El CO2 capturado de una central eléctrica de carbón ayuda a la recuperación de petróleo

Cuando el carbón se quema, el carbono es casi todo lo que produce la energía. Se quema carbono y se produce calor y dióxido de carbono (CO2).

Desde principios de 2017, un ambicioso proyecto de captura de carbono en la planta eléctrica de la parroquia W.A. cerca de Houston ha evitado que 5.500 toneladas (5.000 toneladas métricas) de emisiones de CO2 ingresen a la atmósfera por día, el equivalente a las emisiones de CO2 de 350.000 automóviles. Este proyecto es Petra Nova, una empresa conjunta de NRG Energy y JX Nippon, una compañía global de petróleo y gas.

El plan consistía en instalar tecnología de captura de carbono posterior a la combustión, proporcionar el CO2 capturado a un campo petrolero para mejorar la recuperación de petróleo y utilizar el aumento de la producción de petróleo para pagar el proyecto Petra Nova.

Petra Nova formó una empresa conjunta con Hilcorp Energy, propietaria del campo petrolero West Ranch, un campo petrolero maduro a aproximadamente 80 millas de distancia que podría aumentar su producción utilizando una recuperación mejorada de petróleo.

Las tuberías que transportan dióxido de carbono supercrítico se introducen en el suelo y se dirigen al campo petrolero West Ranch a 80 millas de distancia. (Foto cortesía de NRG Energy)

Sacando el CO2 del gas gaseoso

El proyecto Petra Nova está diseñado para eliminar el CO2 del gas de combustión producido por 240 megavatios (MW) de generación de energía a base de carbón de la Unidad 8 en la estación generadora de la parroquia W.A. La Unidad 8 es capaz de producir aproximadamente 610 MW, por lo que el proceso de captura de carbono trata aproximadamente el 40% de las emisiones de la Unidad 8. La producción total de la planta de la parroquia W.A. supera los 3 gigavatios.

El gas de combustión de la Unidad 8 primero entra en un extintor para enfriarlo. El dióxido de azufre, que podría interferir con la captura de CO2, se elimina mediante procesos de desulfuración. El gas de combustión enfriado fluye hacia la torre de absorción. Dentro de esta estructura de 300 pies, el gas de combustión aumenta mientras que un solvente de amina "llueve", dijo David Knox, director senior de comunicaciones externas de NRG Energy. Esto captura aproximadamente el 90% del CO2 contenido en el gas de combustión.

Luego, el solvente se calienta y va a la torre del regenerador, donde libera el CO2. A partir de ahí, el CO2 se seca y se envía al compresor de 27,000 hp (unos 20,000 kW) de la instalación, uno de los más grandes del mundo, según Knox.

Al comprimir a 1700 a 1900 psi (117 a 131 bar) y enfriar a aproximadamente 100⁰F (38⁰C), el CO2, originalmente en estado gaseoso, cambia a un estado supercrítico que no es líquido ni gas, pero tiene algunas características de ambos. Su densidad es como la de un líquido, mientras que su viscosidad es más como un gas. Un material a temperatura y presión por encima de su punto crítico se comporta de esta manera. El punto crítico para el CO2 es 89.8⁰F (32.1⁰C) y 1070 psi (73.8 bar).

"Se convierte en un líquido, básicamente", dijo Knox, "y se bombea al campo petrolero a 82 millas de distancia". No se necesitan bombas ni presión adicional a lo largo de la tubería, agregó, y la pérdida de carga en las 82 millas es de aproximadamente 200 psi (14 bar).

Cuando se le preguntó acerca de cualquier consideración especial en tuberías o válvulas en el proceso, Knox dijo que el acero inoxidable u otros materiales resistentes a la corrosión son necesarios para el gas de combustión y en cualquier lugar donde haya CO2 en presencia de agua. Aguas abajo del proceso de secado de CO2, los componentes del flujo son de acero al carbono, dijo.

NUEVA VIDA A UN CAMPO DE ACEITE MAYOR

La inserción de CO2 se ha utilizado durante muchos años como un medio para mejorar la recuperación de petróleo en campos petroleros maduros donde la producción ha disminuido con el tiempo, según una publicación del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética.

