El metano es un gran problema de gases de efecto invernadero y se filtra mucho antes de que llegue a sus usos finales

Aug 22, 2023

Hay tantos lugares diferentes donde se puede filtrar un gas de efecto invernadero nocivo en los sistemas de gas natural. Muy pocos incentivos para que la industria lo arregle.

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El mundo tiene un problema de gas metano. Nos encanta quemar gas natural, que es principalmente metano, para producir electricidad y calor. Nuestros sistemas agrícolas y alimentarios dejan una gran cantidad de biomasa tirada donde gran parte se convierte en metano y entra a la atmósfera. Y el metano es 80 veces peor por forzar el calentamiento global durante 20 años que su hermano gas de efecto invernadero, el dióxido de carbono.

He abordado al menos la mayoría de las causas humanas del metano biológico, que es ligeramente mejor que el metano derivado de combustibles fósiles porque el dióxido de carbono en el que se convierte después de una docena de años proviene originalmente de la atmósfera actual. El calentamiento directo provocado por el metano biológico sigue siendo 70 veces peor que el dióxido de carbono en veinte años.

¿Qué pasa con el gas natural de origen fósil que extraemos de los pozos, procesamos, comprimimos y canalizamos a veces miles de kilómetros hasta donde se introduce en los sistemas de distribución y termina en instalaciones de generación, fábricas, edificios y hogares donde proporciona calor para ¿La electricidad, los procesos industriales o nuestras comodidades? Las fugas en toda la extracción, procesamiento y transmisión han sido un tema candente en los últimos años, por lo que vale la pena observar todos los lugares donde ocurren.

Fuentes de fuga de metano provenientes de la extracción, procesamiento y transmisión de gas natural (generadas por el complemento Show Me ChatGPT).

Los límites del sistema importan. Dedico gran parte de mi tiempo a intentar comprender dónde deben trazarse los límites de un sistema para determinar qué importa y qué no, y qué debe contarse y qué no.

Y con algo tan problemático como el cambio climático, se puede entender por qué muchas industrias heredadas están trabajando tan duro para trazar los límites de los sistemas a su favor. Por ejemplo, no todos los países exportadores de combustibles fósiles del mundo cuentan sus combustibles fósiles exportados en sus contribuciones nacionales al cambio climático. Canadá, mi país de origen, representa en realidad el 2% del problema global si se suman nuestras exportaciones de petróleo, gas y carbón, pero en cambio, son los países que los queman los que se llevan el golpe. Esto hace que Canadá, Noruega y Australia, por ejemplo, parezcan mucho menos problemas.

Y en lo que respecta a las emisiones de fugas de metano aguas arriba, ese es el nombre del juego. Se están realizando muchos esfuerzos nacionales e internacionales para determinar dónde comienzan y terminan los límites de los sistemas. Estoy firmemente en el lado de la ecuación que lo incluye todo, ya que a nuestros nietos realmente no les importan los límites de los sistemas, les importa tener un clima, un medio ambiente y una economía en los que puedan prosperar.

En el proceso de diálogo sobre emisiones de metano entre la UE y Canadá en el que participo, mi enfoque desde el principio ha sido garantizar que los límites del sistema se establezcan correctamente y que ninguna emisión fugitiva se escape entre las diferentes soluciones. De ahí este paseo por los componentes de la extracción, el procesamiento y la transmisión del gas natural para ver dónde están las preocupaciones. Las cuantificaciones son difíciles, pero tal vez lo consiga. Ciertamente, existe un reclamo por parte de la industria de centrarse en las mayores preocupaciones sobre las emisiones, un reclamo que sospecho viene con algunos desvíos.

Empecemos por las bocas de pozo. ¿Tienen fugas? Pues sí, lo hacen.

“Se distinguen tres tipos de fugas: 'flujo de ventilación de la carcasa superficial' (SCVF), 'fuga fuera de la carcasa superficial' (OSCL) y 'fuga de la tapa' (CL). En Columbia Británica (BC), la mayoría de los incidentes reportados involucran SCVF de gases, lo que no representa un riesgo de contaminación del acuífero pero sí contribuye a las emisiones de GEI”.

