La orimulsion: propiedades y problemática

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Indice
1. Introducción
2. Historia
3. Composición de la orimulsión
4. La orimulsión y el riesgo ambiental
6. Conclusión
7. Bibliografía

1. Introducción

La Orimulsión representa la cumbre de la investigación petrolera en Venezuela, y debido a una serie de características favorables, prometía ser el combustible del siglo XXI para la producción de electricidad. Sin embargo, es sabido que a pesar de las expectativas no ha logrado calar en el mercado de los combustibles.
La intención de este trabajo es la de analizar cuales son las posibles causas que provocan esta situación. Para esto, se
presentan y analizan diversos aspectos del producto, tales como su composición química, propiedades físicas, así como se analizan aspectos referidos al impacto ambiental del combustible en el ambiente. Luego se presenta un estudio de lo que se cree son las principales causas por las cuales la emulsión no ha tenido la aceptación esperada como combustible para la generación de energía, para finalmente presentar las conclusiones que se pueden alcanzar en este contexto.

2. Historia

A principios de la década de los ochenta, producto de la convulsionada situación que se vivía en el medio oriente, los precios del petróleo alcanzaron niveles nunca antes vistos en la historia de la producción de crudo. Venezuela, aislada de aquella problemática, vio como sus ingresos por concepto de venta de petróleo crecían de manera desbordante. En la misma época, se descubren yacimientos de pesados en la faja del Orinoco, y se determina que estos son de una magnitud extraordinaria, tanto que, aún en la actualidad se consideran los depósitos de crudo más grandes de todo el mundo. Dentro de aquella bonanza, y pensando en la necesidad de expansión ante un muy probable aumento de la demanda, se ideo un plan de desarrollo de gigantescas magnitudes con el fin de crear un complejo refinador que utilizaría como materia prima el crudo extraído de la faja recién descubierta. El hecho de que este petróleo fuese del tipo pesado, implicaba un reto tecnológico a la hora de transportar este material por sistemas de bombeo, algo necesario para la refinación por los métodos convencionales conocidos en la época.

Ante esta situación, El Intevep, en conjunto con la Universidad de los Andes, comenzaron una serie de estudios sobre posibilidades para solventar el problema planteado. Una de las soluciones propuestas era la de mezclar el hidrocarburo pesado con livianos, a fin de hacerlo mas fluido, sin embargo, se trabajó en la posibilidad de emulsificar el pesado y así hacerlo fluir. Esta investigación se desarrollo por varios años.
Para mediados de los ochenta, la situación mundial había cambiado, los precios del crudo bajaron nuevamente, se produjo una crisis de presupuesto en el país, y los ingresos que sustentaban e impulsaban los sueños de expansión se desvanecieron. En este punto, los estudios de emulsificación de pesados que se encontraban bastante adelantados, se quedaban sin vigencia. Pero, partiendo de la idea proporcionada por otro estudio sobre la factibilidad de utilizar el bitumen natural como combustible, se decidió probar quemando la emulsión desarrollada. El agua presente en la emulsión, proporcionaba características muy interesantes al ahora nuevo combustible, las cuales serán descritas mas adelante. Es así como se presenta la Orimulsión como una nueva alternativa de combustible para las plantas de generación de energía, sobretodo donde se utiliza el fuel oil o el carbón como carburantes.

A partir de aquí, la investigación tomo otro rumbo, se comenzó a trabajar en el perfeccionamiento de este nuevo producto, y se desarrollaron patentes a lo largo de todo el proceso de producción, desde la obtención de la materia prima, hasta el transporte del producto; todas, incluyendo la del producto mismo, propiedad de la única empresa que produce la Orimulsión: Bitor, Bitumenes del Orinoco. Actualmente se produce Orimulsión-400, que es la ultima formulación del combustible, y de la cual se presentarán datos más precisos mas adelante.

