2. El gas natural. Gas El gas como materia prima

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1 2. El gas natural Gas 2.1. El gas como materia prima Con el objeto de facilitar el conocimiento del sistema del gas natural, se ha creído conveniente dar algunos datos significativos que permitan la aproximación a la realidad física del mismo. sometido. Es incoloro, no tóxico e inodoro, aunque se le añaden sustancias odorizantes para facilitar su detección en caso de fuga. Los parámetros que definen la calidad del gas natural son: El gas natural es una sustancia de origen fósil, procedente de la descomposición de materia orgánica atrapada bajo la superficie terrestre en estratos que han impedido su liberación a la atmósfera. Se encuentra en la naturaleza en yacimientos subterráneos tanto terrestres como marinos, en forma de bolsas, asociadas o no a yacimientos de otros combustibles fósiles. Está formado en su mayor parte por metano (en proporciones próximas al 90% en volumen, dependiendo de la procedencia) y fracciones variables de hidrocarburos gaseosos más pesados (etano, propano, butano, pentano y hexano principalmente) y otros gases como nitrógeno y dióxido de carbono, en función de su origen y procesos a los que haya sido Composición molar (ver cuadro ) Poder Calorífico Superior (PCS): es el calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de gas considerando el agua producto de la reacción en estado líquido. Sus valores se encuentran típicamente en un rango de kcal/m 3 (n) 1 (9 11 te/m 3 respectivamente). Poder Calorífico Inferior (PCI): análogo al anterior pero considerando el agua resultado de la combustión en estado vapor Densidad. La densidad absoluta del gas natural (GN) es de 0,78 kg/m 3 (n). La del gas natural licuado (GNL) 451 kg/m 3 (n) Por tanto 1m 3 de GNL equivale a 580 m 3 de GN Indice de Wobbe (PCS/d 0,5 ) Indica la intercambiabilidad entre gases desde el punto de vista de la aplicación final. En función del mismo se clasifican típicamente en tres familias: Cuadro : Composición molar del gas natural en España (%) METANO 79,00 97,00 ETANO 0 11,40 PROPANO 0,05 3,70 BUTANO 0,01 0,70 PENTANO 0,01 0,30 HEXANO 0,05 0,29 NITRÓGENO 0,50 6,50 DIÓXIDO DE CARBONO 0,00 1,50 IMPUREZAS AGUA < 80mgr/m 3 (n) DERIVADOS DE AZUFRE < 150 mgr/m 3 (n) Fuente: Gas Natural (n): Condiciones normales de temperatura, 0ºC y presión, 1 atm. 83

2 - 1ª FAMILIA: Gas manufacturado (H2, CH4 y CO2) entre 22,4 y 24,8 MJ/m 3 (entre 5.35 x10-3 y 5.93 x10-3 Kcal/m 3 ). - 2ª FAMILIA: Gas natural, aire propanado entre 39,1 y 44,8 MJ/m 3 (entre 9.34 x10-3 y x10-3 Kcal/m 3 ). - 3ª FAMILIA: G.L.P. (butano y propano) entre 72,9 y 87,3 MJ/m 3 (entre x10-3 y x10-3 Kcal/m 3 ) Impurezas. Cuadro Conversión y equivalencias entre unidades 1 bcm = 10 9 m 3 1 m 3 = 10 termias Temperatura de condensación del gas a 1 atm: -161ºC Tipos de condiciones en los que se suelen dar las medidas: - Condiciones normales (N): 0ºC y 1 atm. 1 Nm 3 = 1,055 Sm 3 - Condiciones estándar (S): 15ºC y 1 atm. 1 Sm 3 = 0,948 Nm 3 Poder calorífico del gas natural: - Poder Calorífico Superior (PCS) = Kcal - Poder Calorífico Inferior (PCI) = Kcal Gas natural (GN) vs gas natural licuado (GNL) Multiplicar x; Nm 3 GN t GNL m 3 GNL 1 Nm 3 GN 1 0,775x10-3 1,72x tonelada GNL ,22 1 m 3 GNL 583 0,45 1 Unidades energéticas Multiplicar x; Kcal BTU te Therm Kwh Kilocaloria 1 3, ,97x10-5 1,163x10-3 British thermal 0, ,252x ,931x10-4 termia (te) ,967x10-2 1,163 Therm 25,2x ,2 1 29,3 Kilowatio-hora ,14 0,8601 3,412x Equivalencia entre combustibles Multiplicar x; Mtec Mtep bcm termias 1 Mtec = 106 tec 1 0,7 0, x106 1 Mtep = 106 tep 1, x106 1 bcm* = 1 Mtep * Referido a un gas con PCS = Kcal/Nm 3 = 10 termias/nm 3 84