¿La boca de un pozo es simplemente una tubería que sale del suelo? No, es mucho más sofisticado que eso. La carcasa es una tubería de gran diámetro que se ensambla e inserta en una sección recientemente perforada de un pozo y generalmente se mantiene en su lugar con cemento. Sirve para fortalecer el pozo, evitar el colapso y aislar el agua y otros fluidos del petróleo o gas que se extraen.

La tubería es una tubería a través de la cual se lleva gas desde las formaciones productoras hasta la superficie del campo. Tiene un diámetro más pequeño que la carcasa y cabe dentro de la carcasa para transportar el gas a la superficie.

Un empacador es un dispositivo que forma un sello entre la carcasa y la tubería. Previene el movimiento de fluidos entre diferentes formaciones geológicas, ayudando a prevenir la contaminación y a mantener las condiciones de presión adecuadas.

Una válvula de seguridad de superficie es una pieza fundamental del equipo de seguridad que cierra automáticamente el flujo de gas en caso de una emergencia, como un cambio significativo de presión.

El árbol de Navidad es un conjunto de válvulas, carretes y accesorios que se utilizan para regular el flujo de tuberías en un pozo de petróleo, pozo de gas, pozo de inyección de agua, pozo de eliminación de agua, pozo de inyección de gas, pozo de condensado y otros tipos de pozos. Recibe su nombre por su parecido con un árbol decorado con adornos.

Cada uno de estos componentes está sujeto a posibles fugas y, como muestran los hallazgos del estudio citado, a veces el gas natural simplemente sube por el agujero y rodea todo el conjunto.

Los reguladores determinan la frecuencia con la que se deben inspeccionar las bocas de los pozos; Columbia Británica, por ejemplo, exige al menos inspecciones anuales. Eso significa que cualquier fuga en la boca del pozo podría fácilmente persistir durante un año en una región bien regulada. Y al menos BC exige el uso de un monitor terrestre de metano como parte de la evaluación, junto con inspecciones visuales y de burbujas.

Pero eso es para pozos activos, propiedad y operados por una empresa que todavía está en el negocio. Un gran número de pozos de gas natural están cerrados y muchos de ellos abandonados. Esto sucedió por dos razones. La primera es que las reservas de gas convencionales, donde una empresa perfora una burbuja de gas atrapada bajo tierra y comienza a ventilar en tuberías bajo la presión del suelo, se agotan después de un tiempo. Gran parte del gas natural barato al que se podía acceder fácilmente ha desaparecido y, para ser claros, eso significa que el gas natural barato de algunos lugares como el sur de Alberta también está desapareciendo.

Pero allá por la década de 1970, durante la crisis del petróleo de la OPEP, el gobierno de Estados Unidos gastó mucho dinero en investigación y desarrollo de extracción no convencional, lo que llevó al auge del fracking, especialmente en Estados Unidos. Esto, junto con técnicas de extracción no convencionales relacionadas, como el petróleo de esquisto (fracking, pero en su lugar para petróleo) y la recuperación mejorada de petróleo (extrayendo dióxido de carbono del suelo donde estaba naturalmente secuestrado en un lugar y bombeándolo a pozos de petróleo explotados para licuarlo y presurizar el lodo— ha significado que Estados Unidos ha pasado de ser un importador neto de petróleo y gas a un exportador neto.

Esto tiene una gran desventaja. Los pozos fracking pierden mucho más metano que los pozos convencionales. El 3,7% del gas natural extraído se está fugando en la Cuenca Pérmica, muy por encima del 1,9% supuesto por la EPA, y muy por encima de lo que Europa considera remotamente razonable, con el documento de evaluación del ciclo de vida del metano del hidrógeno azul de Bauer et al asumiendo un 1,5% como mediana. y 0,2% en el mejor de los casos.

El fracking tuvo el interesante efecto secundario de estabilizar los precios del gas natural a un precio relativamente bajo en la mayor parte del mundo durante un par de décadas. Yo, junto con muchos otros, predijimos el fin de esa era allá por 2020. ¿Por qué? En primer lugar, incluso entonces el fracking no floreció. Estaba claro que los pozos fracturados no estaban produciendo tanto como se había prometido ni durante tanto tiempo, algo cierto tanto en el lado del petróleo como del gas. El fracking era una especie de monstruo publicitario de la extracción de combustibles fósiles en Silicon Valley. Muchas promesas excesivas y muchas faltas de cumplimiento.

