Hidratos de Gas Submarino

 

Los "Hidratos de gas" o "Hielo Inflamable", son una forma sólida de los gases semejante al hielo y que aparece en la mayoría de los fondos oceánicos del mundo, que ha despertado un gran interés en los últimos años tanto en la comunidad científica, como en los organismos estatales dedicados a la investigación de recursos naturales y energéticos, así como también en empresas de exploración de hidrocarburos. Este interés está principalmente fundamentado, por el resultado de las primeras evaluaciones científicas, las que estiman que el volumen de gas contenido en los reservorios de hidratos podrían exceder al de las reservas mundiales de gas conocidas en la actualidad.

Los hidratos de gas son acumulaciones cristalinas similares al hielo, formadas de gas natural y agua. El bloque constructor de este sólido cristalino es una estructura denominada "clatrato", en la cual las moléculas de agua forman una celda cuyo interior está ocupado por gas. Muchos gases tienen tamaños moleculares adecuados para formar hidratos, incluyendo los gases que ocurren en forma natural, como el dióxido de carbono, ácido sulfhídrico (sulfuro de hidrógeno) y varios hidrocarburos de bajo número de carbonos. En la naturaleza, sin embargo, el más común de los hidratos de gas es el hidrato de metano. En condiciones de presión y temperatura estándar, la descomposición de 1 m3 de hidrato de metano produce 164 m3 de metano gaseoso y 0.8 m3 de agua. Se considera, que una estimación razonable para la cantidad de gas almacenado en los hidratos de metano está en el rango de 1015-1016 m3.

A escala mundial, hay fundamentalmente dos ambientes donde se encuentran hidratos en grandes cantidades: bajo la capa de suelo congelada permanente ("permafrost") en el Ártico, en condiciones de cierta presión (a profundidades de algunos cientos de metros) y a temperaturas relativamente bajas; y en sedimentos marinos de los márgenes continentales, bajo condiciones de mayor presión (a profundidades de 1 a 4 km) y a mayores temperaturas. El margen chileno no es la excepción, e hidratos de gas de este tipo existen en diversas áreas de su margen continental.

Exploración de hidratos de gas en los sedimentos

El estudio y prospección de los hidratos de gas dentro de los sedimentos marinos, se lleva a cabo normalmente mediante métodos geofísicos indirectos. En una etapa más avanzada de la exploración, se recurre directamente al reconocimiento de este recurso mediante la recolección de muestras de sedimentos en sondajes de pozo. Los métodos geofísicos de prospección utilizados en su detección son descritos a continuación:

1) Sísmica de Reflexión

La señal más comúnmente usada para la identificación de hidratos de gas en sedimentos marinos, ha sido la presencia de una anomalía en los registros sísmicos marinos llamada BSR (Bottom Simulating Reflector).

Los hidratos poseen una alta velocidad de propagación de ondas sísmicas, de aproximadamente 3.3 km/s, cercano al doble de la velocidad de los sedimentos del fondo marino que lo contienen. De esta forma, la capa de sedimentos que contiene hidratos tiene una velocidad significativamente mayor que el estrato subyacente, normalmente saturado de gas libre. Este contraste de velocidad de propagación, produce una reflexión muy fuerte de la energía sísmica incidente, que da origen al así llamado BSR. El BSR se identifica claramente en imágenes sísmicas marinas, como un reflector aproximadamente paralelo al fondo marino.

La presencia de hidratos y gases asociados, altera las propiedades elásticas de los sedimentos marinos. El análisis de los datos sísmicos, permite la estimación de estos parámetros, los que a su vez hacen posible la estimación de la concentración de hidratos y gas dentro de los sedimentos.

2) Transiente Electromagnético

La resistividad de los hidratos de gas y del gas atrapado bajo ellos, constituye una propiedad física distinta respecto de las propiedades eléctricas de los estratos sedimentarios que los contienen. En efecto, al tratarse de agregados de hielo y concentraciones de gas atrapados en una matriz porosa, su respuesta eléctrica es prácticamente equivalente a la de un material aislante, es decir fuertemente resistiva. En contraposición, los sedimentos circundantes presentan un agregado de matrices porosas rellenas parcial o totalmente por soluciones salinas, que reducen en forma substancial la resistividad intrínseca de los sedimentos. Como resultante, la columna sedimentaria que contiene los hidratos de gas puede ser discriminada, mediante una técnica geofísica, capaz de distinguir la presencia de un estrato relativamente resistivo en un entorno conductor.

