La domanda di energia della società dipende principalmente da petrolio e gas, che sono risorse finite. Le tecnologie future potrebbero ridurre il consumo di energia, ma fino ad allora, le risorse esistenti devono essere gestite con attenzione. Il direttore dell'Ali I. Al-Naimi Petroleum Engineering Research Center presso KAUST Tadeusz Patzek sta usando la fisica per affrontare questa sfida modellando la produzione di gas dal fracking.

Patzek e i suoi collaboratori descrivono due visioni del consumo energetico globale. Gli ottimisti credono che la popolazione umana, l'uso dell'energia e le economie possono continuare a crescere in modo esponenziale perché gli esseri umani continueranno a inventare modi innovativi per sopravvivere. Altri, però, nota che la Terra impone limiti chiari alla crescita, il che significa che la produzione di energia raggiungerà il picco prima di diminuire.

La produzione di petrolio e gas ha infatti raggiunto picchi in passato, ma questi sono stati usurpati dalla scoperta di nuove riserve e tecnologie per l'estrazione di combustibili da aree precedentemente inaccessibili. Il nuovo processo più complesso e controverso è il fracking (fratturazione idraulica) di antichi fondali oceanici chiamati formazioni di scisto. Il fracking comporta l'iniezione di acqua e sabbia ad alta pressione in strati di scisto diversi chilometri sottoterra, producendo crepe che rilasciano idrocarburi intrappolati.

"I miei coautori, Scott Tinker e Michael Marder, e io, ha lavorato a un progetto della Sloan Foundation, il cui obiettivo era quello di modellare il recupero del gas dagli scisti negli Stati Uniti con dettagli senza precedenti, " dice Patzek. Invece di applicare le simulazioni di pozzi di gas esistenti, che sono complesse e richiedono tempo da eseguire, i ricercatori si sono ispirati all'elegante, semplici modelli di fisica della materia condensata, come quelli che regolano il trasporto di elettroni a basse temperature.

Il loro modello risultante richiede pochissimi parametri per modellare la diffusione del gas dai pozzi di fratturazione, e i ricercatori lo hanno convalidato prevedendo con precisione la produzione di 14000 pozzi di gas negli Stati Uniti.

Globale, lo studio ha mostrato che solo il 10-20% del gas naturale nei giacimenti di fracking viene estratto con le tecniche odierne. Ciò suggerisce che, mentre i miglioramenti tecnici potrebbero prolungare la durata del fracking come utile fonte di carburante, l'inondazione di gas prevista da alcuni industriali non è ancora garantita.

Patzek non dirà se è un ottimista o un pessimista riguardo al fracking. "Non sono né, " dice. "Io sono uno scienziato, e la mia visione della natura è governata rigorosamente dalla chimica e dalla fisica dei processi in corso. Però, Sono anche un accanito ambientalista, e da questa prospettiva, gli affari come al solito stanno finendo per l'umanità."

Patzek e colleghi hanno sicuramente dimostrato che i fisici hanno un ruolo nello sviluppo di nuovi modelli di business per le future fonti di energia.