La quema rutinaria , también conocida como quema de producción , es un método y una práctica actual de eliminación de grandes cantidades no deseadas de gas asociado de petróleo (APG) durante la extracción de petróleo crudo . El gas primero se separa de los líquidos y sólidos aguas abajo de la boca del pozo , luego se libera en una chimenea de quema y se quema en la atmósfera de la Tierra (generalmente en una llama de difusión abierta ). Cuando se realiza, el gas no deseado (principalmente gas natural dominado por metano ) se ha considerado no rentable y puede denominarse gas varado , gas de quema o simplemente como " gas residual ". La quema rutinaria no debe confundirse con la quema de seguridad, la quema de mantenimiento u otras prácticas de quema caracterizadas por duraciones más cortas o volúmenes más pequeños de eliminación de gas. [1] : 1 [2]
Se estima que durante el año 2018 se quemaron más de 145 mil millones de metros cúbicos (5 billones de pies cúbicos) de gas natural en todo el mundo. [3] La mayor parte de esto fue gas de petróleo y gas quemado de manera rutinaria en miles de pozos, y es una cantidad de desechos equivalente al uso de gas natural de América del Sur y Central. Los siete principales practicantes desde 2014 son Rusia , Irak , Irán , Estados Unidos , Argelia , Venezuela y Nigeria . [4] La actividad en regiones remotas de Rusia es mayor, y el conflicto político eleva los niveles en otros países. Estados Unidos contribuyó con casi el 10% del total mundial de 2018. [5]
La quema rutinaria, junto con el venteo intencional de gas y las emisiones fugitivas de gas no intencionales , tienen profundas consecuencias negativas. El desperdicio de un recurso primario no proporciona beneficios económicos presentes ni de riqueza futura , al tiempo que crea pasivos a través de la acumulación de gases de efecto invernadero y otros contaminantes dañinos en la biosfera . [6] [7] Como la mayoría de los pronósticos muestran que el uso de petróleo y gas aumentará en el futuro previsible, el Banco Mundial lanzó en 2002 la Asociación Mundial para la Reducción de la Quema de Gas (GGFRP), una asociación público-privada con el objetivo de eliminar esta práctica derrochadora. [8] En 2015, lanzó además la Iniciativa de Quema Rutinaria Cero para 2030, respaldada por 32 países, 37 empresas y 15 instituciones bancarias a fines de 2019. [9] Los patrocinadores con sede en los EE. UU. fueron el Gobierno Federal de los EE. UU., el Estado de California y el Banco Mundial. Los datos globales correspondientes al período 1996-2018 indican que los volúmenes de gas quemado cayeron un 10%, mientras que la producción de petróleo aumentó un 40%. [10]
La quema y el venteo rutinarios de APG se han practicado desde que se comercializaron los primeros pozos petrolíferos a fines de la década de 1850. Aunque los hidrocarburos líquidos y gaseosos tienen densidades de energía similares por masa , el factor de 1000 mayor contenido de energía por volumen de los combustibles líquidos hace que el almacenamiento y el transporte sean más económicos. [11] Los medios generalizados para superar esta desventaja relativa del gas de petróleo solo se han realizado en las últimas décadas. Por ejemplo, los gasoductos transcontinentales , vinculados con redes regionales de recolección y distribución , ahora se extienden por gran parte del mundo. [12] Los sistemas de recuperación de gas de quema (FGRS) para procesar APG en combustibles líquidos o comprimidos en la plataforma del pozo también se han vuelto cada vez más móviles y variados en sus capacidades. [1] : 50
Los procesos de decisión que conducen al desperdicio de gas de petróleo y gas en la actualidad dependen en gran medida de las circunstancias regionales. En general, los objetivos financieros y de gestión de riesgos a corto plazo de los encargados de la toma de decisiones determinarán el resultado. En la mayoría de las jurisdicciones existe algún tipo de permiso u otra regulación de la actividad de quema y venteo , pero los detalles varían ampliamente. [1] : 20 [13] : 7 Los factores que pueden aumentar la actividad de desperdicio incluyen (no es una lista exhaustiva):
