Guía para el seguimiento y la cuantificación de las emisiones de metano del sector del petróleo y el gas

Más de un año después de que 110 países firmaran el Compromiso Mundial sobre el Metano en la COP26 de Glasgow, las naciones empiezan a avanzar en la promulgación de normativas para reducir las emisiones de metano.

Hora de actuar 

El metano tiene un poder de calentamiento más de 80 veces superior al del dióxido de carbono en un periodo de 20 años y es responsable de 0,5 ºC del calentamiento que ha experimentado la Tierra desde la era preindustrial. Debido a su potencia y a su corta vida útil en comparación con el dióxido de carbono -el metano sólo permanece en la atmósfera 12 años-, reducir la contaminación por metano es la forma más rápida de frenar el ritmo acelerado del calentamiento global. No podemos limitar el calentamiento global a 1,5 o 2 grados sin reducir drásticamente las emisiones antropogénicas de metano. 

Sin embargo, según la Estados Unidos National Oceanic and Atmospheric Administration, la concentración de metano en la atmósfera está aumentando, y a un ritmo cada vez más rápido, con el mayor aumento jamás registrado en 2021. Las emisiones antropogénicas son uno de los motores más importantes de este aumento. En esta década, debemos avanzar significativamente en la reducción de emisiones en los tres principales sectores emisores de metano -energía, agricultura y residuos-, pero algunas de las mayores oportunidades se encuentran en el sector energético, concretamente en el del petróleo y el gas. 

La industria del petróleo y el gas es uno de los principales contaminantes de metano, responsable del 21% de todas las emisiones antropogénicas. El metano, que es el principal componente del gas fósil, se libera en todas las partes de la cadena de producción de petróleo y gas, desde la extracción y el procesamiento hasta las fases de transporte. Algunas de las emisiones son intencionadas. Es el caso de algunas operaciones de extracción de petróleo, en las que el gas extraído junto con el petróleo se considera residuo y se libera a la atmósfera (venteo) o se quema (antorcha). El gas también se libera intencionadamente durante los procedimientos de mantenimiento o a partir de equipos que emiten gas por diseño, como los controladores de válvulas neumáticas automatizadas que funcionan con gas fósil a presión. El otro tipo de emisiones son las no intencionadas. El metano se escapa por válvulas con fugas, escotillas abiertas, tanques de almacenamiento mal mantenidos, etc. En total, la eliminación de respiraderos, antorchas y fugas es una gran oportunidad para mitigar las emisiones de metano. En muchos casos, el gas que se ahorra puede venderse, con lo que los esfuerzos por reducir las emisiones resultan rentables.

Hasta hace unos años, detectar fugas y cuantificar las emisiones era una tarea lenta y costosa. Afortunadamente, esto ha cambiado. Hemos experimentado este cambio de primera mano. Durante los últimos dos años, hemos estado documentando las emisiones de metano en instalaciones de petróleo y gas de todo el mundo utilizando una FLIR GF320, una de las muchas cámaras ópticas de imágenes de gases disponibles en el mercado, para encontrar e identificar fugas de metano. Desde febrero de 2021, hemos visitado más de 500 instalaciones en 15 países, la mayoría en Europa. Encontramos emisiones procedentes de la quema en antorcha, equipos defectuosos y fugas en casi el 70% de los emplazamientos que visitamos. Basándonos en estos resultados, lanzamos una campaña en Europa, #CutMethaneEU, para concienciar sobre el problema de la contaminación por metano en la industria del petróleo y el gas. Ahora estamos convencidos de que el creciente conjunto de herramientas puede sustentar una política inteligente que nos ayude a eliminar eficazmente la contaminación por metano. 

Seguimiento y cuantificación de las emisiones 

Gracias a los recientes avances tecnológicos, la industria del petróleo y el gas, los científicos y las autoridades pueden recurrir ahora a un conjunto cada vez mayor de herramientas que pueden ayudarles a detectar y cuantificar las emisiones de metano. Desde cámaras portátiles especializadas que ayudan a los técnicos a localizar fugas hasta instrumentos espaciales que pueden cuantificar las emisiones regionales, estas herramientas están cambiando nuestra comprensión de las emisiones de metano y ampliando los enfoques disponibles para el establecimiento de objetivos, el seguimiento y el cumplimiento. 

La primera tarea que facilitan estas tecnologías es la detección rentable de fugas de metano en instalaciones de petróleo y gas y la localización exacta de la fuga para permitir su reparación. El control frecuente de las fugas de metano es parte integrante de las operaciones de seguridad y de las normas medioambientales, por lo que los reguladores y operadores están buscando la manera de que los programas de detección y reparación de fugas (LDAR) que utilizan estas tecnologías sean lo más eficaces y rentables posible. La frecuencia y eficacia de estos trabajos es crucial, ya que incluso una pequeña fuga no detectada durante un largo periodo de tiempo podría liberar una cantidad significativa de metano a la atmósfera. 

