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Il gas naturale è un tipo di gas che si forma principalmente attraverso il processo di decomposizione anaerobica di materiale organico

Cos’è il Gas Naturale? Il gas naturale è un tipo di gas che si forma principalmente attraverso il processo di decomposizione anaerobica di materiale organico. Si trova comunemente nella natura sia insieme ad altre risorse fossili come il petrolio e il carbone, che in giacimenti di gas naturale autonomi. Questo gas può anche essere prodotto attraverso processi di decomposizione in corso, come nelle paludi (dove viene chiamato gas di palude), nelle discariche, durante la digestione degli animali e in altri processi naturali. Inoltre, può essere rilasciato nell’atmosfera durante eruzioni vulcaniche.

L’utilizzo del gas naturale come combustibile ha un impatto significativo sull’incremento delle concentrazioni di gas serra, il che contribuisce alla crisi climatica. Le emissioni di anidride carbonica risultanti dalla combustione del gas naturale rappresentano circa il 74% di quelle prodotte dalla benzina. Questo dato non include le rilevanti emissioni generate durante le fasi di estrazione e trasporto del gas naturale.

Composizione chimica e potere energetico

La composizione chimica del gas naturale è dominata dal metano (CH4), la più piccola delle molecole degli idrocarburi. Tuttavia, solitamente contiene anche altri idrocarburi gassosi più pesanti come etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) e butano (CH3CH2CH2CH3), oltre a tracce di pentano (CH3CH2CH2CH2CH3). Inoltre, sono presenti in piccole quantità gas diversi dagli idrocarburi, come l’anidride carbonica (CO2), l’azoto, l’ossigeno (in tracce), gas nobili e il solfuro di idrogeno (H2S).

Tra questi componenti, il solfuro di idrogeno e il mercurio (Hg) sono considerati i contaminanti più dannosi e devono essere rimossi prima di qualsiasi utilizzo del gas naturale.

Per quanto riguarda il potere energetico del gas naturale, la combustione di un metro cubo di gas naturale di tipo commerciale generalmente produce circa 38 megajoule (MJ), corrispondenti a 10,6 kilowattora (kWh) di energia.

Per essere più precisi, è possibile distinguere tra potere calorifico superiore e potere calorifico inferiore:

• Potere calorifico superiore: 13.284 calorie per chilogrammo (kcal/kg) o 9.530 kcal per metro cubo (Nm³), equivalente a 39,9 MJ per metro cubo (Nm³).
• Potere calorifico inferiore: 11.946 kcal/kg o 8.570 kcal/Nm³, equivalente a 35,88 MJ per metro cubo (Nm³).

Questi valori sono indicativi e possono variare in base al distributore di gas naturale e alla composizione chimica specifica del gas fornito ai clienti. La composizione chimica può variare nel corso dell’anno, anche con lo stesso distributore.

Stoccaggio e Trasporto

La principale difficoltà nell’utilizzo del gas naturale è il suo trasporto dal luogo di estrazione alla rete di distribuzione destinata ai consumatori. I gasdotti rappresentano un mezzo economico per il trasporto, ma hanno limitazioni geografiche poiché non possono attraversare gli oceani. Inoltre, durante il loro percorso attraverso diverse nazioni, potrebbero essere soggetti a interruzioni per motivi politici o bellici, dato che ogni paese attraversato potrebbe decidere di bloccare il flusso di gas.

Un’alternativa al trasporto tramite gasdotti è la liquefazione del gas naturale e il suo trasporto su navi specializzate chiamate metaniere. Tuttavia, questo metodo comporta costi elevati e implica sfide legate alla sicurezza. Una vantaggio indiscusso di questo approccio è la possibilità di diversificare la fonte di approvvigionamento in qualsiasi momento, scegliendo la fonte più sicura o economica.

Per facilitare il trasporto, il gas naturale viene compresso e immagazzinato in forma liquefatta.

Distribuzione e Vendita

Il gas naturale compresso è utilizzato in bombole, specialmente nelle zone rurali o in luoghi dove non è pratico o economicamente vantaggioso collegarsi alle reti di distribuzione urbana a bassa pressione. Queste reti sono solitamente gestite da società concessionarie (distributori) e coinvolgono contratti di fornitura a lungo termine, spesso di proprietà pubblica.

In Italia

In Italia, il settore della distribuzione e vendita di gas naturale ha subito una completa revisione normativa nell’ambito del processo di liberalizzazione del mercato del gas.