Eso tenía algunos corolarios. Las instituciones financieras que habían ampliado el financiamiento de la deuda a muchas empresas de fracking y de petróleo de esquisto descubrieron que no estaban recibiendo pagos por el servicio de la deuda. Era tan malo que estaban embargando y tomando todos los activos de las empresas para tratar de preservar centavos de dólar. Luego, en 2020, Arabia Saudita y Rusia abrieron los grifos, con la intención de expulsar del mercado a los competidores con costos más altos. Eso significó que mucho más petróleo de esquisto norteamericano se volvió inviable, y con él se fue una gran cantidad de gas natural.

De repente, hubo muchos más sitios de fracking y petróleo de esquisto que no sólo no estaban operativos, sino que estaban completamente huérfanos. Un pozo de gas natural cerrado por una empresa operadora tiene que eliminar todos esos componentes del cabezal del pozo, sellar el orificio y realizar un monitoreo continuo para garantizar que no tenga fugas. Las empresas que están en quiebra, o las empresas que vendieron pozos viejos a empresas por centavos de dólar y luego esas empresas convenientemente quebraron, no están desmantelando esos pozos viejos. Y esos pozos están perdiendo metano.

¿Las emisiones de los pozos huérfanos de una región son parte de un límite específico para la exportación de GNL a Europa? Es una cuestión suficientemente importante que la Ley de Reducción de la Inflación de EE.UU. incluye casi 5 mil millones de dólares para tapar los pozos huérfanos. No se acerca a la magnitud del problema, pero es un comienzo y, con suerte, se gastará en los peores infractores. Personalmente, creo que cada pozo activo en una región debería poseer una parte de las fugas de los pozos huérfanos de la región para garantizar la atención económica al problema. Si el gas natural de una región no es económicamente viable porque las estructuras regulatorias y comerciales de la región abandonan una gran cantidad de pozos, eso debe incluirse en el costo.

Y, por cierto, las emisiones de metano tendrán un coste. El precio del carbono en Canadá ya añade 2,50 dólares por gigajulio al coste del gas natural. El régimen de comercio de emisiones (ETS) de Europa excluye el metano actualmente, pero lo incluirá en 2026, y hoy el precio del ETS es el doble que el de Canadá, por lo que equivale a unos 5,00 dólares por gigajulio. El costo de entrega de un gigajulio de gas natural en el oeste de Canadá en este momento es de solo alrededor de 7,50 dólares estadounidenses, por lo que estas cifras de precios del carbono son significativas y solo van en aumento, y se espera que el precio del carbono de Canadá en 2030 sea similar al de la UE en la actualidad.

Entonces, eso son bocas de pozo y pozos abandonados. Pero eso es sólo el comienzo del viaje.

Cuando el gas natural sale del suelo, normalmente no es apto para su uso en generación eléctrica u otras instalaciones. Podría tener un contenido de vapor de agua demasiado alto, algo que fue una gran parte de la razón por la que Texas se helaba en la oscuridad hace un par de años cuando los gasoductos se congelaron. Podría tener demasiado dióxido de carbono de origen natural y ya secuestrado, razón por la cual la instalación de secuestro de carbono "más" exitosa del mundo, la instalación Sleipner de Equinor en el Mar del Norte, en realidad está eliminando el ~8% del volumen de gas que está extrae dióxido de carbono y lo devuelve bajo tierra donde lo encuentran para obtener grandes exenciones fiscales, sin secuestrar carbono.

Los equipos de procesamiento pueden incluir separadores de petróleo y gas, tecnologías para eliminar azufre, equipos de eliminación de dióxido de carbono, equipos de deshidratación, kits para extraer líquidos de gas natural de alto valor como etano y butano, y equipos de fraccionamiento para los líquidos de gas natural. En muchos casos, el procesamiento comienza en la boca del pozo o está centralizado en regiones. Se producen más fugas de metano en los equipos de procesamiento. ¿Las fugas de metano de los equipos de procesamiento deberían estar dentro de los límites del sistema? Definitivamente.

