Metodologías y cálculo de emisiones de CO2

Dentro de la industria petrolera en su recorrido por la cadena de valor desde la exploración hasta la comercialización, existen etapas dentro de cada fase en las cuales hay actividades que por su naturaleza emiten emisiones de gases a la atmósfera y están referidas a aquellas donde hay combustión de energías fósiles.

Parte de esta combustión proviene del gas y diesel como combustibles. Entre los gases que se emiten debido a estas actividades se tiene: CO₂, N₂O y CH₄.

Las emisiones de CO₂ y N₂O (dióxido de carbono y óxido de nitrógeno), se producen principalmente por combustión de combustibles, y por la quema de gas en los mechurrios o gas flares ⁽¹⁾.

Las fuentes de CO₂ y N₂O son las generadoras de la energía, pueden ser: las turbinas de gas de plantas termoeléctricas, motor a gas y diesel, calentador de procesos, calderas, hornos, entre otros ⁽¹⁾.

Las emisiones de CH₄, se producen principalmente por fugas y venteo del gas. Las fuentes generadoras de estas emisiones son las operaciones en campo relacionadas a: pruebas de pozos, venteo de gas , separación del gas en las estaciones de flujo, tratamiento del gas, fugas en válvulas de procesos, venteo por chimenea, mechurrios.

Entonces, emisiones generadas por combustión en equipos como maquinarias, turbinas y calentadores, emisiones por mechurrios y venteo ocurren en los mechurrios o gas flares, lugar de venteo y en pozos, y las emisiones por fugas ocurren en los lugares de almacenamiento, válvulas entre otros ⁽¹⁾.

El cálculo de las emisiones se puede realizar a diferentes niveles o escalas: según el doctor Sánchez, Juan propone 5 niveles que guardan relación con el uso que se desea dar a los resultados: por producción (1), por consumo (2), por maquinarias (3), por maquinarias específicas (4) y por analizadores (5). Aquí se tratará el nivel (1) y se comentarán los cálculos debidos para realizar la estimación de las emisiones de estos gases.

Pero antes de esto, recordemos las unidades de medición de las emisiones de CO₂:

En una tonelada de CO₂ hay 22.727 moles y un mol de un gas ideal es igual a 22,4 litros. Así pues, una tonelada de CO₂ ocupará unos 510 m3.

1 pie3 equivale a 35,315 m3

API = (141,5/densidad) + 131,5, para lleva a toneladas/m3, se despeja densidad

1 pie3 equivale a 28.317 litros

1 barril equivale a 159 litros

También hay que tomar en cuenta los factores de emisión de los gases (GEI=toneladas de GEI/toneladas de petróleo + gas). Se consideran valores referenciales promedio de Canadá, Noruega, Reino Unido y Estados Unidos (tabla 1) ⁽¹⁾.

Tabla 1.

GEI	Canadá	Noruega	Reino Unido	Estados Unidos	Promedio
CO2	0,32	0,06	0,134	0,08	0,096
CH4	0,0056	0,0002	0,0006	0,0038	0,0026
N2O	0,0000016	0,0000036	0,0000014	0,0000031	0,0000024

La producción de gas en toneladas se calcula utilizando los valores por defecto:

Gas asociado: 1 tonelada/1000 m3 ^(a)

Gas No Asociado: 0,8 tonelada/1000 m3

Estimación de emisiones de CO₂ para nivel (1) a una producción de petróleo y gas dada de un campo ejemplo:

Producción de petróleo: 25000 Bbls/d de 15 °API

Producción de gas: 4000000 pie3/d

Paso 1: estimar las toneladas de petróleo y gas

Petróleo:

25000 Bbls/d * 159/1000 = 3975 m3/d

Despejando densidad de la formula de API

141,5/(15 + 131,5) = 141,5/146,5= 0,966 toneladas/d

3975 m3/d * 0,966 toneladas/m3 = 3840 toneladas/d de petróleo

Gas:

4000000 pie3/d / 35,315 = 113266,32 m3/d

113266,32 m3/d / 1000 = 113,266 toneladas/d de gas, recordemos que se uso un valor por defecto de la densidad del gas, en este caso Gas Asociado ^(a)

Entonces la producción de petróleo y gas dadas al principio, expresadas en toneladas/d = 3840 + 113,266 = 3953,266 toneladas/d

Y si se quiere su acumulada sería = 3953,266 * 365 = 1442942,21 toneladas de petróleo y gas.

Paso 2: estimar las toneladas de CO₂ equivalente:

Para ello, recordemos los valores referenciales de los factores de emisión de CO₂, N₂O y CH₄ para aplicar finalmente y estimar. Adicionalmente, llevar los equivalentes de CH₄ a CO₂ y N₂O a CO_2:

21 moles de CO₂ hay en 1 de CH₄

310 moles de CO₂ hay en 1 de N₂O

Toneladas de CO₂:

1442942,21 ton * 0,096 = 138522,45 toneladas de CO₂ al año

1442942,21 ton * 0,0026 = 3751,65 * 21 = 78784,64 toneladas de CO₂ al año

1442942,21 ton * 0,0000024 = 3,4630 * 310 = 1073,549 toneladas de CO₂ al año

Total = 138522,45 + 78784,64 + 1073,549 = 218380,65 toneladas de CO₂ al año

 

En resumen, este ejemplo muestra una forma de llevar la estimación de emisiones de CO₂ con sólo conocer la producción de HC de un campo y llevar un registro mensual y luego anual en este primer nivel.

