Aceite de esquisto bituminoso

El petróleo de esquisto es un petróleo no convencional que se obtiene a partir de fragmentos de roca de esquisto bituminoso mediante pirólisis , hidrogenación o disolución térmica . Estos procesos transforman la materia orgánica de la roca ( querógeno ) en petróleo y gas sintéticos . El petróleo resultante puede utilizarse inmediatamente como combustible o refinarse para cumplir con las especificaciones de la materia prima de refinería mediante la adición de hidrógeno y la eliminación de impurezas como azufre y nitrógeno . Los productos refinados pueden utilizarse para los mismos fines que los derivados del petróleo crudo .

El término «petróleo de esquisto» 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 producido a partir de esquisto bituminoso y el petróleo crudo en esquistos que contienen petróleo, se prefiere el término « petróleo compacto » para este último. ^{[ 1 ]} La Agencia Internacional de Energía recomienda utilizar el término « petróleo compacto ligero » y el informe Recursos Energéticos Mundiales 2013 del Consejo Mundial de la Energía utiliza el término « petróleo compacto » para el petróleo crudo en esquistos que contienen petróleo. ^{[ 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 "algún tipo 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 para dolores y molestias con mucho beneficio". ^{[ 10 ]} Las modernas industrias 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 aceite se usaba como combustible, como lubricante y como aceite para lámparas; la Revolución Industrial había creado una demanda adicional de iluminación. Servía 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 paralizó 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 reanudado operaciones de extracción en Estados Unidos, China, Australia y Jordania . ^{[ 15 ]}

El petróleo de esquisto se extrae mediante pirólisis, hidrogenación o disolución térmica del esquisto bituminoso. ^{[ 16 ] [ 17 ]} La pirólisis de la roca se lleva a cabo 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, tritura y transporta a una instalación de retorta, aunque varias tecnologías experimentales realizan el proceso in situ. La temperatura a la que el querógeno 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 procede más rápida y completamente a temperaturas más altas. La descomposición tiene lugar 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 , disolventes o una combinación de ambos. La disolución térmica implica la aplicación de disolventes a temperaturas y presiones elevadas, lo que aumenta la producción de petróleo mediante el craqueo de la materia orgánica disuelta. Los diferentes métodos producen petróleo de esquisto con propiedades distintas. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Una medida crítica de la viabilidad de la extracción de petróleo de esquisto reside en la relación entre la energía producida por el esquisto bituminoso y la energía utilizada en su extracción y procesamiento, una relación conocida como "Retorno Energético de la Energía Invertida" ( EROEI ). Un EROEI de 2 (o una relación de 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 variaba entre 0,7 y 13,3. ^{[ 21 ]} Estudios más recientes estiman que el EROEI de los esquistos bituminosos es de 1–2:1 o 2–16:1, dependiendo de si la autoenergía se cuenta como un costo o si 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 en su desarrollo in situ en el " Proyecto de Investigación Mahogany ". ^{[ 23 ] [ 24 ]}

La cantidad de petróleo que se puede recuperar durante la destilación varía según el esquisto bituminoso y la tecnología empleada. ^{[ 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 galones imperiales ) de petróleo de esquisto por tonelada de esquisto bituminoso; aproximadamente un tercio rinde de 10 a 25 galones estadounidenses (38 a 95 L; 8,3 a 20,8 galones imperiales ) por tonelada. (Diez galones estadounidenses/tonelada son aproximadamente 3,4 toneladas de petróleo por cada 100 toneladas de esquisto). Aproximadamente la mitad de los esquistos bituminosos de la Formación Green River rinden menos de 10 galones estadounidenses/tonelada. ^{[ 25 ]}         

Los principales productores mundiales de petróleo de esquisto han publicado sus rendimientos para sus operaciones comerciales. Fushun Mining Group informa producir 300.000  toneladas por año de petróleo de esquisto 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 según la composición del esquisto bituminoso original y 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 generales del petróleo. Por lo general, contiene grandes cantidades de hidrocarburos olefínicos y aromáticos . También puede contener cantidades significativas de heteroátomos . Una composición típica del petróleo de esquisto incluye 0,5–1% de oxígeno , 1,5–2% de nitrógeno y 0,15–1% de azufre ; algunos depósitos contienen más heteroátomos que otros. A menudo también están presentes partículas minerales y metales. ^{[ 30 ] [ 31 ]} Generalmente, el petróleo es menos fluido que el petróleo crudo, volviéndose vertible a temperaturas entre 24 y 27 °C (75 y 81 °F) , mientras que el petróleo crudo convencional es vertible a temperaturas entre −60 y 30 °C (−76 y 86 °F) ; Esta propiedad afecta la capacidad del petróleo de esquisto para ser transportado en los oleoductos existentes . ^{[ 30 ] [ 32 ] [ 33 ]}    

