Emisiones de las refinerías de petróleo, un desafío de alcance global

Desde los recipientes plásticos, la ropa, los electrodomésticos, los detergentes y medicamentos que usamos, a la forma de transporte que elegimos o la calefacción que calienta el hogar, infinidad de objetos y procedimientos comerciales cotidianos requieren sustancias derivadas del petróleo para ser fabricados o funcionar.

Las refinerías petrolíferas son imprescindibles para obtener tales insumos o materias primas que hacen nuestro modo de vida más fácil en cualquier ámbito social y económico. Las refinerías son las plantas industriales donde se desarrollan diferentes procesos químicos para separar los insumos del petróleo crudo. Es cuando, una vez refinados, los insumos se convierten en un amplio rango de productos que adquieren un alto valor económico porque pueden ser utilizados en otras manufacturas industriales.

Al mismo tiempo, durante el refinado del petróleo, se origina uno de los más significativos aportes de contaminación al aire (Galván, L.E., 2007), tanto en las inmediaciones de sus complejas instalaciones industriales como, en general, al extenderse en la distancia dichos contaminantes y con ello empeorar drásticamente el aire que cualquiera puede inhalar.

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Infografía sobre la destilación del petróleo – Fuente: Cepsa

Las diferentes fases del proceso de refinado del crudo suponen la principal fuente de emisiones atmosféricasLas emisiones atmosféricas son sustancias contaminantes vertidas al aire cuyo origen se fundamenta principalmente en actividades humanas como la industria...
Leer más de la industria petrolera. Aportan al aire gases como el monóxido de carbono, el dióxido de azufreEl dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro de aroma penetrante y que produce una sensación irritante similar a cuando falta el aire para respirar. Su ...
Leer más, los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles, además de emitir altas concentraciones de la nociva combinación de pequeñas sustancias químicas en estado sólido y líquido que son las partículas en suspensiónLas partículas en suspensión son elementos microscópicos que flotan en el aire, compuestos por sustancias sólidas y líquidas. Poseen una gran variedad...
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En 2022, la capacidad mundial de refinado de petróleo casi alcanzó los 102 millones de barriles diarios. En general, la capacidad mundial de refinado casi se ha duplicado en los últimos cincuenta años y experimentó el mayor crecimiento durante la década de 1970.

Si bien, la industria petrolera es una de más reguladas a nivel mundial y sus emisiones atmosféricas están estrictamente controladas por ley es imprescindible establecer procesos innovadores en la obtención de los productos refinados del petróleo ya que las refinerías pueden generar más de 800 sustancias químicas tóxicas diversas. (Adebiyi F.M., 2022).

Al mismo tiempo, monitorizar con sensores de calidad del aire las instalaciones petroleras es necesario para controlar las emisiones de los diferentes procesos de refinado del petróleo crudo. Es la manera de obtener valores fiables y precisos para prever que las emisiones contaminantes no alcancen el aire.

El análisis de las mediciones y su gestión adecuada y en tiempo real evita el impacto perjudicial en la salud de los trabajadores de la industria petrolera, así como su incidencia en empeorar la calidad del aire para los residentes, no solo en las inmediaciones de las refinerías. Las emisiones de la industria petroquímica pueden llegar con el viento a cientos de kilómetros de su punto de origen. A su vez, un control apropiado de las emisiones del procesado del petróleo crudo contribuye a proteger el agua y suelo, así como la flora y fauna del entorno.

«La industria petrolera constituye una de las principales amenazas latentes para el medioambiente y afecta a los ecosistemas y, por tanto, a todos los organismos vivos, incluidos los seres humanos.» (Monteiro A. et al., 2017).

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Procesos de extracción del gas y petróleo

El petróleo lo conforman un grupo de líquidos y gases orgánicos (principalmente hidrocarburos) que se hallan en el interior de la corteza terrestre. El principal gas constituyente del petróleo es el gas natural, que mayoritariamente está compuesto de metanoEl metano, conocido químicamente como CH₄, es un gas dañino para la atmósfera y los seres vivos porque tiene gran capacidad de atrapar el calor. Es po...
Leer más/">metano (CH₄). Mientras que el componente líquido es el petróleo crudo.

