Az ilyen források segíthetnek megszüntetni az Egyesült Államokban a hazai termelés és fogyasztás közötti növekvő szakadékot, de termelésük nagyobb környezeti kihívásokat jelent.

Az Energia Információs Hivatal jelenleg 2,203 billió köblábra becsüli az USA nem hagyományos gázkészletét. Ebből 167 billió köbmétert tekintenek bizonyított tartaléknak, amely a jelenlegi gazdasági és működési feltételek mellett kitermelhető.

Kőzetgáz

A hagyományos gázzal ellentétben, amely erősen porózus és áteresztő tározókban található, és a szokásos függőleges kutakkal könnyen megcsapolható, a palagáz az eredeti forráskőzeten, a szerves anyagokban gazdag palában rekedt, amely a sekély tengerek fenekén lévő iszap, iszap, agyag és szerves anyag üledéklerakódásából keletkezett.

Az Egyesült Államokban az első, kifejezetten földgáz kitermelésére fúrt kút 1821-ben a New York állambeli Fredoniában egy palagázlelőhelyet csapolt meg . E palák nagyon alacsony áteresztőképessége miatt azonban a hagyományos, függőleges fúrásokkal történő kitermelés nem bizonyult költséghatékonynak, mivel máshol könnyebben kiaknázható lelőhelyeket találtak.

Most a palagáz a leggyorsabban növekvő földgázforrás az Egyesült Államokban és világszerte, több közelmúltbeli fejlesztés eredményeként. A vízszintes fúrási technológia fejlődése lehetővé teszi, hogy egyetlen kút nagyobb mennyiségű palagáz-tartalékon haladjon keresztül, és így több gázt termeljen ki.

A hidraulikus repesztési technológia (más néven hidrofrakciózás, hidrofracking vagy egyszerűen fracking) fejlődése szintén javította a palagázlelőhelyekhez való hozzáférést. Ennél az eljárásnál nagy mennyiségű, homokkal és folyékony vegyszerekkel kevert vizet kell nagy nyomáson a kútba fecskendezni, hogy a kőzetet megrepedjen, növelve ezzel az áteresztőképességet és a kitermelési sebességet. E technológiai fejlesztések mellett a 2001 és 2008 közötti magas földgázárak további ösztönzést jelentettek a palagázkészletek kiaknázására. A palagáz ebből eredő növekedése azonban a közelmúltbeli gazdasági recesszióval együtt 2008 óta a gázárak drámai csökkenését eredményezte.

A palagáz kitermeléséhez a termelőkutat függőlegesen fúrják, amíg el nem éri a palakőzetet, majd a kútfúrás elfordul, hogy vízszintesen kövesse a palát. A kútba acélcsövet, úgynevezett “burkolatot” vezetnek be, hogy nyitva tartsák és megvédjék a kútfúrás integritását. Ezután cementet pumpálnak a kútba, és az acélburkolat külső oldalán felfelé nyomják, hogy lezárják a kutat, és megpróbálják megakadályozni, hogy a földgáz, a hasítófolyadékok, a vegyi anyagok és a kitermelt víz a talajvízkészletekbe szivárogjon.

A fúrás és a kútburkolat elkészülte után kis robbanótölteteket robbantanak a kút vízszintes részében, hogy lyukakat készítsenek a burkolaton azokban az intervallumokban, ahol a hidraulikus repesztésnek meg kell történnie. A hidraulikus repesztési művelet során a repesztőfolyadékot gondosan szabályozott nyomáson szivattyúzzák be, hogy a kőzetet a kúttól több száz lábnyi távolságra feltörjék. A törőfolyadékkal kevert homok nyitja meg ezeket a repedéseket, amikor a folyadékot később kiszivattyúzzák. A törés után a gáz a kút fúrásába és a felszínre áramlik, ahol összegyűjtik.

2011-ben az USA földgázkészletének valamivel több mint 39 százaléka, azaz 132 billió köbláb volt a palakőzetben, főként Texasban, Louisianában, Arkansasban és Pennsylvaniában . Ezek a lelőhelyek az Egyesült Államok egész területén találhatók, jellemzően ott, ahol hagyományos gázkészletek is előfordulnak. A közelmúltban a pennsylvaniai és nyugat-virginiai Marcellus palában, a texasi Barnett palában, a louisianai és texasi Hanesville palában, valamint az arkansasi Fayetteville palában jelentősen megnőtt a földgáztermelés.

A szoros gáz homokkő

A szoros gáz olyan földgázra utal, amely nagy porozitású, de alacsony permeabilitású tároló kőzetbe vándorolt.

Az ilyen típusú tározók általában nem társulnak kőolajjal, és általában vízszintes fúrást és hidraulikus repesztést igényelnek ahhoz, hogy a kutak kitermelését költséghatékony szintre növeljék.

Koalbed metán

A földgázt gyakran kőolajjal társítják, de szénlelőhelyeken belül is megtalálható.