L’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas, istituita formalmente nel 1995 e operativa dal 23 aprile 1997, ha svolto un ruolo fondamentale in questo processo. Questa autorità, fondata in seguito alle decisioni dell’Unione Europea del 1996 e del 1998 che miravano a liberalizzare i settori dell’energia elettrica e del gas naturale, ha sostituito i monopoli che esistevano in gran parte dei paesi dell’Unione. La sua principale responsabilità è quella di regolare i mercati liberalizzati e favorire lo sviluppo di mercati concorrenziali nelle filiere elettriche e del gas naturale.

Le sue funzioni includono la regolazione tariffaria, la gestione dell’accesso alle reti, la supervisione del funzionamento dei mercati e la tutela degli utenti finali.

In Italia, il passaggio definitivo al regime di mercato libero per il settore dell’energia è programmato per il 2024. A partire da questa data, il prezzo delle risorse energetiche non sarà più stabilito dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas (ARERA), ma sarà determinato dal mercato, in un contesto di competizione tra gli operatori del settore. Ciò comporta la fine del servizio di tutela, in cui le condizioni economiche e contrattuali per la fornitura di gas naturale erano stabilite dall’ARERA.

Secondo le disposizioni dell’ARERA, il superamento della tutela tariffaria è previsto per le famiglie a partire dal 10 gennaio 2024. Entro questa data, ai clienti domestici che non avessero ancora scelto un fornitore operante nel mercato libero, sarà assegnato il “servizio a tutele graduali“.

Trasformazione in carburante liquido

Data l’aumento costante del prezzo del petrolio, è diventato economicamente vantaggioso adottare il processo di trasformazione del gas naturale in carburanti liquidi, in particolare la nafta e il gasolio. Questo processo è noto come GTL (Gas to Liquids) ed è basato sulla tecnologia Fischer-Tropsch, che fu sviluppata dai chimici tedeschi durante la seconda guerra mondiale.

Nel contesto bellico, i tedeschi, a causa della mancanza di giacimenti petroliferi, ricorsero all’uso del carbone come fonte per produrre carburante liquido. Questo processo coinvolgeva la gassificazione del carbone seguita dalla conversione in carburante liquido. La tecnologia Fischer-Tropsch, che è alla base del processo GTL, utilizza un catalizzatore a base di cobalto o ferro per trasformare il gas naturale previamente trattato in condensati e cera, che sono forme di carburante liquido. Questo approccio offre una soluzione alternativa per ottenere combustibili liquidi, riducendo la dipendenza dal petrolio e sfruttando risorse come il gas naturale.

Usi del gas naturale

Generazione di energia elettrica

Il gas naturale assume un ruolo primario nella produzione di energia elettrica in diverse tipologie di centrali elettriche. Nei cicli convenzionali, alimenta i bruciatori che generano vapore destinato ad azionare turbine. Nelle centrali a turbogas, invece, viene direttamente bruciato nelle turbine a combustione interna. Le centrali più efficienti adottano un approccio a ciclo combinato, unendo una turbina a gas (primo stadio) con una a vapore (secondo stadio), alimentata dai gas combusti provenienti dalla turbina a gas. Queste centrali, note come “a ciclo combinato“, sfruttano anche il calore residuo per il riscaldamento tramite reti di teleriscaldamento o, più raramente, per la refrigerazione, un processo noto come cogenerazione.

Utilizzo come combustibile per autotrazione

In Italia, il gas naturale, comunemente chiamato “metano” anche se composto da metano e altri gas, è utilizzato come combustibile per autotrazione fin dagli anni ’30. L’Italia lo importa, e questo idrocarburo gassoso ha svolto un ruolo chiave nel contesto della politica dell’autarchia, spingendo la tecnologia dell’epoca a esplorare soluzioni alternative come il gasogeno e il gas naturale.

Uso domestico, commerciale, industriale

Il gas naturale è fornito alle abitazioni, attività commerciali e impianti industriali, svolgendo una serie di ruoli cruciali. Tra gli usi più comuni, vi sono la cottura, il riscaldamento dell’acqua sanitaria, il condizionamento e il riscaldamento degli edifici. In contesti industriali, può essere impiegato per raggiungere temperature non superiori a 1.000 °C. Nell’industria chimica, il metano è una materia prima fondamentale, utilizzato per la produzione di ammoniaca, metanolo e benzene. L’etano contribuisce alla produzione di etilene, mentre il propano è impiegato nella produzione di propilene, acido acrilico e acrilonitrile.

