Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico. In natura si trova comunemente allo stato fossile, insieme al petrolio, al carbone o da solo in giacimenti di gas naturale. Viene però anche prodotto dai processi di decomposizione correnti, nelle paludi (in questo caso viene chiamato anche gas di palude), nelle discariche, durante la digestione negli animali e in altri processi naturali. Viene infine liberato nell’atmosfera anche dall’attività vulcanica.

L’utilizzo del gas naturale come combustibile contribuisce fortemente all’aumento di concentrazione di gas serra responsabile per la crisi climatica.[senza fonte] Le emissioni di anidride carbonica risultanti dalla combustione di gas naturale sono pari a circa il 74% di quelle relative alla benzina (a cui vanno aggiunte le rilevanti emissioni prodotte durante l’estrazione e il trasporto).

Composizione chimica
Il principale componente del gas naturale è il metano (CH4), la più piccola fra le molecole degli idrocarburi. Normalmente contiene anche idrocarburi gassosi più pesanti come etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) e butano (CH3CH2CH2CH3), nonché, in piccole quantità, pentano (CH3CH2CH2CH2CH3).

Sono sempre presenti modeste percentuali di gas diversi dagli idrocarburi, ad esempio anidride carbonica (CO2), azoto, ossigeno (in tracce), gas nobili e solfuro di idrogeno (H2S).

Il solfuro d’idrogeno e il mercurio (Hg) sono considerati i contaminanti più nocivi, che devono essere rimossi prima di qualsiasi utilizzo.

Potere energetico
La combustione di un metro cubo di gas naturale di tipo commerciale generalmente produce circa 38 MJ, ossia 10,6 kWh.

Più precisamente si ha:

Potere calorifico superiore: 13 284 kcal/kg oppure 9 530 kcal/Nm³ equivalenti a 39,9 MJ/Nm³.
Potere calorifico inferiore: 11 946 kcal/kg oppure 8 570 kcal/Nm³ equivalenti a 35,88 MJ/Nm³
Questi valori sono solo indicativi e variano a seconda del distributore, in funzione della composizione chimica del gas naturale distribuito ai clienti[2] che può variare nel corso dell’anno anche con lo stesso distributore.

Stoccaggio e trasporto

Nave metaniera
La principale difficoltà nell’utilizzo del gas naturale è posta dal suo trasporto dal campo di estrazione alla rete di consumo. I gasdotti sono economici, ma non consentono l’attraversamento degli oceani e soprattutto, poiché nel loro percorso internazionale devono attraversare molti Stati, ciascuno dei quali potrebbe decidere d’interromperne il flusso per motivi politici o bellici. In alternativa, previa liquefazione, si ricorre al suo trasporto navale su apposite navi metaniere, che hanno costi elevati e comportano determinati problemi di sicurezza. Rispetto alla soluzione dei gasdotti fissi, questa alternativa ha l’indubbio vantaggio di poter diversificare in ogni momento la fonte di approvvigionamento più sicura o economica.

Il gas naturale viene compresso e raffreddato per essere immagazzinato liquefatto.

Distribuzione e vendita
Il gas naturale compresso, in bombole, viene usato nelle zone rurali o comunque dove non sia possibile o conveniente il collegamento alle condotte che costituiscono la rete di distribuzione urbana in bassa pressione e sono gestite da società concessionarie (distributori) con contratti di lunga durata pur essendo normalmente di proprietà pubblica.

In Italia
La distribuzione e la vendita sono state oggetto di una completa revisione normativa nell’ambito del processo di liberalizzazione del mercato del gas.

L’autorità per l’energia elettrica e il gas è un’istituzione formalmente indipendente fondata nel 1995[3] e operativa dal 23 aprile 1997 che, in seguito alle decisioni del 1996 e del 1998 dell’Unione europea di liberalizzare i settori dell’energia elettrica e del gas naturale, ha sostituito di fatto i monopoli presenti nella maggior parte dei paesi aderenti all’Unione, assumendo il ruolo di soggetto regolatore dei mercati liberalizzati. Ha la funzione di favorire lo sviluppo di mercati concorrenziali nelle filiere elettriche e del gas naturale, principalmente tramite la regolazione tariffaria, l’accesso alle reti, il funzionamento dei mercati e la tutela degli utenti finali.