El petróleo de esquisto contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos , que son cancerígenos . La EPA de EE. UU . ha concluido que el petróleo de esquisto crudo tiene un potencial cancerígeno leve, comparable al de algunos productos intermedios de refinería de petróleo, mientras que el petróleo de esquisto refinado 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 petróleo de esquisto como un carcinógeno del Grupo 1 para los humanos. ^{[ 35 ]}

Aunque el petróleo de esquisto crudo puede quemarse inmediatamente como combustible, muchas de sus aplicaciones requieren un procesamiento posterior. Las distintas propiedades de los petróleos crudos exigen diversos pretratamientos antes de que puedan enviarse a una refinería 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 el refinado. ^{[ 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 pueden eliminarse primero mediante extracción con agua. ^{[ 40 ]} La mejora del petróleo de esquisto en combustibles para el transporte requiere ajustar las proporciones de hidrógeno-carbono mediante la adición de hidrógeno ( hidrocraqueo ) o la eliminación de carbono ( coquización ). ^{[ 39 ] [ 40 ]}

El petróleo de esquisto producido mediante algunas tecnologías, como el proceso Kiviter , puede utilizarse sin un procesamiento adicional como componente del petróleo y como fuente de compuestos fenólicos . Los aceites destilados del proceso Kiviter también pueden utilizarse como diluyentes para aceites pesados ​​derivados del petróleo y como aditivo para mejorar la adhesión en materiales bituminosos como el asfalto. ^{[ 40 ]}

Antes de la Segunda Guerra Mundial , la mayor parte del petróleo de esquisto se procesaba para su uso como combustible para el transporte. Posteriormente, se utilizó como materia prima para productos químicos intermedios, productos químicos puros y resinas industriales, así como conservante de madera para vías férreas . En 2008, se utilizaba principalmente como gasóleo 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 en el petróleo de esquisto es adecuada para la producción de destilados medios como el queroseno , el combustible para aviones y el gasóleo . ^{[ 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 llamada "Ichthammol" (nombre químico: bituminosulfonato de amonio ) todavía se utiliza hoy en día. ^{[ 44 ]}

Las reservas mundiales de esquisto bituminoso técnicamente recuperables se han estimado recientemente entre 2,8 y 3,3 billones de barriles (450 × 10 ^ ⁹ a 520 × 10 ^ ⁹ m ³ ) de petróleo de esquisto, con las mayores reservas en los Estados Unidos , que se cree que tienen 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 ^m³ / d) en 2008. Los principales productores fueron China ( 7.600 barriles por día (1.210 ^m³ / d) ), Estonia ( 6.300 barriles por día (1.000 ^m³ / d) ) y Brasil ( 3.800 barriles por día (600 m³ /d) ⁾ . ^{[ 14 ]}      

La producción de petróleo de esquisto 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 para operaciones comerciales en Colorado, Utah y Wyoming, afirmando que "(n)aún no se conocen formas económicamente viables de extraer y procesar esquisto bituminoso con fines comerciales". ^{[ 48 ]} La Administración de Información Energética de los Estados Unidos a veces utiliza la frase "petróleo de esquisto (petróleo compacto)" para referirse al petróleo compacto, "petróleo crudo... producido directamente de recursos de petróleo compacto". En 2021, los Estados Unidos produjeron 7,23 millones de barriles de dicho petróleo compacto cada día, lo que equivale a aproximadamente el 64% de la producción total de petróleo crudo de los Estados Unidos. ^{[ 49 ]} La AIE también llama ocasionalmente al petróleo compacto "petróleo de esquisto", ^{[ 50 ]} pero clasifica cualquier producto del esquisto bituminoso con combustibles sólidos . ^{[ 51 ]}

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• Operación minera de esquisto de Creveney