Industria de la pizarra bituminosa - Oil shale industry
La industria de la lutita bituminosa es una industria de extracción y procesamiento de lutita bituminosa, 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. Estonia representó alrededor del 70% de la producción mundial de esquisto bituminoso en un estudio publicado en 2005.
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 aceite de esquisto también se ha utilizado por su contenido de aceite y como combustible de baja calidad para la generación de energía. Sin embargo, salvo en los países que tienen 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 nacional de petróleo en países que dependen de las importaciones.
Historia
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 de Gran Bretaña, Alemania y varios otros países. La industria de la pizarra bituminosa comenzó a crecer poco antes de la Primera Guerra Mundial debido a la producción masiva de automóviles y camiones y la supuesta escasez de gasolina para las necesidades de transporte. En 1924, la planta de energía de Tallin fue la primera planta de energía del mundo en cambiar a la combustión de esquisto bituminoso.
Tras el final de la Segunda Guerra Mundial , la industria del esquisto bituminoso declinó debido al descubrimiento de grandes suministros de crudo de fácil acceso y más barato. Sin embargo, la producción de esquisto bituminoso siguió creciendo en Estonia, Rusia y China.
Después de 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 de la pizarra bituminosa ha vuelto a crecer desde mediados de la década de 1990. En 2003, se inició el programa de desarrollo de lutitas bituminosas en los Estados Unidos y, en 2005, se introdujo el programa de arrendamiento comercial de lutitas bituminosas y arenas bituminosas.
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. Estonia es única en el sentido de que su depósito de esquisto bituminoso representa solo el 17% del total de depósitos en la Unión Europea, pero genera el 90% de su energía a partir del esquisto bituminoso. La industria de la pizarra bituminosa en Estonia emplea a 7.500 personas, lo que representa aproximadamente el 1% del empleo nacional, lo que representa el 4% de su producto interno bruto.
Minería
La pizarra bituminosa se extrae mediante técnicas tradicionales de minería subterránea o de superficie . Hay varios métodos de extracción 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 la 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 habitación y pilar . 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 .
La mina de esquisto bituminoso más grande del mundo es la mina Estonia, operada por Enefit Kaevandused . En 2005, Estonia extrajo 14,8 millones de toneladas de pizarra bituminosa. Durante el mismo período, se emitieron permisos de minería por casi 24 millones de toneladas, y se recibieron solicitudes para extraer 26 millones de toneladas adicionales. En 2008, el Parlamento de Estonia aprobó el "Plan de desarrollo nacional para el uso de esquisto bituminoso 2008-2015", que limita la extracción anual de esquisto bituminoso a 20 millones de toneladas.
Generación de energía
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. A partir de 2012, hay plantas de energía alimentadas con esquisto bituminoso en Estonia con una capacidad de generación de 2.967 megavatios (MW), China y Alemania. 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. Jordania y Egipto han anunciado sus planes para construir plantas de energía alimentadas con esquisto bituminoso, mientras que Canadá y Turquía planean quemar esquisto bituminoso en las plantas de energía junto con carbón.
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 de 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 planta de energía 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).
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 la tecnología de CFBC para la combustión de petróleo. esquisto. La tecnología de combustión de lutitas bituminosas 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 incipiente.
Extracción de petróleo
Los principales productores de petróleo de esquisto son China y Estonia, con Brasil en un distante tercer lugar, mientras que Australia, EE. UU., Canadá y Jordania han planeado establecer o reiniciar la producción de petróleo de esquisto. Según el Consejo Mundial de Energía , en 2008 la producción total de petróleo de esquisto a partir de esquisto bituminoso fue de 930.000 toneladas, lo que equivale 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 los 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).
Aunque existen varias tecnologías de retorta de esquisto bituminoso, solo cuatro tecnologías se encuentran actualmente en uso comercial. Estos son Kiviter , Galoter , Fushun y Petrosix . Los dos métodos principales para extraer petróleo de la pizarra 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 kerógeno mientras aún se encuentra en forma de depósito de pizarra bituminosa y luego lo extrae a través de un pozo, donde se eleva como petróleo normal.
Otros usos industriales
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. 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 . Sin embargo, el uso de esquisto bituminoso para la producción de estos productos es todavía muy poco frecuente y solo se encuentra en etapas experimentales.
Algunas lutitas bituminosas son una fuente adecuada de azufre, amoníaco, alúmina, carbonato de sodio y nacolita, que se encuentran como subproductos de la extracción de petróleo de lutita. 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 Dictyonema para la producción de uranio en Sillamäe , Estonia, y durante 1950-1989 se utilizó esquisto de alumbre en Suecia con el mismo propósito. 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. Sin embargo, al nivel actual de precios del gas natural, esto no es económicamente viable.