Fonti

Fonti di gas naturale

Il gas naturale viene estratto principalmente da giacimenti che contengono gas e petrolio o da giacimenti esclusivamente gassiferi. I più estesi giacimenti noti sono situati nel Golfo Persico, con particolare rilevanza in Qatar e Iran, ma la Russia detiene le riserve più vaste a livello mondiale. Negli ultimi anni, si è assistito a un aumento della produzione di shale gas e tight gas, soprattutto negli Stati Uniti. Una quota minima di gas naturale viene anche estratta dalle miniere di carbone, conosciuta come CBM (Coal Bed Methane).

Altre fonti possibili

Le discariche rappresentano un’altra fonte di gas naturale, chiamato biogas, generato dalla decomposizione dei rifiuti. In Ontario e in Danimarca, si sta progettando di estrarre metano dal letame degli allevamenti (principalmente maiali e bovini) per generare energia elettrica. Questi impianti a biogas hanno la capacità di produrre energia sufficiente per alimentare una piccola città (250 MW). Questo approccio può essere ulteriormente ottimizzato aggiungendo altri materiali organici, come la parte fermentabile dei rifiuti domestici.

Riserve e Consumi

Secondo dati di Eni, nel 2010, il consumo mondiale di gas naturale è stato di 3.253 miliardi di m³, mentre le riserve alla fine dell’anno ammontavano a 190.878 miliardi di m³. Preservando i livelli di consumo, le riserve note potrebbero durare altri 59 anni. Tuttavia, il decennio 1994-2004 ha visto un aumento medio annuo dei consumi del 2,7%, sollevando preoccupazioni, soprattutto per l’Occidente. Nel 2010, i principali produttori erano la Russia (19,3%), gli USA (18,6%), l’Iran (4,5%), il Qatar (4,0%) e l’Arabia Saudita (2,5%).

Gas Remoto

Una parte delle riserve globali di gas richiede costi infrastrutturali troppo elevati per essere trasportata efficacemente. Questo gas, noto come “gas remoto“, comprende sia il gas non ancora estratto dai giacimenti noti che quello associato alla produzione di petrolio, spesso rilasciato, bruciato o reiniettato nei giacimenti. Per far fronte alla futura domanda di gas e ampliare l’offerta, la valorizzazione del gas remoto è considerata un’opzione strategica.

Importazioni di Gas Naturale

Analizzando le importazioni di gas naturale, emergono situazioni distinte nei principali paesi acquirenti. La Germania importa da nazioni con riserve di gas il cui periodo di sfruttamento residuo si attesta tra i 20 e i 79 anni. Nel caso del Giappone, le importazioni riguardano il gas naturale liquefatto proveniente da paesi con riserve che garantiscono una vita residua compresa tra i 31 e i 64 anni. Gli Stati Uniti, grazie alla scoperta di massicci depositi di shale gas intrappolato nelle rocce argillose e agli sviluppi nelle trivellazioni orizzontali, godono di un’enorme disponibilità di gas, stimata a 200 bilioni di piedi cubici, rappresentando un significativo surplus rispetto alle riserve mondiali conosciute, pari a 6 bilioni di piedi cubici.

Sicurezza nell’uso del gas

Il gas naturale, inizialmente inodore e incolore, viene intenzionalmente arricchito con sostanze odorizzanti prima di essere immesso nelle reti cittadine. Questo passo è cruciale per renderlo immediatamente riconoscibile all’olfatto, riducendo il rischio di esplosioni dovute a potenziali perdite inosservate. Mentre il metano in sé non è tossico, in alcuni giacimenti è presente solfuro di idrogeno, un gas altamente tossico anche a basse concentrazioni.

Impatti ambientali

La combustione del gas naturale, sebbene generi minori emissioni di gas serra rispetto ad altri combustibili fossili, contribuisce comunque al riscaldamento globale. Il gas metano incombusto risulta essere un potente gas serra, più dannoso dell’anidride carbonica, specialmente nei primi 20 anni dall’emissione. L’attività di estrazione può causare sprofondamenti locali del terreno, influenzando la stabilità di edifici e facilitando il ristagno delle acque superficiali, soprattutto nelle aree costiere.

Inoltre, l’estrazione e il trasporto del gas possono causare inquinamento ambientale, sebbene le emissioni siano relativamente basse per alcuni inquinanti, come particolato, ossidi di zolfo e idrocarburi incombusti. Tuttavia, gli esperti prevedono un aumento nell’uso del gas naturale nei prossimi anni, in risposta alla richiesta di alternative al petrolio, con conseguenze sulle emissioni e sulla qualità dell’aria, a seconda delle modalità di combustione adottate.

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