Los métodos geofísicos geoeléctricos y en particular los métodos electromagnéticos, están diseñados para medir las variaciones de resistividad del subsuelo. El método de transiente electromagnético desarrollado por Edwards y colaboradores, es especialmente apropiado para la observación de la respuesta eléctrica de los hidratos de gas en los fondos marinos (Edwards, 1997). Su particular adaptación a este tipo de ambiente geológico, se fundamenta en la fácil propagación de ondas electromagnéticas generadas en el fondo marino. Estas ondas son emitidas desde un transmisor ubicado en el fondo marino, y su propagación a través de los estratos del piso oceánico está condicionada por la estructura geoeléctrica del subsuelo. La señal electromagnética así propagada, es posteriormente recolectada en un arreglo de electrodos de potencial, que permite su transformación a una secuencia de resistividad v/s profundidad, que se interpreta en términos de las propiedades eléctricas que caracterizan a los hidratos de gas.

3) Flujo calórico

La fuerte dependencia de las condiciones de presión y temperatura a la cual los hidratos de gas presentan estabilidad, justifica la medición del flujo calórico como herramienta indirecta para la identificación de estos. Una vez efectuada la calibración instrumental que determina la conductividad térmica del medio, el registro de flujo calórico es una medición directa del gradiente geotérmico del área de estudio y en consecuencia del ambiente termal al cual estarían siendo sometidos los potenciales hidratos de gas de la columna sedimentaria. La aplicación de esta metodología, en conjunto con las técnicas de observación directa antes descritas (método sísmico de reflexión y transiente electromagnético), permite alcanzar un entendimiento más amplio de las características geológicas y termales, que condicionan la ocurrencia de los hidratos de gas.

4) Gravedad y magnetismo

Los métodos gravimétrico y magnético, discriminan los contrastes en densidad y magnetización de la secuencia sedimentaria que aloja a los hidratos de gas. Su aplicación permite la caracterización de las unidades litológicas del subsuelo y el sistema estructural que lo caracteriza. El reconocimiento geológico y estructural, derivado de esta técnica geofísica indirecta,ha sido utilizado en forma rutinaria en los estudios de geología y geofísica marina desde hace varias décadas, siendo instrumental en el desarrollo de la teoría de tectónica de placas y en los procesos asociados a márgenes activos. Su aplicación específica en el estudio de los hidratos de gas está orientada a la caracterización geológica y estructural del área de estudio. La calibración de su respuesta geofísica especifica, condicionada por el conocimiento preciso, entregado por los métodos sísmico y electromagnético, permite extender el reconocimiento de los hidratos de gas, dada la mayor cobertura de los métodos de potencial.

5) Batimetría y geomorfología

El estudio del relieve del fondo marino, permite reconocer y caracterizar la morfología marina y los sistemas estructurales que afloran a la superficie del piso oceánico. Esta información es relevante para la evaluación de los riesgos medioambientales, como derrumbes, asociados a la ocurrencia de los hidratos de gas. El análisis de la morfología del piso oceánico en conjunto con el reconocimiento de hidratos de gas, permite identificar zonas de inestabilidad, susceptibles de desencadenar una remoción en masa con implicancias para la seguridad y economía de poblaciones litorales. Adicionalmente, la identificación de remociones en masa antiguas, permite reevaluar sus efectos desde la perspectiva de la distribución espacial de los hidratos de gas. El desarrollo de las tecnologías actuales, permite obtener una imagen del relieve del fondo marino de gran resolución y perfectamente apropiada para estudios geomorfológicos de detalle, como el requerido en este caso.

Actividades en Desarrollo

 

Los hidratos de gas constituyen una fuente energética alternativa de gran proyección mundial, con reservas estimadas que prácticamente duplican las reservas convencionales, actualmente reconocidas para los recursos energéticos fósiles. El reconocimiento de la existencia de los hidratos de gas en el margen chileno, adquiere además, una particular relevancia estratégica, en consideración a la escasez de recursos energéticos fósiles propios.