3 2.2. Consideraciones medioambientales De los combustibles fósiles el gas natural es el más limpio, al tiempo que se han desarrollado para su utilización final equipos y nuevas tecnologías con elevados rendimientos. Su combustión, al igual que la del resto de combustibles fósiles produce principalmente CO 2 y vapor de agua. El motivo de la calificación de "más limpio" es debido a su composición química. La proporción hidrógeno/carbono es mayor que en el resto de combustibles: Gas natural (Metano): H/C = 4/1 = 4 Petróleo (Decano): H/C = 22/10 = 2,2 Carbón (Coroneno): H/C = 12/24 = 0,5 Esto conlleva unas emisiones de CO 2 producto de la combustión un 25-30% menores que en el caso del petróleo, y un 40-50% menores en el caso del carbón, por unidad de energía producida (ver gráfico 2.2.1). Teniendo en cuenta las altas eficiencias de los procesos de combustión del gas natural y las avanzadas tecnologías de recuperación de calor en los mismos, las proporciones de contaminación emitidas finalmente son aún menores. Además su estado gaseoso favorece la mezcla con el aire facilitando la combustión. Gráfico Emisiones de CO 2 por combustión de distintos combustibles fósiles Kg CO2/GJ ,3 78,5 73,3 55, Fuente: Eurogas LIGNITO ANTRACITA FUEL OIL GASÓLEO GAS NATURAL El efecto invernadero Los gases originados por la actividad humana que provocan el calentamiento global del planeta por el conocido efecto invernadero son: CO 2, CH 4, NO x, compuestos clorofluorocarbonados (CFC s) y vapor de agua. La contribución del CO 2 es la más importante (68%), seguida del metano con una quinta parte. Este último es aún más potente que el CO 2, pero sus moléculas tienen un periodo de vida en la atmósfera más corto (ver gráfico 2.2.2). Las emisiones de metano procedentes de la actividad del hombre tienen dos fuentes principales: la ganadería y los arrozales (alrededor del 50% entre ambas, según gráfico 2.2.3). Otras fuentes importantes son la biomasa (procesos de combustión), la minería del carbón, gas natural y petróleo, los vertederos y el 85

4 Gráfico Influencia de la actividad humana en el efecto invernadero NOX 7% CH4 19% tratamiento de los residuos sólidos urbanos. Las fugas y pérdidas de gas natural suponen el 10% de las emisiones mundiales anuales de metano producidas por el hombre (7% de todas las emisiones de metano incluyendo las de origen natural) Se estima que el hombre es responsable del 70% de las emisiones totales de CH 4. CFC 6% CO2 68% Fuente: Eurogas Gráfico Distribución de fuentes de emisión de metano procedentes de actividades humanas Ganadería 29% Carbón 11% Gas natural 10% Petróleo 7% Resíduos urbanos 7% Vertederos 8% Combustión biomasa 11% Arrozales 17% Fuente: Eurogas El sistema de suministro de gas natural de Europa occidental está considerado como uno de los más limpios, seguros y eficientes de los sistemas de suministro de combustible del mundo. Las fugas medias estimadas son de alrededor del 0,7% del total suministrado, lo cual supone que dicha zona es únicamente responsable de un 2% del total de metano emitido a la atmósfera como consecuencia de la actividad humana. Todo esto sin tener en cuenta que aproximadamente un 25% de las fugas se oxida en el terreno antes de salir a la atmósfera. Óxidos de azufre y nitrógeno Los óxidos de nitrógeno (NO x ) y azufre (SO 2 ) son compuestos que, liberados en la atmósfera, producen la denominada lluvia ácida. Ésta tiene efectos en el medio ambiente tales como la deforestación o disminución significativa de determinadas especies animales en las zonas de alta concentración de dichos compuestos. De estos dos compuestos, el SO 2 es el que contribuye principalmente a la lluvia ácida. El gas natural apenas contiene azufre en su composición y por lo tanto sus emisiones de SO 2 son insignificantes, sobre todo si se comparan con las derivadas de la combustión de carbón y petróleo (gráfico ). En cuanto a las de los óxidos de nitrógeno son también menores, sobre todo con la utilización de tecnología de quemadores de bajo NO x. 86

5 Gráfico : Emisiones de SO 2 y NO X (calderas industriales sin proceso de limpieza de humos) 6 5 Valores relativos al gasóleo ,3 1 2,4 1,5 1 0,6 CARBÓN SO2 FUEL OIL GASÓLEO GAS CARBÓN NOX FUEL OIL GASÓLEO NATURAL Fuente: Eurogas GAS NATURAL Calidad del aire Aparte de las menores emisiones de CO 2, SO 2 y NO x que se acaban de comentar, el gas natural contiene una reducida cantidad de compuestos orgánicos volátiles, que son los principales responsables de la formación de nieblas urbanas y ozono a nivel del suelo. No produce cenizas, polvo ni residuos sólidos. en la industria y sectores doméstico y comercial, se pone de manifiesto la importancia del gas natural en el cumplimiento de los objetivos de la Cumbre El mercado del gas en el mundo Reservas probadas de gas natural en el mundo La Cumbre de Kyoto Fue celebrada en diciembre de 1997, y en ella se asumieron, por todos los países firmantes de la misma, compromisos relacionados con la tarea de preservar el medio ambiente. Entre las medidas se aprobó un protocolo destinado a limitar las emisiones de los gases causantes del efecto invernadero, y en particular del CO 2 y del metano. Teniendo en cuenta las ventajas medioambientales del gas natural frente a otras materias primas, reflejadas con anterioridad en este mismo apartado, y la actual tendencia y previsión de incremento de su utilización Se entiende por reservas probadas aquellas que tienen una certeza superior al 90% de ser explotadas en las condiciones técnicas y económicas existentes en el momento de su evaluación. A principios de 1999 las reservas probadas de gas natural en el mundo se estimaron en bcm (10 9 m 3 ) equivalentes a aproximadamente Mtep. Esta cantidad, con relación a las existentes en el año 1998 representa un aumento de las mismas en un 2,9%. Con idéntica fecha, las de crudo de petróleo se estimaron en Mtep, lo cual pone de manifiesto la semejanza de reservas de ambas materias primas (ver gráfico ) 87

