Aceste surse ar putea ajuta la reducerea decalajului tot mai mare dintre producția internă și consumul din Statele Unite, dar prezintă provocări mai mari de mediu în ceea ce privește producția lor.
Administrația pentru Informații Energetice estimează în prezent că baza de resurse de gaze neconvenționale din SUA este de 2.203 trilioane de metri cubi. Dintre acestea, 167 de trilioane de picioare cubice sunt considerate rezerve dovedite-recuperabile în condițiile economice și operaționale actuale.
Gazele de șist
În comparație cu gazele convenționale, care rezidă în rezervoare foarte poroase și permeabile și pot fi ușor exploatate prin puțuri verticale standard, gazele de șist rămân blocate în roca lor sursă originală, șisturile bogate în substanțe organice care s-au format prin depunerea sedimentară de noroi, nămol, argilă și materie organică pe fundul mărilor de mică adâncime.
Primul puț din Statele Unite forat special pentru a produce gaze naturale a exploatat un zăcământ de gaze de șist în Fredonia, New York, în 1821 . Cu toate acestea, din cauza permeabilității foarte scăzute a acestor șisturi, extracția convențională cu ajutorul puțurilor verticale s-a dovedit a nu fi rentabilă, deoarece au fost găsite în altă parte zăcăminte mai ușor de exploatat.
Astăzi, gazele de șist reprezintă resursa de gaze naturale cu cea mai rapidă creștere în Statele Unite și în întreaga lume, ca urmare a mai multor evoluții recente. Progresele în tehnologia de foraj orizontal permit ca un singur puț să treacă prin volume mai mari ale unui rezervor de gaze de șist și, astfel, să producă mai mult gaz.
Dezvoltarea tehnologiei de fracturare hidraulică (cunoscută și sub numele de hidrofracturare, hidrofracturare sau, pur și simplu, fracturare) a îmbunătățit, de asemenea, accesul la depozitele de gaze de șist. Acest proces necesită injectarea unor volume mari de apă amestecată cu nisip și substanțe chimice fluide în puț la presiune ridicată pentru a fractura roca, crescând permeabilitatea și ratele de producție. Pe lângă aceste progrese tehnologice, prețurile ridicate ale gazelor naturale între 2001 și 2008 au oferit un stimulent suplimentar pentru dezvoltarea resurselor de gaze de șist. Cu toate acestea, creșterea rezultată a gazelor de șist, combinată cu recenta recesiune economică, a dus la o scădere dramatică a prețurilor la gaze începând cu 2008.
Pentru a extrage gazele de șist, un puț de producție este forat vertical până când ajunge la formațiunea de șist, moment în care sondă se întoarce pentru a urmări șistul pe orizontală. Tubulatura de oțel, numită „casing”, este introdusă în puț pentru a-l menține deschis și pentru a proteja integritatea puțului. Cimentul este apoi pompat în puț și forțat în exteriorul tubulaturii de oțel pentru a sigila puțul și pentru a încerca să prevină scurgerile de gaze naturale, fluide de fracturare, substanțe chimice și apă produsă în rezervele de apă subterană.
După ce forajul și tubulatura puțului sunt finalizate, mici încărcături explozive sunt detonate în porțiunea orizontală a puțului pentru a crea găuri în tubulatură la intervale de timp în care urmează să aibă loc fracturarea hidraulică. Într-o operațiune de fracturare hidraulică, fluidul de fracturare este pompat la o presiune atent controlată pentru a fractura roca până la câteva sute de metri de puț. Nisipul amestecat cu fluidul de fracturare acționează pentru a susține aceste fisuri deschise atunci când fluidele sunt ulterior pompate. După fracturare, gazul va curge în puțul de foraj și până la suprafață, unde este colectat.
În 2011, puțin peste 39% din rezervele de gaze naturale din SUA, sau 132 de trilioane de picioare cubice, se aflau în depozite de șisturi, în principal în Texas, Louisiana, Arkansas și Pennsylvania . Aceste zăcăminte sunt situate pe întreg teritoriul Statelor Unite, de obicei acolo unde există și resurse de gaze convenționale. Recent, șisturile Marcellus din Pennsylvania și Virginia de Vest, șisturile Barnett din Texas, șisturile Hanesville din Louisiana și Texas și șisturile Fayetteville din Arkansas au înregistrat o creștere semnificativă a producției de gaze naturale.
Gazele naturale de tip tight gas sandstone
Gazele naturale de tip tight gas se referă la gazele naturale care au migrat într-o rocă rezervor cu porozitate ridicată, dar cu permeabilitate scăzută.
Aceste tipuri de rezervoare nu sunt, de obicei, asociate cu petrolul și necesită, în mod obișnuit, foraje orizontale și fracturare hidraulică pentru a crește producția puțului la niveluri rentabile.
Metan de cărbune
Gazul natural este adesea colocat cu petrolul, dar poate fi găsit, de asemenea, prins în depozitele de cărbune.
