Petróleo de esquisto bituminoso: Descripción general, extracción y usos

Aceite de esquisto bituminoso

¿Qué es el petróleo de esquisto? El petróleo de esquisto es un petróleo no convencional que se extrae del esquisto rico en materia orgánica sometiéndolo a calor. Una muestra típica de petróleo de esquisto tiene una relación C/H (carbono-hidrógeno) de 1,6, 2 % de nitrógeno y 10 % de azufre. Se extrae de una roca sedimentaria de grano fino llamada pizarra bituminosa. El esquisto bituminoso contiene querógeno, un material bituminoso sólido, que se convierte en petróleo cuando se expone a altas temperaturas y presiones. Otros nombres para el petróleo de esquisto incluyen carbón de canal, carbón de boghead, esquisto de alumbre, carbón de gas y carbón de queroseno.

Un afloramiento de esquisto bituminoso en el norte de Estonia

El petróleo de esquisto se está considerando como una alternativa al petróleo crudo, aunque aún deben abordarse varias limitaciones. Por un lado, el petróleo de esquisto es más caro y difícil de extraer que el petróleo crudo. También es más pesado, más viscoso y contiene cantidades significativas de nitrógeno y azufre que el petróleo crudo convencional de la misma muestra. Como resultado, el petróleo de esquisto debe pasar por más procesos de refinación antes de convertirse en un recurso energético viable. Algunos de estos procesos incluyen:

• pirólisis – implica la combustión sin oxígeno
• hidrotratamiento: elimina las impurezas como el nitrógeno y el azufre
• hidrocraqueo – roturas de hidrocarburos en moléculas más simples
• coquización retardada – convierte los residuos en productos finales viables

El aceite de esquisto primario sirve como aceite de calefacción, combustible marino y un componente esencial para varios productos químicos.

Formación de esquisto bituminoso

Al igual que el petróleo crudo convencional, el esquisto bituminoso también tarda millones de años en formarse. Es el resultado de la deposición de desechos orgánicos en los océanos, lagos y lechos marinos en condiciones de alta temperatura y alta presión. Sin embargo, la formación de esquisto bituminoso ocurre a una temperatura y presión relativamente más bajas que el petróleo crudo. Incluso si no llegara a la etapa en la que liberaría petróleo crudo convencional, aún contiene suficiente petróleo para quemarse a sí mismo, lo que le valió su designación como “la roca que arde”.

Estados Unidos tiene los depósitos de esquisto bituminoso más grandes del mundo con una cantidad estimada de 536 mil millones de toneladas métricas. Los dos depósitos de esquisto bituminoso más importantes de EE. UU. son (1) los esquistos del Devónico-Mississippi y (2) la formación Green River en Colorado, Wyoming y Utah. No todos son recuperables, pero si se extrae una cantidad significativa, puede ser suficiente para satisfacer la demanda de productos derivados del petróleo durante cientos de años. Otros países con recursos de petróleo de esquisto incluyen Congo, Brasil, Italia y Marruecos.

Historia del uso del petróleo de esquisto

El aceite de esquisto se ha utilizado en decoraciones, construcción, médica y militar en el pasado. En 1637, por ejemplo, los esquistos de alumbre suecos se asaron sobre fuegos de leña para extraer sulfato de potasio y aluminio. La gente lo usaba para curtir cuero y teñir telas. En la década de 1800, comenzaron a utilizar lutitas de alumbre como fuentes de hidrocarburos, aunque en una escala limitada.

La industria moderna del esquisto comenzó en el siglo XIX cuando el petróleo se extraía de los esquistos bituminosos a través del calor. El aceite de esquisto se utilizó ampliamente en productos comerciales, incluida la parafina. Los países europeos y, finalmente, los Estados Unidos comenzaron a extraer petróleo de esquisto y utilizarlo como fuente de combustible. La producción de hidrocarburos a través de esquistos bituminosos continuó hasta la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, la aparición de carbón y petróleo crudo más baratos empujó a varias naciones a detener su producción. Australia, Suiza, Suecia, España y Sudáfrica se detuvieron en la década de 1960, mientras que Estados Unidos cesó la producción a principios de la década de 1980.

A partir de 2010, países como Estonia, China y Brasil continuaron explotando y extrayendo esquistos bituminosos. Quemaron estas rocas para generar electricidad y utilizaron el subproducto en la producción de cemento. Hoy, varios países ya están considerando reiniciar el uso comercial del esquisto bituminoso.

