Impactos en la Calidad del Aire del Petróleo y Gas

En Jurassic Park, los científicos reviven criaturas prehistóricas de fósiles enterrados en lo profundo de la tierra. Fueron investigadas por su presencia en la tierra, sin embargo, terminan causando muerte y daño. De manera similar, cuando extraemos petróleo y gas de la Tierra, aprovechamos estos minerales antiguos como combustibles, pero su uso conlleva diversos efectos adversos, incluida la contaminación del aire. A pesar de los rápidos avances en la tecnología de energía renovable, el petróleo y el gas representaron más de la mitad del uso mundial de energía.

Además, la perforación horizontal combinada con fracturación hidráulica para acceder a formaciones de gas ha incrementado la producción de petróleo y gas. Este aumento en la producción ha resultado en un desarrollo equilibrado en el transporte, procesamiento y refinación de petróleo y gas, aplicaciones agrícolas y manufactureras, y exportaciones de energía (Allison & Mandler, 2018). Sin embargo, el reciente crecimiento de la producción de petróleo y gas ha suscitado preocupaciones de larga data sobre su impacto ambiental.

Aunque muchas actividades naturales (volcanes, fuego, etc.) emiten varios contaminantes a la atmósfera, las actividades antropogénicas son la fuente principal de contaminación del aire ambiental. Además, la industria del petróleo y gas, que se ha convertido en un recurso vital para la vida moderna, emite muchos gases de efecto invernadero, gases tóxicos, la mayoría de los cuales son metano. Dañan directamente a los humanos así como al medio ambiente. Publicado en la revista Investigación Ambiental: Salud , el estudio encontró que la contaminación del aire del sector de petróleo y gas en los Estados Unidos tiene impactos adversos sustanciales en la calidad del aire, la salud humana y los costos de salud.

Todos los combustibles fósiles comúnmente utilizados producen gases y partículas peligrosas cuando se queman para generar energía. Los recursos fijos, como los campos de petróleo y gas, refinadoras y unidades de procesamiento de gas, son más pequeños que los derivados de la quema de combustibles. Sin embargo, pueden tener serias consecuencias locales (Allison y Mandler, Impactos en la Calidad del Aire del Petróleo y Gas, 2018).

Los contaminantes atmosféricos asociados con el petróleo y el gas pueden liberarse durante la exploración, producción, refinado y procesamiento de petróleo, así como en la combustión, y estos contaminantes contribuyen al cambio climático. Estos gases incluyen metano (CH4), óxido de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO2) y altas cantidades de compuestos orgánicos volátiles (COV), que contribuyen al desarrollo de ozono peligroso en la atmósfera inferior (Butler y Fekete, 2005).

Este blog contiene información general sobre los contaminantes del aire más frecuentes vinculados con la extracción de petróleo y gas. Esto incluye:

Metano

El metano (CH4) es el componente principal del gas natural y está fuertemente ligado al cambio climático. (Hidrocarburos valiosos como etano, propano, butano y pentanos se encuentran comúnmente en el gas natural y se separan durante el procesamiento.) Durante más de 20 años, el metano es 86 veces más potente como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono. El gas natural es inodoro cuando se produce por primera vez; sin embargo, metil mercaptano se añade más tarde para odorizar el gas y detectar fugas.

Compuestos Orgánicos Volátiles (COV)

Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) son un grupo de compuestos que contienen carbono que se convierten rápidamente en gases o vapores y se vuelven aéreos (se volatilizan). Los COV pueden reaccionar con óxidos de nitrógeno y luz solar para producir ozono a nivel del suelo, lo que puede causar problemas respiratorios como asma y función pulmonar deteriorada.

El benceno, tolueno, etilbenceno y xileno son los compuestos orgánicos volátiles más comunes conectados con el desarrollo de petróleo y gas. Estas moléculas, conocidas como químicos BTEX, están vinculadas a efectos en el sistema nervioso central, neurológicos y reproductivos. El benceno es un carcinógeno conocido; el etilbenceno y el xileno pueden inducir problemas respiratorios.

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son una serie de gases producidos por la combustión de combustibles fósiles, resultando en una interacción química entre el nitrógeno (que ocurre naturalmente en la atmósfera) y el oxígeno. El NOx se produce en la producción de petróleo y gas durante actividades de antorchas y cuando se consume combustible para alimentar maquinaria como motores compresores y otros equipos pesados. El NOx reacciona con los COV en presencia de luz solar para generar ozono a nivel del suelo. El NOx puede causar irritación en los ojos, la nariz y la garganta, problemas respiratorios, trastornos cardíacos y daños pulmonares.