El CO2 bombeado bajo tierra se disuelve en el petróleo crudo, lo que hace que el aceite sea menos denso y menos viscoso. Esto permite que un poco de petróleo previamente inaccesible llegue al pozo, aumentando la producción. En el caso del proyecto Petra Nova, el CO2 extraído en la planta de carbón se canaliza al campo petrolero West Ranch. Allí, se inserta profundamente en el suelo. Esto hace que haya más petróleo disponible; En el primer año de recuperación de petróleo mejorada con CO2, la producción pasó de 300 barriles por día a 4000 barriles, según un estudio de caso de NRG del proyecto. El potencial del campo se estima en 60 millones de barriles recuperables usando este método mejorado, con una producción diaria que alcanza los 15,000 barriles por día, según un comunicado de prensa del Departamento de Energía.

Como resultado, este proceso de inserción también causa que parte del CO2 se almacene en la formación rocosa del campo petrolero. De todo el CO2 insertado en el suelo, aproximadamente el 20% permanece detrás de la roca.

Cuando el petróleo y el CO2 salen a la superficie, el CO2 se captura y se reutiliza, junto con el nuevo CO2 que proviene de la planta de carbón.

Para verificar que el CO2 permanezca en el suelo y no ingrese a la atmósfera, Petra Nova monitorea el equipo, los pozos de monitoreo y el aire en el área. Además, un servicio independiente de la Oficina de Geología Económica de la Universidad de Texas en Austin también controla los niveles de CO2.

FINANCIACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE PETRA NOVA.

Eliminar el CO2 producido al quemar combustibles fósiles es una propuesta costosa, tanto en el equipo requerido como en la energía y los químicos necesarios para capturar el CO2 del gas de combustión.

El costo total de construcción del proyecto Petra Nova fue de alrededor de $ 1 mil millones. El financiamiento provino de una subvención del Programa de Iniciativa de Energía de Carbón Limpio del Departamento de Energía de los Estados Unidos ($ 190 millones), una inversión de $ 250 millones de los bancos japoneses y $ 300 millones en contribuciones de capital tanto de NRG como de su socio JX Nippon.

En el lado de los ingresos, como copropietario del campo petrolero West Ranch, Petra Nova recibe ingresos de la mitad del petróleo producido.

La construcción comenzó en julio de 2014 y se completó a finales de 2016, a tiempo y dentro del presupuesto.

La instalación de extracción de dióxido de carbono de Petra Nova. La estructura más alta es la torre de absorción. La torre más pequeña contiene el proceso de regeneración. (Foto cortesía de NRG Energy)

FUTURO CAPTURA DE CARBONO

"Si bien la tecnología es sólida, la aplicación actual de CCUS [captura, utilización y almacenamiento de carbono] en cualquier entorno comercial es limitada", dijo Todd Williams, socio, y Jonathan Aronoff, asociado principal de ScottMadden, Inc., una gerencia de América del Norte. Empresa consultora especializada en energía. Williams y Aronoff ofrecieron sus comentarios en una entrevista por correo electrónico.

"En la actualidad, el mejor caso de negocios se encuentra en la recuperación mejorada de petróleo", similar al proyecto Petra Nova, dijeron. Sin un mercado para pagar por el dióxido de carbono capturado para compensar los gastos de construcción y operación, tales proyectos actualmente tienen un costo prohibitivo, agregaron.

Existen nuevos créditos fiscales federales que pueden ayudar a tales proyectos. Sin embargo, es probable que los proyectos de captura de carbono sigan siendo económicamente inviables en la mayoría de las situaciones sin más cambios, dijeron Williams y Aronoff. Una tecnología mejorada podría reducir los costos de implementación. El aumento de los incentivos financieros para reducir las emisiones de carbono mejoraría la economía. Los nuevos mercados para el CO2 que no sea la recuperación mejorada de petróleo podrían proporcionar el financiamiento necesario en áreas geográficas alejadas de los campos petroleros.