sábado, 21 de junio de 2014

Gas Natural Licuado (GNL)

Los números del gas natural aturden por su magnitud. El promedio de reservas comprobadas de gas del mundo se estima en 156 billones de metros cúbicos [mc] (BP, 2003). Esto, traducido en reservas potenciales, se aproxima a 372 trillones de mc. La incorporación de recursos de fuentes no convencionales, tales como el metano en capas de carbón, y de fuentes altamente especulativas, como los hidratos de gas naturales, arroja un total general de unos 20.000 billones de mc (Kvenvolden, 1993: Reviews of Geophysics, 31 (2). Pero no se hagan ilusiones: el 99% de esos recursos son tan inaccesibles como la energía nuclear que se libera en los procesos de fusión que ocurren en el núcleo del Sol.
Consumos y producción mundiales de gas natural (1965- 2011). Fuente: Fig. 8.
La producción y el consumo mundiales por regiones aparecen en la figura adjunta. Los consumos se han más que triplicado desde 1970. La producción se incrementó en un 227% en ese período y un 2,2% entre 2010 y 2011. Como ocurre con el petróleo, el consumo de gas natural se ha incrementado muy rápidamente en Oriente Medio, Asia-Pacífico y África.
A diferencia del petróleo, que se mueve con relativa facilidad por todo el mundo, el gas natural se comercializa principalmente a escala continental debido a las dificultades de hacerlo a escala intercontinental mediante el transporte en buques cisterna del gas natural licuado. El gas natural licuado es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma líquida. Es la mejor alternativa para transportar gas a lugares donde no es económico llevar el gas por otras vías.
A pesar de su abundancia, el gas natural tardó mucho tiempo en utilizarse masivamente debido a que en su estado normal es gaseoso y, por tanto, difícil de transportar. Quedaba entonces limitado a unas pocas localidades en las que el yacimiento de gas estaba cerca del centro de consumo. Eso fue así hasta que el desarrollo del transporte por gasoductos permitió cubrir largas distancias y conectar los depósitos de gas a los grandes centros de consumo.
Construcción de un gasoducto 

en Argentina (1960): Fuente
Aunque alrededor del año 500 aC, los chinos comenzaron a usar bambú crudo como "tuberías" para el transporte del gas que se filtraba a la superficie y utilizarlo para hervir el agua de mar para obtener agua potable, fue en Argentina donde se inauguró en 1949 el primer gasoducto moderno, que cubría 1.700 km de distancia para unir del golfo San Jorge con Buenos Aires y que fue en su momento el gasoducto más largo del mundo. A medida que los gasoductos comenzaron a perfeccionarse, se tendió una tupida red pricipalmente a escala continental (pero también intercontinental en el caso de continentes separados por distancia relativamente cortas, como el norte de África y el sur de Europa) y el gas natural pasó a ocupar una porción cada vez más relevante en el suministro energético mundial
Sin embargo, su uso aún quedaba restringido al transporte por gasoducto, lo que dejaba aislado al gas descubierto en otras regiones muy alejadas de los centros de consumo o rodeadas por mares. Gracias a los experimentos que Faraday realizó en el siglo XIX, sabemos que cuando el gas natural, esto es, el metano, se enfría a -161 ºC y a presión atmosférica, se convierte en líquido y se puede manejar como tal. Por el contrario, el gas que se transporta por gasoductos circula en estado gaseoso a presiones de 72 bares para los de las redes básicas de transporte y de 16 bares en las redes de distribución en las ciudades, lo que requiere la instalación a lo largo de su trayecto de estaciones reguladoras.
Karl von Linde. Fuente
En 1870 el inventor e industrial alemán Karl von Linde construyó la máquina de absorción, así como el primer aparato refrigerador por compresión. En 1895 licuó el aire por compresión y expansión combinada con el enfriamiento intermedio, obteniendo oxígeno líquido y nitrógeno gaseoso prácticamente puros. El invento principal de von Linde fue la máquina de absorción, es decir, el frigorífico. Para licuar el aire von Linde utilizó un método basado en los trabajos de James Prescott Joule y de William Thomson (lord Kelvin), y la introducción de la técnica de contracorriente. El aire es aspirado por la máquina, donde es comprimido, antes de enfriarse y ser descomprimido, con lo que en este punto se enfría. En la contracorriente intercambiadora de calor, el aire que ya se ha enfriado se emplea para enfriar más el aire comprimido, que se enfría de nuevo con la siguiente entrada de aire. La continua repetición del proceso conduce a una mayor reducción de la temperatura hasta que el aire es licuado.