In Italia il definitivo passaggio al regime di mercato libero per il mercato dell’energia è previsto nel 2022: da quel momento ilprezzo delle risorse energetiche non sarà più stabilito dall’Autorità dell’energia (ARERA), ma sarà determinato dal mercato, in un regime di concorrenza fra gli operatori del settore.

Trasformazione in carburante liquido
Visto il costo sempre più alto del petrolio, è diventato conveniente il processo di trasformazione del gas naturale in carburanti liquidi, principalmente nafta e gasolio. Tale processo è chiamato GTL (Gas To Liquids) ed è basato su una tecnologia chiamata Fischer-Tropsch utilizzata dai chimici tedeschi durante la seconda guerra mondiale. I tedeschi, non avendo a disposizione giacimenti petroliferi, per alimentare la loro macchina bellica utilizzavano carbone, il quale, dopo essere stato gassificato, veniva convertito in carburante liquido. Il Processo Fischer-Tropsch utilizza un catalizzatore a base di cobalto o di ferro per produrrecon densati e cera a partire dal gas naturale opportunamente trattato.

Generazione di energia elettrica
Il gas naturale è una delle principali fonti utilizzate per la produzione di energia elettrica in molti tipi di centrali elettriche. Nei cicli convenzionali alimenta bruciatori che producono vapore destinato ad azionare turbine, mentre nelle centrali cosiddette “turbogas” viene direttamente bruciato in turbine a combustione interna. Le più efficienti centrali termoelettriche a gas combinano una turbina a gas (primo stadio) con una a vapore (secondo stadio) la cui caldaia è alimentata dai gas combusti in uscita dalla turbina a gas. Si tratta di centrali dette “a ciclo combinato”.

Il calore ulteriormente residuo può ancora essere utilizzato, per esempio per il riscaldamento tramite una rete di teleriscaldamento, o, più raramente, per la refrigerazione (ci si riferisce comunemente ai casi di produzione combinata di elettricità e calore con il termine di cogenerazione).

Utilizzo come combustibile per autotrazione
Il gas naturale, molto spesso denominato “metano”, anche se in realtà è composto da metano e altri gas, è utilizzato in Italia come combustibile per autotrazione sin dagli anni trenta quando la politica dell’autarchia spinse la tecnica del momento a cercare nuove soluzioni per l’utilizzo di carburanti alternativi come il gasogeno e il gas naturale. L’Italia lo importa ed esso è un idrocarburo gassoso.

Uso domestico, commerciale, industriale
Il gas naturale viene fornito alle abitazioni, alle attività commerciali e agli impianti industriali. Gli usi più comuni sono per cucinare, per scaldare l’acqua sanitaria, per il riscaldamento e il condizionamento degli edifici. In alcuni usi industriali, può essere utilizzato per raggiungere temperature non oltre i 1 000 °C.

Fonti
Il gas naturale viene estratto da giacimenti misti di gas e petrolio o solo di gas. I più grandi giacimenti conosciuti si trovano nel Golfo Persico (Qatar e Iran), ma il paese che singolarmente possiede le maggiori riserve conosciute è la Russia. Oltre ai tradizionali giacimenti, negli ultimi decenni si è intensificata la produzione anche di shale gas e tight gas (soprattutto negli Stati Uniti). Una piccola percentuale di gas naturale viene estratta anche dalle miniere di carbone – è il cosiddetto CBM (Coal BedM ethane).

Altre fonti possibili
Un’altra fonte di gas naturale, qui denominato biogas, sono le discariche, nelle quali si forma con la decomposizione dei rifiuti.

In Ontario e in Danimarca è in progetto l’estrazione di metano dal letame prodotto da allevamenti di animali (principalmente maiali e bovini) per generare energia elettrica. Con uno di questi impianti a biogas si riesce a produrre elettricità sufficiente per una piccola città (250 MW). Questo metodo può essere ulteriormente migliorato aggiungendo altro materiale organico come la parte organica fermentabile dei rifiuti domestici.