Tyto zdroje by mohly pomoci překlenout rostoucí rozdíl mezi domácí těžbou a spotřebou ve Spojených státech, ale jejich těžba představuje větší ekologické problémy.
Úřad pro energetické informace v současné době odhaduje zásoby nekonvenčního plynu v USA na 2 203 bilionů kubických stop. Z toho 167 bilionů kubických stop je považováno za prokázané zásoby – obnovitelné za současných ekonomických a provozních podmínek .
Břidlicový plyn
Na rozdíl od konvenčního plynu, který se nachází ve vysoce porézních a propustných zásobnících a lze jej snadno těžit standardními vertikálními vrty, zůstává břidlicový plyn uvězněn ve své původní zdrojové hornině, břidlici bohaté na organické látky, která vznikla sedimentárním usazováním bahna, kalu, jílu a organických látek na dně mělkých moří.
První vrt ve Spojených státech vyvrtaný speciálně za účelem těžby zemního plynu se v roce 1821 dotkl ložiska břidlicového plynu ve Fredonii ve státě New York . Vzhledem k velmi nízké propustnosti těchto břidlic se však ukázalo, že konvenční těžba pomocí vertikálních vrtů není rentabilní, protože jinde byla nalezena snadněji využitelná ložiska.
Dnes je břidlicový plyn nejrychleji rostoucím zdrojem zemního plynu ve Spojených státech i ve světě, a to v důsledku několika nedávných událostí. Pokroky v technologii horizontálních vrtů umožňují, aby jeden vrt prošel větším objemem ložiska břidlicového plynu a vytěžil tak více plynu.
Rozvoj technologie hydraulického štěpení (známé také jako hydrofrakování, hydrofracking nebo jednoduše fracking) rovněž zlepšil přístup k ložiskům břidlicového plynu. Tento proces vyžaduje vstřikování velkého množství vody smíchané s pískem a chemickými látkami do vrtu pod vysokým tlakem, aby se hornina štěpila, čímž se zvýší propustnost a míra těžby. Kromě těchto technologických pokroků byly další pobídkou k rozvoji zdrojů břidlicového plynu vysoké ceny zemního plynu v letech 2001-2008. Výsledný nárůst těžby břidlicového plynu v kombinaci s nedávnou hospodářskou recesí však vedl k dramatickému poklesu cen plynu od roku 2008.
Pro těžbu břidlicového plynu se těžební vrt vrtá vertikálně, dokud nedosáhne břidlicové formace, v tomto bodě se vrt obrací a sleduje břidlici horizontálně. Do vrtu se vkládají ocelové trubky, tzv. pažnice, které udržují vrt otevřený a chrání celistvost vrtu. Poté se do vrtu napumpuje cement a vtlačí se na vnější stranu ocelového pláště, aby se vrt utěsnil a aby se zabránilo úniku zemního plynu, frakčních kapalin, chemikálií a vytěžené vody do zásob podzemních vod.
Po dokončení vrtání a vystrojení vrtu se v horizontální části vrtu odpálí malé výbušné nálože, aby se v plášti vytvořily otvory v intervalech, kde má dojít k hydraulickému štěpení. Při hydraulickém štěpení se štěpná kapalina vhání pod pečlivě kontrolovaným tlakem, aby se hornina štěpila až do vzdálenosti několika set metrů od vrtu. Písek smíchaný s frakční kapalinou působí na otevření těchto trhlin při následném odčerpávání kapaliny. Po štěpení plyn proudí do vrtu a na povrch, kde se shromažďuje.
V roce 2011 se o něco více než 39 % zásob zemního plynu v USA, tj. 132 bilionů kubických stop, nacházelo v břidlicových ložiscích, většinou v Texasu, Louisianě, Arkansasu a Pensylvánii . Tato ložiska se nacházejí po celých Spojených státech, obvykle tam, kde se vyskytují i konvenční zásoby plynu. V poslední době zaznamenaly výrazný nárůst těžby zemního plynu Marcellus Shale v Pensylvánii a Západní Virginii, Barnett Shale v Texasu, Hanesville Shale v Louisianě a Texasu a Fayetteville Shale v Arkansasu.
Těsný plynový pískovec
Těsný plyn označuje zemní plyn, který migroval do zásobní horniny s vysokou pórovitostí, ale nízkou propustností.
Tyto typy ložisek nejsou obvykle spojeny s ropou a běžně vyžadují horizontální vrtání a hydraulické štěpení, aby se zvýšila produkce vrtu na nákladově efektivní úroveň.
Uhelný metan
Zemní plyn se často vyskytuje společně s ropou, ale lze jej nalézt také zachycený v uhelných ložiscích.