El proyecto se llevó a cabo en un plazo de 3 años, el cual comenzó en septiembre de 2001 y terminando en octubre de 2004. Durante el primer año, se efectuó una recopilación de antecedentes relativos a la información geológica y geofísica disponible en el margen continental, así como también, a la información relativa al marco legal existente. En el transcurso del segundo y tercer año, se efectuaron dos campañas oceanográficas a bordo del buque oceanográfico AGOR "Vidal Gormaz", sectores 31º-34º S; 36º-39º S, en los cuales se aplicaron diferentes métodos geofísicos para la detección y caracterización de los hidratos de gas: sísmica de reflexión; transiente electromagnético; flujo calórico; batimetría; gravedad; magnetismo y sismometría de fondo marino. El resultado de este experimento, en conjunto con la compilación de la información científica, darán una acabada caracterización de los hidratos de gas en el margen chileno. Para la realización de la expedición, se contó con la colaboración de centros de investigación y expertos de nivel mundial en el tema, lo que conllevó una transferencia tecnológica invaluable para la exploración de este recurso en el margen continental chileno.

 

En la actualidad se está realizando un crucero de exploración a bordo del AGOR "Vidal Gormáz", que se inició el 6 de octubre de 2004, con la colaboración de la Oficina de Investigación Naval, delDepartamento de Marina de los Estados Unidos de América (ONR) y de la Escuela de Ciencias del Mar de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, el que finalizará el 21 de octubre de 2004. Durante dicha exploración se han recogido muestras de hidratos de gas obtenidas en las zonas prospectadas en cruceros anteriores.

Impactos esperados

Impactos Científico-Tecnológicos

Dados los objetivos de la investigación se espera generar los siguientes impactos:

•Formación de profesionales calificados, para aprovechar a escala nacional esta nueva alternativa energética.

• Exploración de áreas de interés y generación de bases de datos asociados al tema, a partir de:
- Cartografías del fondo marino.
- Imágenes sísmicas.
- Levantamientos magnéticos.
- Levantamientos gravimétricos.
- Obtención de datos de flujo de calor.
- Caracterización de hidratos submarinos utilizando el método de transiente electromagnético.
Lo que está permitiendo:
- Generación de un mapa de riesgo asociado a hidratos de gas en el margen Chileno.
- Cuantificación del recurso.
- Dar las bases para un ordenamiento jurídico de la utilización del recurso.
- Incorporación al conocimiento nacional de nuevas tecnologías de prospección.
- Generación de nuevos vínculos científicos y tecnológicos por la participación de científicos extranjeros que forman el equipo del proyecto.
- Publicaciones científicas.
- Publicaciones tecnológicas.
- Publicaciones de divulgación.
- Graduación de geofísicos de postgrado.
- Graduación de oceanógrafos de pre y postgrado.
- Desarrollo de nuevas líneas de investigación y desarrollo en geología y geofísica marina y oceanografía.
- Generación de material didáctico incluyendo páginas web especializadas en el tema.

Impactos Económico-Sociales

Dados los objetivos de la investigación se espera generar los siguientes impactos:

1) Debido a que muchos países no tienen fuentes de energía tradicionales, como el petróleo, pero sí tienen costas marítimas, su explotación podría provocar un vuelco en la estructura económica del país.

2) Como se predice que a futuro las reservas de petróleo escasearán, las investigaciones sobre los hidratos de metano representan un gran potencial económico para todos los países del mundo.

3) La generación de gas natural en Chile a partir de los hidratos de metano, permitiría en el mediano plazo reemplazar el gas que actualmente llega desde Argentina, existiendo la posibilidad de competir en el mercado de la distribución, hacia otros países de Latinoamérica.

4) Para nuestro país, esta fuente de energía podría significar un extraordinario apoyo para la generación de políticas energéticas.

Impactos Ambientales

El proyecto en sí no genera impacto ambiental por tratarse de metodologías indirectas no invasivas. Sin embargo, los resultados de este proyecto serán esenciales para la definición de normas medioambientales que aseguren una explotación sustentable del recurso. El proyecto entregará además, parámetros para la evaluación de los riesgos asociados a la ocurrencia de los hidratos de gas, por ejemplo, avalanchas submarinas y localización de zonas con eventuales riesgos de fugas naturales de gases, asociados a los hidratos de metano, desencadenados por ejemplo, por actividad sísmica natural.

Por otra parte, el proceso de combustión de este producto, genera menos contaminación atmosférica, en comparación con los productos derivados del petróleo.