Luego para contabilizar los siguientes niveles (2 al 5), se debe tener un inventario de todas las instalaciones, volúmenes de venteo, lo que pasaría al mechurrio, etc., para poder obtener luego estas emisiones de CO₂ totales en el Área de producción de un campo.

Y con este punto cerramos estas notas sobre los gases de invernadero y la importancia de sus estimaciones para tener conciencia de que nuestra actividades en el área petrolera, tienen impacto en la suma a la generación de emisiones de CO₂ y como la transición a energías más limpias puede colaborar a esto, migrando en aquellas actividades que donde se pueden generar con otros caminos.

Muchas gracias

Ing. Eliana Alvarado G.

 

Referencias consultadas:

1. -Sánchez, Juan Carlos (2015). Curso “Cálculo de Inventario de emisiones de GEI – Actividades de producción y mejoramiento de crudos), Puerto La Cruz, edo. Anzoátegui, Venezuela.

Emisiones de CO2 (segunda parte: Consecuencias en el clima – El cambio climático y estadísticas de las emisiones de CO2)

 Un cambio climático se define como la variación en el estado del sistema climático terrestre, formado por la atmósfera, la hidrosfera, la criosfera, la litosfera y la biosfera, que perdura durante periodos de tiempo suficientemente largos (décadas o más tiempo) hasta alcanzar un nuevo equilibrio. Puede afectar tanto a los valores medios meteorológicos como a su variabilidad y extremos¹.

Los cambios climáticos han existido desde el inicio de la historia de la Tierra, han sido graduales o abruptos y se han debido a causas diversas, como las relacionadas con los cambios en los parámetros orbitales, variaciones de la radiación solar, la deriva continental, periodos de vulcanismo intenso, procesos bióticos o impactos de meteoritos. El cambio climático actual es antropogénico y se relaciona principalmente con la intensificación del efecto invernadero debido a las emisiones industriales procedentes de la quema de combustibles fósiles¹.

Desde el siglo 18 ha venido aumentado la temperatura del planeta en 0.8 °C (figura 1) y los ecosistemas lo sí lo han sentido, el mar por su parte se ha incrementado en 1 metro aproximadamente más 7 metros por el deshielo de los polos². El cambio climático afecta a todas las regiones del mundo. Los casquetes polares se están fundiendo y el nivel del mar está subiendo. En algunas regiones, los fenómenos meteorológicos extremos y las inundaciones son cada vez más frecuentes, y en otras se registran olas de calor y sequías³.

Figura 1.- Variación de la temperatura global y su relación con el CO₂⁴.

Así el nivel de los mares también ha registrado desde el siglo 18 inicialmente un incremento con pendiente suave hasta mediados del mismo siglo, como se puede observar en la figura 2. Luego todo lo que fue el siglo 19, hubo un impacto drástico en su pendiente, ascendiendo en estos 100 años fuertemente, podríamos asumir que ha sido por efecto del calentamiento global (deshielo de los polos) y si se sigue las proyecciones con esta tendencia, pudiera ocurrir dos situaciones, la roja que se logre disminuir el impacto del calentamiento global por las emisiones de CO₂ y la otra en azul, si se sigue el mismo ritmo si equilibrar al planeta en esta materia.

Figura 2.- Variación del nivel de los océanos⁵.

Si se quiere esquematizar cuales serían los impactos potenciales del cambio climático, se podría indicar como:

• ·        Mayor temperatura
• ·         Aumento del nivel del mar
• ·         Precipitaciones
• ·         Eventos extremos

En qué sectores se vería estos impactos: suministro del agua, alimentos, infraestructuras, salud, calidad del aire, los ecosistemas, la energía. Los impactos: menor disponibilidad y calidad del agua, pérdida de producción agrícola en esos sectores impactados y por ende, malnutrición de la población, inundaciones (muchos damnificados, pérdidas humanas y materiales), estrés por altas/bajas temperaturas, enfermedades por vectores, enfermedades respiratorias, migración y en extremo la extinción de especies y un aumento en la energía por demanda².

The Global Carbon Project (GCP), proyecto de investigación de Future Earth y partner del Programa Mundial de Investigación del Clima, alerta en un informe de que las emisiones de dióxido de carbono alcanzaron en 2018 un nuevo record histórico. El nivel de CO₂ ha aumentado hasta 37,1 gigatoneladas, un 2,7% más respecto a 2017. La temperatura de la Tierra también ha alcanzado máximos 2018 fue el año más caluroso desde que hay registros. A pesar de que el estudio alerta de las consecuencias de estos indicadores y de que el deterioro ambiental es evidente en la actualidad, la humanidad no parece entender estos fenómenos que causamos al medio ambiente: la deforestación, la superpoblación y la emisión de gases de efecto invernadero dependen de la acción humana y son los principales aceleradores del mismo.