Dióxido de Azufre (SO2)

El dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro que emite un olor penetrante. Se crea mediante la combustión de combustibles fósiles que contienen azufre (como petróleo, gas natural y carbón). Las emisiones de SO2 pueden ocurrir durante la quema de gas natural o cuando los combustibles fósiles se consumen para alimentar bombas, motores compresores y otros equipos y vehículos en operaciones de petróleo y gas. Las plantas de procesamiento de gases peligrosos también liberan dióxido de azufre. Junto con el NOx, el SO2 es un componente importante de la lluvia ácida.

Tóxicos del Aire

La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. regula los contaminantes criterio conectados con el petróleo y el gas bajo la Ley de Aire Limpio.

• El ozono (O3) se forma cuando las moléculas orgánicas volátiles y los óxidos de nitrógeno reaccionan con la luz solar. Cuando se encuentra a nivel del suelo, se conoce como smog, y puede causar o empeorar condiciones respiratorias, incluyendo asma y enfisema.
• Según un análisis de impacto en la salud, la contaminación por ozono de la industria del petróleo y el gas causa 750,000 ataques de asma en verano en niños y 2,600 visitas a salas de emergencia por asma y problemas respiratorios a nivel nacional.
• Las partículas en suspensión (PM) comprenden partículas microscópicas suspendidas en el aire que se asientan lentamente en la tierra. Las partículas en suspensión se miden como PM10, que son partículas microscópicas con un diámetro de diez micrómetros o menos, o como PM2.5, que son partículas aún más finas. Las fuentes de PM más prevalentes en las operaciones de petróleo y gas incluyen el polvo o el suelo en el aire durante la construcción del sitio o instalaciones, el tráfico y los gases de escape diésel de automóviles y maquinaria. También se pueden emitir PM durante las operaciones de ventilación y antorchas.

Las refinerías de petróleo procesan petróleo crudo en una amplia gama de productos, como gasolina, diésel, queroseno, combustible para aviones, asfalto y gas de petróleo licuado, generando todos contaminantes de varias fuentes que requieren muchos procesos que producen una variedad de contaminantes, tanto durante las operaciones regulares como después de accidentes. Por ejemplo, las fugas de refinería, las llamas y las emisiones excesivas emiten contaminantes peligrosos del aire o tóxicos conocidos o sospechosos de causar cáncer y defectos congénitos y de influir negativamente en el ecosistema. Además, las válvulas y bombas defectuosas emiten compuestos orgánicos volátiles fugitivos en esta área.

El procesamiento de gas natural presenta menos problemas de contaminación del aire, aunque algunas fábricas que manejan sulfuro de hidrógeno, un gas venenoso, corrosivo e inflamable, se clasifican como sitios de liberación tóxica. La Compilación de Factores de Emisión de Contaminantes del Aire de la EPA resume las diversas operaciones de refinería y planta de procesamiento y sus emisiones asociadas.

Hay numerosas maneras de reducir las emisiones de las refinerías, incluyendo una mejor eficiencia de los hornos, detección y control de fugas, reciclaje de gas, reducción de quema y ventilación, depuradores y reactores catalíticos. Entre 1990 y 2013, las emisiones de tóxicos del aire y compuestos orgánicos volátiles de las refinerías se redujeron en un 66% y un 69%, respectivamente, a pesar de un aumento del 14% en el procesamiento de petróleo crudo.

En un estudio revisado por pares publicado en la revista Investigación Ambiental: Salud, investigadores de la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Boston, el Instituto para el Medio Ambiente, el Fondo de Defensa Ambiental y PSE Healthy Energy evaluaron la calidad del aire y los impactos en la salud pública asociados con la producción de petróleo y gas.

Este estudio estima que la contaminación del aire regional causada por la producción de petróleo y gas en los EE. UU. es responsable de 7,500 muertes en exceso, 410,000 ataques de asma y 2,200 nuevos casos de asma cada año. En total, los efectos en la salud debido a la producción de petróleo y gas crean costos de salud anuales de $77 mil millones. El óxido de nitrógeno, un contaminante común asociado con la quema de gas natural, fue el mayor contribuyente a la mortalidad y más del 80% de los ataques de asma. Estos impactos en la salud no se habían tenido en cuenta anteriormente en las evaluaciones de impacto en la salud.

Efectos en la salud

• Además de las emisiones de metano, la industria del petróleo y gas contamina la atmósfera con muchos contaminantes que ponen en peligro la salud humana:
• Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) incluyen carcinógenos como el benceno.
• Las moléculas de COV y NOx (óxido nítrico y dióxido de nitrógeno) se mezclan con la luz solar para formar smog, que perjudica la salud humana y puede resultar en mortalidad prematura.
• El gas de sulfuro de hidrógeno puede dificultar la respiración e irritar los ojos y la garganta. Altas cantidades de exposición son letales y han matado a varios trabajadores del petróleo y gas.