Para alcanzar el estado bituminoso que presenta el petróleo crudo, grandes cantidades de organismos muertos han permanecido acumuladas sedimentándose bajo tierra a una alta presión y, durante millones de años, han permanecido sometidas a una descomposición microbiana anaeróbica o sin oxígeno.

La industria petrolera representa la mayor actividad industrial del mundo y tiene la misión de refinar el petróleo crudo y procesar el gas natural para obtener infinidad de productos útiles, desde gasolina hasta asfalto, y otros muchos que son empleados como materia prima en numerosas industrias.

Durante el refinado, que a su vez requiere un alto aporte de energía, se separan productos pesados como el alquitrán, medios como el diésel y los querosenos, y los productos más ligeros, que son a su vez los más valiosos, como la gasolina.

Las técnicas de refino requieren separar los diferentes componentes del petróleo. A continuación, han de someterse a diversos procesos de conversión para conferir unas características homogéneas a cada derivado.

De la separación física con que comenzaron las refinerías pioneras, mediante la destilación o separación de las diferentes fracciones o cortes del petróleo, basada en la destilación seca y atmosférica, la actual industria de refinado de petróleo emplea más métodos basados en el calor, catalización, presión y productos químicos. De esta manera se ajusta al cumplimiento con las normativas vigentes para completar los procesos con los que transforma el petróleo en las materias de origen petroquímico más demandadas.

Principales fuentes contaminantes del aire en las refinerías

La extracción de petróleo es un proceso complejo que implica varias operaciones basadas en tecnologías avanzadas. Este proceso genera emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) como el dióxido de carbono (CO₂) y el metano (CH₄). Las refinerías son el tercer emisor mundial de GEI. La industria petrolera tiene en las emisiones gaseosas su principal daño ambiental (Damian, C., 2013) pues es responsable del 6% de las emisiones industriales netas a nivel global.

Las emisiones en una refinería son producidas durante la rotura del petróleo crudo en diferentes unidades. En conjunto, durante el refino, hay numerosos focos con los que se contribuye sustancialmente a deteriorar la calidad del aire mediante la emisión de:

Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Son más de un centenar de sustancias producidas, entre otras causas, por la combustión del petróleo, carbón y gasolina. Normalmente se combinan entre ellos y se adhieren a partículas de polvo. Además, pueden reaccionar con la luz solar y otras sustancias suspendidas en el aire. La elevada y prolongada exposición a los HAP ocasiona problemas de piel y ojos, posee un gran potencial cancerígeno y disminuye la capacidad del sistema inmunitario para combatir infecciones.
Dióxido de azufre (SO₂). Si bien el azufre producido como residuo en las refinerías puede ser procesado en las plantas de desulfuración y recuperación de azufre en un 98%, cuando se opta por su quema se emite a la atmósfera en forma de dióxido de azufre. Es un gas incoloro de un desagradable olor y con capacidad irritante que es, además, altamente tóxico y puede originar accidentes cerebrovasculares y cáncer de pulmón.
Óxidos de nitrógeno (NO_x). Son gases amarillentos y de un intenso olor derivados de la quema de hidrocarburos. Al ser solubles en agua dan lugar al ácido nítrico (NO₂). Es un dañino gas causante de dolores de cabeza, mareos, vómitos y debilidad, a la vez que irrita los ojos y vías respiratorias. También puede provocar bronquitis y edema pulmonar, y ser causa de muerte por una exposición prolongada.
Monóxido de carbono (CO). Inodoro e inflamable es un gas que no produce irritaciones inmediatas por lo que su presencia pasa fácilmente desapercibida. Su inhalación da origen a confusión mental y vértigos, dolor de cabeza e incluso provoca desvanecimientos. Las exposiciones prolongadas ocasionan alteraciones neurológicas y cardiovasculares.
Sulfuro de hidrógeno (H₂S). Con un característico olor a huevo podrido, es considerado junto al CO₂ como un gas ácido. Es altamente tóxico e inflamable y la exposición a altos niveles de H₂S provoca la muerte en breve tiempo. Cuando se halla en menor proporción en el aire, origina dolores de cabeza, fatiga, vómitos, dificultad al respirar e irritación en los ojos.
Partículas en suspensión (PM). El azufre en la atmósfera al combinarse con la humedad existente acaba convirtiéndose en trióxido de azufre y de ahí pasa a formar sulfuros y ácido sulfúrico. Sustancias que, en forma de aerosoles, contribuyen a incrementar la proporción de las tóxicas partículas en suspensión en la atmósfera, sobre todo de aquellas de menor tamaño o finas (PM_2,5) y ultrafinas (PM₁). Son el origen de enfermedades cardiovasculares y respiratorias, así como incrementan la incidencia del cáncer.
Compuestos orgánicos volátiles (COV). Son hidrocarburos que a temperatura ambiente permanecen en estado gaseoso. Son muy volátiles y abundantes en el aire. La refinería en conjunto es el mayor emisor de COV y su gestión debe incluir su detección y control de fugas, así como buenas prácticas de conservación y limpieza para que no lleguen a la atmósfera. Originan el esmogEsmog, qué hay detrás de esa densa niebla El esmog es una mezcla de contaminantes atmosféricosLa contaminación atmosférica representa uno de los mayores desafíos ambientales de nuestro tiempo. En el aire que respiramos se encuentran diversas sust...
Leer más que se acumulan en la atmósfera, especialmente en área...
Leer más o niebla rojiza que hace los entornos irrespirables y favorece las afecciones respiratorias y los accidentes cardiovasculares. Algunos COV son extremadamente peligrosos para la salud, afectando al hígado, sistema nervioso central o ser origen de daño renal y cáncer.