Golar Spirit, un buque metanero de 240 metros de eslora
construido por Kawasaki. Fuente
Cuando el gas natural se presuriza hasta alcanzar su temperatura de licuefacción (GNL[1]), ocupa aproximadamente unas 600 veces menos volumen en fase líquida que en fase gaseosa, lo que permite su transporte y almacenaje en cisternas y buques cisterna, también llamados buques metaneros, porque el gas natural es esencialmente eso, metano. Para empezar a entendernos, un buque metanero medianamente grande que tenga una capacidad de 100.000 mc puede transportar 60 millones de mde GNL. También, para situar las cosas en perspectiva, en España se consumen anualmente unos 36.000 millones de mc de gas natural, lo que quiere decir que se requerirían 600 viajes de uno de esos buques para suministrar nuestro consumo anual. De todo el gas que importó España en 2013, el 46% fue en forma de GNL transportado por buques, mientras que el 54% restante entró por gasoductos..
El GNL es una alternativa al transporte de gas natural por gasoductos. A medida que aumenta la distancia a la que debe ser transportado el gas, disminuyen las ventajas económicas del gasoducto frente al GNL. Los costes de capital y operativos del gasoducto crecen exponencialmente con su longitud, mientras que un sistema de GNL tiene una sola componente variable con la distancia: el transporte marítimo, tradicionalmente mucho más económico por metro cúbico transportado. Por esa razón, se admite hoy que para distancias por encima de los 1.000 kilómetros y caudales superiores a los 15 millones de mc por día, el GNL es competitivo frente a los gasoductos. Sin embargo, esa afirmación general no tiene en cuenta costes adicionales tales como cruces de ríos, montañas, bosques, etc., en el caso de los gasoductos; ni la necesidad de construir costosas instalaciones portuarias en el caso de las terminales de GNL.
Además de las fases iniciales de exploración, investigación y producción comunes a todos los yacimientos con independencia de su desarrollo posterior, las etapas más importantes de la cadena del GNL son las siguientes:
• Licuefacción para convertir al gas natural en etado gaseoso en GNL y su almacenamiento en tanques especiales para que así pueda ser transportado por barco.
• Transporte GNL en embarcaciones especiales.
• Almacenamiento y regasificación, para convertir el GNL almacenado en tanques de almacenamiento especiales de su fase líquida a su fase gaseosa, listo para ser llevado a su destino final a través del sistema de gasoductos que surge de los puntos de regasificación.
Proceso de licuefacción
Planta de licuefacción Damietta, Port Said, Egipto. Fuente
Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos subterráneos, a menudo contiene otros materiales y componentes que deben ser eliminados antes de que pueda ser licuado para su uso. Entre ellos destacan:
• Helio: se separa por su valor económico y por los problemas que podría producir durante el licuado.
• Azufre, que es corrosivo para los equipos; dióxido de carbono que se solidifica en las condiciones de licuefacción, y mercurio, que puede depositarse en instrumentos y falsificar las mediciones.
• Agua: que al enfriar el gas, se congelaría y formaría hielo o bien hidratos que provocarían bloqueos en el equipo en el caso de que no se eliminaran.
• Hidrocarburos pesados: llamados condensados o LGN, que pueden congelarse al igual que el agua y producir bloqueos del equipo y problemas en la combustión del gas.
Según el mercado final, la remoción de etano, propano y otros hidrocarburos debe estar controlada mediante una unidad de remoción de líquidos que puede estar integrada en el proceso de licuefacción.
Para convertir el gas natural en líquido, se enfría el gas tratado hasta -161 °C, que es la temperatura en la cual el metano se convierte en líquido.
El proceso de licuefacción es similar al de refrigeración común: se comprimen los gases refrigerantes (propano, etano/etileno, metano, nitrógeno) y se producen líquidos fríos, que luego se evaporan a medida que intercambian calor con la corriente de gas natural. Hay varias tecnologías de licuefacción usadas industrialmente: las más usadas son la de Air Products (su filial española es Carburos Metálicos) y la de ConocoPhillips Optimized Cascade. La primera se utiliza en el 80% de las plantas, mientras que la segunda en el 12%.
Proceso de almacenamiento
Planta de almacenamiento de GNL en el puerto de Barcelona.
 Fuente
El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presión atmosférica y a -161 °C, cuyas dimensiones pueden llegar a 80/90 metros de diámetro exterior y 45/50 metros de altura en centro de la cúpula. El tanque de almacenaje es, en realidad, un tanque dentro de otro tanque. El espacio anular entre las dos paredes del tanque está lleno de aislante. El tanque interno, en contacto con el GNL, está hecho de materiales recomendados para el servicio criogénico y la carga estructural proporcionada por el GNL. Estos materiales incluyen un 9% de acero níquel, aluminio y cemento pretensado. El tanque exterior está hecho generalmente de acero al carbono y concreto pretensado. El fondo de hormigón se atraviesa con una serie de tubos que contienen resistencias de calefacción para evitar la congelación del terreno.
Al estar almacenado el GNL en condiciones de equilibrio, tanto las aportaciones de energía (calor entrante por las paredes) como las disminuciones de presión, dan lugar a la vaporización de un pequeño porcentaje de GNL. Este gas vaporizado (boil-off) se comprime mediante compresores criogénicos y se bombea nuevamente al tanque donde se condensa.
