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 querógeno (una mezcla sólida de compuestos químicos orgánicos ), a partir del cual se pueden fabricar hidrocarburos líquidos. La industria se ha desarrollado en Brasil , China, Estonia y, hasta cierto punto, en Alemania y Rusia. Varios otros países están actualmente realizando 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]
La pizarra bituminosa se ha utilizado con fines industriales desde principios del siglo XVII, cuando se extraía por sus minerales. Desde finales del siglo XIX, el petróleo de esquisto también se ha utilizado por su contenido de petróleo y como combustible de baja calidad para la generación de energía. Sin embargo, salvo que los países tengan importantes depósitos de esquisto bituminoso, su uso para la generación de energía no está particularmente extendido. De manera similar, el esquisto bituminoso es una fuente para la producción de petróleo crudo sintético y se considera una solución para aumentar la producción interna de petróleo en países que dependen de las importaciones.
La pizarra bituminosa se ha utilizado desde la antigüedad. La minería industrial moderna de esquisto bituminoso comenzó en 1837 en las minas de Autun en Francia, seguida por Gran Bretaña, Alemania y varios 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 la supuesta escasez de gasolina para las necesidades de transporte. En 1924, la central eléctrica de Tallin fue la primera central eléctrica 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 suministros de petróleo crudo más barato y de fácil acceso. [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 reinició 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 los años noventa. En 2003, se inició el programa de desarrollo de esquisto bituminoso en los Estados Unidos y, en 2005, se introdujo el programa de arrendamiento comercial de esquisto bituminoso y arenas bituminosas. [8] [9]
En mayo de 2007, Estonia participa activamente en la explotación de esquisto bituminoso en 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 sólo el 17% del total de los depósitos de la Unión Europea , pero genera el 90% de su energía a partir del 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 superficie . Hay varios métodos de minería disponibles, pero el objetivo común de todos estos métodos es fragmentar los depósitos de esquisto bituminoso para permitir el transporte de fragmentos de esquisto a una planta de energía o instalación de retorta. Los principales métodos de minería a cielo abierto son la minería a cielo abierto y la minería a cielo abierto . Un método importante de minería subterránea es el método de cámara y pilar . [12] En este método, el material se extrae a través de un plano horizontal dejando "pilares" de material intacto para sostener el techo. Estos pilares reducen la probabilidad de un colapso. La pizarra bituminosa también se puede obtener como subproducto de la minería del carbón . [1]
La mina de esquisto bituminoso más grande del mundo es la mina Estonia, operada por Enefit Kaevandused . [13] En 2005, Estonia extrajo 14,8 millones de toneladas de esquisto bituminoso. [11] Durante el mismo período, se expidieron permisos de minería para casi 24 millones de toneladas, y se recibieron solicitudes para extraer 26 millones de toneladas adicionales. [14] En 2008, el Parlamento estonio 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]
La pizarra bituminosa se puede utilizar como combustible en centrales térmicas, en las que la pizarra bituminosa se quema como carbón para impulsar las turbinas de vapor. En 2012, existen centrales eléctricas de 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 alimentadas con esquisto bituminoso, pero las han cerrado o cambiado a otros combustibles como el gas natural. [1] [16] [18] Jordania y Egipto han anunciado sus planes de construir centrales eléctricas alimentadas con esquisto bituminoso, mientras que Canadá y Turquía planean quemar esquisto bituminoso en las centrales eléctricas 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 eléctricas alimentadas con 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 de Mishor Rotem en Israel. Las principales tecnologías FBC son la combustión en lecho fluidizado burbujeante (BFBC) y la combustión en lecho fluidizado circulante (CFBC). [16] [20]
Hay más de 60 centrales eléctricas en todo el mundo que utilizan la tecnología CFBC para la combustión de carbón y lignito , pero sólo dos nuevas unidades en las centrales eléctricas de Narva en Estonia y una en la central eléctrica de Huadian en China utilizan la tecnología CFBC para la combustión de petróleo. esquisto. [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 es todavía prematura y se encuentra en su fase incipiente. [23]
Los principales productores de petróleo de esquisto son China y Estonia, con 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. [24] [16] [19] Según el Consejo Mundial de la 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 3,95 mil millones de toneladas o 82,12 millones de barriles por día (13,056 × 10 6 m 3 /d). [1]
Aunque existen varias tecnologías de autoclave de esquisto bituminoso, actualmente sólo cuatro tecnologías se utilizan comercialmente. Estos son Kiviter , Galoter , Fushun y Petrosix . [25] Los dos métodos principales para extraer petróleo del esquisto son ex situ e in situ . En el método ex situ , la pizarra bituminosa se extrae y se transporta a la instalación de retorta para extraer el petróleo. El método in situ convierte el querógeno mientras aún se encuentra en forma de depósito de esquisto bituminoso y luego lo extrae a través de un pozo, donde se eleva como petróleo normal. [26]