Extracción de petróleo de esquisto

A diferencia del petróleo crudo, los aceites de esquisto se presentan naturalmente como sólidos y no se pueden bombear directamente desde el suelo. Hay dos formas de extracción y procesamiento de petróleo de esquisto: ex situ e in situ . El procesamiento ex situ implica la extracción subterránea y a cielo abierto de esquistos bituminosos y su procesamiento sobre el suelo. Estas rocas deben someterse a pirólisis (calentamiento sin oxígeno), donde se exponen a temperaturas que oscilan entre 60-160ºC (140-320ºF) para convertir el contenido de kerógeno en un aceite líquido arcilloso.

Una mina de esquisto bituminoso en el norte de Estonia en Europa

El procesamiento ex situ provoca una degradación de la tierra similar al daño causado por la minería a cielo abierto. La combustión de esquistos bituminosos también emite gases de efecto invernadero idénticos al nivel de emisión del grado más bajo de carbón.

Por el contrario, el procesamiento in situ implica calentar lutitas bituminosas mientras aún están bajo tierra, y luego bombear el fluido resultante antes del procesamiento. Ya no requiere minería a cielo abierto o subterránea. Varias empresas ya tienen patentes para el procesamiento in situ, pero todas se encuentran aún en etapa experimental. Si tiene éxito, podría aprovechar las reservas de esquisto bituminoso ubicadas en las profundidades.

Fracturación hidráulica y de petróleo compacto

El petróleo de esquisto se confunde comúnmente con “petróleo compacto” o “petróleo alojado en esquisto”. A diferencia del petróleo de esquisto analizado anteriormente, el petróleo de arenas compactas se refiere al petróleo crudo contenido en formaciones de baja permeabilidad, como esquistos y areniscas. Ya está en su forma líquida y se somete a los mismos procesos que el petróleo crudo convencional. Debido a la baja permeabilidad de sus rocas generadoras, el petróleo de arenas compactas se extrae mediante fracturación hidráulica o “fracking”.

La fracturación hidráulica requiere la perforación de pozos verticales a miles de pies bajo tierra para llegar a la capa rica en petróleo. Después de alcanzar cierta profundidad, el pozo se inclina horizontalmente y se instala un revestimiento de cemento para evitar la contaminación del agua subterránea. Una vez que todo está listo, se inyecta en el pozo una mezcla de agua, productos químicos y arena a alta presión para fracturar la roca. Las fracturas dentro de las formaciones de esquisto o arenisca se convierten en vías de escape para el petróleo y el gas.

Diagrama esquemático y diagrama de flujo para fracturamiento hidráulico

El fracking es muy controvertido debido a los riesgos e impactos ambientales asociados con él. Algunos de estos riesgos incluyen los siguientes:

• Contaminación de aguas subterráneas
• Contaminación del aire debido a las emisiones de metano y otros gases de efecto invernadero
• Problemas de eliminación de desechos
• Exposiciones químicas tóxicas
• Enorme requerimiento de agua
• Reventones por explosiones de gas
• Terremotos inducidos por fracking

Petróleo de esquisto versus petróleo crudo

El petróleo crudo, también conocido como petróleo, es la principal fuente de combustibles para el transporte en la actualidad. Aunque tanto el petróleo de esquisto bituminoso como el petróleo crudo están hechos de hidrocarburos, difieren en varios aspectos, como se muestra en la Tabla 1.

El petróleo de esquisto se extrae de los esquistos bituminosos naturales, mientras que el petróleo crudo se presenta en forma líquida.

Tabla 1. Diferencia entre el petróleo de esquisto y el petróleo crudo

	Aceite de esquisto bituminoso	Petróleo crudo
Propiedades	Se extrae de una roca sedimentaria de grano fino llamada pizarra bituminosa. Los esquistos bituminosos deben calentarse primero para obtener el petróleo y el gas.	Se presenta naturalmente como líquido y se puede extraer directamente del subsuelo.
Composición	Su muestra típica tiene una relación C/H de 1,6, 2% de nitrógeno y 10% de azufre.	Tiene una relación C/H de aproximadamente 1,25, menos del 0,5% de nitrógeno y 1-3% de azufre.
Aplicaciones	Se utiliza para generar electricidad y producir productos comerciales (amoníaco y azufre).	Es la principal fuente de combustibles para el transporte. Otros productos derivados del petróleo también se utilizan en diferentes industrias como la automotriz, electrónica, textil y de la construcción.
Impactos en la salud	La contaminación del aire y el agua por la extracción y el procesamiento del petróleo de esquisto plantea riesgos para la salud general de la población vulnerable.	Los productos químicos durante el fracking y la extracción exponen a los trabajadores y otras personas cerca de los sitios de perforación. Las emisiones de la quema de combustibles también causan riesgos inmediatos para la salud de las poblaciones vulnerables.
Impactos ambientales	Sus impactos ambientales incluyen la contaminación de las aguas subterráneas, las emisiones de gas sulfuroso y la contaminación del aire.	Su extracción y producción emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero al medio ambiente y contribuyen a la contaminación marina.