Pasemos a los compresores. ¿Que son esos? Dispositivos mecánicos que empujan el gas difuso hacia volúmenes más pequeños, tanques y tuberías. Existe una gran variedad de ellos en todo el sistema de gas natural. Los tanques en las bocas de pozo contendrán gas comprimido, no gas sin comprimir. Las tuberías de alimentación desde la boca de un pozo hasta una importante tubería de transmisión de alta presión también tendrán compresores. La tubería de transmisión de alta presión contará con compresores. Muchos de ellos queman gas natural de la boca del pozo o del gasoducto para impulsar sus procesos porque es conveniente y barato para los operadores. Algunos queman diésel, mientras que los mejores obviamente usan electricidad.

Y cada compresor incluye accesorios que pueden tener fugas, cada compresor que quema gas natural es una oportunidad para la fuga de metano, y cada compresor que quema gas natural o diésel emite dióxido de carbono que es parte de la deuda de carbono del gas natural. ¿Deberían incluirse esas emisiones en una contabilidad completa de cualquier gas natural? Sí definitivamente.

A continuación, hablemos de los tanques llenos de gas natural que salpican el paisaje. Muchos de ellos están en las bocas de pozo. Otros están en ubicaciones centrales. Luego están las reservas estratégicas, a menudo cavernas subterráneas naturales. Todos cuentan con compresores, monitoreo y equipo de seguridad. Los tanques vienen en formas que ventilan la sobrepresión a la atmósfera y en formas que no lo hacen, pero incluso los tanques controlados pueden tener fugas. Todos estos tanques, reservas y equipos asociados son fuentes potenciales de fuga de metano. ¿Deben monitorearse y contarse estas emisiones? Sí definitivamente.

Luego están los dispositivos neumáticos. ¿Qué diablos son esos? Bueno, el gas a presión se puede utilizar para realizar un trabajo. Y muchas cosas en la industria upstream del gas natural necesitan pequeños trabajos aquí y allá, como medidores con agujas. Cada uno de esos dispositivos también es una fuente potencial de emisiones y debe contabilizarse.

A continuación, hablemos de los millones de kilómetros de tubos de acero que hay por encima y por debajo de la tierra y que recorren los continentes desarrollados. Los oleoductos son excelentes para las moléculas que generan energía; no tanto para el futuro de la energía, la electricidad, aunque el gas natural se convierte en electricidad indirectamente. En cuanto a los ductos para energía, una evaluación que hice hace casi un año fue sobre los límites de los sistemas y los ductos de hidrógeno. Todos los estudios sobre el tema trazaron los límites del sistema de manera arbitrariamente estrecha, de modo que mover moléculas de hidrógeno para obtener energía parecía una obviedad, cuando los cerebros no estaban en los límites del sistema malo.

Independientemente de eso, las tuberías no son sólo tubos de acero que corren a través o por encima de la tierra. Son secciones que están unidas entre sí. Son tubos con puntos donde entran en juego compresores adicionales. Son huecos con sensores que penetran las paredes. Son acero que se oxida y gotea. Hay muchas oportunidades para que el metano se escape a la atmósfera y cause cosas malas. Y luego está el mantenimiento regular, donde los operadores de oleoductos generalmente simplemente expulsan a la atmósfera lo que contienen, lo que significa más emisiones de metano que son completamente evitables. ¿Deberían contarse? Sí, sí deberían hacerlo.

Directamente relacionado con lo anterior, el hidrógeno quiere llegar a la atmósfera mucho más que el metano. Es una molécula más pequeña y ligera y considera superautopistas los espacios estrechos por los que el metano no puede pasar. La molécula realmente altera el acero en tuberías y uniones, fragilizando el acero y alterando la electrónica de una manera que el metano no lo hace. Y cada vez se descubre más que el hidrógeno, aunque no es tan malo directamente como el metano, influye indirectamente en el calentamiento. El hidrógeno requiere tres veces más compresión para las mismas unidades de energía en la misma tubería, y eso significa que el compresor y la tubería deben ser modernizados de manera costosa para hacer circular el hidrógeno a través del canal. Poner hidrógeno en tuberías no es ni de cerca la solución que muchos tipos de moléculas para energía pretenden que es.