La pizarra bituminosa 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] La pizarra bituminosa 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 es todavía muy raro y sólo se encuentra en etapas experimentales. [ dieciséis]
Algunas lutitas bituminosas son fuentes adecuadas de azufre, amoníaco, alúmina, carbonato de sodio y nacolita, que se producen como subproductos de la extracción de petróleo de lutitas. Algunas lutitas bituminosas también se pueden utilizar para la producción de uranio y otros elementos químicos raros. Durante 1946-1952, se utilizó una variedad marina de esquisto de Dictyonema para la producción de uranio en Sillamäe , Estonia, y durante 1950-1989 se utilizó esquisto de alumbre en Suecia con el mismo propósito. [6] El gas de esquisto bituminoso también puede utilizarse como sustituto del gas natural. Después de la Segunda Guerra Mundial , el gas de esquisto bituminoso producido en Estonia se utilizó en Leningrado y en 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 económicamente recuperable. [31] Los diversos intentos de desarrollar depósitos de esquisto bituminoso sólo han tenido éxito cuando el coste de producción del petróleo de esquisto en una región determinada es inferior al precio del petróleo crudo o de sus otros sustitutos. [32] Según una encuesta realizada por RAND Corporation , el costo de producir un barril de petróleo de esquisto en un hipotético complejo de autoclave de superficie en los Estados Unidos (que comprende una mina, una planta de autoclave, una planta de mejora , servicios públicos de apoyo y un centro de recuperación de esquisto gastado). ), oscilaría entre 70 y 95 dólares (entre 440 y 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 mil millones de barriles (160 × 10 6 m 3 ). [11] [12] Royal Dutch Shell ha anunciado que su tecnología Shell ICP obtendría beneficios 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 los precios del petróleo. incluso menos de 20 dólares por barril (130 dólares/m 3 ). [33] [34] [35]
Para aumentar la eficiencia del autoclave de esquisto bituminoso y, con ello, la viabilidad de la producción de petróleo de esquisto, los investigadores han propuesto y probado varios procesos de copirolisis en los que se procesan otros materiales como biomasa , turba , betún residual o desechos de caucho y plástico. 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 mejorar así el rendimiento del petróleo. , aumentando el rendimiento y disminuyendo 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 comparaba 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. Citó una relación de conversión de 650 litros (170 gal EE.UU.; 140 gal imp.) de petróleo por una tonelada de carbón, frente a 150 litros (40 gal EE.UU.; 33 gal imp.) de petróleo de esquisto por una 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 energía invertida" ( EROEI ). Un estudio de 1984 estimó que la TRE de los diversos depósitos conocidos de esquisto bituminoso oscilaba entre 0,7 y 13,3 [42], aunque los proyectos de desarrollo de extracción de esquisto bituminoso conocidos afirman una TRE de entre 3 y 10. Según World Energy Outlook 2010 , la TRE de El procesamiento ex situ suele ser de 4 a 5, mientras que el procesamiento in situ puede ser incluso tan bajo como 2. Sin embargo, según la AIE, la mayor parte de la energía utilizada puede obtenerse quemando el esquisto gastado o el gas de esquisto bituminoso. [31]
El agua necesaria en el proceso de autoclave de 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 a cielo abierto que en la 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, transporte y actividades de apoyo. [45] [46] En 2002, alrededor del 97% de la contaminación del aire, el 86% de los residuos totales y el 23% de la contaminación del agua en Estonia provinieron de la industria energética, que utiliza esquisto bituminoso como 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 la zona minera. La combustión y el procesamiento térmico generan material de desecho. Además, las emisiones atmosféricas procedentes del procesamiento y la combustión del 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 genera 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 comúnmente detectados incluyen derivados de quinolina , piridina y varios homólogos alquilo de piridina ( picolina , lutidina ). [50]
Las preocupaciones sobre el agua son cuestiones delicadas en regiones áridas, como el oeste de Estados Unidos y el desierto de Negev 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 autoclave 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 programática de 2008 emitida por la Oficina de Administración de Tierras de EE. UU. declaró que la minería a cielo abierto y las operaciones de retorta 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 agua. [55]
Activistas medioambientales , incluidos miembros de Greenpeace , han organizado fuertes protestas contra la industria del esquisto bituminoso. Como resultado, Queensland Energy Resources suspendió en 2004 el proyecto Stuart Oil Shale propuesto en Australia. [45] [56] [57]
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