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Profundización

Programa de mitigación del metano en el petróleo y el gas

Área de trabajo: Prevención de la contaminación por metano

En comparación con otras soluciones al cambio climático, la mitigación del metano del sector del petróleo y el gas es relativamente barata. De hecho, algunas medidas suponen un ahorro de dinero, si se tienen en cuenta los ingresos adicionales derivados de la venta del gas que, de otro modo, se liberaría al aire. La Agencia Internacional de la Energía estima que, a nivel mundial, es posible una reducción del 75% del metano del petróleo y el gas con la tecnología actual, y una reducción del 50% sin coste neto. Sólo una reducción del 50% tendría el mismo impacto climático a largo plazo que el cierre de todas las centrales de carbón de China. Muchos gobiernos nacionales y subnacionales ya han avanzado en la elaboración de normativas estrictas sobre el metano del petróleo y el gas que exigen la mitigación de algunas o todas estas fuentes. Algunas de las normativas más estrictas se encuentran en Canadá, Colorado, California y México.

Las mayores oportunidades de mitigación, por supuesto, son las de los mayores emisores. En estas páginas se describen algunas de estas grandes oportunidades de mitigación. Cuál es la fuente: ¿qué papel desempeña el equipo o el proceso que emite gas en la industria del petróleo y el gas, y por qué emite? ¿Cómo se puede limpiar? ¿Qué otras jurisdicciones han puesto en marcha programas y normas para limpiar cada fuente?


En conjunto, las fuentes mencionadas representan el 75% de las emisiones de metano del sector del petróleo y el gas en Estados Unidos . Y existen diversas tecnologías y prácticas para reducir las emisiones de estas fuentes de forma significativa.

Fugas y ventilación inadecuada

Una gran parte de las emisiones procedentes del petróleo y el gas se debe a las fugas, una categoría amplia que incluye lo que normalmente consideramos una "fuga" (es decir, el escape de gas a través de un sello que falla, a través de una grieta o un material corroído en un recipiente, etc.), además de otras operaciones inadecuadas y "errores" como válvulas que se atascan, escotillas que se dejan abiertas, antorchas que no están iluminadas y otros problemas in situ que provocan emisiones.

Mientras que el Inventario de Emisiones de la EPA ( Estados Unidos ) estima que la industria del petróleo y el gas pierde 3 millones de toneladas de metano al año (el 37% de las emisiones de la industria), una gran cantidad de investigaciones independientes y revisadas por pares han demostrado que esta cifra es demasiado baja. En 2018, un estudio en Science escrito por veinticuatro científicos de dieciséis universidades e instituciones analizó las mediciones de metano sobre el terreno de más de 400 wellpads y otras instalaciones de toda la industria del gas, y estudios basados en aviones de varias cuencas de producción de petróleo y gas natural; estas cuencas representan más del 30% de la producción de gas natural de Estados Unidos . Su análisis demostró que las emisiones de metano de la industria del petróleo y el gas en todo el país son en realidad un 60% superiores a las estimaciones de la EPA, y que las "emisiones perdidas" se deben en gran medida a las fugas y a la ventilación inadecuada. Esto significa que una enorme cantidad de metano -7,1 millones de toneladas- procede de fugas y venteos inadecuados. A corto plazo, el metano de estas fugas calienta nuestro clima tanto como 160 centrales eléctricas de carbón.

Las fugas están muy extendidas y no hay una única causa que las provoque. Las tensiones térmicas o mecánicas pueden degradar las juntas, al igual que los errores humanos (por ejemplo, una instalación, un funcionamiento o un mantenimiento inadecuados), mientras que las operaciones normales y la exposición a las condiciones meteorológicas pueden desgastar los equipos con el tiempo. Las fugas acaban produciéndose en todas las instalaciones de petróleo y gas; no repararlas a tiempo es una práctica derrochadora y perjudicial que da lugar a emisiones claramente evitables. La mayor fuente de estas emisiones son los "superemisores", muy grandes pero poco comunes, que se producen debido a alguna operación incorrecta (válvula atascada, escotilla dejada abierta o antorcha sin encender). La investigación ha demostrado que los superemisores no pueden predecirse y pueden producirse en cualquier lugar.

Afortunadamente, la mayoría de las fugas son fáciles de reparar (y la reparación de fugas se paga con el valor del gas que se ahorra al repararlas). Además, la tecnología moderna ha hecho más eficiente la detección de fugas. Hoy en día, el método estándar consiste en utilizar cámaras especiales capaces de detectar la luz infrarroja (piense en las gafas de visión nocturna) que se ajustan para hacer visible el metano, que es invisible a nuestros ojos. Permiten a los inspectores obtener imágenes directas de las fugas de gas en tiempo real, con la posibilidad de inspeccionar componentes enteros (no sólo las conexiones y otras zonas más propensas a las fugas) y localizar la fuente precisa, lo que facilita la reparación. Y la tecnología promete hacer este proceso aún más eficiente (y barato) en los próximos años.

