Patente para nanomateriales que facilitan extracción y manejo de crudos extrapesados

Para 2040 la demanda mundial de petróleo aumentará un 23 % en comparación con los registros actuales, lo que significa producir más de 111 millones de barriles diarios, según la Organización de Países Exportadores de Petróleo.

Por eso, y teniendo en cuenta que la extracción del hidrocarburo, su quema, transporte y servicios derivados son contaminantes (liberan, por ejemplo, dióxido de carbono a la atmósfera y otros gases de efecto invernadero), los científicos buscan alternativas que permitan tanto suplir la demanda exponencial como aportar a que haya menos afectaciones ambientales.

Con su tesis de doctorado en Ingeniería y en Química, títulos otorgados por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín y la Universidad de Granada (España), el ingeniero de petróleos Óscar Enrique Medina Erazo desarrolló unos nanomateriales que actúan en dos frentes: facilitan el manejo del crudo pesado y extrapesado, y reducen el aporte a la huella de carbono.

“Ese tipo de crudos representan el 70 % de las reservas mundiales, por eso es necesario mejorar sus formas de extracción. Así mismo, el hidrógeno es una de las fuentes de energía renovables más prometedoras, pues su contenido energético es 2,7 veces mayor al de la gasolina”, explica.

Un petróleo muy viscoso: imagine la miel

Uno de los mayores retos con el crudo pesado y extrapesado es que tiene una viscosidad muy elevada, tanto en condiciones de yacimiento (dentro de la roca) como en superficie (por fuera de la roca).

“Se comporta como la miel, por ejemplo. Recordemos que el crudo debe fluir desde el subsuelo hasta la superficie a través del pozo, por un conducto similar a una tubería. Ahora bien, por esa alta viscosidad es difícil que se mueva, pero, como ocurre con la miel, hay formas de hacer que sea más fluida, por ejemplo calentándola”, explica Camilo Andrés Franco Ariza, profesor del Departamento de Procesos y Energía de la UNAL Sede Medellín y codirector de la tesis doctoral.

En el país existen distintos métodos para facilitar la extracción de estos crudos. Uno de ellos es la inyección de vapor cíclica, que alcanza temperaturas de hasta 300 °C y llega al fondo del pozo facilitando la circulación.

“En esa parte del proceso pueden inyectarse los nanomateriales, bien sea en un bache líquido, o dispersos en la corriente de vapor como un aerosol. Dependerá de la necesidad”, añade el investigador Medina.

Un beneficio adicional es que después de la extracción, el crudo mantiene sus nuevas propiedades, es decir, sigue siendo poco viscoso aun estando en superficie.

“Como la miel, si esta se enfría vuelve a ser viscosa. Eso tratamos de solucionarlo. El crudo tiene unas moléculas muy pesadas llamadas asfaltenos, que las nanopartículas –hechas a partir de elementos de tierras raras y metales de transición como níquel, hierro, cobalto– ‘atacan’: las ‘rompen’ para que sean más livianas de forma permanente”, complementa el profesor Franco.

Los procesos que se llevan a cabo en campo fueron replicados en laboratorio, incluyendo simulaciones numéricas y un yacimiento que permitió evaluar el potencial de las nanopartículas. “Vimos que incrementan hasta en un 90 % la recuperación de crudo pesado y extrapesado. Además, permitirían reducir hasta un 50 % en el uso de agua y en el consumo energético para generar vapor, así mismo, la reducción considerable (del 90 %) de las emisiones de dióxido de carbono, ácido sulfhídrico y metano”.

Estos hallazgos abrieron una puerta importante para futuros estudios en torno a la transición energética, pues la interacción de las nanopartículas con el crudo genera hidrógeno en el proceso, un elemento que es una de las alternativas más prometedoras a favor del medioambiente.

“El mundo necesita tecnologías de secuestro, captura y almacenamiento de dióxido de carbono y no ideologías anticombustibles”, concluye el doctor Medina, sugiriendo que la invención fomenta la transición energética, al darle un valor agregado “verde” a los procesos convencionales.

La investigación, que logró una patente de invención por parte de la Superintendencia de Industria y Comercio, fue financiada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, y la Agencia Nacional de Hidrocarburos. Además, contó con la participación de otros docentes como el profesor Farid Cortés Correa, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, de centros de educación superior como la Fundación Universidad de América, y de empresas como Ecopetrol.