Las familias que viven cerca del desarrollo de petróleo y gas informan incidentes de:

• asma,
• enfermedades respiratorias y cardiovasculares,
• enfermedades autoinmunes,
• fallo hepático,
• cáncer,
• cefaleas,
• Náuseas,
• insomnio y otros males.

Las refinerías están gobernadas por leyes ambientales para el aire, la tierra y el agua, ya que son una fuente significativa de contaminación en sus áreas circundantes. El negocio de refinación está sujeto a varias leyes, incluyendo la Ley de Aire Limpio, la Ley de Agua Limpia y la Ley de Agua Potable Segura.

• Las refinerías de petróleo son una fuente importante de contaminantes del aire peligrosos y tóxicos como los compuestos BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno). También son una fuente principal de contaminantes del aire de criterio: material particulado (PM), óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de azufre (SO2).
• Las fugas de equipos, los procesos de combustión a alta temperatura, el calentamiento de vapor y fluidos, y la transferencia de productos pueden causar emisiones de aire de las refinerías de petróleo. Miles de libras de contaminantes se liberan al medio ambiente anualmente a través de emisiones rutinarias, liberaciones fugitivas, liberaciones accidentales y alteraciones en la planta. Los hidrocarburos volátiles y los óxidos de nitrógeno contribuyen a la producción de ozono, una fuente principal de contaminación del aire en los EE. UU.
• Las refinerías pueden contaminar el agua subterránea y superficial, lo que representa un riesgo significativo para la calidad del agua. Algunas refinerías utilizan pozos de inyección profunda para deshacerse de aguas residuales, lo que podría terminar en acuíferos o aguas subterráneas. Los desechos están controlados bajo la Ley de Agua Potable Segura (SDWA). Las aguas residuales en las refinerías pueden estar altamente contaminadas, dado el número de fuentes con las que puede contactar durante el proceso de refinación (como fugas de equipos y derrames y la desalación de petróleo crudo).

¿Sabías que Shell ha acordado pagar $10 millones para resolver problemas de contaminación del aire en su vasta nueva planta petroquímica en Pennsylvania? Este acuerdo destaca los esfuerzos de la compañía por abordar las preocupaciones ambientales y adherirse a las regulaciones de calidad del aire. “Desbloquea la historia completa: Sumérgete en los detalles del acuerdo de $10 millones de Shell sobre contaminación del aire al hacer clic aquí!”

“Existen tecnologías y estrategias para reducir las emisiones de refinación por todos los medios, incluidos fugas de metano, emisiones de estaciones compresoras u otras fuentes, como estanques y deshidratadores, reciclaje de gas, reducción de antorchas y ventilación, depuradores y reactores catalíticos.” Cada una de estas estrategias afectará los niveles de diferentes contaminantes emitidos.”

Reduciendo las fugas de metano:

El metano es el componente principal del gas natural, y puede filtrarse en cualquier parte de la cadena de suministro, desde el pozo y la planta de procesamiento hasta tuberías y líneas de distribución y finalmente al quemador de la estufa o horno de su hogar.

Ciertos tipos de equipos, como controladores y válvulas neumáticas, son conocidos por ser extremadamente fugosos. La antorcha y ventilación de gas incompletas, que implican liberaciones programadas de gas durante las finalizaciones de pozos o mantenimiento, también contribuyen a las emisiones. Con un equipo de monitoreo mejorado, incluida la monitorización terrestre con dispositivos Oizom como AQbot, un equipo industrial de un solo parámetro. Ya sea metano (CH4) o cualquier otro gas tóxico, las industrias ahora pueden invertir en monitorear solo ese parámetro específico, logrando así ahorros significativos.

Sabemos que las estimaciones de “abajo hacia arriba” basadas en componentes de emisiones promedio y estimaciones de ingeniería son demasiado bajas. Las empresas están bajo una presión creciente para usar monitoreo continuo, implementar detección y reparación de fugas (LDAR) mejoradas, mejorar los métodos de monitoreo, informes y verificación (MRV), y establecer objetivos específicos para reducir las emisiones de metano. Inversores y accionistas piden más desarrollo.

Controlando las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV):

Las industrias del petróleo y gas pueden reducir sus emisiones de COV empleando energía renovable y tecnologías bajas en carbono. Esto se puede lograr de varias maneras, incluida la electrificación de equipos y la investigación de opciones de energía alternativa para procesos de extracción y refinación. Dado que la planta de energía es típicamente el mayor emisor puntual de dióxido de carbono en una refinería, hay una fuerte posibilidad de que nuevas instalaciones puedan beneficiarse más al utilizar fuentes de energía de bajo carbono, como energía solar o eólica. La temperatura de un sistema de energía solar concentrada (CSP) puede alcanzar temperaturas de 60°C a 250°C. En algunos casos, hasta 400°C, existe la posibilidad de que en el futuro, los sistemas CSP puedan acoplarse directamente con unidades de captura y almacenamiento de carbono (CCS) para reducir la cantidad de dióxido de carbono emitido por los sistemas utilitarios. Como cuestión práctica, sin embargo, es difícil integrar dichas tecnologías en las refinerías de manera eficiente y efectiva.

