La industria del esquisto bituminoso es una industria de extracción y procesamiento de esquisto bituminoso , una roca sedimentaria de grano fino que contiene cantidades significativas de kerógeno (una mezcla sólida de compuestos químicos orgánicos ) a partir de la cual se pueden fabricar hidrocarburos líquidos. La industria se ha desarrollado en Brasil , China, Estonia y, en cierta medida, en Alemania y Rusia. Varios otros países están realizando actualmente investigaciones sobre sus reservas de esquisto bituminoso y métodos de producción para mejorar la eficiencia y la recuperación. [1] Estonia representó alrededor del 70% de la producción mundial de esquisto bituminoso en un estudio publicado en 2005. [2]
El esquisto bituminoso se ha utilizado con fines industriales desde principios del siglo XVII, cuando se extraían sus minerales. Desde finales del siglo XIX, el petróleo de esquisto bituminoso también se ha utilizado por su contenido de petróleo y como combustible de baja calidad para la generación de energía. Sin embargo, salvo en los países que cuentan con importantes depósitos de esquisto bituminoso, su uso para la generación de energía no está especialmente extendido. De manera similar, el esquisto bituminoso es una fuente para la producción de petróleo crudo sintético y se lo considera una solución para aumentar la producción interna de petróleo en los países que dependen de las importaciones.
El esquisto bituminoso se ha utilizado desde la antigüedad. La extracción industrial moderna de esquisto bituminoso comenzó en 1837 en las minas de Autun en Francia, a la que siguieron las de Gran Bretaña, Alemania y otros países. [1] [4] La industria del esquisto bituminoso comenzó a crecer justo antes de la Primera Guerra Mundial debido a la producción en masa de automóviles y camiones y a la supuesta escasez de gasolina para las necesidades de transporte. En 1924, la central eléctrica de Tallin fue la primera del mundo en cambiar a la combustión de esquisto bituminoso. [5]
Tras el final de la Segunda Guerra Mundial , la industria del esquisto bituminoso decayó debido al descubrimiento de grandes reservas de petróleo crudo de fácil acceso y más barato. [1] [4] [6] [7] Sin embargo, la producción de esquisto bituminoso siguió creciendo en Estonia, Rusia y China.
Tras la crisis del petróleo de 1973 , la industria del esquisto bituminoso se reanudó en varios países, pero en la década de 1980, cuando los precios del petróleo cayeron , muchas industrias se enfrentaron al cierre. La industria mundial del esquisto bituminoso ha vuelto a crecer desde mediados de la década de 1990. En 2003, se inició el programa de desarrollo del esquisto bituminoso en los Estados Unidos, y en 2005, se introdujo el programa de arrendamiento comercial para esquisto bituminoso y arenas bituminosas. [8] [9]
En mayo de 2007, Estonia participa activamente en la explotación de esquisto bituminoso a una escala significativa y representa el 70% del esquisto bituminoso procesado del mundo. [10] Estonia es única en el sentido de que sus depósitos de esquisto bituminoso representan solo el 17% de los depósitos totales de la Unión Europea , pero genera el 90% de su energía a partir de esquisto bituminoso. La industria del esquisto bituminoso en Estonia emplea a 7.500 personas, lo que representa aproximadamente el 1% del empleo nacional y el 4% de su producto interno bruto. [11]
El esquisto bituminoso se extrae mediante técnicas tradicionales de minería subterránea o de minería a cielo abierto . Existen varios métodos de extracción disponibles, pero el objetivo común de todos ellos es fragmentar los depósitos de esquisto bituminoso para permitir el transporte de fragmentos de esquisto a una planta de energía o una instalación de retorta. Los principales métodos de extracción a cielo abierto son la minería a cielo abierto y la minería a cielo abierto . Un método importante de extracción subterránea es el método de cámara y pilares . [12] En este método, el material se extrae a lo largo de un plano horizontal dejando "pilares" de material intacto para sostener el techo. Estos pilares reducen la probabilidad de un derrumbe. El esquisto bituminoso también se puede obtener como subproducto de la minería del carbón . [1]