¿Se puede usar el aceite de esquisto en los automóviles?

Las concentraciones más altas de olefinas, oxígeno y nitrógeno en el petróleo de esquisto bituminoso son una de las principales razones por las que el petróleo de esquisto bituminoso derivado directamente no se utiliza en automóviles. Los aceites de esquisto deben someterse a varios procesos de refinación, incluidos, entre otros, pirólisis, hidrotratamiento, hidrocraqueo y coquización retardada. Estos procesos tienen como objetivo reducir las impurezas y hacer que el petróleo de esquisto sea más viable para uso comercial. Como consecuencia, la producción de petróleo de esquisto es más costosa, requiere más tiempo y es más degradante para el medio ambiente que el petróleo crudo.

Algunas de las aplicaciones del petróleo de esquisto incluyen las siguientes:

• Países como Estonia, Rumania y Rusia queman esquisto bituminoso para generar electricidad.
• Los productos comerciales (p. ej., amoníaco y azufre) utilizan petróleo de esquisto refinado.
• La producción de cemento emplea roca de esquisto usada.
• Algunos estudios sugieren que el petróleo de esquisto puede ser una fuente de combustibles de grado más ligero (destilado medio), como el combustible para aviones.
• Las fibras de carbono, los agentes curtientes, las resinas, los aditivos para el suelo, los fertilizantes y los adsorbentes son algunas de las aplicaciones iniciales del aceite de esquisto bituminoso.

Muchas de estas aplicaciones permanecen en etapa experimental. Aún se están realizando estudios para probar la viabilidad del petróleo de esquisto bituminoso como recurso combustible, reduciendo así la demanda de petróleo convencional.

Resumen de la lección

El petróleo de esquisto es un petróleo no convencional que se extrae de una roca sedimentaria rica en materia orgánica sometiéndola a calor. Una muestra típica de petróleo de esquisto tiene una relación carbono-hidrógeno de 1,6, un 2 % de nitrógeno y un 10 % de contenido de azufre. El petróleo de esquisto se extrae del esquisto bituminoso , una roca sedimentaria de grano fino que contiene querógeno, que cuando se calienta se convierte en hidrocarburos líquidos y gaseosos. Además, el petróleo de esquisto es diferente del petróleo de arenas compactas. El petróleo compacto se refiere al petróleo crudo ligero almacenado en rocas de baja permeabilidad, como lutitas y areniscas. Se extrae mediante fracturación hidráulica o fracking. Hay dos formas de extraer y procesar los aceites de esquisto: ex situ e in situ . Procesamiento ex situ implica extraer los esquistos bituminosos y procesarlos en una instalación para extraer petróleo de esquisto bituminoso. El procesamiento in situ aún se encuentra en etapa experimental. Requiere calentar esquistos bituminosos mientras aún está bajo tierra, y luego bombear el fluido para refinarlo.

El petróleo de esquisto también es diferente del petróleo crudo en términos de propiedades, composición y extracción. Se presenta naturalmente como “sólido” ya que sus rocas de origen deben derretirse primero. Por el contrario, el petróleo crudo se presenta en forma líquida y se puede extraer fácilmente. El petróleo de esquisto también tiene mayores impurezas (nitrógeno y azufre), lo que requiere que se someta a más etapas de refinación que el petróleo crudo convencional. El petróleo de esquisto se utiliza principalmente como combustible para calefacción, combustible marino y un componente esencial en algunos productos comerciales y químicos. El petróleo crudo es la principal fuente de combustible para el transporte en el mundo. Los expertos están estudiando la posibilidad de convertir el petróleo de esquisto bituminoso en una alternativa al petróleo crudo. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones de petróleo de esquisto aún se encuentran en la etapa experimental y requieren una evaluación adicional.