Metan tradičně představuje nebezpečí pro horníky v hlubinných dolech, protože se tento vysoce hořlavý plyn uvolňuje při důlní činnosti. Jinak nepřístupné uhelné sloje lze také využívat k získávání tohoto plynu, známého jako metan z uhelných ložisek, pomocí podobných technik vrtání a hydraulického štěpení, jaké se používají při těžbě břidlicového plynu. V roce 2010 se o něco více než 6 % zásob zemního plynu v USA, tj. 17,5 bilionu krychlových stop, nacházelo v ložiscích uhelného metanu, převážně v Coloradu, Novém Mexiku a Wyomingu .
O ložiska uhelného metanu je zájem také kvůli jejich potenciálu pro sekvestraci uhlíku. Vstřikování oxidu uhličitého (CO2) do těžko těžitelných uhelných slojí by způsobilo, že CO2 by vytěsnil metan vázaný v uhlí, čímž by se zvýšila těžba zdrojů zemního plynu a zároveň by se CO2 ukládal tam, kde by nepřispíval ke globálnímu oteplování.
Metanhydráty
Metanhydráty, které se skládají z molekul metanu uvězněných v kleci molekul vody, se vyskytují jako krystalické pevné látky v sedimentech v arktických oblastech a pod dnem hlubokého oceánu. Ačkoli vypadají jako led, hydráty metanu po zapálení hoří.
Metanhydráty jsou nejrozšířenějším nekonvenčním zdrojem zemního plynu a zároveň nejobtížněji těžitelným. Ačkoli existuje mnoho nejistot ohledně celkové velikosti zdrojů metanhydrátů, konzervativně se odhaduje, že jejich objem je 4 000krát větší než množství zemního plynu spotřebovaného ve Spojených státech v roce 2010. Technické problémy spojené s ekonomickým získáváním tohoto zdroje jsou však značné a pouze malá část celkového zdroje se nachází v dostatečně vysoké koncentraci, aby ji bylo možné zachytit .
Existuje také značné riziko, že rostoucí teploty způsobené globálním oteplováním by mohly destabilizovat ložiska hydrátu metanu, čímž by se metan – silný skleníkový plyn – uvolnil do atmosféry a problém by se dále prohloubil .
Biogenní plyn
Některé druhy bakterií, známé jako metanogeny, mohou produkovat metan, hlavní složku zemního plynu, v procesu rozkladu organických látek v prostředí bez kyslíku.
Tento typ plynu se nazývá „biogenní“, aby se odlišil od „termogenního“ neboli fosilního plynu, který vzniká z organického materiálu pohřbeného v zemské kůře za vysokých teplot a tlaků. Vlastnosti biogenního metanu jsou totožné s vlastnostmi termogenního metanu.
Hospodářský hnůj, potravinářský odpad a odpadní vody jsou potenciálními zdroji biogenního plynu neboli bioplynu, který je obvykle považován za formu obnovitelné energie.
Jedna studie odhadla, že technický potenciál USA jen z hnoje hospodářských zvířat by mohl pokrýt 1 % energetické potřeby země a vést ke snížení emisí skleníkových plynů v USA o 4 % . Desítky amerických farmářů, zejména na Středozápadě, již investovaly do anaerobních fermentorů a generátorů na výrobu elektřiny a tepla (a dodatečných příjmů farmy) z živočišných odpadů. Výroba bioplynu v malém měřítku je dobře zavedenou technologií v některých částech rozvojového světa, zejména v Asii, kde zemědělci shromažďují zvířecí hnůj v kádích a zachycují metan, který se uvolňuje při jeho rozkladu.
Skládky odpadů představují další nedostatečně využívaný zdroj bioplynu. Když je komunální odpad pohřben na skládce, bakterie rozkládají organický materiál obsažený v odpadcích, jako jsou noviny, lepenka a potravinový odpad, a produkují plyny, jako je oxid uhličitý a metan. Místo aby tyto plyny odcházely do atmosféry, kde přispívají ke globálnímu oteplování, mohou je zařízení na skládkový plyn zachycovat, metan oddělovat a spalovat za účelem výroby elektřiny, tepla nebo obojího.
Energy Information Administration. 2012. Roční energetický přehled. Table 4.1 Technically Recoverable Crude Oil and Natural Gas Resource Estimates, 2009.
Národní laboratoř pro energetické technologie (NETL). 2009. Moderní rozvoj těžby břidlicového plynu ve Spojených státech: A Primer. Připravila Rada pro ochranu podzemních vod a společnost ALL Consulting.
Energy Information Administration. 2010. Shale Gas Proved Reserves as of Dec. 31.
Správa energetických informací. 2010. Coalbed Methane Proved Reserves as of Dec. 31.
United States Geological Survey. 2013. Gas Hydrates Primer.
Lawrence Livermore National Laboratory. 1999. Hydráty metanu: A Surprising Compound.
Cuellar, Amanda D. and Michael E. Webber. 2008. Cow power: the energy and emissions benefits of converting manure to biogas (Energie z krav: energetické a emisní přínosy přeměny hnoje na bioplyn).
.