La mina de esquisto bituminoso más grande del mundo es la mina de Estonia, operada por Enefit Kaevandused . [13] En 2005, Estonia extrajo 14,8 millones de toneladas de esquisto bituminoso. [11] Durante el mismo período, se emitieron permisos de minería para casi 24 millones de toneladas, y se recibieron solicitudes para la extracción de 26 millones de toneladas adicionales. [14] En 2008, el Parlamento de Estonia aprobó el "Plan Nacional de Desarrollo para el Uso de Esquisto Bituminoso 2008-2015", que limita la extracción anual de esquisto bituminoso a 20 millones de toneladas. [15]
El esquisto bituminoso se puede utilizar como combustible en plantas de energía térmica, en las que se quema como carbón para impulsar las turbinas de vapor. En 2012, había plantas de energía que quemaban esquisto bituminoso en Estonia con una capacidad de generación de 2.967 megavatios (MW), China y Alemania. [16] [17] También Israel , Rumania y Rusia han operado plantas de energía que queman esquisto bituminoso, pero las han cerrado o han cambiado a otros combustibles como el gas natural. [1] [16] [18] Jordania y Egipto han anunciado sus planes de construir plantas de energía que queman esquisto bituminoso, mientras que Canadá y Turquía planean quemar esquisto bituminoso en las plantas de energía junto con carbón. [1] [16] [19]
Las centrales térmicas que utilizan esquisto bituminoso como combustible emplean principalmente dos tipos de métodos de combustión. El método tradicional es la combustión pulverizada (PC), que se utiliza en las unidades más antiguas de las centrales térmicas que utilizan esquisto bituminoso en Estonia, mientras que el método más avanzado es la combustión en lecho fluidizado (FBC), que se utiliza en la fábrica de cemento Holcim en Dotternhausen, Alemania, y se utilizó en la central eléctrica Mishor Rotem en Israel. Las principales tecnologías de FBC son la combustión en lecho fluidizado burbujeante (BFBC) y la combustión en lecho fluidizado circulante (CFBC). [16] [20]
Hay más de 60 plantas de energía en todo el mundo que utilizan tecnología CFBC para la combustión de carbón y lignito , pero solo dos nuevas unidades en las plantas de energía de Narva en Estonia y una en la planta de energía de Huadian en China utilizan tecnología CFBC para la combustión de esquisto bituminoso. [17] [19] [21] [22] La tecnología de combustión de esquisto bituminoso más avanzada y eficiente es la combustión en lecho fluidizado presurizado (PFBC). Sin embargo, esta tecnología aún es prematura y se encuentra en su etapa naciente. [23]
Los principales productores de petróleo de esquisto bituminoso son China y Estonia, seguidos de Brasil en un distante tercer lugar, mientras que Australia, Estados Unidos, Canadá y Jordania han planeado establecer o reiniciar la producción de petróleo de esquisto bituminoso. [24] [16] [19] Según el Consejo Mundial de Energía , en 2008 la producción total de petróleo de esquisto bituminoso fue de 930.000 toneladas, equivalentes a 17.700 barriles por día (2.810 m 3 /d), de los cuales China produjo 375.000 toneladas, Estonia 355.000 toneladas y Brasil 200 toneladas. En comparación, la producción de líquidos convencionales de petróleo y gas natural en 2008 ascendió a 3.950 millones de toneladas u 82,12 millones de barriles por día (13.056 × 10 6 m 3 /d). [1]
Aunque existen varias tecnologías de retorta de esquisto bituminoso, actualmente solo cuatro tecnologías se utilizan comercialmente. Estas son Kiviter , Galoter , Fushun y Petrosix . [25] Los dos métodos principales para extraer petróleo de esquisto son ex situ e in situ . En el método ex situ , el esquisto bituminoso se extrae y se transporta a la instalación de retorta para extraer el petróleo. El método in situ convierte el kerógeno mientras aún está en forma de depósito de esquisto bituminoso y luego lo extrae a través de un pozo, donde sube como petróleo normal. [26]
El esquisto bituminoso se utiliza para la producción de cemento por Kunda Nordic Cement en Estonia, por Holcim en Alemania y por la fábrica de cemento Fushun en China. [1] [27] El esquisto bituminoso también se puede utilizar para la producción de diferentes productos químicos, materiales de construcción y productos farmacéuticos, por ejemplo, bituminosulfonato de amonio . [11] [19] Sin embargo, el uso de esquisto bituminoso para la producción de estos productos todavía es muy poco común y solo se encuentra en etapas experimentales. [1] [6]