A metán hagyományosan veszélyt jelentett a föld alatti szénbányászokra, mivel az erősen gyúlékony gáz a bányászati tevékenységek során szabadul fel. Az egyébként hozzáférhetetlen szénrétegek is megcsapolhatók e gáz, az úgynevezett szénlelőhelyi metán begyűjtésére, hasonló kútfúrási és hidraulikus repesztési technikák alkalmazásával, mint amilyeneket a palagáz kitermelésénél alkalmaznak. 2010-ben az USA földgáztartalékainak valamivel több mint 6 százaléka, azaz 17,5 billió köbláb volt a szénalapú metánlelőhelyeken, főként Coloradóban, Új-Mexikóban és Wyomingban .

A szénalapú metánlelőhelyek a szénmegkötési potenciáljuk miatt is felkeltették az érdeklődést. A szén-dioxid (CO2) befecskendezése a nehezen bányászható szénrétegekbe azt eredményezné, hogy a CO2 kiszorítaná a szénbe zárt metánt, növelve a földgázkincs kinyerését, miközben a CO2-t olyan helyen tárolnák, ahol az nem járulna hozzá a globális felmelegedéshez.

Metánhidrátok

A metánhidrátok, amelyek vízmolekulák ketrecébe zárt metánmolekulákból állnak, kristályos szilárd anyagként fordulnak elő a sarkvidéki régiók üledékeiben és az óceán mélyének feneke alatt. Bár jégnek látszanak, a metánhidrátok égnek, ha meggyújtják őket.

A metánhidrátok a legnagyobb mennyiségben előforduló nem hagyományos földgázforrások, ugyanakkor a legnehezebben kitermelhetőek. Bár a metánhidrátkészlet teljes nagyságát illetően sok a bizonytalanság, óvatos becslések szerint a 2010-ben az Egyesült Államokban elfogyasztott földgáz mennyiségének 4000-szerese. Az erőforrás gazdaságos kitermelésének technikai kihívásai azonban jelentősek, és a teljes erőforrásnak csak kis hányada található elég nagy koncentrációban ahhoz, hogy a kitermelés megvalósítható legyen.

Az a jelentős kockázat is fennáll, hogy a globális felmelegedés következtében emelkedő hőmérséklet destabilizálhatja a metánhidrát-lelőhelyeket, ami a metánt – egy erős üvegházhatású gázt – a légkörbe juttatná, és tovább súlyosbítaná a problémát .

Biogén gáz

A baktériumok bizonyos típusai, az úgynevezett metanogének, oxigénmentes környezetben a szerves anyagok lebontása során képesek metánt, a földgáz fő összetevőjét előállítani.

Az ilyen típusú gázt “biogénnek” nevezik, hogy megkülönböztessék a “termogén” vagy fosszilis gáztól, amely a földkéregben magas hőmérsékleten és nyomáson eltemetett szerves anyagokból keletkezik. A biogén metán tulajdonságai megegyeznek a termogén metánéval.

Az állattenyésztésből származó trágya, az élelmiszer-hulladék és a szennyvíz mind a biogén gáz, vagy biogáz potenciális forrásai, amelyet általában a megújuló energia egyik formájának tekintenek.

Egy tanulmány becslése szerint az USA-ban csak az állattenyésztésből származó trágyából származó technikai potenciál az ország energiaszükségletének 1 százalékát fedezheti, és az USA üvegházhatású gázkibocsátásának 4 százalékos csökkenéséhez vezethet. Már több tucat amerikai gazdálkodó, különösen a középnyugaton, befektetett anaerob emésztőberendezésekbe és generátorokba, hogy az állati hulladékból villamos energiát és hőt (és extra mezőgazdasági bevételt) termeljenek. A kisléptékű biogáztermelés jól bevált technológia a fejlődő világ egyes részein, különösen Ázsiában, ahol a gazdák tartályokba gyűjtik az állati trágyát, és a bomlás során keletkező metánt felfogják.

A hulladéklerakók a biogáz másik, még kihasználatlan forrását kínálják. Amikor a kommunális hulladékot egy hulladéklerakóba temetik, a baktériumok lebontják a szemétben lévő szerves anyagokat, például az újságokat, a kartonpapírt és az élelmiszerhulladékot, olyan gázokat termelve, mint a szén-dioxid és a metán. Ahelyett, hogy hagynák, hogy ezek a gázok a légkörbe kerüljenek, ahol hozzájárulnak a globális felmelegedéshez, a hulladéklerakó gázzal foglalkozó létesítmények felfoghatják őket, elkülöníthetik a metánt, és elégethetik, hogy villamos energiát, hőt vagy mindkettőt termeljenek.

Energy Information Administration. 2012. Éves energetikai áttekintés. 4.1. táblázat Technikailag kinyerhető kőolaj- és földgázkészlet becslések, 2009.

National Energy Technology Laboratory (NETL). 2009. Modern palagázfejlesztés az Egyesült Államokban: A Primer. Készítette a Ground Water Protection Council és az ALL Consulting.

Energy Information Administration. 2010. Shale Gas Proved Reserves as of Dec. 31.

Energy Information Administration. 2010. Coalbed Methane Proved Reserves as of Dec. 31.

United States Geological Survey. 2013. Gas Hydrates Primer.

Lawrence Livermore National Laboratory. 1999. Methánhidrát: A Surprising Compound.

Cuellar, Amanda D. and Michael E. Webber. 2008. Cow power: the energy and emissions benefits of converting manure to biogas.