La segunda tarea crucial de las nuevas tecnologías es cuantificar las emisiones de metano a diferentes escalas, desde el equipo hasta el nivel nacional, lo que puede servir para muchos fines. Por ejemplo, cuantificar las emisiones dentro de una instalación puede ayudar a los responsables de la toma de decisiones a comprender la importancia relativa de las fuentes de emisiones y priorizar la mitigación en consecuencia. Una información fiable sobre la intensidad total de las emisiones de una empresa (es decir, la cantidad de emisiones de metano liberadas durante la producción de un barril de petróleo o un metro cúbico de gas) puede ayudar a los compradores a adquirir petróleo y gas que cumplan sus normas medioambientales y que les ayuden a reducir sus emisiones indirectas. A escala regional y nacional, es necesario cuantificar y hacer un seguimiento de las emisiones de metano para cumplir la normativa, para establecer y hacer un seguimiento de los objetivos de reducción de metano y para informar de las emisiones de metano a los organismos internacionales.

Hasta ahora, las emisiones desde la empresa hasta el nivel nacional se calculan utilizando un enfoque "ascendente", es decir, basándose en la cantidad de diversos tipos de equipos utilizados por cada emplazamiento o empresa (número de tanques, kilómetros de tuberías, etc.) y en la información sobre las emisiones típicas de cada uno de estos tipos de equipos (también llamado "factor de emisión" del equipo). Desgraciadamente, estos factores de emisión suelen estar desfasados, no reflejan las condiciones de funcionamiento de cada equipo y, muy habitualmente, no tienen en cuenta condiciones de funcionamiento anormales, como averías o mantenimiento. 

Afortunadamente, el creciente número de nuevas soluciones de monitorización disponibles favorece tanto la detección como la cuantificación de las emisiones de metano en toda la cadena de valor del petróleo y el gas. Basadas en el auge de tecnologías facilitadoras clave -como la electrónica miniaturizada, los algoritmos avanzados y el acceso de bajo coste al espacio- e impulsadas por una mayor concienciación internacional sobre los impactos del metano, estas novedosas soluciones tienen el potencial de mejorar enormemente nuestra capacidad para identificar y abordar las fuentes de contaminación por metano. La variedad de soluciones es enorme e incluye instrumentos operados desde tierra, aire y espacio.

Instrumentos terrestres

Los instrumentos terrestres incluyen instrumentos móviles o fijos que utilizan técnicas espectroscópicas, ópticas, acústicas y de balance de masas. Incluyen cámaras portátiles de imágenes de gas por infrarrojos, como las utilizadas por CATF descritas anteriormente, que visualizan las emisiones a medida que se producen desde una fuga individual o fuente de ventilación, y sensores fijos que vigilan continuamente una zona para detectar la presencia creciente de metano en el aire. Algunos dispositivos terrestres pueden cuantificar las fugas, mientras que otros se utilizan principalmente para la detección.

Instrumentos aerotransportados

Los instrumentos aerotransportados consisten en dispositivos de medición móviles acoplados a aviones y, cada vez más, a drones. Las mediciones de estos instrumentos incluyen cámaras espectroscópicas avanzadas para detectar penachos de metano debajo de una aeronave e instrumentos utilizados para cuantificar las concentraciones de metano en el aire que atraviesa una aeronave. Estos datos se combinan con información sobre el viento y algoritmos avanzados para detectar las emisiones y cuantificar su magnitud. Las campañas de medición desde el aire consumen muchos recursos, pero han resultado muy eficaces para cartografiar las emisiones de fuentes puntuales y el flujo total de metano de regiones de producción enteras, como la cuenca del Pérmico en Estados Unidos. 

Instrumentos espaciales

Los instrumentos espaciales incluyen una serie de cámaras multiespectrales e hiperespectrales avanzadas montadas en satélites. Algunos instrumentos están diseñados para caracterizar las concentraciones de metano en la atmósfera en amplias zonas, como cuencas de producción y humedales tropicales, mientras que otros están diseñados para detectar grandes fuentes de emisiones (conocidas como "superemisores" y "ultraemisores", según su tamaño), procedentes de instalaciones de todo el mundo.

Las cámaras aéreas y espaciales son las tecnologías que más expectación han generado en los últimos años. Estos instrumentos pueden utilizarse para cartografiar las emisiones de metano en grandes áreas y ya han cambiado nuestra comprensión de las emisiones, poniendo de relieve que los grandes emisores, antes inesperados, son en realidad omnipresentes. Combinadas con técnicas avanzadas de modelización, estas mediciones permiten estimar las emisiones totales de grandes zonas de producción de petróleo y gas, demostrando una y otra vez que las actuales estimaciones ascendentes de las emisiones están subestimadas. Una nueva generación de instrumentos satelitales de alta resolución, como el GHGSat canadiense, promete detectar y cuantificar las emisiones a nivel de instalación individual, ayudando directamente tanto a la contabilidad total del metano como a orientar los programas de mitigación. Y lo que es más importante, estos instrumentos no requieren acceso a las instalaciones, por lo que pueden ser utilizados por reguladores, inversores y otras partes interesadas para comprobar de forma independiente las emisiones notificadas por las empresas.

