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 se pueden utilizar para los mismos fines que los derivados del petróleo crudo .
El término "petróleo de esquisto bituminoso" 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 bituminoso y el petróleo crudo de esquistos petrolíferos, se prefiere el término " petróleo de esquisto bituminoso " para este último. [1] La Agencia Internacional de la Energía recomienda utilizar el término " petróleo de esquisto bituminoso ligero " y el informe de Recursos Energéticos Mundiales de 2013 del Consejo Mundial de la Energía utiliza el término " petróleo de esquisto bituminoso " para el petróleo crudo de esquistos petrolíferos. [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 otorgó una patente en 1694 a tres personas que habían "encontrado una manera de extraer y hacer grandes cantidades de brea, alquitrán y aceite a partir de una especie de piedra". [7] [8] [9] Más tarde vendido como Betton's British Oil, se decía que el producto destilado había sido "probado por diversas personas en dolores y molestias con mucho beneficio". [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 petróleo se utilizaba como combustible, lubricante y aceite para lámparas; la Revolución Industrial había creado una demanda adicional para la iluminación. Sirvió como sustituto del aceite de ballena, cada vez más escaso y caro . [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 Estados Unidos, China, Australia y Jordania . [15]
El petróleo de esquisto bituminoso se extrae por pirólisis, hidrogenación o disolución térmica de la pizarra bituminosa. [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 en el lugar ( in situ ). La temperatura a la que el kerógeno se descompone en hidrocarburos utilizables varía con la escala de tiempo del proceso; en el proceso de retorta sobre el suelo, la descomposición comienza a 300 °C (570 °F), pero avanza más rápida y completamente a temperaturas más altas. La descomposición se produce más rápidamente a una temperatura entre 480 y 520 °C (900 y 970 °F). [16]
La hidrogenación y la disolución térmica (procesos de fluidos reactivos) extraen el petróleo utilizando donantes de hidrógeno , solventes o una combinación de estos. La disolución térmica implica la aplicación de solventes 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 radica 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 la energía invertida" ( EROEI ). Un EROEI de 2 (o una relación 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 el EROEI de los diversos depósitos de esquisto bituminoso conocidos varía entre 0,7 y 13,3. [21] Estudios más recientes estiman que el EROEI de los esquistos bituminosos es de 1-2:1 o de 2-16:1, dependiendo de si la energía propia se cuenta como un costo o se excluye la energía interna y solo se cuenta la energía comprada como insumo. [22] Royal Dutch Shell informó un EROEI de tres a cuatro en 2006 sobre su desarrollo in situ en el " Proyecto de investigación de caoba ". [23] [24]
La cantidad de petróleo que se puede recuperar durante el proceso de retorta varía según el esquisto bituminoso y la tecnología utilizada. [15] Aproximadamente una sexta parte de los esquistos bituminosos de 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 los esquistos bituminosos de la Formación Green River producen menos de 10 galones estadounidenses/tonelada. [25]
Los principales productores mundiales de petróleo de esquisto bituminoso han publicado sus rendimientos para sus operaciones comerciales. Fushun Mining Group informa que produce 300.000 toneladas por año de petróleo de esquisto bituminoso 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 por 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 crudo varían dependiendo de la composición de la pizarra bituminosa original y de la tecnología de extracción utilizada. [29] Al igual que el petróleo convencional, el petróleo de esquisto es una mezcla compleja de hidrocarburos y se caracteriza según las propiedades a granel del petróleo. Por lo general, contiene grandes cantidades de hidrocarburos olefínicos y aromáticos . También puede contener cantidades significativas 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 vuelve vertible 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 oleoductos existentes . [30] [32] [33]
El aceite de esquisto contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos , que son cancerígenos . La EPA de los Estados Unidos ha concluido que el aceite de esquisto crudo 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 por hidrogenación . [34] La Organización Mundial de la Salud clasifica el aceite de esquisto como un carcinógeno del Grupo 1 para los seres humanos. [35]
Aunque el petróleo de esquisto crudo puede quemarse inmediatamente como combustible, muchas de sus aplicaciones requieren que se lo mejore. Las diferentes propiedades de los aceites crudos requieren, en consecuencia, diversos tratamientos previos antes de que puedan enviarse 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 pueden estar presentes, también destruyen los catalizadores utilizados en la refinación. [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 mejora del petróleo de esquisto en combustibles para el transporte requiere ajustar las proporciones de hidrógeno y carbono agregando 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 una mayor mejora como componente del petróleo y como fuente de compuestos fenólicos . Los aceites destilados del proceso Kiviter también se pueden utilizar como diluyentes para los aceites pesados de origen petrolífero y como aditivo potenciador de la adherencia en materiales bituminosos como el asfalto. [40]
Antes de la Segunda Guerra Mundial , la mayor parte del petróleo de esquisto se mejoraba 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 utilizados 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 técnicamente recuperables de petróleo de esquisto bituminoso 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, y las mayores reservas se encuentran en Estados Unidos , donde se cree que hay 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 bituminoso se ha visto obstaculizada por dificultades técnicas y costos. [47] En marzo de 2011, la Oficina de Administración de Tierras de los Estados Unidos cuestionó las propuestas de operaciones comerciales en Colorado, Utah y Wyoming, afirmando que "todavía no se conocen formas económicamente viables de extraer y procesar el esquisto bituminoso con fines comerciales". [48] La Administración de Información Energética de los Estados Unidos a veces utiliza la frase "petróleo de esquisto bituminoso (tight)" para referirse al petróleo de esquisto bituminoso, "petróleo crudo ... producido directamente a partir de recursos de petróleo de esquisto bituminoso". En 2021, Estados Unidos produjo 7,23 millones de barriles de ese petróleo de esquisto bituminoso 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 "petróleo de esquisto", [50] pero clasifica cualquier producto de esquisto bituminoso con combustibles sólidos . [51]
{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )produce principalmente hidrocarburos de alto peso molecular, que luego pueden craquearse para producir hidrocarburos deseables en el rango de la gasolina.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )