El petróleo de esquisto bituminoso es un petróleo no convencional producido a partir de fragmentos de roca de esquisto bituminoso mediante pirólisis , hidrogenación o disolución térmica . Estos procesos convierten la materia orgánica dentro de la roca ( kerógeno ) en petróleo y gas sintéticos . El petróleo resultante se puede utilizar inmediatamente como combustible o mejorar para cumplir con las especificaciones de materia prima de la refinería agregando hidrógeno y eliminando impurezas como azufre y nitrógeno . Los productos refinados pueden utilizarse para los mismos fines que los derivados del petróleo crudo .
El término "aceite de esquisto" también se utiliza para el petróleo crudo producido a partir de esquistos de otras formaciones no convencionales de muy baja permeabilidad. Sin embargo, para reducir el riesgo de confusión entre el petróleo de esquisto producido a partir de esquisto bituminoso y el petróleo crudo de esquisto bituminoso, se prefiere el término " petróleo de aguas compactas " para este último. [1] La Agencia Internacional de Energía recomienda utilizar el término " petróleo ligero de arenas compactas " y el informe World Energy Resources 2013 del Consejo Mundial de Energía utiliza el término " petróleo de arenas compactas " para el petróleo crudo de esquisto bituminoso. [2] [3]
El esquisto bituminoso fue una de las primeras fuentes de aceite mineral utilizadas por los humanos. [4] En el siglo X, el médico árabe Masawaih al-Mardini (Mesue el Joven) describió por primera vez un método para extraer aceite de "una especie de esquisto bituminoso". [5] También se informó que se utilizó en Suiza y Austria a principios del siglo XIV. [6] En 1596, el médico personal de Federico I, duque de Württemberg, escribió sobre sus propiedades curativas. [7] El aceite de esquisto se utilizó para iluminar las calles de Módena , Italia, a principios del siglo XVIII. [7] La Corona británica concedió una patente en 1694 a tres personas que habían "encontrado una manera de extraer y fabricar grandes cantidades de brea, alquitrán y ole a partir de una especie de piedra". [7] [8] [9] Posteriormente vendido como Betton's British Oil, se decía que el producto destilado había sido "probado por diversas personas en dolores y molestias con muchos beneficios". [10] Las industrias modernas de extracción de petróleo de esquisto se establecieron en Francia durante la década de 1830 y en Escocia durante la década de 1840. [11] El aceite se utilizaba como combustible, como lubricante y aceite para lámparas; La Revolución Industrial había creado una demanda adicional de iluminación. Sirvió como sustituto del cada vez más escaso y caro aceite de ballena . [7] [12] [13]
A finales del siglo XIX se construyeron plantas de extracción de petróleo de esquisto en Australia , Brasil y Estados Unidos . China , Estonia , Nueva Zelanda , Sudáfrica , España , Suecia y Suiza produjeron petróleo de esquisto a principios del siglo XX. El descubrimiento de petróleo crudo en Oriente Medio a mediados de siglo detuvo la mayoría de estas industrias, aunque Estonia y el noreste de China mantuvieron sus industrias de extracción hasta principios del siglo XXI. [11] [14] [15] En respuesta al aumento de los precios del petróleo a principios del siglo XXI, se han iniciado, explorado o renovado operaciones de extracción en los Estados Unidos, China, Australia y Jordania . [15]
El petróleo de esquisto bituminoso se extrae mediante pirólisis, hidrogenación o disolución térmica del esquisto bituminoso. [16] [17] La pirólisis de la roca se realiza en una retorta , situada sobre el suelo o dentro de la propia formación rocosa. A partir de 2008, la mayoría de las industrias de esquisto bituminoso realizan el proceso de extracción de petróleo de esquisto después de que la roca se extrae, se tritura y se transporta a una instalación de retorta, aunque varias tecnologías experimentales realizan el proceso in situ ( in situ ). La temperatura a la que el querógeno se descompone en hidrocarburos utilizables varía según la escala de tiempo del proceso; En el proceso de autoclave sobre el suelo, la descomposición comienza a 300 °C (570 °F), pero avanza más rápida y completamente a temperaturas más altas. La descomposición tiene lugar más rápidamente a una temperatura entre 480 y 520 °C (900 y 970 °F). [dieciséis]