En 2018, se quemaron 100 millones de toneladas (145 mil millones de metros cúbicos) de gas asociado en todo el mundo, lo que representa alrededor del 3-4% de todo el gas producido en pozos de petróleo y gas. [18] Los desechos produjeron casi 350 millones de toneladas de emisiones equivalentes de CO2 de gases de efecto invernadero, o alrededor del 1% de los 33 mil millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2 ) liberadas por la quema de todos los combustibles fósiles. [19] La acumulación de estos gases está alterando sustancialmente el ciclo planetario del carbono , y se están realizando esfuerzos internacionales más amplios para evaluar el alcance del daño y cuantificar los costos económicos acumulados. [20]
Los costos de eliminar la quema de gas se comprenden mejor y varían ampliamente de un caso a otro. El Banco Mundial estima que el costo total de mitigación es de 100.000 millones de dólares. [18] Si se llevara al mercado de gas natural en una economía desarrollada como la de los Estados Unidos, el gas quemado podría abastecer alrededor del 17% de los 30 billones de pies cúbicos de consumo de ese país, [21] y potencialmente tener un valor cercano a los 20.000 millones de dólares. [18] En los países menos desarrollados, los beneficios podrían tener un efecto adicional. Por ejemplo, podría abastecer todo el consumo actual en América del Sur y Central. Si se utilizara para generar 750.000 millones de kWh de electricidad, podría satisfacer todas las necesidades del continente africano. [18]
Si bien la quema en antorcha es un desperdicio y produce subproductos nocivos como otras quemas de combustibles fósiles, es menos perjudicial en el corto plazo que la ventilación del gas asociado, que consiste principalmente en metano. La acumulación de metano atmosférico es responsable de aproximadamente el 25% de los cambios en el forzamiento climático , a pesar de su abundancia casi 100 veces menor en comparación con el CO 2 . [22] Según la Agencia Internacional de la Energía , al menos [23] [24] 75 millones de toneladas de metano fueron liberadas por la industria del petróleo y el gas a través de la ventilación y las emisiones fugitivas, y se estima que 4 millones de toneladas fueron liberadas por ineficiencias de la quema en antorcha. [25] El uso de combustibles fósiles por parte de los seres humanos es responsable de aproximadamente el 20% de todas las emisiones de metano , [26] y las de la industria del petróleo y el gas son responsables de aproximadamente el 25% de todas las fuentes antropogénicas. [22] Estas fuentes también necesitan esfuerzos de seguimiento y mitigación más amplios, ya que se proyecta que el gas natural seguirá siendo la fuente de energía primaria mundial de más rápido crecimiento. [27]
Al igual que el petróleo crudo, el APG es una fuente de energía primaria tanto de combustible gaseoso como de combustible líquido que tienen un alto valor intrínseco en la economía mundial moderna . [28] Una vez extraído el APG, las barreras logísticas restantes para el consumo son el refinamiento y la entrega rentables a los mercados de consumo . Las alternativas de quema y venteo preferidas por las compañías petroleras incluyen aquellas que eliminan estas barreras para el gas asociado sin impedir la producción de petróleo de mayor valor. [1] : 55
Los datos globales del año 2012 indican que el 15% de todo el gas asociado se quemó o venteó, mientras que el 85% se utilizó o ahorró para los siguientes beneficios económicos: [18]
La siguiente lista incluye otras alternativas comercialmente viables existentes a la quema y ventilación rutinarias que pueden realizarse en el sitio o en las cercanías:
Un informe de 2019 del Departamento de Energía de EE. UU. afirma que una razón probable por la que las compañías petroleras pueden tardar en adoptar tecnologías FGRS existentes o avanzadas es que "la quema legal y regulada es la opción menos riesgosa y no requiere aprender a aplicar nuevas tecnologías ni modificar los contratos y las prácticas operativas existentes". [1] : 55
Los "mineros" de criptomonedas han identificado recientemente el gas de combustión como una fuente potencial de bajo costo para sus operaciones de computación de alto consumo energético. Han surgido varias asociaciones entre estos dos mineros inusualmente diferentes, con el objetivo adicional de minimizar cada una de sus importantes huellas de carbono . [30] [31]