Proceso de transporte
Los buques de transporte de GNL son embarcaciones de casco dobles, especialmente diseñadas y aislados para prevenir el goteo o ruptura en caso de un accidente. El GNL está almacenado en un sistema especial dentro del casco interior donde se mantiene a presión atmosférica y -161 °C.
Buque metanero de tipo Moss. Fuente
Hay esencialmente dos tipos de tanques para estos buques: A) esféricos o tipo Moss: están construidos en acero inoxidable o aleación de aluminio y son autoportantes, es decir, que los propios buques soportan la carga. Son muy característicos por tener un sistema de contención de carga muy particular, que incluye cuatro, o más, grandes tanques esféricos, cuyas semiesferas destacan sobre la cubierta principal. B) de membrana de acero corrugado y expandible en los que el peso de la carga se trasmite al casco interior a través de las membranas y aislamientos. Se denominan Q-Flex. Externamente se distinguen porque sobre la cubierta sobresale una estructura de tipo prismático.
Buque metanero QMax. Fuente
El GNL en los tanques de carga del buque se mantiene a su temperatura de saturación (-161 °C) a lo largo de toda la navegación, pero se permite que una pequeña cantidad de vapor se disipe por ebullición, en un proceso que se denomina autorrefrigeración. El gas evaporado se utiliza para impulsar los motores del buque.
En 2012 había en el mundo 360 metaneros en operación, incluyendo 31 Q-Flex (210.000- 217.000 mc ) y 14 QMax (más de 260.000 mc), con una capacidad combinada de 53 millones de mc de GNL, lo que quiere decir que entre todos podrían suministrar el gas que se consume en España en aproximadamente año y medio.
Proceso de regasificación del GNL
Una vez que el buque metanero llega a la terminal de regasificación, se bombea el GNL desde el barco hasta los tanques de almacenamiento, que son similares a los utilizados en la terminal de licuefacción. Cuando llega el momento de su uso, se calienta el GNL pasándolo por tuberías calentadas directamente por calderas, agua de mar o a través de tuberías calentadas por agua. El gas vaporizado es después regulado a presión y entra al sistema de gaseoductos como gas natural.
Con el incremento de la oferta de GNL en el mundo, comenzaron a incrementarse las ventas spot (al contado) de GNL en el mundo. A partir de ello, y considerando los altos costes de capital en infraestructuras que exige la construcción de una planta regasificadora, se comenzaron a construir sistemas de regasificación del GNL en los propios barcos metaneros, que en principio habían sido diseñados para atender picos de demanda estacional en distintas partes del mundo.
Planta de regasificación de Petrobras. Fuente
El buque regasificador utiliza sus tanques para almacenaje. Es necesario adecuar las instalaciones portuarias para la maniobra de estos cargueros y su amarre. Además, hay que diseñar un brazo de carga en el muelle y construir los gasoductos de conexión con el gasoducto local. A medida que se agota el GNL almacenado en sus tanques, el buque regasificador es reabastecido por otro buque metanero en una operación de carga barco a barco.
El mercado
Los proyectos de GNL son técnicamente muy complejos, exigen largos tiempos de construcción y requieren varios miles de millones de euros de inversión. En sus comienzos, en la década de los sesenta del año pasado y en las décadas siguientes, la financiación de estos proyectos requería que se firmasen previamente contratos de suministro con clientes en el lugar de destino, para que se cubriera la casi totalidad de la capacidad de la planta de licuefacción.
En muchos casos, en los lugares de destino se construían centrales con turbinas de gas para generación de energía eléctrica, para de esa manera asegurar un mercado para el gas. Actualmente, la situación ha cambiado mucho, hay mucha más oferta mundial de gas y eso ha convertido al GNL en una herramienta muy flexible de suministro de gas.
Estos son algunos datos relevantes:
• Actualmente, los volúmenes de GNL comercializados están en el orden de las 224 millones de toneladas (500 millones de mc ), más del 10% del mercado global de gas natural.
• Hay 94 instalaciones de licuefacción (llamadas trenes en la jerga de la industria) con una capacidad conjunta de 271 millones de toneladas (604 millones de  mc ).
• En cuanto a terminales de regasificación, existen actualmente 83, en 23 países, con una capacidad total de 572 millones de toneladas (1.276 millones de mc). Además, hay 110 millones de toneladas de capacidad en construcción para 2015.
• En 2013, España recibió gas de 11 mercados distintos, encabezados por Argelia (51%), Países del Golfo (12%), Nigeria (10%), Trinidad & Tobago (6%), y Perú y Noruega, con un 4%, principalmente. En la actualidad, nuestro país puede recibir gas a través de 6 regasificadoras activas (con una capacidad de recepción de 60.000 millones de m3, lo que supone el 36,5% de la capacidad de regasificación de Europa), y mediante 6 gasoductos, dos con el Magreb, dos con Francia y dos con Portugal.





[1] En la industria energética el gas natural licuado se conoce por sus siglas: GNL y no hay que confundirlo con los líquidos del gas natural, como el propano o el butano que se obtienen por tratamiento del gas o del petróleo en las refinerías.