6 Gráfico : Evolución de las reservas probadas de petróleo y gas natural 160% 140% 120% 100% 80% 79,00 90,50 85,09 96,19 97,00 96,43 97,04 96,31 96,84 98,95 60% 58,38 40% 48,43 20% 73,3 35,5 97,3 56,8 87,6 69,2 95,8 86,7 136,8 116,4 136,5 131,3 136,7 132,6 137,3 132,4 138,3 134,2 140,9 135,7 142, ,4 141,9 0% (1) Datos Referidos a principios de año. PETRÓLEO (Mtep) GAS NATURAL (Mtep) RELACIÓN RESERVAS GAS NATURAL/PETRÓLEO (%) Su evolución desde el año 1970 supone un aumento de aproximadamente el 95,6% para el petróleo y del 300% para el gas natural, aunque en el primer caso la variación registrada en la última década es mucho menos significativa que la experimentada por el gas natural. Haciendo un análisis por países, la antigua Unión Soviética es quien posee las mayores reservas del mundo con bcm, que representan el 35,9% del total (ver gráfico ). Le siguen varios países de Oriente Medio: Irán (15.3%), Qatar (6,9%), Arabia Saudita (3,7%) y Abu Dabi (3,6%). A continuación, con niveles parecidos se sitúan EE.UU. Indonesia y Venezuela Producción comercializada de gas natural en el mundo Se entiende por producción comercializada de gas natural aquella que contribuye directamente como energía primaria en el balance energético mundial. Es decir que es la resultante de la producción bruta una vez descontados el gas reinyectado en los yacimientos, las pérdidas en antorcha y otras evacuaciones directas, así como otras pérdidas por tratamientos antes de incluirlo en la red, incluyendo autoconsumo energético por las operaciones llevadas a cabo. 88

7 Gráfico : Reservas mundiales de gas natural 1999 (10 12 m 3 = miles de bcm) América del Norte 6,5% Europa Occidental 7,17% Antigua URSS 56,7% América Central y Sur 8,3% África 10,4% Oriente Medio 53,1% Asía / Oceanía 14,8% En 1999 la producción comercializada de gas natural en el mundo fue de 2.402,5 bcm, el 1,5% de las reservas probadas de ese año. Esto representó un incremento de producción de 2,9% respecto al periodo anterior (ver gráfico ). Los principales participantes fueron la antigua Unión Soviética con un 29,2% y EE.UU con el 22,1%. A continuación se sitúan Canadá, Reino Unido y Argelia. Se aprecia que mientras EE.UU. es netamente importador, la antigua Unión Soviética dedica una parte importante de su producción a la exportación (Gráfico ). Gráfico : Producción comercializada de gas natural en el mundo en bcm América del Norte Antigua URSS Europa OCDE Ásia/Oceanía Oriente Medio América Central y Sur África 89

8 Cabe señalar que desde Oriente Medio únicamente se aporta el 8,1% a la producción total pese a ser la mayor reserva mundial tras los países de la ex URSS. Se observa claramente que las tasas de producción de gas natural no se corresponden proporcionalmente con las reservas de cada país. Cuadro : Evolución de la producción comercializada de gas natural PRODUCCIÓN COMERCIALIZADA DE GAS NATURAL EN EL MUNDO (bcm) AMÉRICA DEL NORTE 651,8 619,7 624, ,7 660, ,3 695,8 700,8 699,2 708 AMÉRICA CENTRAL Y SUR 34,5 43,7 65,5 73,6 85,1 90,5 94,9 100,7 107,4 113,1 118,1 130 EUROPA OCDE 80,7 178,1 200,8 198,8 199,1 231,1 233,6 239,5 276, ,4 274,3 ANTIGUA URSS 233,2 334,5 482,6 696,9 852,5 791,4 748,9 736,8 742,9 696,4 712,5 726,1 ÁFRICA 3,40 12,50 27,20 51,30 70,90 79,40 77,10 87,30 91,30 99,30 104,70 115,20 ORIENTE MEDIO 19,5 37,6 44, ,9 122, ,9 156,6 174,7 186,8 194,3 ÁSIA-OCEANÍA 17 37,3 74, , ,5 227,7 238,2 242,7 254,6 Gráfico : Producción mundial de gas natural en 1999 (bcm) América del Norte 708,0 Europa Occidental 274,3 Antigua URSS 726,1 África 115,2 Oriente Medio 194,3 América Central y Sur 130,0 Asía / Oceanía 254,6 90