La cantidad de emisiones producidas depende de varios factores, incluyendo la eficiencia de la refinería y el tipo de petróleo que en sus instalaciones se esté refinando. En general, las refinerías más modernas y eficientes tienden a producir menos emisiones que las refinerías más antiguas ya que cuentan con sistemas menos optimizados y limpios.

Además, las refinerías generan emisiones durante el proceso de quema de gas empleado para eliminar los gases residuales que no pueden ser recuperados o reciclados. Dicha actividad a su vez produce emisiones, aunque la cantidad varía dependiendo de la eficiencia de la refinería y del tipo de gas que se esté quemando. (Sojinu, S. O., & Ejeromedoghene, O., 2019).

Principales problemas causados por la contaminación atmosférica de las refinerías

Las refinerías de petróleo, a pesar de su importancia en la economía global por los recursos estratégicos que aportan para infinidad de usos, ocasionan con su producción una notable incidencia en el medioambiente.

A su gran consumo de energía y recursos naturales como el agua añaden una elevada generación de residuos, algunos de carácter tóxico. Entre los productos más nocivos se hallan las emisiones atmosféricas que llegan a contaminar no solo el aire, sino el suelo y el agua.

La mayor presencia de óxido nitroso (N₂O) en el aire fomenta que se combine con la humedad atmosférica originando la lluvia ácida. Los daños causados por la lluvia ácida en los ecosistemas son extraordinarios pues destruye bosques y acidifica masas de agua continentales y oceánicas. Al reducirse el pH o acidez del agua se altera la biodiversidad que depende de los ecosistemas acuáticos marinos y de agua dulce. Asimismo, los organismos acuáticos se ven gravemente afectados cuando los hidrocarburos aromáticos policíclicos, que forman parte de las emisiones del refinado, se depositan en el agua.

Los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles emitidos en las refinerías reaccionan con el oxígeno del aire alterando la proporción ambiental de ozono a nivel del suelo. Los NO_x,a partir de reacciones fotoquímicas activadas por una fuerte radiación solar, se convierten en precursores para la formación de altas concentraciones de ozono troposféricoEl ozono troposférico (O3) es un gas que está presente en la capa más baja de la atmósfera terrestre o troposfera, la que se extiende hasta los 10 kil�...
Leer más. El ozono a nivel del suelo es considerado un contaminante secundario muy dañino ya que afecta a los cultivos agrícolas, bosques, desarrollo de las plantas y a la fauna asociada.

De igual manera, las emisiones de gases de efecto invernadero de las refinerías contribuyen de una manera notoria al cambio climático global. La quema de combustibles fósiles en dichas refinerías produce grandes cantidades de dióxido de carbono, uno de los principales gases causantes del efecto invernadero. Además de la emisión de CO₂, las refinerías también emiten metano en grandes cantidades, un gas de efecto invernadero más potente que el CO₂.