Algunas pizarras bituminosas son una fuente adecuada de azufre, amoníaco, alúmina, carbonato de sodio y nacolita, que se producen como subproductos de la extracción de petróleo de esquisto. Algunas pizarras bituminosas también se pueden utilizar para la producción de uranio y otros elementos químicos raros. Durante 1946-1952, se utilizó una variedad marina de pizarra Dictyonema para la producción de uranio en Sillamäe , Estonia, y durante 1950-1989 se utilizó pizarra de alumbre en Suecia para el mismo propósito. [6] El gas de esquisto bituminoso también se puede utilizar como sustituto del gas natural. Después de la Segunda Guerra Mundial , el gas de esquisto bituminoso producido en Estonia se utilizó en Leningrado y las ciudades del norte de Estonia. [28] Sin embargo, al nivel actual de precios del gas natural, esto no es económicamente viable. [29] [30]
Se desconoce la cantidad de esquisto bituminoso recuperable económicamente. [31] Los diversos intentos de desarrollar depósitos de esquisto bituminoso han tenido éxito solo cuando el costo de producción de petróleo de esquisto en una región dada es inferior al precio del petróleo crudo o sus otros sustitutos. [32] Según una encuesta realizada por la Corporación RAND , el costo de producir un barril de petróleo de esquisto en un complejo de retorta de superficie hipotético en los Estados Unidos (que comprende una mina, una planta de retorta, una planta de mejoramiento , servicios públicos de apoyo y recuperación de esquisto gastado), oscilaría entre 70 y 95 dólares estadounidenses (440-600 dólares/m 3 ), ajustados a los valores de 2005. Suponiendo un aumento gradual de la producción después del inicio de la producción comercial, el análisis proyecta una reducción gradual de los costos de procesamiento a 30-40 dólares por barril (190-250 dólares/m 3 ) después de alcanzar el hito de 1.000 millones de barriles (160 × 10 6 m 3 ). [11] [12] Royal Dutch Shell ha anunciado que su tecnología ICP Shell generaría ganancias cuando los precios del petróleo crudo sean superiores a 30 dólares por barril (190 dólares/m 3 ), mientras que algunas tecnologías en producción a gran escala afirman ser rentables a precios del petróleo incluso inferiores a 20 dólares por barril (130 dólares/m 3 ). [33] [34] [35]
Para aumentar la eficiencia de la retorta de esquisto bituminoso y, por lo tanto, la viabilidad de la producción de petróleo de esquisto, los investigadores han propuesto y probado varios procesos de copirólisis, en los que otros materiales como biomasa , turba , betún residual o desechos de caucho y plástico se retortan junto con el esquisto bituminoso. [36] [37] [38] [39 ] [40] Algunas tecnologías modificadas proponen combinar una retorta de lecho fluidizado con un horno de lecho fluidizado circulado para quemar los subproductos de la pirólisis (carbón y gas de esquisto bituminoso) y, de ese modo, mejorar el rendimiento del petróleo, aumentar el rendimiento y disminuir el tiempo de retorta. [41]
En una publicación de 1972 de la revista Pétrole Informations (ISSN 0755-561X), la producción de petróleo de esquisto se comparó desfavorablemente con la licuefacción del carbón . El artículo afirmaba que la licuefacción del carbón era menos costosa, generaba más petróleo y creaba menos impactos ambientales que la extracción de esquisto bituminoso. Citaba una tasa de conversión de 650 litros (170 galones estadounidenses; 140 galones imperiales) de petróleo por tonelada de carbón, en comparación con 150 litros (40 galones estadounidenses; 33 galones imperiales) de petróleo de esquisto por tonelada de esquisto bituminoso. [4]
Una medida crítica de la viabilidad del esquisto bituminoso como fuente de energía reside en la relación entre la energía producida por el esquisto y la energía utilizada en su extracción y procesamiento, una relación conocida como "Energía devuelta sobre la energía invertida" ( EROEI ). Un estudio de 1984 estimó que el EROEI de los diversos depósitos de esquisto bituminoso conocidos varía entre 0,7 y 13,3 [42], aunque los proyectos de desarrollo de extracción de esquisto bituminoso conocidos afirman un EROEI de entre 3 y 10. Según el World Energy Outlook 2010 , el EROEI del procesamiento ex situ suele ser de 4 a 5, mientras que el del procesamiento in situ puede ser incluso tan bajo como 2. Sin embargo, según la IEA, la mayor parte de la energía utilizada se puede proporcionar quemando el esquisto gastado o el gas de esquisto bituminoso. [31]
El agua necesaria para el proceso de retorta del esquisto bituminoso ofrece una consideración económica adicional: esto puede plantear un problema en zonas con escasez de agua .