Estas tecnologías pueden utilizarse para reducir las emisiones de fugas nocivas, utilizando inspecciones periódicas como eje de rigurosos programas de "detección y reparación de fugas" (LDAR). Estos programas obligan a los operadores a inspeccionar periódicamente todas sus instalaciones en busca de fugas y emisiones inadecuadas, y a reparar todas las fugas que identifiquen en un plazo razonable. Por ejemplo, California exige a los operadores que inspeccionen todas las instalaciones cuatro veces al año. Colorado tiene un enfoque diferente, ya que exige a los operadores de las instalaciones más grandes que las inspeccionen mensualmente, pero exige inspecciones menos frecuentes para las instalaciones con menores emisiones potenciales.

Ventilación de equipos neumáticos

Los equipos neumáticos automáticos accionados por gas utilizan la energía de la presión del gas natural en las tuberías para controlar y accionar las válvulas y hacer funcionar las bombas. Este enfoque permite a los operadores automatizar los equipos en sitios sin electricidad, lo que es muy típico en los sitios de petróleo y gas en algunas naciones. En estos países, los equipos neumáticos son omnipresentes en las instalaciones de producción y compresión de petróleo y gas, y están diseñados para ventilar el gas natural a la atmósfera.

Los controladores de válvulas neumáticas accionan automáticamente las válvulas en función de factores como el nivel de líquido en un separador líquido-gas, la presión o la temperatura. Se pueden clasificar en función de si purgan o "purgan" el gas natural y de la rapidez con que lo hacen, y de si lo hacen de forma continua o intermitente (normalmente sólo cuando realizan alguna función). Los controladores pueden clasificarse como de alta o baja purga, y se ha demostrado que la conversión de alta a baja purga es factible y rentable en casi todos los casos. Sin embargo, también se ha demostrado que los controladores especificados como de "bajo sangrado" a menudo funcionan mal, causando emisiones que son mucho más altas que el umbral de bajo sangrado.

Por ello, una estrategia de mitigación más eficaz es el uso de controladores de "sangrado cero", que no vierten gas natural, ya sea utilizando aire comprimido o energía eléctrica para funcionar en lugar de gas natural presurizado, o capturando para su uso posterior el gas natural que de otro modo se vaciaría. Algunos dispositivos de sangrado cero funcionan con electricidad generada por energía solar, mientras que otros requieren electricidad de la red o de un generador de gas in situ, o aire comprimido con un motor de gas natural. Se pueden conseguir importantes reducciones de las emisiones de metano sustituyendo los controladores neumáticos accionados por gas natural por dispositivos de vaciado cero, incluso en los pozos que están fuera de la red.

Las bombas neumáticas utilizan la presión del gas natural para suministrar la energía necesaria para hacer circular y presurizar líquidos. Por ejemplo, se utilizan para introducir productos químicos líquidos, como inhibidores de la corrosión, en los gasoductos. Las bombas eléctricas, que suelen funcionar con energía solar, eliminan completamente las emisiones de metano y son técnicamente viables en muchos lugares.

Varias jurisdicciones han aplicado normas estrictas para reducir las emisiones de los controladores y las bombas neumáticas. Por ejemplo, California exige que todos los equipos neumáticos nuevos sean de emisión cero, y exige que todas las bombas existentes emitan por debajo del umbral de bajo sangrado. Los operadores deben medir anualmente las emisiones de cada dispositivo para asegurarse de que efectivamente emiten por debajo de este umbral. La Columbia Británica también exige que todos los equipos neumáticos nuevos sean de emisión cero, y también exige controladores de sangrado cero en todas las grandes estaciones de compresión (>3 MW).

Ventilación del compresor

Las juntas de los compresores de gas natural son una fuente importante de emisiones de metano evitables.

Los compresores alternativos utilizan pistones para comprimir el gas. Estos compresores tienen juntas en los vástagos que transmiten el movimiento del motor a los pistones dentro de los cilindros del compresor de alta presión; estas juntas suelen denominarse empaquetaduras de vástago y son una gran fuente de emisiones. Incluso cuando son nuevas, las juntas dejan escapar algo de gas. Con el tiempo se desgastan, dejando salir más gas. Si no se sustituyen con regularidad, las emisiones pueden llegar a ser muy grandes: cuanto más viejas son las juntas, más metano emiten. Afortunadamente, estas emisiones de metano pueden reducirse fácilmente. En primer lugar, unas prácticas de mantenimiento adecuadas -sustitución periódica de las juntas de varilla- minimizan las emisiones y deberían ser obligatorias. Un enfoque adicional o alternativo es capturar el gas que se escapa de la empaquetadura de varillas y utilizarlo, por ejemplo, añadiéndolo a la mezcla de combustible y aire para el motor del compresor. Este enfoque puede ser superior, ya que algunos gases se escapan incluso de las empaquetaduras de varilla recién instaladas.

