Dergelijke bronnen zouden kunnen helpen de groeiende kloof tussen binnenlandse productie en verbruik in de Verenigde Staten te dichten, maar zij stellen grotere milieu-uitdagingen bij hun productie.

The Energy Information Administration schat momenteel de onconventionele gasreserves in de VS op 2.203 triljoen kubieke voet. Daarvan wordt 167 triljoen kubieke voet beschouwd als bewezen reserves die onder de huidige economische en operationele omstandigheden kunnen worden teruggewonnen.

Schaliegas

In tegenstelling tot conventioneel gas, dat zich in zeer poreuze en doorlatende reservoirs bevindt en gemakkelijk kan worden aangeboord door standaard verticale putten, blijft schaliegas gevangen in zijn oorspronkelijke brongesteente, de organisch-rijke schalie die zich heeft gevormd door de sedimentaire afzetting van modder, slib, klei en organisch materiaal op de bodem van ondiepe zeeën.

De eerste put in de Verenigde Staten die speciaal werd geboord om aardgas te produceren, werd in 1821 aangeboord in een schaliegasafzetting in Fredonia, New York. Vanwege de zeer lage permeabiliteit van deze leisteenlagen bleek conventionele winning met behulp van verticale putten echter niet kosteneffectief te zijn, omdat elders gemakkelijker winbare lagen werden gevonden.

Heden ten dage is schaliegas de snelst groeiende aardgasbron in de Verenigde Staten en de rest van de wereld als gevolg van verschillende recente ontwikkelingen. Dankzij de vooruitgang op het gebied van horizontale boringen kan een enkele put door grotere hoeveelheden van een schaliegasreservoir gaan en dus meer gas produceren.

De ontwikkeling van hydraulic fracturing-technologie (ook bekend als hydrofracturering, hydrofracking, of gewoon fracking) heeft ook de toegang tot schaliegasafzettingen verbeterd. Bij dit proces worden grote hoeveelheden water, vermengd met zand en vloeibare chemicaliën, onder hoge druk in de boorput geïnjecteerd om het gesteente te breken, waardoor de permeabiliteit en de productiesnelheden toenemen. Naast deze technologische vooruitgang hebben de hoge aardgasprijzen tussen 2001 en 2008 de ontwikkeling van schaliegas verder gestimuleerd. De resulterende toename van schaliegas in combinatie met de recente economische recessie heeft sinds 2008 echter tot een dramatische daling van de gasprijzen geleid.

Om schaliegas te winnen, wordt een productieput verticaal geboord tot hij de schalieformatie bereikt, op welk punt de putboor draait om de schalie horizontaal te volgen. Stalen buizen, “casing” genoemd, worden in de put geplaatst om deze open te houden en de integriteit van de boorput te beschermen. Cement wordt dan in de put gepompt en langs de buitenkant van de stalen omhulling opgestuwd om de put af te dichten en te voorkomen dat aardgas, fracking-vloeistoffen, chemicaliën en geproduceerd water in het grondwater lekken.

Nadat het boren en de omhulling van de put voltooid zijn, worden kleine explosieve ladingen in het horizontale gedeelte van de put tot ontploffing gebracht om gaten in de omhulling te maken op de plaatsen waar hydraulisch breken moet plaatsvinden. Bij de hydraulische breukoperatie wordt de breekvloeistof met een zorgvuldig gecontroleerde druk ingepompt om het gesteente tot op enkele honderden meters van de put te breken. Zand vermengd met de breekvloeistof zorgt ervoor dat deze scheuren open blijven wanneer de vloeistoffen vervolgens worden weggepompt. Na het breken stroomt het gas de put in en naar de oppervlakte, waar het wordt opgevangen.

In 2011 bevond iets meer dan 39 procent van de Amerikaanse aardgasreserves, of 132 triljoen kubieke voet, zich in schalieafzettingen, vooral in Texas, Louisiana, Arkansas en Pennsylvania. Deze afzettingen bevinden zich overal in de Verenigde Staten, meestal op plaatsen waar ook conventionele gasvoorraden voorkomen. Onlangs hebben de Marcellus-schalie in Pennsylvania en West Virginia, de Barnett-schalie in Texas, de Hanesville-schalie in Louisiana en Texas, en de Fayetteville-schalie in Arkansas allemaal een aanzienlijke groei van de aardgasproductie gekend.

Tight gas sandstone

Tight gas verwijst naar aardgas dat gemigreerd is in een reservoirgesteente met hoge porositeit maar lage permeabiliteit.

Dit soort reservoirs wordt gewoonlijk niet geassocieerd met olie en vereist gewoonlijk horizontaal boren en hydraulisch breken om de putoutput te verhogen tot rendabele niveaus.

Coalbed methaan

Natuurlijk gas wordt vaak in verband gebracht met aardolie, maar het kan ook worden aangetroffen in steenkoollagen.