A pesar de estos rápidos avances, la tecnología satelital actual y prevista presenta algunas limitaciones. Los límites mínimos de detección son actualmente elevados (aproximadamente 500 kg por hora para los conjuntos de datos disponibles gratuitamente y 100 kg por hora para los conjuntos de datos comerciales), lo que significa que son incapaces de "ver" muchas fuentes de emisiones más pequeñas pero potencialmente extendidas que se sitúan por debajo de este umbral. Aunque se espera que estos límites de detección se reduzcan a 50-100 kg por hora para algunos conjuntos de datos de libre acceso (por ejemplo, Carbon Mapper) en 2023, seguirán siendo mucho mayores que los límites de detección de los instrumentos aerotransportados y terrestres. Además, los instrumentos espaciales aún no pueden detectar metano por la noche, no pueden ver a través de las nubes y se enfrentan a dificultades en terrenos muy heterogéneos (por ejemplo, regiones montañosas). Algunas de estas limitaciones pueden superarse con nuevos diseños de instrumentos y mejores algoritmos. Por ejemplo, los investigadores acaban de demostrar que los satélites pueden utilizarse para vigilar las emisiones de las plataformas marinas, algo que antes se consideraba impracticable. Para 2025, algunas estimaciones sugieren que los satélites podrán obtener imágenes de aproximadamente el 50% de las emisiones de fuentes puntuales de todo el mundo.

Más allá de los avances puramente tecnológicos, el siguiente gran reto es transformar el actual conjunto de tecnologías prometedoras en un sistema de vigilancia útil que impulse la adopción de medidas para mitigar las emisiones de metano. Esto debe hacerse al menos en tres direcciones. En primer lugar, es necesario desarrollar normas e instalaciones de ensayo reconocidas a nivel mundial que sirvan para evaluar la eficacia de cada técnica de medición propuesta. El desarrollo de tales normas generará confianza en los datos proporcionados, reducirá las barreras para la entrada de nuevos actores en el mercado y permitirá una rápida difusión de las nuevas tecnologías en todo el mundo. En segundo lugar, las distintas tecnologías deben integrarse en un sistema de observación de varios niveles que combine sus puntos fuertes para vigilar de forma adaptativa las emisiones a distintas escalas. El Observatorio Internacional de Emisiones de Metano, dependiente del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, encabeza los esfuerzos para crear un sistema de este tipo, que combinará observaciones de distintas plataformas por satélite para lograr una vigilancia mundial de los fenómenos de alta emisión. En tercer lugar, la industria debe adoptar protocolos detallados de medición y notificación que le ayuden a realizar mediciones de forma sólida y fiable. Tales protocolos ya se están desarrollando, por ejemplo, en el marco de la Oil and Gas Methane Partnership (OGMP) 2.0, liderada por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y la Climate and Clean Air Coalition, y la iniciativa Veritas dirigida por GTI Energy, con sede en Estados Unidos. Sin embargo, es necesaria una convergencia y una adopción más amplia de estos protocolos para que los resultados de mitigación sean rápidos. Los avances en estas direcciones están sentando las bases sobre las que pueden desarrollarse y aplicarse políticas inteligentes basadas en datos.

Argumentos a favor de la reducción del metano 

Los argumentos a favor de una normativa estricta sobre el metano procedente del petróleo y el gas en todo el mundo son claros. Regular las emisiones de metano de este sector es una de las medidas más rápidas, rentables e impactantes que pueden adoptar los gobiernos para alcanzar sus objetivos climáticos. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) calcula que el sector del petróleo y el gas puede eliminar casi el 75% de las emisiones de metano a escala mundial utilizando las tecnologías disponibles en la actualidad, con un coste mínimo o nulo. Esto se basa en el precio medio del gas de 2017 a 2021, que fue mucho más bajo que el precio medio del gas para 2022. Unos precios del gas más altos, como los registrados en el último año, significan que se pueden reducir aún más emisiones a coste cero o incluso de forma rentable. 