Los compresores centrífugos utilizan una turbina giratoria para presurizar el gas. El eje principal del compresor, que gira rápidamente, suele estar sellado con una de las dos tecnologías. Las juntas húmedas hacen circular aceite para sellar el estrecho espacio entre el eje y su carcasa. Este aceite absorbe cantidades significativas del gas natural de alta presión que debe ser eliminado del aceite antes de su recirculación. Normalmente, el gas eliminado del aceite de sellado se ventila, lo que da lugar a importantes emisiones. Los sellos secos, en cambio, utilizan un diseño más moderno para evitar el uso de aceite de sellado, con emisiones mucho menores. Las emisiones de metano pueden reducirse de forma económica y sustancial exigiendo a los compresores centrífugos que utilicen sellos secos o redirigiendo el gas que se ventila desde un compresor con sello húmedo de vuelta al sistema de tuberías o a otro uso.

Ventilación de tanques

Los tanques de almacenamiento se utilizan para mantener el petróleo, el condensado y el agua producida de los pozos de petróleo y gas. Estos pozos suelen mantenerse a alta presión, pero el petróleo, el agua y otros líquidos suelen almacenarse en los pozos en tanques mantenidos a presión atmosférica o casi. Cuando los líquidos se trasladan del pozo de alta presión al tanque de presión atmosférica, el metano y otros hidrocarburos volátiles disueltos en los líquidos burbujean o "salen" del líquido, al igual que las burbujas salen de la gaseosa cuando se quita el tapón de la botella, reduciendo la presión en la botella. Muchos tanques no tienen controles, por lo que el metano se libera a la atmósfera, junto con los otros hidrocarburos volátiles. Estos otros hidrocarburos son potentes precursores del smog regional de ozono, y también incluyen contaminantes atmosféricos tóxicos.

Las emisiones de los tanques pueden controlarse, y los hidrocarburos conservarse para su venta, mediante el uso de unidades de recuperación de vapores, pequeños compresores diseñados para capturar estos vapores de hidrocarburos de modo que puedan presurizarse y enviarse a una tubería.

Vaciado de pozos

Las emisiones de metano de los pozos de petróleo y gas fracturados hidráulicamente pueden ser importantes. Afortunadamente, existen medidas de mitigación de residuos eficaces y de bajo coste para esta fuente. El mismo enfoque de las Terminaciones de Emisiones Reducidas (REC) para las terminaciones de pozos de gas -por el que los operadores capturan el gas natural con equipos especializados y lo dirigen a las tuberías, en lugar de permitir que se escape al aire- puede aplicarse al gas asociado producido durante las terminaciones de pozos de petróleo. Los REC reducen las emisiones de metano de los pozos de petróleo y gas en más de un 95%.

Venteo y quema de pozos de petróleo

Los operadores suelen ventilar y quemar el gas natural en los pozos petrolíferos. Este despilfarro se produce cuando los productores de petróleo, movidos por las prisas por vender el petróleo, se limitan a eliminar el gas de los pozos petrolíferos en producción en lugar de construir infraestructuras (como gasoductos) para capturar el gas en cuanto comienza la producción. (En algunos casos, los gasoductos nunca se construyen y todo el gas que el pozo produce durante su vida útil se desperdicia de esta manera, como se puede ver en los registros de ventas de pozos individuales disponibles en los reguladores estatales). Aunque una parte importante de este gas se quema -desperdiciando energía y produciendo grandes cantidades de dióxido de carbono y otros contaminantes-, otra parte simplemente se vierte al aire o se ventila. Incluso en los casos en los que no hay un gasoducto conectado, existen otras tecnologías que los operadores pueden utilizar para reducir la quema de gas asociada a los pozos petrolíferos.

El venteo es incluso más perjudicial que la quema de gas, ya que el metano calienta el clima de forma muy potente y los COV y los contaminantes tóxicos se liberan de forma ininterrumpida. El venteo de este gas debería prohibirse en todos los casos por ser una fuente absolutamente innecesaria de contaminación atmosférica perjudicial. Existen numerosas formas de utilizar el gas natural de los pozos petrolíferos de bajo coste (y normalmente rentables). La quema debería ser el último recurso: sólo en los casos más extremos debería permitirse a los productores de petróleo quemar gas, y debería ser una medida estrictamente temporal. Las normas que prohíben el venteo de gas natural pueden reducir fácilmente las emisiones en un 95%.

Ventilación del deshidratador

Los deshidratadores eliminan el agua del flujo de gas natural. Cuando no se controlan las emisiones de los deshidratadores de glicol, el tipo más utilizado, los deshidratadores vierten una gran cantidad de metano y otros contaminantes. Los deshidratadores son también grandes fuentes de COV, y particularmente grandes fuentes de contaminantes atmosféricos tóxicos. La limpieza del metano de los deshidratadores reducirá también las emisiones de HAP, con importantes beneficios para la calidad del aire. Hay una serie de enfoques para reducir las emisiones de la ventilación de los deshidratadores, como el ajuste de las tasas de circulación del fluido de glicol; el encaminamiento del gas de ventilación a un quemador utilizado para calentar el glicol, de modo que el metano y los tóxicos se quemen; el uso de un condensador para capturar los COV y los tóxicos más pesados del gas de ventilación (que no captura el metano); y el encaminamiento de las emisiones a una antorcha o incinerador.