Ciencias económicas
Se desconoce la cantidad de pizarra bituminosa económicamente recuperable. Los diversos intentos de desarrollar depósitos de esquisto bituminoso solo han tenido éxito cuando el costo de producción de petróleo de esquisto en una región determinada es inferior al precio del petróleo crudo o sus otros sustitutos. Según una encuesta realizada por la Corporación RAND , el costo de producir un barril de petróleo de esquisto en un hipotético complejo de retorta en superficie en los Estados Unidos (que comprende una mina, una planta de retorta, una planta de mejora , servicios de apoyo y recuperación de esquisto gastado) sería oscilan entre 70 y 95 dólares (440-600 dólares / m 3 ), ajustado a los valores de 2005. Suponiendo un aumento gradual en la producción después del inicio de la producción comercial, el análisis proyecta una reducción gradual en los costos de procesamiento a $ 30-40 por barril ($ 190-250 / m 3 ) después de alcanzar el hito de mil millones de barriles (160 × 10 6 m 3 ). Royal Dutch Shell ha anunciado que su tecnología Shell ICP obtendría beneficios cuando los precios del petróleo crudo superaran los 30 dólares por barril (190 dólares / m 3 ), mientras que algunas tecnologías en producción a gran escala afirman la rentabilidad a precios del petróleo incluso inferiores a 20 dólares por barril. ($ 130 / m 3 ).
Para aumentar la eficiencia de la retorta de esquisto bituminoso y, por lo tanto, la viabilidad de la producción de aceite de esquisto, los investigadores han propuesto y probado varios procesos de co-pirólisis, en los que otros materiales como biomasa , turba , bitumen residual o residuos de caucho y plástico se retocan. junto con la pizarra bituminosa. Algunas tecnologías modificadas proponen combinar una retorta de lecho fluidizado con un horno de lecho fluidizado circulante para quemar los subproductos de la pirólisis (carbón y gas de esquisto bituminoso) y, por lo tanto, mejorar el rendimiento de petróleo, aumentar el rendimiento y reducir el tiempo de retorta.
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 de carbón era menos costosa, generaba más petróleo y generaba 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, en comparación con 150 litros (40 gal EE.UU.; 33 gal imp.) De petróleo de esquisto por una tonelada de esquisto bituminoso.
Una medida crítica de la viabilidad de la lutita bituminosa como fuente de energía radica en la relación entre la energía producida por la lutita 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 variaba entre 0,7 y 13,3, aunque los proyectos de desarrollo de extracción de esquisto bituminoso conocidos afirman un EROEI de entre 3 y 10. Según World Energy Outlook 2010 , el EROEI de ex-situ el procesamiento es típicamente de 4 a 5 mientras que el procesamiento in situ puede ser incluso tan bajo como 2. Sin embargo, según la IEA, la mayor parte de la energía utilizada se puede obtener quemando el gas de esquisto bituminoso o de esquisto bituminoso gastado.
El agua necesaria en el proceso de retorta de lutitas bituminosas ofrece una consideración económica adicional: esto puede plantear un problema en áreas con escasez de agua.
Consideraciones ambientales
La minería de esquisto bituminoso implica una serie de impactos ambientales, más pronunciados en la minería a cielo abierto que en la minería subterránea. 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, en aguas superficiales y subterráneas, mayor erosión , emisiones de gas de azufre y contaminación del aire causada por la producción de partículas durante el procesamiento. , transporte y actividades de apoyo. En 2002, aproximadamente el 97% de la contaminación del aire, el 86% de los residuos totales y el 23% de la contaminación del agua en Estonia procedía de la industria energética, que utiliza el esquisto bituminoso como principal recurso para su producción de energía.
La extracción de lutitas bituminosas 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 genera aún más gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles convencionales. 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 . 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 de alquilo de piridina ( picolina , lutidina ).
Las preocupaciones por el agua son temas sensibles en las 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. Dependiendo de la tecnología, la retorta aérea utiliza entre uno y cinco barriles de agua por barril de petróleo de esquisto producido. Una declaración de impacto ambiental programática de 2008 emitida por la Oficina de Administración de Tierras de los EE. UU . Declaró que las operaciones de minería a cielo abierto y de retorta producen de 2 a 10 galones estadounidenses (7,6 a 37,9 l; 1,7 a 8,3 gal imp.) De aguas residuales por 1 tonelada corta (0,91 t) de pizarra bituminosa procesada. El procesamiento in situ , según una estimación, utiliza aproximadamente una décima parte de la cantidad de agua.
Los activistas ambientales , incluidos miembros de Greenpeace , han organizado fuertes protestas contra la industria del esquisto bituminoso. En un resultado, Queensland Energy Resources suspendió en 2004 el Proyecto Stuart Oil Shale propuesto en Australia.
Ver también
Referencias