thumb|400px|Producción de gas natural según país. El gas natural, también denominado gas fósil, es un combustible fósil que se encuentra en formaciones geológicas subterráneas. Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos cuyo componente principal es el metano (CH₄), aunque su composición varía considerablemente según el origen y las características del yacimiento. Además de metano, puede contener cantidades variables de etano, propano, butanos y otros hidrocarburos, así como dióxido de carbono, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y helio. Por esta razón, no existe una composición única del gas natural y resulta más preciso hablar de una mezcla predominantemente metánica que asignarle un porcentaje fijo de metano.
El gas natural se forma mediante distintos procesos geológicos. La literatura distingue principalmente entre gas biogénico, producido por microorganismos, y gas termogénico, generado por la transformación térmica de materia orgánica enterrada durante largos periodos geológicos. En el caso del gas termogénico, el aumento progresivo de la temperatura y la presión durante el enterramiento de sedimentos provoca la transformación de materia orgánica y querógeno en hidrocarburos, incluidos el metano y otros gases. También existe metano de origen abiogénico, producido mediante procesos geoquímicos inorgánicos.Los yacimientos de gas pueden encontrarse asociados con depósitos de petróleo, carbón y otras rocas sedimentarias que contienen hidrocarburos.
La extracción, procesamiento, transporte y consumo de gas natural constituyen una industria energética de gran escala. La demanda mundial de gas aumentó aproximadamente un 2,7% en 2024 y alcanzó un nuevo máximo histórico.
Cuando se quema para generar electricidad o calor, el gas natural produce menos dióxido de carbono por unidad de energía que el carbón, además de menores emisiones de algunos contaminantes atmosféricos asociados a la combustión, como dióxido de azufre y partículas. Sin embargo, esta ventaja se refiere principalmente a las emisiones producidas durante la combustión y no significa que el gas natural sea un combustible de bajas emisiones de gases de efecto invernadero en términos de su ciclo de vida.
Una parte importante de las emisiones climáticas asociadas al gas natural se produce antes de su combustión, durante la extracción, procesamiento, almacenamiento y transporte. Las emisiones de metano pueden reducir significativamente la ventaja climática del gas frente al carbón. La expansión de nueva infraestructura de gas también plantea riesgos climáticos debido al denominado bloqueo de carbono (carbon lock-in): una vez construidos gasoductos, plantas de procesamiento, terminales de GNL y centrales eléctricas, sus propietarios pueden tener incentivos económicos para mantenerlas operativas durante décadas.
Origen del gas natural miniatura|Esquema de la geología de una bolsa típica de gas, en color negro, y de gas mezclado con otros, en color marrón. El gris corresponde a una capa que no deja que el gas huya a la atmósfera. El color verde indica petróleo. El gas natural, como los demás combustibles fósiles, se ha ido formando durante millones de años por la descomposición anaeróbica (sin oxígeno) de grandes cantidades de restos de organismos muertos depositados en lo que entonces había sido el fondo del mar o de un lago. Con el paso del tiempo, la materia orgánica mezclada con limo quedó enterrada bajo capas pesadas de sedimento, que la sometieron a alta presión y temperatura, sin aire, durante largo tiempo, cosa que poco a poco la alteró químicamente. De esta descomposición anaeróbica se desprendieron gases, especialmente gas natural.
Hoy el gas natural se encuentra a menudo en estado gaseoso en bolsas que se encuentran bajo tierra cerca de bolsas de petróleo, que queda en estado líquido. Ambos combustibles se encuentran en rocas de origen sedimentario, donde fenómenos geológicos los encarcelan, uno, otro o ambos, dando lugar a grandes bolsas subterráneas.
Los yacimientos de gas pueden encontrarse asociados con depósitos de petróleo, carbón y otras rocas sedimentarias que contienen hidrocarburos. En los campos petroleros, el gas puede encontrarse disuelto en el petróleo o como una fase gaseosa separada; en este último caso se denomina gas asociado. Cuando no existe infraestructura suficiente para capturarlo y transportarlo, o cuando su aprovechamiento económico resulta inviable, parte de este gas puede ser liberado directamente a la atmósfera (venting) o quemado en antorcha (flaring). Ambas prácticas generan emisiones de gases de efecto invernadero: el venting libera principalmente metano, mientras que el flaring convierte el metano en dióxido de carbono, aunque una combustión incompleta también puede producir emisiones de metano.
El gas natural puede estar en forma llamada seca, es decir, totalmente gaseoso, o bien en forma húmeda, es decir, mezclado con hidrocarburos más largos, que se separan fácilmente como líquidos por compresión, refrigeración o absorción. El gas natural seco es predominantemente metano (60%-95%), pero puede contener cantidades apreciables de etano (5%-20%) según la región donde se encuentre.
Alternativas Otras formas de obtener metano son la combustión anaerobia de residuos urbanos orgánicos (a este gas natural se llama a veces biogás) o por procedimientos industriales a partir de la pizarra (en tal caso al gas resultante se le puede llamar gas pizarra, en inglés, shale gas). Este último es interesante en los lugares donde no hay yacimientos de gas natural pero sí de pizarra, para no depender energéticamente de otros países.
Reservas naturales
Según BP, las reservas probadas a finales de 2017 se sitúan en 193,5 billones (1012) de metros cúbicos,(en inglés) "BP Statistical Review of World Energy 67th edition" (Jun-2018). Informe estadístico de la energía en el mundo año 2018. suficientes para mantener la producción actual mundial durante 55 años más. Las reservas se han incrementado en un 0,2 % en el último año.
