Una modellizzazione del fracking soddisfa le migliori prassi ambientali
Negli ultimi anni, i progressi della tecnologia di fratturazione idraulica, o fracking, hanno consentito di estrarre petrolio e gas da formazioni scistose nelle profondità del sottosuolo, il cui sfruttamento in passato era ritenuto antieconomico. Il metodo convenzionale prevede che il fluido di fratturazione sotto pressione, ad esempio l’acqua gelificata o un acido, venga pompato in un pozzo di perforazione. Successivamente gli additivi solidi, come la sabbia, vengono mescolati al fluido per mantenere aperte le fratture, in modo che il petrolio o il gas nel pozzo disponga di una via di uscita diretta. Alcune recenti innovazioni tra cui la perforazione direzionale, l’utilizzo di grandi volumi di fluido di fratturazione e i miglioramenti nella sua lubrificazione hanno reso questa tecnica ancora più interessante. «In Europa sono stati identificati diversi bacini di scisto adatti allo sviluppo della fratturazione idraulica», osserva il coordinatore del progetto BESTOFRAC, Timon Rabczuk della Bauhaus-Universität Weimar in Germania. «Quelli più grandi sono stati finora individuati in Polonia e in Francia.»
Un modello preciso dei processi di fracking
Malgrado i progressi raggiunti, l’impiego della fratturazione idraulica è oggetto di un acceso dibattito. I suoi detrattori la accusano di comportare rischi ambientali gravi, come la contaminazione delle acque sotterranee, l’esaurimento delle riserve di acqua dolce e l’aumento del rischio di attività sismica. «La situazione si complica poiché le sostanze chimiche utilizzate nella fratturazione idraulica non sono state rese note, nonostante le continue richieste dell’opinione pubblica», aggiunge Rabczuk. «È dunque difficile monitorare la contaminazione superficiale, perché gli scienziati non sanno esattamente quali sostanze ricercare attraverso le analisi.» Il progetto BESTOFRAC, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è posto l’obiettivo di approfondire le conoscenze sull’impatto della fratturazione idraulica attraverso lo sviluppo di strumenti di modellazione e analisi più accurati. Queste informazioni potrebbero contribuire, a loro volta, a ottimizzare i processi di fracking e a valutare con più precisione i rischi ambientali. «L’accuratezza dei modelli si basa sulla capacità di comprendere la fisica dei processi di fracking e di analizzare le variabili di processo», spiega Rabczuk. «Le variabili includono la pressione e la velocità di iniezione del fluido, la sua composizione chimica, il numero e la distanza tra le fasi di fratturazione.»
Le variabili del fracking
Per tenere in considerazione tali variabili, il progetto ha sviluppato nuovi modelli e metodi di calcolo. «I partner coinvolti hanno lavorato ad approcci computazionali diversi», osserva Rabczuk. «Alcuni si sono concentrati su test di laboratorio in scala, mentre un’azienda ha fornito dati in loco.» Le simulazioni realistiche di fracking hanno fornito al team del progetto un quadro più chiaro di alcune questioni ambientali urgenti, permettendo di chiarire come questa tecnica di fratturazione interagisce con le fratture naturali, come si modificano le reti di fratture e come limitare la loro espansione negli strati di roccia adiacenti. I ricercatori hanno scoperto come modellare fratturazioni complesse durante le operazioni di fracking, tenendo conto al contempo delle interazioni tra la deformazione della roccia e i flussi di fluido. Il team del progetto ha inoltre sviluppato una piattaforma di condivisione dei dati a vantaggio di altri gruppi di ricerca. Infine, ha iniziato a sfruttare le tecnologie di apprendimento automatico per gestire i megadati e ridurre il tempo necessario per le simulazioni.
Ottimizzare la fratturazione idraulica
Il progetto BESTOFRAC ha raggiunto una serie di risultati notevoli, che potrebbero permettere di ottimizzare le operazioni di fracking e proteggere meglio l’ambiente. Oltre alla piattaforma di condivisione delle conoscenze, sono disponibili al pubblico anche numerosi modelli prodotti nel corso della ricerca. «Alcuni dei nostri modelli e metodi potrebbero essere integrati in software commerciali», osserva Rabczuk. «Proprio questo potrebbe essere il fulcro di collaborazioni future: infatti abbiamo già alcuni partner industriali in questo settore. L’introduzione dei nostri modelli in un quadro commerciale aiuterebbe l’industria ad affrontare direttamente alcuni problemi fondamentali relativi al fracking.» Il progetto ha inoltre erogato ai giovani ricercatori una formazione interdisciplinare in materia di scienze computazionali, geotecnica mineraria, geomeccanica e tecniche di modellazione e simulazione.
Parole chiave
BESTOFRAC, fracking, gas, petrolio, ambientale, idraulico, scisto, perforazione
