Sustainability assessment of hydraulic fracturing based on the multicriteria Fuzzy-ANP decision technique

RESUMEN: Este trabajo avanza una metodología de evaluación de la sostenibilidad de la técnica de fracturación hidráulica para graduar los aspectos ambientales, económicos, socio-políticos y tecnológicos, relevantes para la toma de decisión. La metodología de evaluación de la sostenibilidad seguida en este trabajo se basa en la combinación del método de decisión multicriterio denominado "Proceso Analítico en Red" (Analytic Network Process, ANP) diseñado por el profesor Thomas L. Saaty en los años 90 como una generalización del proceso analítico jerárquico (Analytic Hierarchy Process, 1980), y en la lógica difusa Fuzzy. La teoría de los subconjuntos difusos o borrosos (Fuzzy) fue desarrollada por Lofti A. Zadeh en 1965 con el fin de representar matemáticamente la imprecisión intrínseca de ciertas categorías de objetos. Para la determinación del ranking de prioridad de criterios, es decir, qué criterios tienen mayor influencia sobre los demás y por tanto, mayor peso en la sostenibilidad de la fracturación hidráulica, una vez definidos los 14 criterios agrupados en los cuatro clústeres (ambiental, económico, socio-político y tecnológico), y para fundamentar la realización de los juicios por pares característicos de la técnica ANP, se ha desarrollado una intensa búsqueda bibliográfica sobre la fracturación hidráulica, fundamentalmente derivada de la amplia experiencia ame ricana . El inventario de datos es el resultado de dicha búsqueda en relación con la definición de los diferentes factores de la sostenibilidad, particula rizados, en la medida de lo posible, al caso español. Se consideran las interrelaciones entre los diferentes factores dentro del propio clúster y con otros clústeres diferentes, determinando que existe una gran dependencia entre ellos, que se plasma en las diferentes matrices de comparación por pares que contempla la metodología ANP. Con la obtención de la supermatriz límite en la que convergen todas las columnas, se obtiene el ranking de importancia de los diferentes factores en términos de influencia sobre los demás, resultando la percepción social (SP3) como el aspecto más influyente (16,92%). Los aspectos sociales, con un 37,85% son los más relevantes, mientras que los económicos ocupan la última posición, debido a la poca influencia que ejercen sobre factores pertenecientes a otros clústeres. Para valorar la subjetividad de la valoración efectuada se repite el análisis incorporando la valoración de académicos del área de la Ingeniería Química, a través de la realización de encuestas, obteniendo unos resultados similares. Se ha completado el análisis con un estudio económico de la rentabilidad de un pozo de gas de pizarra en España determinando las variables económicas que harían rentable económicamente su explotación.ABSTRACT: This work advances a methodology of evaluation the sustainability of the hydraulic fracturing technique to graduate the environmental, economic, socio- political and technological aspects, relevant far decision making. The sustainability evaluation methodology followed in this work is based on the combination of the multicriteria decision method called "Analytic Network Process" (ANP) designed by Professor Thomas L. Saaty in the 90s as a generalization of the hierarchical analytical process (Analytic Hierarchy Process, 1980), and Fuzzy logic. Fuzzy theory was developed by Lofti A. Zadeh in 1965 in arder to mathematically represent the intrinsic imprecision of certain categories of objects. In arder to determine the priority ranking of criteria, that is, which criteria have greater influence on others and, therefore, greater weight on the sustainability of hydraulic fracturing, once the 14 criteria grouped into four clusters have been defined (environmental, economic, socio-political and technological), and to support the judgments by pairs, characteristic of the ANP technique, an intense bibliographical research on hydraulic fracturing has been developed, fundamentally derived from the wide American experience. The data inventory is the result of this research in relation to the definition of the different factors of sustainability, particularized, as far as possible, to the Spanish case. The interrelations between the different factors within the cluster itself and with other different clusters are considered, determining that there is a great dependence between them, reflected in the different peer comparison matrices covered by the ANP methodology. With the obtaining of the limit supermatrix in which ali the columns converge, the ranking of importance of the different factors in terms of influence over the others is obtained, resulting in social perception (SP3) as the most influential aspect (16.92%). Social aspects, with 37.85% are the most relevant, while the economic ones occupy the last position, due to the little influence they exert on factors belonging to other clusters. In arder to assess the subjectivity of the evaluation carried out, the analysis is repeated, incorporating the assessment of vacademics in the field of Chemical Engineering, through conducting surveys, obtaining similar results. The analysis has been completed with an economic study of the profitability of a shale gas well in Spain determining the variables that would make economically profitable its exploitation