Las antorchas de gas que utilizan llamas de difusión dependen principalmente de una mezcla completa de aire y gas en toda la corriente de gas expulsado para maximizar la combustión. La velocidad y la caída de presión del gas a medida que sale de la punta de la antorcha deben mantenerse dentro de rangos óptimos para garantizar una difusión turbulenta adecuada . Preservar estos rangos son objetivos clave del proceso de diseño de ingeniería y la estrategia de control que lo acompaña . Cantidades significativas de humedad, nitrógeno, dióxido de carbono u otros no hidrocarburos que acompañan a la APG pueden interferir con la combustión. Por otro lado, las inyecciones de aire caliente y vapor diseñadas y controladas adecuadamente pueden mejorar la combustión y la eficacia. [32] [33]
El APG se compone principalmente de metano junto con cantidades menores de etano , propano , butano y otros alcanos . Cuando una antorcha está funcionando de manera efectiva , los subproductos de la combustión incluyen principalmente agua y dióxido de carbono, y pequeñas cantidades de monóxido de carbono y óxidos nitrosos (NoX). Por lo tanto, estas antorchas demuestran una alta eficiencia de conversión , con solo un 2% de APG escapando en promedio. Cuando una antorcha no está funcionando de manera efectiva, pueden escapar cantidades más sustanciales de APG, a veces hasta un 40%. [18] También se pueden crear compuestos orgánicos volátiles (VOC), compuestos tóxicos y otros contaminantes dañinos. Los VOC y el NoX pueden actuar para producir ozono a nivel del suelo en niveles que exceden los estándares de calidad del aire . La presencia de humo indica una antorcha que está funcionando mal, [29] : 534–537 y el carbono negro de vida corta resultante puede acelerar el derretimiento de la nieve y el hielo. [34] [35]
La mayoría de los demás contaminantes presentes en la corriente de APG se encuentran en cantidades traza . Pueden incluir elementos tóxicos como el mercurio y el radón , que se encuentran de forma natural. Los esfuerzos de recuperación mejorada de petróleo, como la fracturación hidráulica, pueden introducir otros. El sulfuro de hidrógeno, un contaminante natural común, permite la creación de dióxido de azufre y ácido sulfúrico en las antorchas de gas. [36] En concentraciones elevadas, puede causar corrosión y otros problemas de calidad del aire , y dar lugar a caracterizaciones como " gas agrio " y "quema ácida". En la práctica, las corrientes de gas con niveles más altos de contaminación por azufre tienen más probabilidades de quemarse (cuando se permite) que de utilizarse debido a su menor valor económico. [17]
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Los datos globales disponibles sobre los volúmenes de quema de gas son altamente inciertos y poco fiables hasta aproximadamente el año 1995. Tras la formación del GGFR en 2002, los investigadores participantes de la NOAA y de instituciones académicas aprovecharon las observaciones satelitales para simplificar la recopilación de datos y mejorar la precisión de las mediciones. [37] A pesar de los avances científicos y tecnológicos, las cantidades informadas por los participantes de la industria y utilizadas por los funcionarios reguladores todavía son a veces inexactas. [38] [39] La cuantificación y localización de las emisiones de metano de las antorchas operadas incorrectamente, la actividad de ventilación de gas intencional y otras fugas de metano de los equipos también es una alta prioridad para la asociación GGFR, la Iniciativa Global del Metano y otros grupos que abarcan tanto el alcance económico como el ambiental. [40]
Dado que la mayoría de las bengalas funcionan como llamas abiertas, los volúmenes se pueden inferir durante los reconocimientos aéreos midiendo la cantidad de luz emitida. El primer conjunto de datos globales que se remonta a 1995 se generó en 2006 utilizando el Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa (DMSP) y datos de Google Earth . [37] Después de aproximadamente 2010, la precisión de las mediciones individuales se mejoró aún más a mejor de +/- 10% utilizando datos de los instrumentos VIIRS en los satélites NOAA-20 y Suomi NPP , y los instrumentos MODIS en los satélites Aqua y Terra del Observatorio de la Tierra de la NASA . [41] [42] El análisis de datos continúa perfeccionándose con contribuciones de otros grupos académicos y específicos de la misión. [43] [44] Los mapas de la actividad global ahora se generan automáticamente con métodos avanzados como el aprendizaje automático , y los volúmenes inferidos se ajustan para perturbaciones como la cobertura de nubes intermitente.