Las emisiones netas de gases de efecto invernadero de las refinerías son una preocupación ambiental importante para la humanidad, ya que a su vez contribuyen al calentamiento global y a provocar drásticas alteraciones del clima con manifestaciones como las tormentas violentas y los huracanes.

Reducción de las emisiones en la refinación

De todas las actividades ligadas a la industria del petróleo (extracción, almacenamiento y transporte y refinado) es la correspondiente a las refinerías la que enfrenta un mayor desafío en cuanto a sus emisiones netas. Contribuyen a deteriorar la calidad del aire y a originar un notable impacto medioambiental, lo que incide directamente en el incumplimiento con las regulaciones ambientales para la mitigación del cambio climático.

Si bien el refinado del petróleo crudo mejora sus técnicas de modo incesante, debido a la creciente demanda mundial de una gran variedad de productos derivados del petróleo, las refinerías tienen un reto continuado para cumplir con la legislación ambiental. Sus estipulaciones no solo regulan sus operaciones petroquímicas, sino que exigen que los productos derivados del petróleo salgan mejorados para ajustarse a las calidades requeridas según la legislación ambiental para ser aceptados en los mercados comerciales.

No solo la selección de equipos y procesos es susceptible de ser mejorada, sino la forma en que la instalación es operada, incluyendo la explotación, el mantenimiento y las paradas.

Asimismo, resulta esencial actuar, basándose en los procedimientos científicos y técnicos aplicados para:

Optimizar el uso de las materias primas. Mejorar el tratamiento del petróleo en las refinerías conduce a la mejora en el rendimiento para conseguir productos de alto valor como la gasolina y el diésel al conferirles mejores y más limpios resultados de uso.
Fomentar la eficiencia energética. El aprovechamiento del calor residual producido, el uso de energías renovables, así como la incorporación de innovadores procesos de refinado favorecen la reducción del consumo energético en las refinerías.
Disminuir las emisiones atmosféricas. Las refinerías más modernas incorporan prácticas industriales y tecnologías que minimicen la cantidad de emisiones producidas. Poseen una relación directa con la alteración de los ecosistemas y la aceleración del cambio climático; a la vez que afectan a la salud humana de manera crónica.
Reducir la cantidad de residuos generados. Los residuos y subproductos de las refinerías de petróleo son una peligrosa fuente de contaminación. Además del aire, pueden acabar accidentalmente afectando al aire, suelo y agua y por ello dañar a los ecosistemas causando graves problemas medioambientales.
Monitorizar y controlar las emisiones. Un control regular y en tiempo real de las emisiones, producidas durante cada proceso de refinado, como realizan los sensores de Kunak, permite la detección temprana de gases y partículas suspendidas que afectan a la calidad del aire. Es la forma de optimizar las operaciones de refinado, gracias a que identifican las anomalías a través de la detección de posibles fugas gaseosas o procesos anómalos y promueven la reducción del impacto en la calidad del aire de las refinerías.
Fomentar el uso de nuevas tecnologías. El sector del refinado del petróleo está implementando novedosas medidas para fomentar la sostenibilidad como el uso de tecnologías de captura y almacenamiento de toneladas de carbono para su uso futuro de forma segura y promoviendo la descarbonización global. De igual modo destaca la importante transición que la industria petrolera está incentivando hacia la utilización de fuentes de energía más limpias como los biocombustibles y el hidrógeno verde.

La industria petrolera moderna debe enfrentar de manera sostenida, en las próximas décadas, un reto de gran envergadura, para equilibrar los beneficios económicos del petróleo y los daños al medioambiente. (Al-Rubaye, A.H., et al. 2023).

Para lograr la transición hacia una economía global de bajas emisiones y contribuir a frenar el cambio climático es necesario disponer de refinerías de petróleo más eficientes y limpias. (Granda, M.L., 2023) que estén orientadas por una actividad continuada de buena gestión y conducción empresarial acorde al cumplimiento de las medidas ambientales vigentes y comprometida con el desarrollo sostenible.