Reduciendo la quema de gas:

Las antorchas pueden reducir las emisiones de COV y metano a la atmósfera mediante la combustión controlada de gas. La estrategia más efectiva para reducir la quema rutinaria sería desarrollar nuevas tecnologías de combustión que reemplacen la quema tradicional con alternativas más eficientes. Un estudio sistemático evaluó si la simulación dinámica y la optimización se pueden utilizar durante los períodos de inactividad de las plantas químicas (inicio, apagado y fallos) para reducir la quema industrial. Establecer un sistema suficiente y práctico de recuperación de gases de antorchas para reducir las emisiones de gases de antorchas durante operaciones anormales es crítico.

Mejorando la eficiencia energética:

El uso de energía afecta a todos hoy en día, desde empresas hasta clientes individuales y aquellos en el centro de nuestra infraestructura política. Se requiere un cambio hacia una mayor eficiencia energética en todos los niveles y sectores para garantizar que podamos proteger el mundo en el que vivimos y trabajamos.

• Detener la quema y el uso de gases relacionados: La quema de gases relacionados durante el proceso de producción de petróleo contribuye significativamente a las emisiones de gases de efecto invernadero. Encontrar soluciones alternativas para el gas relacionado es crítico para mejorar la eficiencia energética en las operaciones corporativas, de modo que la quema ya no sea una práctica regular. Esto podría incluir la venta de gas relacionado a empresas locales o convertirlo en gas natural licuado.

Una estrategia operativa enfocada: Hay numerosos enfoques para que las empresas de petróleo y gas enfoquen sus operaciones en disminuir el uso de energía. Hay numerosas formas de hacer que las operaciones sean más eficientes, que incluyen realizar auditorías energéticas frecuentes, modernizar los equipos a soluciones más innovadoras y eficientes, e implementar planes de acción a largo plazo para controlar mejor el consumo de energía.

Fortaleciendo regulaciones y aplicación de la ley:

Los gobiernos y los organismos de regulación deben trabajar juntos para establecer pautas de emisiones de la industria del petróleo y gas. La inversión en tecnologías y prácticas limpias puede ser fomentada mediante la aplicación de reglas amplias y sistemas de monitoreo y aplicando multas por incumplimiento para fomentar que las empresas las adopten. La EPA ha propuesto un plan para reducir significativamente la cantidad de metano generado por nuevas y actuales fuentes de petróleo y gas. Para cumplir con los nuevos requisitos, se requeriría que los estados reduzcan las emisiones de metano de cientos de miles de fuentes existentes en todo el país por primera vez y que extiendan y fortalezcan los requisitos existentes para nuevas, modificadas y reconstruidas fuentes de petróleo y gas natural.

Finalmente, la contaminación por la producción de petróleo y gas impacta significativamente la salud humana y el cambio climático. Reducir las emisiones de producción tiene beneficios significativos, incluyendo una mejor salud pública a través de la reducción de la exposición al ozono, SOx y NOx, y la mitigación del cambio climático a través de la reducción de metano. Este blog ofrece una visión integral sobre la contaminación del aire causada por la industria del petróleo y gas.

Los sectores de la industria petrolera y del gas pueden integrarse en el nuevo proceso utilizando nuevas tecnologías y procedimientos. Primero, la identificación y control de fugas son críticos para reducir la contaminación del aire y minimizar el impacto ambiental. Los participantes del sector deben implementar sistemas de control de procesos para reducir el tiempo de inactividad, los costos de mantenimiento y los tiempos de procesamiento, al tiempo que aumentan la eficiencia de los recursos y el control de emisiones. Detectar y reducir las emisiones requiere un monitoreo continuo; los sensores de aire de bajo costo, ampliamente utilizados en todo el mundo, son una herramienta esencial.

Por lo tanto, las empresas de petróleo y gas natural deberían aumentar el control de emisiones en las áreas de producción al principio de sus estrategias para satisfacer la demanda cambiante.

Para aprender más sobre cómo los sistemas de monitoreo de calidad del aire de Oizom pueden adaptarse para satisfacer su demanda de emisiones de la industria del petróleo y gas. El camino hacia la sostenibilidad industrial se vuelve más claro con datos precisos en tiempo real, tecnología de vanguardia y un compromiso con un futuro más verde.