Come Frack lo fanno? Fratturazione idraulica 101

Di recente a New York City, i manifestanti sono saliti sul lungomare delle Rockaways per opporsi al Rockaway Lateral Project, che mira a installare un gasdotto sotto le spiagge Jacob Riis e Fort Tilden di New York City per collegare due sistemi esistenti di distribuzione del gas naturale. Il gasdotto, controllato da Williams Partners L.P., permetterà al gas naturale fracked proveniente da Marcellus Shale, in Pennsylvania, di fluire verso una nuova stazione di misurazione e regolazione a Floyd Bennett Field, a Brooklyn, e poi nelle attuali linee di distribuzione che corrono lungo Flatbush Avenue. Le prove dei danni ambientali causati dalle procedure non regolamentate di fracking stanno aumentando nello stesso momento in cui gli Stati Uniti si stanno sforzando di diminuire la loro dipendenza dal petrolio e dal carbone. Il fracking è il minore dei due mali? O potrebbe esserlo?

Anche se il processo esiste da circa 60 anni, la fratturazione idraulica è diventata recentemente un beniamino dell’industria per due motivi principali. Primo, la fratturazione può estrarre petrolio e gas naturale da formazioni rocciose che normalmente sarebbero inaccessibili. In secondo luogo, se combinata con la perforazione orizzontale, può estrarre più petrolio e gas da una singola piattaforma di perforazione di quanto fosse possibile in precedenza. Oggi viviamo in una sorta di “rinascimento del fracking”; circa 27.000 nuovi pozzi di fracking sono stati perforati negli Stati Uniti solo nel 2011. Ma cosa succede realmente nella fratturazione idraulica?

Le rocce

Il petrolio e il gas naturale risiedono in formazioni rocciose di arenaria e scisto in profondità sotto la superficie della terra. Miliardi di anni fa, mentre queste rocce si formavano per sedimentazione, organismi come il plancton e le alghe rimanevano intrappolati insieme ai minerali. I corpi di questi microrganismi formavano sacche di materia organica a base di carbonio. Man mano che la roccia invecchiava e si spingeva più in profondità nella terra, il calore e la pressione trasformavano lentamente questi organismi in idrocarburi, creando combustibili fossili come petrolio, carbone e gas naturale (o metano). Quando è appena fatto, il metano migra verso la superficie dalla sua roccia di origine nella roccia serbatoio, tipicamente arenaria o scisto, dove viene intrappolato.

L’arenaria, che è spesso perforata per il petrolio convenzionale, è abbastanza porosa e trattiene il petrolio come una spugna trattiene l’acqua. Quando viene perforata, l’arenaria è abbastanza porosa che la differenza di pressione tra il pozzo e la roccia (di nuovo, il petrolio vuole risalire ma è intrappolato) e i grandi spazi tra i grani della roccia permettono al petrolio di uscire dalla roccia e salire in superficie. Lo scisto, al contrario, è più compatto e non può essere sfruttato allo stesso modo. Invece, ha bisogno di essere fratturato.

La perforazione

Una volta che una formazione di scisto è stata presa di mira, una compagnia energetica creerà una piattaforma di perforazione, o casa base, per la perforazione. Il primo passo è quello di perforare (con una punta da 18-20 pollici di diametro) verticalmente verso il basso oltre gli strati più giovani di roccia che possono circondare una falda acquifera o contenere tipi più giovani di gas. Una volta che il foro è profondo circa 1.000 piedi, viene inserito un rivestimento d’acciaio più sottile del foro stesso. Poi il cemento viene pompato lungo l’involucro, seguito da aria ad alta pressione, che spinge il cemento verso il fondo del foro e verso l’alto nello spazio, o stringhe, tra l’involucro d’acciaio e la roccia circostante. Questo diventa il pozzo verticale. Il processo viene ripetuto fino a quando il foro è abbastanza profondo da raggiungere lo scisto, che potrebbe essere profondo fino a 10.000 piedi sotto la superficie, ma tipicamente si ferma intorno ai 7.000-8.000 piedi.

L’invenzione delle punte orizzontali permette al pozzo di cambiare direzione una volta che si trova ad una profondità di destinazione. Da una singola piattaforma di perforazione, quindi, le compagnie energetiche sono in grado di perforare più pozzi verticali entro cinque piedi l’uno dall’altro che sono in grado di raggiungere un raggio molto ampio, a volte miglia di larghezza, dalla piattaforma di perforazione, eliminando così la necessità di impostare più piattaforme di perforazione attraverso un paesaggio. Il passo successivo è quello di inviare piccoli esplosivi o una pistola di perforazione nella sezione mirata del pozzo orizzontale per perforare l’involucro d’acciaio e il cemento. Una volta fatti i fori, tra i 3 milioni e i 5 milioni di galloni di acqua contenente una miscela di sabbia e sostanze chimiche viene pompata ad una pressione estremamente elevata nel pozzo. Questo fluido di fracking esplode dai fori, polverizzando la roccia scistosa e creando fratture multiple o crepe in tutta la formazione. (FracFocus, un sito web senza scopo di lucro, tiene elenchi di sostanze chimiche usate nel fracking in tutto il paese, ma la divulgazione non è legalmente richiesta e le aziende elencate presentano i loro “ingredienti” della soluzione di fracking volontariamente). La sabbia e le sostanze chimiche del fluido di fratturazione si intrufolano nelle fessure create nella roccia e le tengono aperte, permettendo al gas naturale intrappolato di rifluire nel pozzo orizzontale. La roccia può essere tenuta aperta da pochi minuscoli granelli di sabbia.

Perché il gas è più leggero della soluzione di fracking, sale verso l’alto e viene incanalato in tubazioni che lo portano a un impianto di trattamento del gas, a un impianto di separazione o allo stoccaggio. Circa il 10-30% del fluido di fracking (ora chiamato flowback) risale attraverso il pozzo. Idealmente viene riciclato nel lavoro successivo, poiché le sostanze chimiche e la sabbia nella soluzione lo rendono inutile per molto altro. Se non viene riciclato, il flowback viene smaltito in un pozzo di deposito in profondità nella terra. L’acqua che rimane nel pozzo viene assorbita nella roccia fratturata.

I rischi

Il fracking ha il potenziale di fornire un’alternativa energetica più economica e pulita al carbone e al petrolio, così come di portare enormi profitti alle compagnie energetiche. Ma i rischi sono grandi: Il metano è un gas serra molto più devastante dell’anidride carbonica, quindi le perdite potrebbero ridurre gli sforzi per ridurre le emissioni di carbonio. La contaminazione delle risorse idriche da parte del fluido di fracking si sta già verificando, e i suoi effetti sull’ambiente e sulla salute pubblica sono ancora in gran parte sconosciuti. La ricerca in corso sta anche studiando le potenziali connessioni tra il fracking e i terremoti.

Bilanciare i benefici noti della riduzione della nostra dipendenza dal petrolio con i costi e i rischi in gran parte sconosciuti del fracking è un percorso delicato da percorrere. Fred Krupp, presidente dell’Environmental Defense Fund, ha chiesto un “ambizioso pragmatismo” sul fracking in un’intervista alla rivista Foreign Affairs: “Viviamo nel mondo reale e cose come il fracking e lo sfruttamento delle risorse di gas naturale dell’America stanno per accadere. Quindi cerchiamo di massimizzare il beneficio che otteniamo dalla conversione di una centrale a carbone in gas naturale, mentre mettiamo il piede sul pedale per accelerare l’introduzione dell’energia eolica e solare.”

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