In particolare si deve verificare che i volumi di acqua impiegata non depauperino la risorsa idrica, danneggiando l’ECOSISTEMA e le comunità che lo abitano.
Ma è sul fronte della gestione delle acque inquinate che le normative diventano ancora più esigenti. Le acque reflue di perforazione contengono gli additivi necessari alla ‘facilitazione’ dell’attività estrattiva, sostanze derivate dalla roccia perforata o fratturata, olii, gas e sale.
Le strategie di gestione delle acque reflue sono sostanzialmente:
· Re-iniezione dell’acqua, eventualmente pretrattata, in pozzi paralleli e successivamente sigillati.
· STOCCAGGIO in pozze/laghetti e successivo trattamento e restituzione al reticolo idraulico superficiale.
· Riutilizzo nelle attività estrattive dopo un pre-trattamento.
· Riutilizzo dopo trattamento per attività antropiche o a servizio di comunità (acque grigie, pozze e laghetti con funzione paesaggistica o ludica).
In tutti i casi, e dipendentemente dai requisiti di normativa esistenti nell’area di estrazione, le acque vengono più o meno intensamente trattate. Non si tratta quasi mai di operazioni tecnologicamente troppo complesse: gli impianti e le tecnologie necessarie sono senz’altro meno sofisticati di quelli che servono per trattare acque reflue di attività industriali.
Tuttavia, i volumi coinvolti son molto importanti, e la gestione delle acque (produced water) è una componente di costo molto rilevante nell’economia della estrazione.
D’altra parte, sempre più frequenti i casi di sinergie fra l’industria estrattiva e le comunità locali. Val la pena di citare un caso legato alla produzione di coal seam gas in Australia, paese ricchissimo di questi giacimenti, dove il trattamento dell’acqua reflua viene effettuato con una avanzata combinazione di processi a membrana (microfiltrazione, scambio ionico, osmosi inversa) e dove, grazie alla cooperazione fra società di estrazione, scienziati e autorità locali, si è perseguito il comune obiettivo di rendere riutilizzabile sia per fini industriali che per l’irrigazione quasi il 100% di queste acque. In aggiunta, è stata ridotta al minimo l’estensione dei bacini di STOCCAGGIO per le acque di produzione, contenendo moltissimo l’impatto l’ambientale sul territorio.
L’oro blu è, dunque, una risorsa preziosa per le società oil and gas, tanto quanto l’oro nero (o quello azzurro, come oggi viene chiamato il gas) che esse producono. Forse non ci era ancora stato detto, ma il futuro dell’energia è scritto proprio sull’acqua.