La minería de esquisto bituminoso implica una serie de impactos ambientales, más pronunciados en la minería de superficie que en la minería subterránea. [43] Estos incluyen el drenaje ácido inducido por la exposición rápida y repentina y la posterior oxidación de materiales anteriormente enterrados, la introducción de metales, incluido el mercurio [44] en las aguas superficiales y subterráneas, el aumento de la erosión , las emisiones de gases de azufre y la contaminación del aire causada por la producción de partículas durante el procesamiento, el transporte y las actividades de soporte. [45] [46] En 2002, aproximadamente el 97% de la contaminación del aire, el 86% de los desechos totales y el 23% de la contaminación del agua en Estonia provenían de la industria energética, que utiliza el esquisto bituminoso como el principal recurso para su producción de energía. [47]
La extracción de esquisto bituminoso puede dañar el valor biológico y recreativo de la tierra y el ecosistema en el área minera. La combustión y el procesamiento térmico generan material de desecho. Además, las emisiones atmosféricas del procesamiento y la combustión de esquisto bituminoso incluyen dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero . Los ambientalistas se oponen a la producción y el uso de esquisto bituminoso, ya que crea incluso más gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles convencionales. [48] Los procesos experimentales de conversión in situ y las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono pueden reducir algunas de estas preocupaciones en el futuro, pero al mismo tiempo pueden causar otros problemas, incluida la contaminación de las aguas subterráneas . [49] Entre los contaminantes del agua comúnmente asociados con el procesamiento de esquisto bituminoso se encuentran los hidrocarburos heterocíclicos de oxígeno y nitrógeno. Los ejemplos detectados comúnmente incluyen derivados de quinolina , piridina y varios homólogos alquílicos de piridina ( picolina , lutidina ). [50]
Las preocupaciones por el agua son temas delicados en regiones áridas, como el oeste de los EE. UU. y el desierto del Néguev en Israel , donde existen planes para expandir la extracción de esquisto bituminoso a pesar de la escasez de agua. [51] Dependiendo de la tecnología, el retortado sobre el suelo utiliza entre uno y cinco barriles de agua por barril de petróleo de esquisto producido. [12] [52] [53] [54] Una declaración de impacto ambiental programático de 2008 emitida por la Oficina de Administración de Tierras de los EE. UU. declaró que las operaciones de minería a cielo abierto y retortado producen de 2 a 10 galones estadounidenses (7,6 a 37,9 L; 1,7 a 8,3 imp gal) de aguas residuales por 1 tonelada corta (0,91 t) de esquisto bituminoso procesado. [52] El procesamiento in situ , según una estimación, utiliza aproximadamente una décima parte de esa cantidad de agua. [55]
Los activistas ambientales , incluidos miembros de Greenpeace , han organizado fuertes protestas contra la industria del esquisto bituminoso. Uno de los resultados fue que Queensland Energy Resources suspendió en 2004 el proyecto de esquisto bituminoso de Stuart en Australia. [45] [56] [57]
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