Oriente Medio es la zona geográfica con mayores reservas con un 43 % del total mundial (destacan Irán y Catar), seguido de Asia Central con un 31% (principalmente Rusia y Turkmenistán).
Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano, que podrían suponer una reserva energética superior a las actuales de gas natural.
Composición Aunque su composición varía en función del yacimiento, su principal especie química es el gas metano al 79 - 97 % (en composición molar o volumétrica) y supera comúnmente el 90 % (p. ej. en el pozo West Sole del mar del Norte). Contiene además otros gases como etano (0,1 - 11%), propano (0,1 - 3,7 %), butano (menos del 0,7 %), nitrógeno (0,5 - 6,5 %), dióxido de carbono (menos del 1,5 %), impurezas (vapor de agua, derivados del azufre) y trazas de hidrocarburos más pesados, mercaptanos, gases nobles, etc. (Las cifras se refieren al gas depurado comercializado en España)
Como ejemplo de compuesto contaminante asociado al gas natural cabe mencionar el CO2 (dióxido de carbono) que alcanza la concentración del 43% en el yacimiento de Kapuni (Nueva Zelanda).
Durante la extracción, algunos gases que forman parte de su composición natural se separan por diferentes motivos: por su bajo poder calorífico (p. ej. nitrógeno y dióxido de carbono), porque pueden condensarse en los gasoductos (al tener una baja temperatura de saturación) o porque dificultan el proceso de licuefacción de gases (como el dióxido de carbono, que se solidifica al producir gas natural licuado (GNL). El CO2 se determina habitualmente con los métodos ASTM D1137 o D1945.
El propano, el butano y otros hidrocarburos más pesados también se separan porque dificultan que la combustión del gas natural sea eficiente y segura. El agua (vapor) se elimina por estos motivos y porque a presiones altas forma hidratos de metano, que obstruyen los gasoductos. Los derivados del azufre se depuran hasta concentraciones muy bajas para evitar la corrosión, la formación de olores y las emisiones de dióxido de azufre (causante de la lluvia ácida) tras su combustión. La detección y la medición de sulfuro de hidrógeno (H2S) se efectúa siguiendo los métodos ASTM D2385 o D2725.
Por último, para su uso doméstico se le añaden trazas de mercaptanos (entre ellos el metil-mercaptano CH4S), que permiten su detección olfativa en caso de fuga.
Combustión La combustión del gas natural, produce dióxido de carbono, que es un gas de efecto invernadero, y agua:
CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O + ∆
Aplicaciones En el siglo comenzó a extraerse y a canalizarse hacia las ciudades estadounidenses como combustible para iluminación. Cuando llegó la electricidad, comenzó a emplearse en calefacción, en agua caliente sanitaria y en la industria metalúrgica. Conforme mejoró la tecnología de soldadura tras la Segunda Guerra Mundial fue aumentando la profundidad de las extracciones y la capacidad de transporte hacia los consumidores.
Se trata de un combustible muy versátil y con menos emisiones de CO2 en su combustión que el resto de combustibles fósiles. Sus principales usos son: calefacción de edificios y procesos industriales, mediante calderas. centrales eléctricas de alto rendimiento, como son las de ciclo combinado gas-vapor. centrales de cogeneración, que, mediante la producción simultánea de electricidad y calor, alcanzan rendimientos energéticos elevados. como gas natural vehicular, combustible cada vez más empleado en camiones, autobuses y buques, en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL). como pila de combustible para generar energía eléctrica en vehículos de hidrógeno.
Su obtención o extracción es más sencilla y económica en comparación con otros combustibles. La licuefacción del gas natural se produce por la acción combinada de la compresión y la refrigeración a bajas temperaturas. El GNL permite su transporte marítimo a largas distancias y sin la necesidad de infraestructuras terrestres, mediante buques metaneros.
El poder calorífico superior del combustible es de 10,45 - 12,8 kWh/m³ (metro cúbico en condiciones normales, es decir, a 0 °C y 1 atm).
Los componentes del gas natural (metano, etano, propano, butano) son materias primas importantes en la industria química. El metano se utiliza para la producción de gas de síntesis, metanol y amoníaco. El primer paso en la valorización de otros alcanos es la conversión en olefina. La deshidrogenación oxidativa del etano conduce a etileno, que puede convertirse además en epóxido de etileno, etilenglicol, acetaldehído y otras olefinas. El propano se puede convertir en propileno, ácido acrílico y acrilnitrilo.
Tratamiento Antes de llegar al consumidor, el gas natural extraído de un yacimiento generalmente debe ser procesado para eliminar agua, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrocarburos pesados y otras impurezas que pueden afectar su seguridad, calidad o transporte. Dependiendo de la composición del gas y de las especificaciones del mercado, también pueden separarse etano, propano, butanos y pentanos, que pueden comercializarse como líquidos del gas natural. El objetivo es producir un gas con las características necesarias para su transporte por gasoductos y uso final.
Una vez procesado, el gas puede transportarse en estado gaseoso mediante gasoductos. Para transportarlo por vía marítima a grandes distancias, puede enfriarse hasta aproximadamente −162 °C y convertirse en gas natural licuado (GNL). En estado líquido, su volumen es unas 600 veces menor que en condiciones atmosféricas, lo que permite transportarlo en buques especialmente diseñados para este fin. El desarrollo de tecnologías de licuefacción, transporte y regasificación permitió expandir considerablemente el comercio internacional de gas y conectar mercados que no están vinculados mediante gasoductos.
Impacto ambiental miniaturadeimagen|Procesamiento de gas natural.