La hidrogenación y la disolución térmica (procesos de fluidos reactivos) extraen el aceite utilizando donadores de hidrógeno , disolventes o una combinación de estos. La disolución térmica implica la aplicación de disolventes a temperaturas y presiones elevadas, lo que aumenta la producción de petróleo al craquear la materia orgánica disuelta. Diferentes métodos producen petróleo de esquisto con diferentes propiedades. [17] [18] [19] [20]
Una medida crítica de la viabilidad de la extracción de petróleo de esquisto bituminoso reside en la relación entre la energía producida por el esquisto bituminoso y la energía utilizada en su extracción y procesamiento, una relación conocida como "Energía devuelta sobre energía invertida" ( EROEI ). Una TRE de 2 (o una proporción de 2:1) significaría que para producir 2 barriles de petróleo real se debe quemar/consumir el equivalente en energía de 1 barril de petróleo. Un estudio de 1984 estimó que la TRE de los diversos depósitos conocidos de esquisto bituminoso oscilaba entre 0,7 y 13,3. [21] Estudios más recientes estiman que la TRE de las lutitas bituminosas es 1–2:1 o 2–16:1, dependiendo de si la energía propia se cuenta como un costo o si se excluye la energía interna y solo se cuenta como insumo la energía comprada. . [22] Royal Dutch Shell informó una TRE de tres a cuatro en 2006 en su desarrollo in situ en el " Proyecto de investigación de caoba ". [23] [24]
La cantidad de petróleo que se puede recuperar durante el autoclave varía según la pizarra bituminosa y la tecnología utilizada. [15] Aproximadamente una sexta parte de las lutitas bituminosas en la Formación Green River tienen un rendimiento relativamente alto de 25 a 100 galones estadounidenses (95 a 379 L; 21 a 83 imp gal) de petróleo de esquisto por tonelada de esquisto bituminoso; aproximadamente un tercio produce de 10 a 25 galones estadounidenses (38 a 95 L; 8,3 a 20,8 imp gal) por tonelada. (Diez galones estadounidenses/tonelada equivalen aproximadamente a 3,4 toneladas de petróleo por cada 100 toneladas de esquisto). Aproximadamente la mitad de las lutitas bituminosas de la Formación Green River producen menos de 10 galones estadounidenses/tonelada. [25]
Los principales productores mundiales de petróleo de esquisto han publicado los rendimientos de sus operaciones comerciales. Fushun Mining Group informa que produce 300.000 toneladas por año de petróleo de esquisto a partir de 6,6 millones de toneladas de esquisto, un rendimiento del 4,5% en peso. [26] VKG Oil afirma producir 250.000 toneladas de petróleo al año a partir de 2 millones de toneladas de esquisto, un rendimiento del 13%. [27] Petrobras produce en su planta Petrosix 550 toneladas de petróleo por día a partir de 6.200 toneladas de esquisto, un rendimiento del 9%. [28]
Las propiedades del petróleo de esquisto bituminoso en bruto varían según la composición del esquisto bituminoso original y la tecnología de extracción utilizada. [29] Al igual que el petróleo convencional, el petróleo de esquisto bituminoso es una mezcla compleja de hidrocarburos y se caracteriza según las propiedades generales del petróleo. Suele contener grandes cantidades de hidrocarburos olefínicos y aromáticos . También puede contener cantidades importantes de heteroátomos . Una composición típica de petróleo de esquisto incluye entre un 0,5 y un 1% de oxígeno , entre un 1,5 y un 2% de nitrógeno y entre un 0,15 y un 1% de azufre ; algunos depósitos contienen más heteroátomos que otros. También suelen estar presentes partículas minerales y metales. [30] [31] Generalmente, el petróleo es menos fluido que el petróleo crudo y se puede verter a temperaturas entre 24 y 27 °C (75 y 81 °F), mientras que el petróleo crudo convencional se puede verter a temperaturas entre -60 y 30 °C. (-76 y 86 °F); Esta propiedad afecta la capacidad del petróleo de esquisto para ser transportado en los oleoductos existentes . [30] [32] [33]
El petróleo de esquisto contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos , que son cancerígenos . La EPA de EE. UU. ha llegado a la conclusión de que el aceite de esquisto en bruto tiene un potencial cancerígeno leve, comparable al de algunos productos intermedios de refinería de petróleo, mientras que el aceite de esquisto mejorado tiene un potencial cancerígeno menor, ya que se cree que la mayoría de los aromáticos policíclicos se han descompuesto mediante hidrogenación . [34] La Organización Mundial de la Salud clasifica el aceite de esquisto como carcinógeno humano del Grupo 1 . [35]
Aunque el petróleo de esquisto en bruto puede quemarse inmediatamente como fueloil, muchas de sus aplicaciones requieren su mejora. Las diferentes propiedades de los aceites crudos requieren distintos tratamientos previos antes de enviarlos a una refinería de petróleo convencional . [36]