Methaan vormt van oudsher een gevaar voor ondergrondse mijnwerkers, omdat het licht ontvlambare gas vrijkomt bij mijnbouwactiviteiten. Anders ontoegankelijke steenkoollagen kunnen ook worden aangeboord om dit gas, bekend als kolenbedmethaan, op te vangen door gebruik te maken van soortgelijke putboringen en hydraulische breuktechnieken als worden gebruikt bij de winning van schaliegas. In 2010 bevond iets meer dan 6 procent van de Amerikaanse aardgasreserves, of 17,5 triljoen kubieke voet, zich in kolenlaag methaan, vooral in Colorado, New Mexico en Wyoming.

Koolbed methaanafzettingen hebben ook de belangstelling getrokken vanwege hun potentieel voor koolstofvastlegging. Injectie van kooldioxide (CO2) in moeilijk te ontginnen steenkoollagen zou ertoe leiden dat het in de steenkool opgesloten methaan door CO2 wordt verdrongen, waardoor het aardgas beter kan worden gewonnen, terwijl het CO2 wordt opgeslagen op een plaats waar het niet bijdraagt tot de opwarming van de aarde.

Methaanhydraten

Methaanhydraten, die bestaan uit methaanmoleculen die zijn opgesloten in een kooi van watermoleculen, komen voor als kristallijne vaste stoffen in sedimenten in arctische gebieden en onder de bodem van de diepe oceaan. Hoewel ze eruit zien als ijs, zullen methaanhydraten branden als ze worden aangestoken.

Methaanhydraten zijn de meest voorkomende onconventionele aardgasbron en ook de moeilijkst te winnen. Hoewel er veel onzekerheid bestaat over de totale omvang van de methaanhydraatvoorraad, wordt deze voorzichtigheidshalve geschat op 4000 maal de hoeveelheid aardgas die in 2010 in de Verenigde Staten werd verbruikt. De technische uitdagingen van het economisch winnen van de hulpbron zijn echter aanzienlijk, en slechts een klein deel van de totale hulpbron wordt gevonden in concentraties die hoog genoeg zijn om op haalbare wijze te kunnen worden gewonnen.

Er is ook een aanzienlijk risico dat stijgende temperaturen als gevolg van de opwarming van de aarde methaanhydraatafzettingen kunnen destabiliseren, waardoor het methaan – een krachtig broeikasgas – vrijkomt in de atmosfeer, en het probleem verder verergert .

Biogeen gas

Zekere soorten bacteriën, bekend als methanogenen, kunnen methaan produceren, het hoofdbestanddeel van aardgas, in het proces van het afbreken van organisch materiaal in een zuurstofvrije omgeving.

Dit type gas wordt “biogeen” genoemd om het te onderscheiden van het “thermogene” of fossiele gas dat wordt geproduceerd uit organisch materiaal dat in de aardkorst bij hoge temperaturen en drukken is begraven. De eigenschappen van biogeen methaan zijn identiek aan die van thermogeen methaan.

Mest van vee, voedselafval en rioolwater zijn allemaal potentiële bronnen van biogeen gas, of biogas, dat gewoonlijk wordt beschouwd als een vorm van hernieuwbare energie.

Eén studie heeft geschat dat het technisch potentieel van de VS alleen al uit dierlijke mest zou kunnen voorzien in 1 procent van de energiebehoefte van het land en zou kunnen leiden tot een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen in de VS met 4 procent. Tientallen Amerikaanse boeren, met name in het Middenwesten, hebben al geïnvesteerd in anaerobe vergisters en generatoren om elektriciteit en warmte (en extra inkomsten voor de boerderij) te produceren uit dierlijk afval. Kleinschalige biogasproductie is een gevestigde technologie in delen van de ontwikkelingswereld, met name in Azië, waar boeren dierlijke mest verzamelen in vaten en het methaan opvangen dat vrijkomt tijdens het rottingsproces.

Stortplaatsen bieden een andere onderbenutte bron van biogas. Wanneer stedelijk afval op een stortplaats wordt begraven, breken bacteriën het organische materiaal in afval zoals kranten, karton en voedselafval af, waarbij gassen zoals kooldioxide en methaan vrijkomen. In plaats van deze gassen de atmosfeer in te laten gaan, waar ze bijdragen aan de opwarming van de aarde, kunnen stortplaatsgasinstallaties ze opvangen, het methaan afscheiden en verbranden om elektriciteit, warmte of beide op te wekken.

Energy Information Administration. 2012. Annual Energy Review. Table 4.1 Technically Recoverable Crude Oil and Natural Gas Resource Estimates, 2009.

National Energy Technology Laboratory (NETL). 2009. Modern shale gas development in the United State: A Primer. Voorbereid door Ground Water Protection Council en 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. Methaanhydraat: A Surprising Compound.

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