La consideración del cambio climático como fenómeno antropogénico, es decir, como resultado de la actividad humana, es avalada por científicos y climatólogos como Michael Mann o Nerilie Abram. Estos expertos defienden que sus consecuencias inmediatas se traducen en el aumento de fenómenos meteorológicos extremos, cambios en los ecosistemas, subida del nivel de mar y migraciones masivas. Más de 18 millones de personas se vieron obligadas a abandonar sus hogares por motivos medioambientales en 2017, según datos de la Organización Internacional para las Migraciones (OMI)⁶.

Figura 3.- Impacto medido en MM personas que han migrado por algún impacto climático causado por las variaciones en el clima⁶.

En la siguiente figura, se muestra la relación entre el incremento de las emisiones de CO₂ y la temperatura, con algunos otros datos en pérdida monetaria de activos a causa de desastres naturales.

En la siguiente figura, se muestra la relación entre el incremento de las emisiones de CO₂ y la temperatura, con algunos otros datos en pérdida monetaria de activos a causa de desastres naturales.

Figura 4.- Cambio climático: el planeta ajusta cuentas con las empresas⁷.

Sequías, huracanes, hambre, pobreza y destrucción: estas son algunas de las terribles consecuencias que el calentamiento global provoca en nuestro planeta. Y en nuestra mano está participar activamente para frenar sus efectos si queremos que las siguientes generaciones hereden un mundo tal y como lo conocemos hoy.

¿Y cómo ha afectado el cambio climático en Venezuela?

En nuestro país se llevan indicadores para registrar estos cambios, por ejemplo, el Instituto Nacional de Meteorología y e Hidrología, por sus siglas el INAMEH.

En 70 años de medición de la temperatura, la temperatura máxima ha disminuido en -1,3°C y la temperatura mínima ha aumentado en 3°C (período 1930-1998) respectivamente. Así mismo, se han registrado cambios en las precipitaciones anuales y extremas.

Tabla 1. Emisiones de CO₂, por sector: Venezuela⁸

Con un 44% del total de las emisiones de CO₂, en Venezuela son generadas por la combustión fósil (característica de casi todos los países del mundo), sin embargo, los impactos producto del calentamiento global afectan a nuestro país en gran medida.

Estadísticas de las emisiones de CO₂ por país y sector:

Tabla 2. Emisiones de CO₂, por país y sector⁸

Como se puede observar en la tabla 2, China y los países OECD Américas (USA incluido), son los mayores emisores de CO₂ en el mundo. En el caso de China también hay una correspondencia con este valor y el uso en la generación de energía (uso del carbón), como se mostrará más adelante.

A continuación se presentan una serie de gráficos (figuras 5 a la 12) por región y por tipo de combustible fósil:

Figura 5.- Emisiones de CO₂, región China⁸.

Figura 6.- Emisiones de CO₂, región OECD Americas⁸.

Figura 7.- Emisiones de CO₂, región OECD Asia⁸.

Figura 8.- Emisiones de CO₂, región Europa⁸.

Figura 9.- Emisiones de CO₂, región Africa⁸.

Figura 10.- Emisiones de CO₂, región Australia⁸.

Figura 11.- Emisiones de CO₂, región Central&South Americas⁸.

Figura 12.- Emisiones de CO₂, región Venezuela⁸.

También se puede evidenciar los grandes esfuerzos que hacen los países de Europa (Europa OECD; 27 en total) para cambiar la pendiente y reducir las emisiones de CO₂. Así como también, los países que integran a OECD Americas a pesar de que la sumatoria de sus emisiones aún es alta. Australia, a pesar de que tiene un alto componente de emisiones de CO₂ por uso del carbón como principal fuente de generación de electricidad, se nota los últimos años un cambio en la pendiente.

El esfuerzo se nota en los últimos años, muchos acuerdos en la reducción de las emisiones de CO₂ con el intercambio o balance en la generación de electricidad por otras vías, como son las que provienen de las energías limpias, las cuales hemos reseñado anteriormente cada una por separado.

En nuestra próxima entrega, se harán reseñas sobre los cálculos de estas emisiones, con enfoque en aquellas derivadas de la combustión fósil, en especial las emitidas producto de la producción de petróleo y gas.

Referencias consultadas:

1. - https://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_efecto_invernadero

2. -Sánchez, Juan Carlos (2015). Curso “Cálculo de Inventario de emisiones de GEI – Actividades de producción y mejoramiento de crudos), Puerto La Cruz, edo. Anzoátegui, Venezuela.

3. - https://ec.europa.eu/clima/change/consequences_es

4.- https://cambioclimaticoglobal.com/estudios-y-evidencias-del-calentamiento-global

5.- https://francis.naukas.com/2010/01/13/las-causas-de-la-elevacion-del-nivel-del-oceano-y-sus-efectos/

6.- https://planetainteligente.elmundo.es/2019/retos-y-soluciones/las-catastrofes-naturales-que-marcaron-2018.html

7.- https://elpais.com/economia/2019/05/16/actualidad/1558023578_549435.html

8. - https://www.iea.org/subscribe-to-data-services/co2-emissions-statistics