Se han puesto en funcionamiento, y se prevé que se sigan poniendo en funcionamiento, otros satélites e instrumentos capaces de medir el metano y otros gases de efecto invernadero más potentes con una resolución cada vez mayor. [40] [45] El instrumento Tropomi [46] , lanzado en 2017 por la Agencia Espacial Europea, puede medir las concentraciones de metano, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono, aerosoles y ozono en la troposfera terrestre con resoluciones de varios kilómetros. [47] [48] [49] El satélite CLAIRE, lanzado en 2016 por la empresa canadiense GHGSat, puede medir el dióxido de carbono y el metano con una resolución de hasta 50 metros (160 pies), lo que permite a sus clientes localizar con precisión la fuente de las emisiones. [40]
Los instrumentos portátiles de proveedores como FLIR Systems [50] y Picarro [51] también son capaces de detectar fugas y emisiones que de otro modo serían invisibles debido a antorchas que funcionan incorrectamente. Son algo menos prácticos para monitorear las concentraciones de metano y otros COV durante períodos prolongados, pero pueden permitir que los técnicos de reparación de la industria, los funcionarios reguladores y otros investigadores localicen y documenten las fuentes de emisiones en tiempo real. [52]
Los investigadores del Fondo de Defensa Ambiental han mapeado extensamente las emisiones de metano de las operaciones de petróleo y gas en la Cuenca Pérmica de Estados Unidos que abarcan los años 2019 y 2020. Sus resultados muestran emisiones al menos tres veces mayores que las reportadas por los operadores y algún grado de mal funcionamiento de más del 10% de las antorchas. [53] [54] Se encontró que aproximadamente la mitad de las antorchas que funcionaban mal estaban apagadas y liberaban sus gases sin reducción. [55]
Las Naciones Unidas [9] , la Agencia Internacional de Energía [56] y el Banco Mundial reconocen que los esfuerzos rutinarios de reducción de la quema de gas son una meta fácil de alcanzar , considerando los importantes beneficios económicos, ambientales y para la salud humana. Los efectos son especialmente grandes en los países en desarrollo, donde la intensidad de la quema (es decir, el gas quemado por unidad de petróleo producido) suele ser mayor, debido principalmente a su infraestructura y mercados de gas natural menos desarrollados. Algunos de los principales países que se han apuntado a las reducciones han sido Indonesia, Irak, Kazajstán, México, Nigeria, Qatar y la región autónoma de Khanty-Mansi - Yugra de Rusia. [37]
Entre 1996 y 2018, se logró una reducción del 10% en el volumen de quema global (medido en metros cúbicos - m3) mientras que la producción mundial de petróleo aumentó un 40% (figura de la derecha). [ 10] Esto estuvo acompañado por una reducción del 35% en la intensidad de la quema global (medida en metros cúbicos por barril de petróleo producido - m3 / bbl). [57] Esto se debió especialmente en parte a los esfuerzos de reducción anteriores en los países socios del GGFR como Rusia y Nigeria. [37] A partir de 2018, Canadá, Brasil y varias naciones del Medio Oriente quemaron a intensidades inferiores a 1 m3 / bbl, en comparación con el promedio mundial de 4,1 m3 / bbl. Varias naciones africanas continúan quemando a más de 10 m3 / bbl, incluido Camerún a más de 40 m3 / bbl. [58]
Sólo cuatro naciones son responsables de casi el 50% de todo el gas quemado: Rusia, Irak, Irán y Estados Unidos. [59] Sus intensidades de quema varían de aproximadamente 3 a 10 m 3 /bbl, y no han mejorado sustancialmente en los últimos años. [60] Cada país tiene una amplia infraestructura y acceso a tecnologías avanzadas, pero también culturas empresariales y políticas complejas que pueden ser más resistentes al cambio.
Según datos de la Administración de Información Energética de Estados Unidos , la quema y el venteo informados en los EE. UU. disminuyeron en las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial . [5] Cerca del final del siglo XX, alcanzaron mínimos cercanos al 1,5 % del APG extraído y al 0,5 % de todo el gas extraído de pozos de petróleo y gas.
Sin embargo, desde aproximadamente 2005, la actividad de quema de gas ha vuelto a aumentar, como se muestra en los gráficos adjuntos. 32 estados albergan y regulan la quema y/o ventilación de gas. [61] Los mayores cambios de volumen desde aproximadamente 1990 han sido en la Cuenca Pérmica del oeste de Texas y Nuevo México, la Formación Bakken de Dakota del Norte y el Grupo Eagle Ford del sureste de Texas. [62]
La quema de gas aumentó en los Estados Unidos, medida tanto en volumen como en porcentaje. En 2018, la quema de gas alcanzó máximos de casi 50 años, con 500 mil millones de pies cúbicos de gas quemados, lo que representa el 10% de la quema de gas natural. Los informes de precios negativos al productor de gas natural y de una nueva duplicación de la actividad en el Pérmico impulsaron el crecimiento continuo de esta práctica destructiva en 2019 en los Estados Unidos. [16] [63] En 2018-2019, la cantidad de gas desperdiciado diariamente solo en el Pérmico fue capaz de satisfacer las necesidades residenciales de todo el estado de Texas. [64] [65] Se están construyendo cinco nuevos gasoductos de larga distancia desde la región, y el primero entrará en servicio en el tercer trimestre de 2019, [66] y los demás están programados para entrar en funcionamiento durante 2020-2022. [1] : 23
Una flexibilización de las regulaciones federales de los EE. UU. a partir de 2017 permitió mayores aumentos en el desperdicio de APG de tierras públicas y privadas. [1] : 17–19 Estos se resumen en un informe de junio de 2019 del Departamento de Energía de los EE. UU. , que identifica los cambios más importantes como: [1] : 17
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