L’energia futura o catastrofe ambientale?

   di Massimo Riso

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   (Prima parte)

Introduzione

Come forse molti di voi ormai sanno sono un appassionato di fantascienza. Nel 1997 fa lessi il libro "SISTEMA VIRTUALE XV" di JOHN BARNES. Un libro molto bello che vi consiglio di leggere. Tratta di una Terra sconvolta da un effetto serra dirompente, con tornado e uragani la cui velocità del vento è addirittura ultrasonica.

Ma da cosa fu causato questo effetto serra?

Sorpresa. Non dalla CO2 o dai gas immessi dall’uomo nell’atmosfera, ma da un gas di origine naturale: il metano. Non il metano che tutti conosciamo, ma da un particolare metano chiamato Clathrate Idrato o Methane Hydrates, un composto di molecole di metano intrappolate all’interno del ghiaccio. Questo ghiaccio si troverebbe in enormi quantità nei fondali oceanici.

Nel caso descritto dal libro la fusione di questo ghiaccio e la conseguente liberazione del metano in esso contenuto, fu causata dall’esplosione di una bomba atomica sotto la calotta artica.
Essendo il libro di fantascienza “vera” basata su principi rigorosamente scientifici, mi sembrò poco probabile che l’autore si fosse inventato un composto così “strano” come questo clathrate, e soprattutto in quantità tali da produrre un effetto serra così dirompente.

Si che il metano è un gas serra molto più efficiente della CO2, ma ne occorrono comunque quantità enormi per produrre un effetto serra così marcato.

Così cominciai a fare delle ricerche.

Che cosa è

Innanzi tutto che cosa è un clatrato?


La molecola dell’acqua con All’interno quella di metano.

Dal vocabolario Garzanti: clatrato deriva dal latino clathra¯tu(m), deriv. di clathra¯re 'chiudere con sbarre'., nel nostro caso è una molecola racchiusa in altre molecole.

Sono composti solidi simili al ghiaccio, caratterizzati da una struttura regolare di molecole di acqua nelle cui cavità sono intrappolate molecole di gas naturale costituite principalmente da metano.

 

Ecco una cosa interessante: molecole di metano intrappolate all’interno di molecole di acqua, e non bolle di gas metano intrappolate nel ghiaccio, per cui è in composto a livello molecolare.

E’ sorprendente la quantità di metano contenuta all’interno di questo composto: un m3 di idrati può contenere 170 Nm3 di metano (normal m3).

Per rendere un po’ meglio l’idea: se noi prendiamo un litro di questo ghiaccio, una quantità che possiamo tranquillamente tenere in mano e lo facciamo fondere otteniamo ben 170 litri di metano.

Possiamo prendere un pezzo di questo ghiaccio e dargli letteralmente fuoco.


Un pezzo di Clathrate Idrato che brucia, tenuto in mano da un ricercatore.

Ma da dove arriva tutto questo metano?

Sorpresa: il metano contenuto nel clathrate è di origine biologica.

Tutta la massa biologica degli oceani quando muore si deposita sui fondali, qui nella quasi totale mancanza di ossigeno si decompone.

La decomposizione organica anaerobica produce metano, questo subito si lega alle molecole di acqua a bassa temperatura.

Nel corso di centinaia di migliaia di anni si accumulano così enormi quantità di metano.

Storia

Il clathrate idrato fu scoperto all’inizio del 1800 da due scienziati: Humphrey Davy e Michael Faraday. Stavano sperimentando miscele di cloro e acqua congelate, e notarono che queste miscele congelavano a temperature superiori allo zero.

Durante il resto del secolo, molti altri scienziati studiarono questi materiali sconosciuti, e scoprirono che la molecola dell’acqua ghiacciata poteva ospitare al suo interno una molecola più piccola di un’altra sostanza, e questo stabilizzava il ghiaccio a temperature ad di sopra dello zero.

Catalogarono molte molecole che potevano essere usate come “ospite”, per ogni varietà fu definita la temperatura per il quale il composto era stabile.

Tuttavia, siccome in natura questi composti non erano conosciuti, rimasero come curiosità accademiche.

La ricerca sui gas idrati subì un nuovo impulso nella seconda metà degli anni ’30, quando E.G. Hammerschmidt scoprì che l’idrato era il responsabile dei “tappi” di ghiaccio che si formavano nelle condutture di gas naturale, specialmente quelle situate nei climi freddi. Nei 40 anni successivi i ricercatori studiarono la fisica dei clathrati con lo scopo di comprenderne il modello e produrre degli additivi che ne impedissero la formazione.

Verso la fine degli anni 60, l’interesse per i clathrati ha cominciato a cambiare drammaticamente quando "il gas naturale solido" o Methane Hydrates è stato osservato come costituente naturale dei sedimenti sotto la superficie nei giacimenti di gas giganti del bacino occidentale della Siberia.