9 Consumo de gas natural en el mundo En adelante se hablará de consumo al determinado como: Consumo = Producción comercializada + importaciones exportaciones No se tienen en cuenta las cantidades destinadas a almacenamiento en cada país, siendo por lo tanto idénticos el volumen total de gas producido y consumido. El mayor consumidor de gas natural son los EE.UU. con el 26% del total y un volumen de 626,6 bcm, seguido de la ex - URSS (24%) y Europa (17%). Dentro de Europa los mayores consumos pertenecen al Reino Unido con 94,6 bcm, Alemania 92,2 bcm, Italia 66,6 bcm y los Países Bajos 44,4 bcm (Gráfico ) La demanda de gas ha aumentado en todas las áreas geográficas en el último año. Los mayores incrementos relativos se han registrado en Europa y en los países de Asia y Oceanía. El sector que más ha contribuido al incremento de la utilización del gas como energía primaria es el eléctrico, y su aportación será aún más importante en un futuro próximo tras la sucesiva incorporación de las nuevas centrales de generación eléctrica de ciclo combinado. El sector que consume mayor cantidad de gas natural en Europa es el doméstico comercial, seguido a distancia por el industrial y las centrales de producción eléctrica. En transporte tiene una representación testimonial con un % del volumen total (Gráfico ) Gráfico : Consumo de gas natural en el mundo bcm AMÉRICA DEL NORTE ANTIGUA URSS EUROPA OCDE ÁSIA-OCEANÍA ORIENTE MEDIO AMÉRICA CENTRAL Y SUR ÁFRICA Los datos de 1999 son provisionales 91

10 Gráfico : Evolución de la estructura del consumo sectorial de gas natural en la UE 60,0% 50,0% 49,8 47,6 51,3 48,7 47,8 48,3 45,8 40,0% 30,0% 29,3 31,8 29,0 29,3 28,4 27,6 27,5 20,0% 12,9 14,5 15,3 17,2 19,2 20,4 22,7 10,0% 7,9 6,0 4,3 4,7 4,4 3,6 3,9 0,0% Residencial/Comercial Industrial Centrales térmicas (1) Uso no energético Transporte (1) Incluye gas utilizado para generar electricidad por cogeneración Manteniendo el nivel de consumo del año 1999 y teniendo en cuenta las reservas probadas existentes en la fecha, se tendría suficiente materia prima para abastecernos durante unos 66 años. Cuadro : Evolución del consumo de gas natural en el mundo CONSUMO DE GAS NATURAL EN EL MUNDO (bcm) AMÉRICA DEL NORTE 651,4 618,2 628,4 547,3 612, ,7 682,7 694,6 700,7 698,8 710,7 AMÉRICA CENTRAL Y SUR 33, ,7 73,6 85,5 91, , ,7 122,9 128,2 EUROPA OCDE 82,2 194,7 235,4 253, ,6 330,6 351,4 391,5 393,4 395,9 417,3 ANTIGUA URSS 236,7 337,2 457,1 665,5 792,1 724,9 677,4 663,9 668,9 625,9 635,3 640 ÁFRICA 1,90 5,60 18,60 29,40 39,50 43,70 45,60 47,80 50, ,50 55,00 ORIENTE MEDIO 18, ,5 60,8 95,1 122, ,1 149, ,5 182,3 ÁSIA-OCEANÍA 15,6 35,8 75,1 111,8 153,6 185,5 205,4 217,1 235,2 248, TOTAL , , , , , , , , , , ,5 92