Los gobiernos tampoco tienen que empezar de cero: una serie de normativas y mejores prácticas que han tenido éxito pueden orientar su trabajo. En Clean Air Task Force hemos recopilado y publicado un compendio de las principales normativas y normas de emisión norteamericanas, que contiene las mejores normativas de su clase para cada una de las principales fuentes de emisiones específicas, incluidos los requisitos de control, seguimiento, mantenimiento de registros y normas de información para cada una de ellas. También hemos diseñado la herramienta Country Methane Abatement Tool (CoMAT), un programa informático que orienta a los ministerios de medio ambiente y clima en el diseño de estrategias normativas adecuadas para reducir el metano procedente del ministerio de petróleo y gas de un país determinado.

Hay muchos otros recursos disponibles. Por ejemplo, la AIE dispone de una amplia lista de recursos técnicos destinados a comprender y cuantificar las emisiones de metano a escala nacional y regional, así como una guía para gobiernos y responsables políticos sobre cómo diseñar y aplicar normativas específicas para el metano. Otro recurso clave es la Guía de Buenas Prácticas de la Asociación de Principios Rectores del Metano, que contiene una lista detallada de tecnologías y protocolos disponibles para mitigar las emisiones de metano en toda la cadena de valor del petróleo y el gas. Estas directrices contemplan incluso las fases iniciales de un proyecto, desde la ingeniería, el diseño y la construcción. 

Aunque todas las directrices anteriores abarcan la mayor parte de la cadena de valor del petróleo y el gas y algunas partes del ciclo de vida de los pozos de producción, ninguna incluye directrices de mitigación para los pozos abandonados. Hasta hace pocos años, las emisiones de los pozos abandonados se habían analizado y comprendido poco. Ahora sabemos que las emisiones de los pozos abandonados pueden variar en varios órdenes de magnitud y cuanto antes empecemos a exigir prácticas para evitar que los pozos se abandonen sin estar debidamente taponados, mejor abordaremos esta fuente de emisiones.

Impulsar la política en todo el mundo

En todo el mundo se está empezando a impulsar una regulación más estricta e inteligente, ya que los países están fijando objetivos ambiciosos para reducir el metano del petróleo y el gas. En 2022, Nigeria se convirtió en el primer país subsahariano en regular las emisiones de metano de su sector del petróleo y el gas, mientras que Colombia fue el primero en hacerlo en Sudamérica. Ese mismo año, México se comprometió a desarrollar un plan de inversión e implementación para eliminar el venteo y la quema en antorcha rutinarios. En Norteamérica, Estados Unidos anunció recientemente el objetivo de reducir en un 87% las emisiones de metano procedentes de fuentes cubiertas para 2030 con respecto a los niveles de 2005 mediante una normativa recientemente propuesta, que también incluye la creación de un novedoso "programa de respuesta para superemisores". Canadá está elaborando un marco normativo que reducirá para 2030 las emisiones de metano procedentes del petróleo y el gas un 75% por debajo de los niveles de 2012. La Unión Europea se encuentra en una fase avanzada de preparación de una normativa sobre metano, que incorpora aspectos del marco de medición OGMP 2.0, cuyo objetivo es reducir, cuantificar y notificar las emisiones de metano de esta industria.

Al mismo tiempo que se desarrollan y aplican estos enfoques normativos, los nuevos avances tecnológicos sustentan los recientes esfuerzos de coordinación de importadores y exportadores de energía para reducir las emisiones de metano en toda la cadena de valor. Por ejemplo, Estados Unidos, la Unión Europea, Japón, Canadá, Noruega, Singapur y el Reino Unido emitieron una Declaración Conjunta de Importadores y Exportadores de Energía sobre la Reducción de las Emisiones de Gases de Efecto Invernadero procedentes de Combustibles Fósiles, comprometiéndose a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en toda la cadena de valor energética de los combustibles fósiles sobre la base de una medición y notificación sólidas y transparentes de las emisiones mundiales de metano. La Unión Europea, que es el mayor importador de gas del planeta, contempla en el reglamento sobre el metano que se está debatiendo actualmente el uso de tecnologías descendentes para controlar las emisiones de metano fuera de sus fronteras. La Unión Europea tendrá que explorar vías para establecer normas de emisión de metano en el gas importado si quiere mostrar liderazgo internacional en este frente. 

En resumen, el sector del petróleo y el gas es uno de los principales impulsores del aumento de las concentraciones de metano en la atmósfera mundial. Las fugas de metano de esta industria son impredecibles y se producen a lo largo de toda la cadena de valor del petróleo y el gas. Para mejorar las estimaciones de las emisiones de metano y facilitar su reducción, debemos pasar de las metodologías tradicionales de estimación de las fugas de metano, que tratan las tasas de emisión como factores constantes, a nuevos enfoques descendentes que cuantifiquen las emisiones en tiempo real a escala local, regional y mundial. Así pues, es fundamental que las políticas de mitigación de todo el mundo utilicen los numerosos avances recientes en las tecnologías de detección de fugas de metano para configurar y orientar los esfuerzos de mitigación.

Este artículo se publicó originalmente en la edición de febrero de 2023 de la revista AWE.