Metanul a reprezentat în mod tradițional un pericol pentru minerii de cărbune din subteran, deoarece gazul extrem de inflamabil este eliberat în timpul activităților miniere. Filoanele de cărbune altfel inaccesibile pot fi, de asemenea, exploatate pentru a colecta acest gaz, cunoscut sub numele de metan din zăcămintele de cărbune, prin utilizarea unor tehnici de forare a puțurilor și de fracturare hidraulică similare celor utilizate în extracția gazelor de șist. În 2010, puțin peste 6% din rezervele de gaze naturale din SUA, sau 17,5 trilioane de metri cubi, se aflau în depozite de metan din zăcăminte de cărbune, în special în Colorado, New Mexico și Wyoming.
Depozitele de metan din straturi de cărbune au atras, de asemenea, interes pentru potențialul lor de sechestrare a carbonului. Injectarea dioxidului de carbon (CO2) în zăcămintele de cărbune greu de exploatat ar face ca CO2 să deplaseze metanul blocat în cărbune, îmbunătățind recuperarea resurselor de gaze naturale și, în același timp, stocând CO2 acolo unde nu ar contribui la încălzirea globală.
Hidrații de metan
Hidrații de metan, care constau în molecule de metan prinse într-o cușcă de molecule de apă, apar sub formă de solide cristaline în sedimentele din regiunile arctice și sub fundul oceanelor adânci. Deși arată ca gheața, hidrații de metan vor arde dacă sunt aprinși.
Hidrații de metan sunt cea mai abundentă sursă neconvențională de gaze naturale și, de asemenea, cea mai dificil de extras. Deși există multe incertitudini cu privire la dimensiunea totală a resurselor de hidrați de metan, se estimează, în mod prudent, că aceasta este de 4.000 de ori mai mare decât cantitatea de gaz natural consumată în Statele Unite în 2010. Cu toate acestea, provocările tehnice legate de recuperarea economică a resurselor sunt semnificative și doar o mică parte din resursele totale se găsește în concentrații suficient de mari pentru a fi captată în mod fezabil.
Există, de asemenea, un risc semnificativ ca temperaturile în creștere ca urmare a încălzirii globale să destabilizeze depozitele de hidrat de metan, eliberând metanul – un puternic gaz cu efect de seră – în atmosferă și exacerbând și mai mult problema .
Gaz biogenic
Certe tipuri de bacterii, cunoscute sub numele de metanogeni, pot produce metan, principalul component al gazului natural, în procesul de descompunere a materiei organice într-un mediu lipsit de oxigen.
Acest tip de gaz este numit „biogenic” pentru a-l diferenția de gazul „termogenic” sau gazul fosil produs din materia organică îngropată în scoarța terestră la temperaturi și presiuni ridicate. Proprietățile metanului biogenic sunt identice cu cele ale metanului termogenic.
Dejecțiile animaliere, deșeurile alimentare și apele uzate sunt toate surse potențiale de gaz biogenic, sau biogaz, care este de obicei considerat o formă de energie regenerabilă.
Un studiu a estimat că potențialul tehnic al SUA numai din dejecțiile animaliere ar putea furniza 1% din necesarul de energie al țării și ar duce la o reducere de 4% a emisiilor de gaze cu efect de seră din SUA . Deja, zeci de fermieri din SUA, în special din Midwest, au investit în digestoare și generatoare anaerobe pentru a produce energie electrică și termică (și venituri agricole suplimentare) din deșeurile de animale. Producția de biogaz la scară mică este o tehnologie bine stabilită în unele părți ale lumii în curs de dezvoltare, în special în Asia, unde fermierii colectează gunoiul de grajd în cuve și captează metanul degajat în timp ce acesta se descompune.
Depozitele de deșeuri oferă o altă sursă subutilizată de biogaz. Atunci când deșeurile municipale sunt îngropate într-o groapă de gunoi, bacteriile descompun materia organică conținută în gunoi, cum ar fi ziarele, cartonul și deșeurile alimentare, producând gaze precum dioxidul de carbon și metanul. În loc să permită ca aceste gaze să ajungă în atmosferă, unde contribuie la încălzirea globală, instalațiile de gazare a depozitelor de deșeuri le pot capta, pot separa metanul și îl pot arde pentru a genera electricitate, căldură sau ambele.
Energy Information Administration. 2012. Annual Energy Review. Tabelul 4.1 Technically Recoverable Crude Oil and Natural Gas Resource Estimates, 2009.
National Energy Technology Laboratory (NETL). 2009. Dezvoltarea modernă a gazelor de șist în Statele Unite: A Primer. Pregătit de Ground Water Protection Council și 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. Hidrații de metan: A Surprising Compound.
Cuellar, Amanda D. și Michael E. Webber. 2008. Cow power: the energy and emissions benefits of converting manure to biogas.
.