Finalmente, llegamos a la quema y la ventilación. Las presiones del gas bajo tierra y en sistemas complejos de tanques, compresores y tuberías bajo diferentes condiciones de calor pueden tender a acumular presión en puntos específicos. Si bien la quema es más un problema para los pozos petroleros que tienen cantidades de gas natural no comercializables, todo el sistema de extracción, procesamiento y transmisión de gas natural también tiene puntos de quema.

La ventilación es terrible, ya que el metano simplemente se vierte a la atmósfera. Pero la quema también es un problema. La teoría detrás de la quema es que el metano se quema en presencia de oxígeno, y todo ese metano de alto calentamiento global se convierte en dióxido de carbono con un potencial de calentamiento global mucho menor. Pero en realidad, sólo alrededor del 91% del metano se convierte en dióxido de carbono. Ah, y ese dióxido de carbono incluye carbono que fue secuestrado hace millones de años, por lo que también es bastante malo. La quema al aire libre no tiene grandes características de combustión, pero las instalaciones que explotan tienden a ser mucho más mal vistas. ¿Deberían contarse las emisiones y la quema de dióxido de carbono y metano? Sí, sí deberían hacerlo.

¿Dije finalmente? Hay una categoría más. ¿Cómo los monitorean, operan y mantienen todas las personas que dan servicio, operan y mantienen esta compleja red de pozos, bocas de pozo, compresores, tanques y tuberías? Bueno, mientras un porcentaje cada vez mayor se sienta en escritorios en oficinas domésticas, cafeterías y centros de operaciones sin ventanas con pantallas gigantes que recuerdan a todos lo ineficientes que son, gran parte de esto todavía lo hacen personas que se suben a camiones y conducen hasta los pozos, compresores, tuberías y tanques y sacar manualmente el kit para probar o arreglar cosas. Y para ello queman principalmente diésel. ¿Debería incluirse su diésel? ¿Por qué no lo sería?

Hay muchos lugares diferentes donde se puede filtrar un gas de efecto invernadero nocivo en los sistemas de gas natural. Hay muy pocos incentivos para que la industria solucione este problema.

En los últimos años, he estado tratando de triangular qué parte del problema del calentamiento global está relacionado simplemente con la extracción, procesamiento, refinación, transmisión y distribución de combustibles fósiles. Lo mejor que he llegado hasta ahora es que alrededor del 11% de toda la energía primaria consumida en el planeta es consumida por la industria de combustibles fósiles o adyacentes a ellos. Y la mayor parte de esa energía primaria tiene niveles absurdos de desperdicio asociados. Como señalé no hace mucho, en unos Estados Unidos electrificados con el mismo PIB y las mismas comodidades, las necesidades de energía primaria se reducirían en un 50%. Camisas de pelo cero. El mismo dinero fluyendo por la economía. Nadie se congela ni se fríe. Sin embargo, diferentes personas ganan dinero.

es miembro de los consejos asesores de la startup de aviación eléctrica FLIMAX, estratega jefe de TFIE Strategy y cofundador de distnc technologies. Presenta el podcast Redefining Energy - Tech (https://shorturl.at/tuEF5), parte del galardonado equipo de Redefining Energy. Dedica su tiempo a proyectar escenarios de descarbonización dentro de 40 a 80 años y a ayudar a ejecutivos, juntas directivas e inversores a elegir sabiamente hoy. Ya sea que se trate de reabastecimiento de combustible para la aviación, almacenamiento en red, conexión de vehículos a la red o demanda de hidrógeno, su trabajo se basa en fundamentos de la física, la economía y la naturaleza humana, y se basa en los requisitos de descarbonización y las innovaciones de múltiples dominios. Sus posiciones de liderazgo en América del Norte, Asia y América Latina mejoraron su punto de vista global. Publica regularmente en múltiples medios sobre innovación, negocios, tecnología y políticas. Está disponible para la junta directiva, asesor estratégico y conferencias.

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