11 Comercio de gas natural en el mundo En 1999 el volumen de gas natural intercambiado en el mundo ha sido de 577,1 bcm, que supone un movimiento de gas del 24% del total consumido. La mayor parte del comercio fue llevada a cabo a través de gasoductos, 78,5%, y el resto por medio de gas natural licuado. Al igual que el consumo, la evolución del volumen total de comercio de gas se ha incrementado de forma sostenida desde el año En 1999 dicho aumento supuso el 6,8% respecto al año anterior, siendo el intercambio de gas a través de gasoducto el que contribuyó más significativamente (ver gráfico ) Se puede apreciar un fuerte incremento de gas comerciado entre los años 1995 y 1997, el cual es debido a la inclusión en el mismo (año 1997) de los intercambios entre los países de la antigua URSS. En 1998 dicho volumen alcanzó un valor próximo a 90 bcm. Gráfico : Comparación del comercio internacional de GN y GNL 416,11 426,2 452,9 298,45 235,29 169,64 177,97 112,32 111, ,2 93,24 72,14 42,93 50,88 31,34 2,69 13, GASODUCTO GNL Unidades: bcm (Millardos de m 3 ) 93

12 Gráfico : Movimiento de gas natural en el mundo ,28 39,28 44,19 5,9 94,7 2,2 20,46 24,6 3,1 6,4 13,37 4,4 7,4 11,36 24,8 9,76 2,7 USA Canada Mexico S & Cent America Europe Former Soviet Union Middle East Africa Asia Pacific Natural Gas LNG 2,65 Fuente: BP Amoco 94

13 Cuadro : Movimiento de gas natural por gasoducto en bcm PAÍS DE PROCEDENCIA PAÍS DE DESTINO Canadá Alemania Holanda Noruega Reino Unido Rusia Total Argelia Importaciones América del Norte USA 94,70 96,26 Canadá 0,88 Méjico 1,81 S. & Cent. America Argentina 1,80 Brasil 0,37 Chile 2,00 Europa Austria 0,35 0,56 5,30 6,21 Bélgica 0,50 5,40 5,64 0,30 11,84 Bulgaria 3,20 3,20 Croacia 1,11 1,11 Republica Checa 1,30 7,80 9,10 Finlandia 4,20 4,20 Francia 5,60 13,00 0,30 11,96 30,86 Alemania 19,80 16,18 0,65 34,80 73,23 Grecia 1,50 1,50 Hungría 0,90 7,40 8,80 Irlanda 2,10 2,10 Italia 2,80 19,10 24,60 46,50 Luxemburgo 0,80 0,80 Holanda 5,14 2,20 7,34 Polonia 0 7,30 7,40 Portugal 1,90 1,90 Rumania 0,20 3,20 3,40 Eslovaquia 7,40 7,40 Eslovenia 0,53 0,46 0,99 España 2,30 5,74 8,04 Suecia 0,86 Suiza 1,40 0,60 0,60 2,95 Turquía 8,80 8,80 Reino Unido 1,37 1,37 Otros 1,34 1,34 Oriente Medio Irán 3,20 Emiratos Árabes Unidos 0,45 África Túnez 1,00 1,00 Asia Pacifico Singapur 1,50 TOTAL EXPORTACIONES 94,70 3,45 35,00 45,49 5,55 125,54 33,70 360,51 Fuente: CEDIGAZ. 95

14 Cuadro : Movimiento de gas natural licuado en 1999 MOVIMIENTO DE GAS NATURAL LICUADO EN bcm PAÍS DE PROCEDENCIA Trinidad Total PAÍS DE ORIGEN USA Y Tobago Qatar EAU Argelia Australia Brunei Indonesia Malasia importac. América del Norte USA 1,30 0,60 0,08 2,20 0,31 0,08 4,57 Europa Bélgica 4,04 4,04 Francia 0, ,26 Italia 0,04 0,20 2,10 2,84 España 0,75 0,84 0,31 4,22 7,16 Turquía 3,10 3,18 Asia Pacífico Japón 1,65 5,90 6,40 9,76 7,40 24,80 13,37 69,28 Corea del Sur 0,67 0,08 1,01 11,36 4,40 17,52 Taiwán 2,65 2,70 5,35 TOTAL EXPORTACIONES 1,65 2,05 8,13 7,07 25,76 10,07 8,41 38,81 20,55 124,20 Fuente: CEDIGAZ. 96

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