Sucessivamente l'idrato è stato trovato anche come giacimenti a se stanti nel permafrost del nord dell'Alaska. Gli scienziati, specialmente quelli della vecchia Unione Sovietica, cominciarono a supporre che le condizioni di pressione e temperatura necessarie per la formazione dei clathrati dovessero esistere non soltanto nelle regioni dove è presente il permafrost, ma anche sui fondali degli oceani.

La caccia globale al clathrate era cominciata.


Il Glomar Challenger, la nave trivella del
progetto “Deep Sea Drilling Project”

Agli inizi degli anni ’70, nel corso del progetto “Deep Sea Drilling Project”, predecessore dell’attuale “Ocean Drilling Program”, un programma che si occupa di condurre ricerche sulla storia dei fondali marini, è stata trovata una caratteristica insolita del fondale presso la Blake Ridge, localizzata nella piattaforma continentale atlantica del Nord Carolina, una anomalia nella propagazione delle onde sonore nei sedimenti, questa anomalia consisteva nella riduzione della propagazione delle onde sonore.

E’ stata fatta una serie di perforazioni campionate che hanno riscontrato la presenza di Clathrate stabile.

In seguito tale anomalia è stata riscontrata in tutte le piattaforme continentali intorno al mondo, ed è sempre abbinata alla presenza del Clathrate.

Successivamente è stato scoperto che la causa principale dell’anomalia è l’accumulo di metano libero sotto la zona cuscinetto di idrato. Di conseguenza la distribuzione dell’anomalia può rappresentare soltanto un sottoinsieme di tutta la zona comprendente il clathrate.

Poiché l'idrato una volta rimosso dal suo ambiente naturale dissocia rapidamente (simile alla fusione), nessuno realmente ha visto il metano marino idratarsi fino al 1974 anno in cui gli scienziati sovietici hanno recuperato grandi noduli dal pavimento del Mar Nero.

Dobbiamo arrivare alla fine degli anni ’90 per vedere due progetti per lo sfruttamento commerciale del metano estratto dai giacimenti di clathrate.


Perforazione Mallik in Canada
Foto: Tom Mroz, NETL geologist
 

Il primo (Mallik 3L-18C) è del 1998, la perforazione è stata eseguita nel permafrost del delta del fiume McKenzie nei territori di nord-ovest del Canada.

Il secondo pozzo è opera di un consorzio giapponese ed è stato eseguito l’anno seguente, è localizzato a 3.100 piedi di profondità al largo del litorale a sud-est del Giappone adiacente ad una fossa profonda dell'oceano conosciuta come la depressione di Nankai. Entrambi i pozzi hanno mostrato la presenza di grandi volumi dell'idrato del metano. Tuttavia, la prova di produzione non è ancora stata realizzata su nessuno dei due pozzi.

Negli U.S. il riconoscimento che esistono immensi giacimenti di metano idrato ha provocato domande che devono essere risolte prima che la produzione commerciale di metano possa essere tentata.

Un insieme delle domande verte sul ruolo che il metano idrato svolge nell'ambiente naturale compresa la relativa interazione con le forme di vita dei fondali oceanici, stabilità dei sedimenti oceanici, il ciclo di carbonio globale, e cambiamento di lunga durata di clima.

Un secondo insieme si occupa dei rischi connessi all’utilizzo delle attrezzature convenzionali usate per l’estrazione del petrolio e gas naturale che potrebbero non essere idonee all’estrazione del clathrate.

Il giacimento di Messoyakha (Siberia nord-occidentale) è l’unico esempio al mondo di produzione di gas dagli idrati. Le riserve potenziali di idrati del gas sarebbero enormi e sono state indicativamente valutate a 50 volte quelle convenzionali di gas naturale. Tuttavia il contributo degli idrati al fabbisogno mondiale di gas dipenderà dalla soluzione dei difficili problemi tecnici riguardanti principalmente la loro produzione dai fondi marini, e dalla riduzione degli elevati costi di separazione del gas dagli idrati.

 

Dove si trova e in quali quantità

  • I depositi di idrati sono abbondanti nei sedimenti marini in fondali superiori a 400-500 m e nelle aree continentali coperte da permafrost per profondità inferiori a 1000 m.

  • Le stime delle riserve mondiali di metano sotto forma di idrati hanno ancora grandi margini di incertezza (intervallo 1-104 *1014 Nm3): da 1 a 10.000 volte le riserve accertate di gas naturale.

Fonte: Offshore Technology Conference 2001, Houston (USA)


Distribuzione attualmente accertata di depositi di Clathrate Hydrates.
Fonte: Clathrate Hydrates of Natutal Gas, 2nd Ed., Marcel Dekker, New York
 

Continua nel prossimo numero con:
Misteri e leggende
legate al Clathrate: dal Triangolo delle Bermude al mistero di Tunguska, dall'onda tsumani che ha investito l'Europa 8000 anni fa alle grandi estinzioni del passato.