3. Composición de la orimulsión

Como se ha dicho antes, la Orimulsión no es más que una emulsión de crudo pesado en agua. A grandes rasgos, su composición porcentual es de aproximadamente un 30% de agua, 70% de bitumen natural, y un agregado menor al 0,2 que representa la fracción de surfractante y estabilizante de emulsión. El surfractante es un tipo de alcohol etoxilato, y el estabilizante es monoetanolamina. El bitumen y el agua presentan diferencias de polaridad muy grandes, y como el agua y el aceite, no se mezclan naturalmente. Los etoxilatos y las aminas son moléculas polares, estas se adhieren a las partículas de crudo, rodeándolas completamente. La polaridad de las moléculas las hace solubles en el agua, solubilidad que logra la estabilización de las partículas de bitumen en el agua, evitando la precipitación.

 

Las características químicas de la Orimulsión-400 fueron evaluadas por Environment Canada y se presentan en la siguiente tabla:

 

Parámetro	Composición
Análisis Elemental (%p) Carbón Hidrogeno Oxigeno Nitrógeno Azufre Grupos de hidrocarburos(%p) Saturados Aromáticos Resinas Asfaltos Compuestos volátiles (ppm) Benzeno Tolueno Etilbenceno Xileno Hidrocarburos alcanos poliaromaticos C0–C4 (m g/g bitumen) Naftalenos Antracenos Otros Metales (ppm) Níquel Vanadio Sodio	61,8 10,8 26,9 0,5 2,85     14 47 22 17     0 4 19 13         0,774 1,140 1,126   70-80 320 <30

Fuente: Environment Canada 1998.

Se observa aquí que la emulsión se compone principalmente de resinas y aromáticos, los cuales representan en conjunto más del 60% de su composición. También es importante notar que las concentraciones de compuestos volátiles y de poliaromaticos son relativamente bajas, cuando se compara con otros combustibles derivados de petróleo. Como ejemplo, se tiene que el fuel oil, presenta en análisis similares concentraciones de volátiles de mas de 450ppm, una concentración mas de 10 veces mayor a la que se observa para la Orimulsión. Lo transcendental de esto, es que estos compuestos son de muy alta toxicidad, teniendo estos un gran potencial cancerígeno. La relativamente alta concentración de metales se debe a que esta es una característica de los crudos pesados de la faja del Orinoco.

Propiedades físicas
Una de las más importantes propiedades de la Orimulsión tiene que ver con su contenido de agua. Y es que este previene la ignición espontanea del combustible. Mas aún, como se ha visto, la cantidad de volátiles presentes es muy baja, por lo que prácticamente todos los vapores provenientes del combustible son de agua, los cuales no son inflamables. Esto se evidencia en su alto punto de flash, alrededor de 90ºC. La densidad de la Orimulsión se encuentra entre la del agua de mar y el agua pura, con una viscosidad más de 20 veces menor que el bitumen original.

Propiedades físicas de la Orimulsión-400
Contenido de agua(%p) Tamaño medio de partículas(m m) Densidad(g/ml) Punto flash(ºC) Tensión superficial(mN/m)	30 19 1,0095 >95 35

Fuente: Environment Canada 1998.

4. La orimulsión y el riesgo ambiental

Emisiones al ambiente
Durante la producción de energía a partir de combustibles fósiles, se pueden producir emisiones de trazas de elementos debido a la presencia de pequeñas cantidades de impurezas en el combustible. Estas impurezas son resultado del origen del combustible. Durante la combustión, estas impurezas pueden ser emitidas al ambiente como partículas o compuestos gaseosos. Aparte de esto, se pueden desprender compuestos orgánicos producidos por la combustión incompleta de los combustibles, así como reacciones que se llevan a cabo en la combustión. A continuación se muestra una tabla comparativa de las emisiones para combustibles de extendido uso y la Orimulsión:

Emisión de trazas de elementos (10-6 lb/mmBtu)
Contaminante	Orimulsión	Fuel Oil	Carbón
Arsénico Berilio Cromo Plomo Mercurio Níquel Selenio Vanadio Flúor Cloruro de hidrogeno	2,9 0,3 0,16 0,9 <0,2 3,5 0,12 18,000 0,150 1,975	2,6 – 12 0,1 – 0,6 3 – 9 3 – 14 0,2 – 1 0,460 – 1,140 0,7 – 6 0,100 – 5,5 245 1,9 – 3,1	78 – 850 54 – 96 99 – 210 161 – 362 5,2 – 15,9 61 – 121 30 – 400 0,121 – 0,275 5,00 – 9,800 10,00 – 200,00

Fuente: EPA.

 

Emisiones de algunos compuestos orgánicos (10-6 lb/mmBtu)
Contaminante	Orimulsión	Fuel Oil	Carbón	Gas Natural
Formaldehído Tolueno Volátiles	4,7 21 2,000	7,5 – 56 4,8 – 20 5,000	1,5 – 6 0,7 – 3 2,500	7 –150 10 5,500

Fuente: EPA.

Se observa en estos datos que la concentración para las emisiones es bastante similar con respecto a otros combustibles, con la particularidad de que las emisiones de plomo y mercurio son menores en la Orimulsión que en el Fuel Oil y en el Carbón, siendo estos dos metales dos de los más peligrosos para la salud y el medio ambiente. Estos valores se basan en mediciones de emisiones no controladas. Utilizando métodos de control es posible reducir mucho más los contaminantes producidos en la combustión. Donde la Orimulsión presenta desventaja es en la emisión del Vanadio, pero esta se puede controlar por los métodos antes mencionados.

Otro contaminante asociado a la quema de combustibles fósiles son las partículas finas, que son aquellas con un diámetro de 10 micrones o menos. La producción de partículas finas depende de la composición del combustible, siendo por lo general más propensos a producir partículas aquellos mas pesados. Según la EPA, la Orimulsión produce una porción mayor de partículas finas que el Fuel Oil, cuando la combustión no es controlada. Usando un método de control de emisiones, es posible reducir las emisiones muy por debajo de los niveles del Fuel Oil, lo que le da ventaja a la Orimulsión en este aspecto, ya que este tipo de control no se utiliza en los sistemas que operan con Fuel Oil.
Otra de las ventajas del uso de la Orimulsión esta relacionada con las emisiones de óxidos de nitrógeno. El agua presente en la emulsión, sirve de reguladora de la producción de estos gases, presentando una menor cantidad de compuestos de nitrógeno en los gases de combustión, comparando con otros combustibles.

Comportamiento en el Agua
El medio de transporte de la Orimulsión a las plantas de energía es tradicionalmente la vía marítima, por lo que es importante considerar las consecuencias de un derrame en el ambiente marino.
Al mezclarse con agua pura, la emulsión se rompe, separándose el bitumen del agua de la emulsión. La disolución de hidrocarburos en el agua es muy poca. Debido a que la densidad del bitumen es algo mayor a la del agua pura, este tiende a precipitar cuando no existen corrientes en el agua. Debido al tamaño de las partículas, cualquier mínima energía mantiene las partículas suspendidas en el agua. El comportamiento en agua salada es básicamente el mismo, con la particularidad de que, dependiendo de la concentración de sal y las condiciones de temperatura, las partículas tienden a elevarse a la superficie, debido a la diferencia de densidades. La Orimulsión, a diferencia de otros hidrocarburos, no tiende a formar las características "manchas" que se observan en los derrames de combustibles derivados de petróleo, sino más bien se dispersa formando especies de columnas dentro del agua. Esto representa un problema real, ya que no son aplicables los métodos de limpieza conocidos y en la actualidad no existen métodos especializados para este fin. El surfractante tiende a disolverse en el agua, pero este puede ser descompuesto por bacteria hasta desaparecer.

Uno de los mayores contaminantes asociados con los hidrocarburos son los poliaromaticos. Estos son particularmente dañinos en ambientes acuáticos. Como ya se ha visto, la concentración de estos en la Orimulsión es relativamente pequeña, comparando con otros combustibles como el Fuel Oil.

5. La problemática de la Orimulsión

Como ya se ha visto, la Orimulsión presenta ciertos beneficios en su uso, sobretodo desde el punto de vista ambiental, cuando se compara con otras alternativas de combustible fósil. Sin embargo, desde el comienzo de su producción a escala comercial, ha presentado grandes dificultades para colocarse en el mercado, al punto que Bitor, la única productora del combustible se encuentra en dificultades económicas. La Orimulsión se utiliza en varios países del mundo como combustible para la producción de energía, pero su uso no ha sido tan difundido como esperaban sus productores, y esto se puede atribuir principalmente ha dos factores que son: dificultades técnicas, y problemas de imagen.

 

	País	Planta	Fecha de arranque	Producción (MW)	Toneladas/año.
	Japón	Kashima-Kita	1991	220 + vapor	750,000
	Japón	Kansai Electric- Osaka#4	1994	156	200,00
	Japón	Hokkaido Electric Power-Shiriuchi#2	1997	350	120,000
	Italia	Enel-Brindisi	1998	2X660	1,400,000
	Italia	Enel – Fiume Santo	1999	2x320	1,200,000
	Dinamarca	S.K Power Asnaes	1995	640/700	1,400,000
	Canadá	NB Power Dalhousie	1994	315	800,000

Plantas que utilizan Orimulsión en el mundo(Fuente: Bitor).

 

Dificultades Técnicas
Para la utilización de la Orimulsión como combustible, es necesario la utilización de ciertos aditamentos para obtener un mejor desempeño de esta. Uno de estos aditamentos viene a ser un suplidor de hidróxido de magnesio, que sirve como inhibidor de la corrosión. En formulaciones previas del combustible se había agregado este aditivo en forma de nitrato de magnesio, pero, la practica llevo a determinar que era más efectivo el agregar el magnesio de manera directa. Las características de este suplidor dependen de las caracteristicas y configuración de la planta y requiere un estudio especifico para cada caso.

Otros componentes de importancia son los relativos al control de emisiones. Las plantas que utilizan Orimulsión están equipadas con sistemas de desulfuracion de gases(FGD por sus siglas en ingles) además de sistemas de precipitadores electrostáticos(ESP). Los FGD permiten reducir las emisiones de trazas de elementos, mientras que el ESP permite reducir la emisión de partículas finas hasta niveles muy bajos. El ESP es indispensable para el trabajo con Orimulsión, mientras que el FGD es importante para la reducción de la emisión de Vanadio y níquel. Estos equipos son exigidos por Bitor a sus clientes para la utilización del combustible.

La gran mayoría de las plantas de energía, no utilizan estos dispositivos de control o se utilizan de manera ineficiente, particularmente en aquellas donde se trabaja con Fuel Oil. Todo este equipamiento adicional, implica un costo adicional a la hora de invertir en un sistema de generación de energía, lo que llevaría a inversionistas a preferir sistemas convencionales, que cubran sus necesidades además de las regulaciones ambientales. Solo en caso de que las regulaciones ambientales se vuelvan más severas, es que tendría mas peso como opción la utilización de sistemas basados en Orimulsión.

Problemas de imagen. El caso Florida.
A mediados de los noventa, la empresa Florida Power & Light comienza a desarrollar un proyecto para utilizar la Orimulsión en una de sus plantas ubicada en Parrish, Florida. Esta sería la primera implementación del combustible en territorio norteamericano, e implicaba una cuantiosa inversión, así como la aprobación del gobierno del estado de Florida. Al salir a la luz este proyecto, comenzó una enorme campaña de oposición y desprestigio en contra de la utilización del nuevo combustible. Frentes ambientalistas y grupos de consumidores, entre otros, iniciaron campañas de oposicion evidentemente aupados por competidores en el área de los combustibles. De hecho, uno de los primeros grupos en oponerse a la utilización del combustible fue la Asociación Americana del Carbón, que se vería seriamente afectada por la introducción de este nuevo combustible.

Entre los grupos que se oponían a la Orimulsión se encontraban grupos ambientalistas como Sierra Club y el FCAN, dos de sus más duros objetores. A continuación se presenta parte de un articulo del FCAN titulado "Orimulsion: Protecting FP&L While You Become Guinea Pigs" (Orimulsión: Protegiendo a FP&L mientras ustedes se convierten en conejillos de indias) que se puede encontrar en su pagina web (www.fcan.org) y que da una idea de la visión que se había creado para el combustible:
"La Orimulsión es una barata y abundante brea venezolana, la cual el más grande inversionista de nuestro estado, Florida Power & Light, quiere quemar en su planta cercana a Parrish, FL. Su promotor, Bitor Inc. (con base en South Florida) ha negociado un dulce acuerdo entre FP&L y el gobierno venezolano, para asegurar una fuente de combustible más barata para sus plantas de poder"
En este articulo el presidente de la asociación esgrime sus argumentos en contra de la Orimulsión, entre las cuales se encuentra la preocupación ante un posible derrame, el supuesto aumento de las emisiones de CO2 y NOx, la toxicidad del surfractante, emisión de partículas, entre otras. Estas ideas son las mismas que exponían todos los demás grupos que se oponían a la utilización del combustible. Partiendo de lo explicado en secciones anteriores, se puede concluir que muchos de estos argumentos no eran del todo validos. Al final, el gobierno de Florida votó en contra de la aprobación del proyecto de FP&L. Este revés produjo un grave daño a la imagen del producto, poniendo en duda las ventajas que aseguraba tener.

Estos problemas Provocaron que las expectativas de utilidades de la empresa Bitor no fuesen alcanzadas, poniendo en duda la estabilidad financiera de la compañía, al punto que PDVSA piensa venderla, más aun cuando las investigaciones de la corporación venezolana en el campo de los pesados se dirigen a la obtención de crudos ligeros y medianos partiendo de los pesados, o lo que se ha llamado crudo sintético, y ya no a la utilización de los bitumenes de manera directa. Esto representa un factor de riesgo que es evaluado por inversionistas que buscan una fuente de combustible estable y confiable, factor agravado aun más por la situación política que atraviesa actualmente Venezuela. Una de las banderas que hondeaba con mas fuerza Bitor a la hora de promocionar su producto, es que Venezuela había sido el productor de crudo más confiable del mundo, ó por lo menos lo fue, hasta los sucesos de este año.

6. Conclusión

La Orimulsión, cuando es utilizada con la tecnología adecuada, representa una fuente de energía alternativa muy atractiva, sobretodo desde el punto de vista ambiental. Sin embargo, las fuentes de energía alternativas atractivas nunca son bien recibidas en el mundo del mercado energético. La Orimulsión no fue la excepción a esto. Mas que verdaderos obstáculos técnicos, la Orimulsión a tenido que enfrentarse a poderosos intereses económicos y políticos, que no están dispuestos a compartir su posición con nadie. Esta historia se ha repetido muchas veces con otras nuevas tecnologías en el área energética, y por lo general lleva mucho tiempo y esfuerzo lograr un lugar dentro de este tan competitivo campo.
Pero no se puede decir que la insignia de la innovación tecnológica venezolana tenga un futuro promisorio, ya que los cambios políticos que se suceden actualmente dentro de Petróleos de Venezuela, no dejan una visión muy clara de cual será el destino del combustible.

7. Bibliografía

Wade, Quimica Organica.
Bitor. www.orimulsionfuel.com
Sierra club. www.sierraclub.org
Revista PRODUCTO.

 

 

 

 

Autor:

Alexis Ramirez

Bárbula, 10 de Marzo de 2003.