Cavernas existentes en la capa de sal oceánica podrán almacenar CO2

Una tecnología desarrollada por científicos del Centro de Investigaciones para la Innovación en Gas, financiado por la FAPESP y Shell, ya cuenta con una patente depositada

Por Marcos de Oliveira  |  FAPESP Investigación para la Innovación – La explotación de petróleo en el área de la capa presal brasileña ha generado nuevas tecnologías tendientes a afrontar las dificultades que surgen en aguas profundas y en las largas distancias existentes desde la costa. Una de éstas, desarrollada por científicos vinculados al Centro de Investigaciones para la Innovación en Gas (RCGI), en São Paulo, Brasil, resultó en una patente recientemente depositada en el INPI, el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial, el organismo que se encarga en el país de la concesión y la gestión de la propiedad intelectual para la industria. Con sede en la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli/USP), el RCGI es un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE) financiado por la FAPESP y por la empresa petrolera Shell.

Esta novedad es un sistema que separa mediante gravitación el dióxido de carbono (CO₂) y el gas metano (CH₄) que se encuentran mezclados en los pozos de petróleo, fundamentalmente en las reservas de la capa presal, en aguas ultraprofundas, con lámina de agua (desde la superficie hasta el suelo marino) de entre 2.000 y 3.000 metros de profundidad.

La solución de los investigadores indica que la separación y la retención del CO₂ pueden ocurrir en cavernas construidas en la capa de sal. La excavación y la formación de esas cavernas se concretarían mediante lixiviación, con agua del mar a alta presión moldeando ambientes de hasta 450 metros de altura por 150 metros de ancho. Se estima que cada caverna podría almacenar hasta 8 millones de toneladas de CO₂.

Ese CO₂ posee un mercado equivalente a poco más del 1% del total de emisiones totales de este gas. El CO₂ se utilizado en la industria de alimentos, por ejemplo, en la producción de refrescos, entre otros productos, y en la industria petroquímica. Pero la parte que es liberada en la atmósfera es perjudicial para el medio ambiente, tan es así que el CO₂ es el principal causante del calentamiento global y de los cambios climáticos. Con la técnica presentada en la patente, este gas puede permanecer almacenado en las cavernas para siempre.

En la capa presal, el petróleo producido está mezclado con gas natural, en fase líquida y gaseosa, con concentraciones de CO₂ que varían del 20% al 60%. “La técnica actual de separación del CO₂ y el gas natural se vale de membranas en la propia plataforma de explotación petrolífera. Pero es un sistema caro. Hace 20 años, el CO₂ se liberaba en la atmósfera y el metano [el principal componente del gas natural] se quemaba en antorchas situadas en lo alto de las torres de las plataformas de petróleo o en las refinerías”, declaró Julio Meneghini, coordinador del RCGI y docente de la Poli/USP, a Agência FAPESP.

Las cavernas situadas en el subsuelo marino para el alojamiento de hidrocarburos (petróleo, gas, etc.) ya existen desde la década de 1960 y suman en la actualidad más de 4.000.

La invención de los investigadores del RCGI unió el uso de las cavernas a la separación del CO₂ y del gas natural (CH₄) contando con la gravedad. Una vez extraído del pozo, el gas mezclado (CO₂ + CH₄) se inyecta a alta presión en las cavernas con la ayuda de una capa de un fluido sintético que separa a los gases del agua del mar, no permite que ambos elementos se mezclen y funciona como una especie de repelente tanto contra el gas como contra la salmuera.

El concepto innovador reside en la utilización de presiones de entre 500 y 600 atmósferas (atm) que hacen que el CO₂ permanezca en un estado termodinámico supercrítico, en el cual la densidad es similar a la de un líquido, pero con una viscosidad más baja que la del estado gaseoso.

De este modo, al ser más pesado, se produce su separación: el gas natural (compuesto por metano en mayor cantidad, y etano y propano) queda en la parte superior de la caverna, y así puede extraérselo más fácilmente para su comercialización.

“En la caverna, y sin el CH₄, es posible disminuir la presión interna y transformar el CO₂ en gas. De este modo, la caverna puede recibir más dióxido de carbono. Y así, cuando se encuentre llena, podrá sellársela y abandonársela”, explicó Meneghini. Aun en casos extremos tales como terremotos, por ejemplo, el contenido de las cavernas permanece retenido porque las rocas salinas logran autoarrepararse rápidamente, sin dejar grietas abiertas.

Propiedad intelectual

Estas cavernas pueden moldearse en la franja de sal que mide alrededor de 3 kilómetros de altura, entre los bolsones de petróleo, debajo, y el suelo marino, con los mismos aparatos que se emplean para inyectar agua de mar en los pozos de petróleo. Esto ocurre cuando el pozo se encuentra en el final de su vida útil y la presión del agua inyectada hace que se suelte el resto de petróleo aprisionado entre las rocas.

Las cavernas deben estar situadas cerca de las plataformas de explotación para recibir la energía eléctrica que hará que funcionen las bombas instaladas en el fondo del mar para inyectar el agua con un caudal de entre 200 y 1.000 metros cúbicos por hora. Otras estructuras tubulares conocidas como risers se emplean para la inyección de gas. El seguimiento de lo que sucede en el interior de las cavernas podrá realizarse con sensores de presión y de gases.

Los científicos del RCGI trabajan actualmente en la cuenca de Espírito Santo, a 50 kilómetros de la costa. Mediante modelado computacional, estimaron que pueden construirse 14 cavernas en dicha cuenca.

El gas natural extraído puede emplearse para la generación de energía eléctrica en la propia plataforma o almacenárselo como una reserva estratégica. Otra ventaja es la capacidad de almacenar CO₂ en lugares alejados de los centros habitados.

Los investigadores de la USP que participan en la patente son Álvaro Maia da Costa, Pedro Vassalo Maia da Costa, Cláudio Oller, Felipe Rugeri, Júlio Meneghini y Kazuo Nishimoto.