El momento adecuado para los motores de combustión rica

Desde 2011, el Programa de Investigación sobre Gases de Efecto Invernadero (GHGRP, por sus siglas en inglés) de la EPA ha recopilado datos anuales sobre emisiones de casi 8000 grandes instalaciones industriales. (Foto: Adobe.)

La producción de gas natural en Estados Unidos promedió más de 100 mil millones de pies cúbicos diarios (Bcf/d) en octubre y noviembre, y se prevé que 2022 marque un hito histórico con un promedio récord de 98.0 Bcf/d para el año. La Administración de Información Energética (EIA) pronostica que la producción crecerá aproximadamente un 2% en 2023, con un promedio de entre 100 Bcf/d y 101 Bcf/d .

El compromiso de Estados Unidos de suministrar 530 mil millones de pies cúbicos adicionales de gas natural licuado (GNL) a los países europeos para apoyar los esfuerzos europeos por expandir sus fuentes de suministro de gas hizo que el flujo de GNL estadounidense a Europa alcanzara niveles récord durante todo 2022. Un estudio publicado por el Instituto Americano del Petróleo (API) y la Asociación Internacional de Productores de Petróleo y Gas (IOGP) reveló que se proyecta que la demanda europea de GNL aumentará un 150% entre 2021 y 2040.

Paralelamente, existe un reconocimiento cada vez mayor de la necesidad mundial de limitar el impacto del cambio climático, y el metano, segundo gas de efecto invernadero (GEI) más abundante después del dióxido de carbono, constituye un objetivo prioritario. Inversores, accionistas, gobiernos y comunidades analizan con lupa la intensidad de carbono asociada a la producción de combustibles fósiles, lo que impulsa a los productores de energía a buscar formas nuevas e innovadoras de reducir sus emisiones de metano .

Los motores de gas natural, también conocidos como motores primarios, que proporcionan energía mecánica a los compresores ubicados a lo largo de los 48 estados contiguos de EE. UU. (3 millones de millas), se clasifican generalmente en tres tipos: de dos tiempos de combustión pobre, de cuatro tiempos de combustión pobre y de cuatro tiempos de combustión rica, con una vida útil de 50 a 60 años. ¿Por qué son importantes estos tres tipos?

Programa de Notificación de Gases de Efecto Invernadero (GHGRP)

Son importantes porque la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) propone enmiendas a disposiciones específicas del Programa de Notificación de Gases de Efecto Invernadero (GHGRP, por sus siglas en inglés) para mejorar la calidad de los datos recopilados en el marco de este programa. Desde 2011, el GHGRP de la EPA ha recopilado datos anuales de emisiones de casi 8000 grandes instalaciones industriales y otras fuentes en Estados Unidos que emiten 25 000 toneladas métricas de CO₂ equivalente (tCO₂e) o más al año. Según la EPA, las revisiones propuestas mejorarían aún más la calidad de los datos de la categoría de fuentes de petróleo y gas natural (Subparte W), de modo que el GHGRP siga siendo una herramienta útil tanto para la EPA como para el público para comprender las emisiones de este sector.

Los estudios citados en la propuesta de norma GHGRP indican que una parte significativa de las emisiones puede deberse al metano no quemado presente en el escape de los motores compresores de gas natural, también conocido como «escape de combustión» o «escape de metano». Los estudios afirman además que las emisiones de los motores compresores de gas natural incluidas en el GHGRP están significativamente subestimadas porque no tienen en cuenta el escape de combustión.

Por lo tanto, la EPA propone revisar las metodologías para determinar las emisiones de combustión de los motores de compresor para tener en cuenta el deslizamiento de la combustión. Los informantes utilizarían factores de emisión específicos de la subparte W según la clase de diseño del motor (por ejemplo, de dos tiempos de combustión pobre, de cuatro tiempos de combustión pobre, de cuatro tiempos de combustión rica u otros) en la nueva Tabla W-9 propuesta. En la propuesta original, la EPA indicó que las revisiones entrarían en vigor el 1 de enero de 2023 y que los informantes implementarían los cambios a partir de los informes preparados para el año de reporte 2023 y presentados antes del 1 de abril de 2024. Al momento de esta publicación, no está claro cuándo entrarán en vigor los nuevos factores de emisión. Véase la Figura 1 para comparar los factores de emisión actuales con los propuestos.

Figura 1: Factores de emisión GHGRP actuales comparados con la Tabla W-9 de la subparte W de la Parte 98, factores de emisión de metano predeterminados propuestos para compresores-accionadores de gas natural.

Como se desprende de los factores de emisión propuestos, los motores de cuatro tiempos de mezcla rica emiten, por su propia naturaleza, menos metano. Estos motores operan cerca de la relación estequiométrica aire-combustible (16:1), donde teóricamente se consume el 100 % del combustible y el oxígeno durante la combustión. En la práctica, esto se traduce en una eficiencia de combustión de aproximadamente el 99,7 % y en una reducción de las emisiones de metano superior al 90 %. Con los sistemas de postratamiento de gases de escape adecuados, los valores de emisión se estabilizan, de modo que se pueden lograr condiciones prácticamente idénticas para motores de mezcla pobre y rica.

Ley de Reducción de la Inflación (IRA)

En otro paralelismo, en agosto de 2022, el presidente Joe Biden promulgó la Ley de Reducción de la Inflación (IRA), que incluye un impuesto sobre las emisiones de metano de determinadas entidades del sector del petróleo y el gas. Este impuesto se aplica a las instalaciones obligadas a informar sobre sus emisiones de GEI al Programa de Reporte de Gases de Efecto Invernadero (GHGRP). A partir del 1 de enero de 2024, el impuesto comienza en 900 dólares por tonelada métrica de metano y aumenta a 1500 dólares después de dos años, lo que equivale a 36 y 60 dólares por tonelada métrica de dióxido de carbono equivalente, respectivamente.

El cargo por metano de la IRA se aplica a un subconjunto de las instalaciones del sistema de petróleo y gas natural que deben informar sobre las emisiones de GEI, incluidas múltiples aplicaciones intermedias: producción de petróleo y gas natural en tierra y mar adentro, procesamiento de gas natural en tierra, compresión de transmisión de gas natural en tierra, almacenamiento subterráneo, recolección y bombeo de petróleo y gas natural en tierra y oleoductos de transmisión.

El alcance de las emisiones sujetas al cargo se basa en las emisiones reportadas por la instalación según el programa GHGRP de la EPA y en un umbral de emisiones que varía según el tipo de instalación:

• Para las instalaciones de producción de petróleo y gas natural, el cargo se aplica únicamente al número de toneladas de metano declaradas que superen el 0,2% del gas natural enviado a la venta desde dicha instalación.
• Para las instalaciones que no son de producción, como las de recolección y las de presurización, el cargo se aplica a las emisiones de metano que superen el 0,05% del gas natural enviado para su venta desde la instalación.
• Para las instalaciones de transmisión de gas natural, el cargo se aplica a las emisiones de metano que superen el 0,11% del gas natural enviado para su venta desde la instalación.

Con los cambios propuestos al GHGRP para contabilizar de forma más precisa el escape de metano en los gases de escape de los motores, sumado a la carga de metano de la IRA, con emisiones de metano un 90 % menores , los motores de combustión rica pueden satisfacer de forma sostenible la creciente demanda de la producción de combustibles fósiles, lo que convierte este momento en el “momento adecuado para la combustión rica”.