Las partículas en el petróleo crudo obstruyen los procesos posteriores; El azufre y el nitrógeno crean contaminación del aire . El azufre y el nitrógeno, junto con el arsénico y el hierro que puedan estar presentes, también destruyen los catalizadores utilizados en el refinado. [37] [38] Las olefinas forman sedimentos insolubles y causan inestabilidad. El oxígeno dentro del petróleo, presente en niveles más altos que en el petróleo crudo , se presta a la formación de radicales libres destructivos . [31] La hidrodesulfuración y la hidrodesnitrogenación pueden abordar estos problemas y dar como resultado un producto comparable al petróleo crudo de referencia . [30] [31] [39] [40] Los fenoles se pueden eliminar primero mediante extracción con agua. [40] La conversión del petróleo de esquisto bituminoso en combustibles para el transporte requiere ajustar las proporciones hidrógeno-carbono añadiendo hidrógeno ( hidrocraqueo ) o eliminando carbono ( coquización ). [39] [40]
El petróleo de esquisto producido mediante algunas tecnologías, como el proceso Kiviter , se puede utilizar sin necesidad de mejorarlo más como componente del petróleo y como fuente de compuestos fenólicos . Los aceites destilados del proceso Kiviter también se pueden utilizar como diluyentes para aceites pesados derivados del petróleo y como aditivo potenciador del adhesivo en materiales bituminosos como el asfalto. [40]
Antes de la Segunda Guerra Mundial , la mayor parte del petróleo de esquisto se mejoró para su uso como combustible para el transporte. Posteriormente se utilizó como materia prima para productos químicos intermedios, productos químicos puros y resinas industriales, y como conservante de madera para ferrocarriles . A partir de 2008, se utiliza principalmente como combustible para calefacción y combustible marino y, en menor medida, en la producción de diversos productos químicos. [36]
La concentración de compuestos de alto punto de ebullición del petróleo de esquisto es adecuada para la producción de destilados medios como queroseno , combustible para aviones y combustible diésel . [31] [41] [42] El craqueo adicional puede crear los hidrocarburos más ligeros que se utilizan en la gasolina. [31] [43]
El "aceite de esquisto sulfonado pálido" (PSSO), una variante sulfonada y neutralizada con amoníaco denominada "Ichthammol" (nombre químico: bituminosulfonato de amonio ), todavía se utiliza en la actualidad. [44]
Las reservas mundiales de esquisto bituminoso técnicamente recuperables se han estimado recientemente en 2,8 a 3,3 billones de barriles (450 × 10 9 a 520 × 10 9 m 3 ) de petróleo de esquisto, con las reservas más grandes en los Estados Unidos , que se cree que tienen entre 1,5 y 2,6 billones de barriles (240 × 10 9 –410 × 10 9 m 3 ). [14] [41] [45] [46] La producción mundial de petróleo de esquisto se estimó en 17.700 barriles por día (2.810 m 3 /d) en 2008. Los principales productores fueron China (7.600 barriles por día (1.210 m 3 /d) )), Estonia (6.300 barriles por día (1.000 m 3 /d)) y Brasil (3.800 barriles por día (600 m 3 /d)). [14]
La producción de petróleo de esquisto se ha visto obstaculizada por dificultades técnicas y costes. [47] En marzo de 2011, la Oficina de Gestión de Tierras de los Estados Unidos cuestionó las propuestas para operaciones comerciales en Colorado, Utah y Wyoming, afirmando que "aún no se conocen métodos económicamente viables para extraer y procesar esquisto bituminoso con fines comerciales". fines". [48] La Administración de Información Energética de EE.UU. utiliza a veces la frase "petróleo de esquisto" para referirse al petróleo de arenas compactas, "petróleo crudo... producido directamente a partir de recursos de petróleo de arenas compactas". En 2021, Estados Unidos produjo 7,23 millones de barriles de petróleo de arenas compactas cada día, lo que equivale aproximadamente al 64% de la producción total de petróleo crudo de Estados Unidos. [49] La AIE también llama ocasionalmente al petróleo de esquisto bituminoso "aceite de esquisto", [50] pero clasifica cualquier producto de esquisto bituminoso como combustible sólido . [51]
{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )La destilación fraccionada produce principalmente hidrocarburos de alto peso molecular, que luego pueden craquearse para producir hidrocarburos deseables en el rango de las gasolinas.
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )