El precio del petróleo: problemas y soluciones para las OSPW (oil-sands process affected water)

Las arenas de alquitrán o arenas bituminosas son una combinación de arcilla, arena, agua y bitumen. El bitumen es un crudo extra-pesado de color negro con características similares a las del petróleo, que al igual que éste puede ser refinado para obtener distintas fracciones y compuestos orgánicos. Gran parte del petróleo del mundo se encuentra en forma de arenas bituminosas, aunque no todo es recuperable. Se calcula que el 69% del petróleo recuperable se encuentra en el continente americano, lo que supone una reserva de 434 miles de millones de barriles de petróleo.

El proceso de extracción de arenas bituminosas genera grandes volúmenes de aguas contaminadas (OSPW) que suponen un gran problema ambiental. La elevada toxicidad de estos efluentes está asociada fundamentalmente a la presencia de ácidos nafténicos. En la actualidad existe una necesidad urgente por encontrar una solución viable a estas grandes balsas de agua.

[Grupo Ingeniería Química. UAM]

Las arenas bituminosas son una combinación de arcilla, arena, agua y bitumen. El bitumen es un crudo extra-pesado de color negro con características similares a las del petróleo, que al igual que éste puede ser refinado para obtener distintas fracciones y compuestos orgánicos. Gran parte del petróleo del mundo se encuentra en forma de arenas bituminosas, estimándose una reserva de 434 miles de millones de barriles de petróleo. La elevada viscosidad de estos depósitos, en algún caso mayor que 10.000 centipoises, hace que el bitumen esté unido a la arena formando un semi-sólido que no fluye a la temperatura del subsuelo como el petróleo crudo convencional, por lo que debe ser extraído empleando diferentes técnicas en función de las características del terreno y la profundidad a al que se encuentran dichos depósitos. En Canadá el 20% de las reservas de arenas petrolíferas están lo suficientemente cerca a la superficie como para extraerlas mediante técnicas de minería a cielo abierto en las que las arenas bituminosas se desentierran y se transportan a una planta de extracción donde el bitumen se separa empleando agua caliente. En este proceso se requieren cerca de 2 toneladas de arenas bituminosas para producir un barril de petróleo, pudiéndose recuperar el 75% del bitumen presente en la arena. Por el contrario, el 80% de las reservas se encuentran a muy elevadas profundidades, por lo que la extracción no resulta viable económicamente y son recuperados in situ mediante la perforación de pozos. Estos métodos crean una perturbación mínima tierra y no generan las grandes balsas de residuos características de la extracción por minería a cielo abierto. Las tecnologías más avanzadas inyectan vapor o disolventes o utilizan otras fuentes de calor o combustión (oxígeno) para calentar el bitumen y así poder bombearlo hasta la superficie a través de pozos de recuperación. A pesar de las ventajas de este proceso, dependiendo del método empleado se requieren grandes cantidades de agua y energía.

Ambos procesos conllevan una serie de impactos ambientales, como el calentamiento global y las emisiones de gases de efecto invernadero, perturbación de las zonas minadas, los impactos sobre la fauna y la calidad del aire y el agua. De especial preocupación es el excesivo consumo de agua y su contaminación. El término OSPW en inglés se refiere al agua contaminada por el proceso de extracción de arenas bituminosas (oil sands process-affected water). Esta agua contaminada ha estado en contacto con las arenas bituminosas o bien ha sido liberada a las balsas de residuos generadas en el proceso de extracción minera, conocidas como tailing ponds. Se trata de una mezcla muy compleja de sólidos en suspensión, sales, compuestos inorgánicos, compuestos orgánicos disueltos y metales traza. A pesar de los avances en las técnicas de caracterización y análisis, la caracterización completa de las OSPW es aún desconocida. Las OSPW pueden contener una gran cantidad de compuestos orgánicos que no han sido identificados hasta el momento debido a la complejidad de la mezcla de las OSPW y a la variedad de diferentes estructuras de los ácidos nafténicos, considerados como uno de los contaminantes ambientales más importantes y más tóxicos resultantes del proceso de extracción de arenas bituminosas. Numerosas investigaciones han demostrado que las OSPW son altamente tóxicas para una gran variedad de organismos, incluyendo peces, anfibios y mamíferos. Asimismo, el uso de grandes volúmenes de agua fresca en los procesos mineros, procedente en su mayoría de los ríos próximos a la instalación, tiene un elevado impacto tanto en el ecosistema acuático como en la calidad del agua, habiéndose incluso detectado problemas de contaminación por PAH aguas arriba de las plantas de extracción de bitumen.

Existe, por tanto, un gran interés por desarrollar tecnologías viables de tratamiento y gestión para el reciclaje y/o vertido final de las OSPW. Dada la complejidad y elevada toxicidad de estos efluentes, la opción de tratamiento para un vertido final es un gran reto de investigación ya que es de vital importancia conocer las características y el impacto ambiental que tendrían las OSPW tras su tratamiento. En la actualidad, la mayor parte de los esfuerzos de investigación se centran en la combinación de diferentes procesos físicos, químicos y biológicos. El tratamiento biológico directo de las OSPW se descarta ya que estos efluentes se caracterizan por su escasa biodegradabilidad. A pesar de ellos, existen estudios demuestran que la toxicidad de las OSPW puede reducirse mediante tratamientos biológicos, sin embargo los ácidos nafténicos de mayor peso molecular no son eliminados, por lo que el agua residual sigue siendo tóxica. Asimismo, los tiempos de reacción requeridos son extremadamente altos.

La aplicación de tratamientos sobre OSPW reales ha sido hasta ahora muy limitada, siendo la ozonización el proceso más empleado y, en mucha menor medida, la fotocatálisis. Los resultados obtenidos muestran que la ozonización consigue reducir significativamente la concentración y la cantidad de ácidos nafténicos, sin embargo los efluentes siguen presentando una elevada toxicidad que indica que el ozono  no consigue eliminar la totalidad de los compuestos tóxicos. El principal problema que presenta la fotocatálisis de OSPW reales es la penetración de la radiación.

Dada la complejidad de estos efluentes, algunos de los estudios desarrollados hasta el momento se centran mayoritariamente en tratar de elucidar el comportamiento y toxicidad de compuestos modelo presentes en las OSPW, principalmente los ácidos nafténicos, antes y después de diferentes tratamientos. Al igual que ocurría con las OSPW reales, la ozonización ha sido el proceso más aplicado junto con algunos estudios sobre fotocatálisis de ácidos nafténicos.

Referencias:

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http://www.suncor.com/en/about/242.aspx

http://www.halliburton.com/en-US/ps/solutions/heavy-oil/default.page?node-id=hhiyctma

http://www.oilsandstoday.ca/topics/Tailings/Pages/default.aspx

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Comentarios

Muy bueno el blog, encontré excelente el artículo, es lamentable los problemas que conlleva el petróleo, sin embargo los tratamientos, ya sean físicos, biológicos o químicos, resultan muy eficaces para estas situaciones, saludos

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