Reducción de Emisiones de Picarro

Una solución innovadora y eficaz para cumplir con los compromisos regulatorios y alcanzar los objetivos de mitigación de emisiones en las empresas de gas natural.

Por Global Energy

Las emisiones de metano están en el centro de la crisis climática actual debido a la enorme contribución del metano al calentamiento global. El metano es uno de los gases de efecto invernadero más potentes y tiene alrededor de 86 veces más impacto negativo sobre el cambio climático que el dióxido de carbono en los primeros 20 años en la atmósfera. Este representa hasta el 25% del calentamiento histórico atribuible a las actividades humanas y se considera el principal gas de efecto invernadero responsable del calentamiento a corto plazo. Gran parte del metano que ingresa a nuestra atmósfera proviene de fuentes que pueden mitigarse de manera efectiva.

Además, debido a la corta vida útil del metano en la atmósfera (solo de 12 a 15 años frente a más de 100 años para el dióxido de carbono), se puede lograr una reducción significativa de los gases de efecto invernadero en la atmósfera en una sola generación. Con los protocolos y la tecnología adecuados, la humanidad puede ganar la lucha contra las emisiones fugitivas de metano y, por lo tanto, cambiar drásticamente la tendencia al calentamiento de nuestro planeta. Reportar y reducir las emisiones de metano es la mayor palanca que se puede utilizar hoy en día para frenar el calentamiento global, y Picarro tiene la solución que se puede utilizar como base del proceso de reporte y gestión de emisiones en todas las empresas distribuidoras de gas natural.

El sistema de medición de emisiones de Picarro se constituye como la solución perfecta al difícil problema de generar un inventario completo y preciso de las emisiones totales de una empresa distribuidora de gas en todas sus geografías y a lo largo del tiempo. Este innovador sistema alojado en la plataforma de análisis P-Cubed® genera un inventario de factores de emisión basados en mediciones que representan un registro sustancialmente más preciso de las emisiones totales. Sin tener un claro entendimiento de las emisiones totales de metano en una red de gas natural, se vuelve muy cuesta arriba emprender un programa efectivo de reducción de emisiones. Si no se han medido las emisiones de su red, es difícil saber por dónde empezar a reducirlas. Una empresa de distribución de gas puede usar el sistema de Picarro para monitorear, cuantificar y reportar eficientemente las emisiones y reducciones, año tras año, por área geográfica.

A continuación, se describen los pasos requeridos para lograr un sistema viable de gestión y reporte de emisiones de metano, paso a paso. También se presenta información sobre cómo las tecnologías de Picarro pueden proporcionar un sólido sistema de notificación de emisiones.

Habilitación de objetivos ESG

Al considerar las emisiones fugitivas de metano de la industria, es importante tener en cuenta que toda la cadena de valor del gas natural (upstream, midstream, downstream y distribución) debe medir e informar con precisión sus emisiones. Además, deben producir e implementar un plan para reducir significativamente sus emisiones a lo largo del tiempo. Este mandato proviene de organizaciones comerciales globales, gobiernos, reguladores, comunidades, accionistas y mercados financieros. La reducción de las emisiones de metano es uno de los principales objetivos ambientales, sociales y de gobernanza (ESG) para muchas empresas en la actualidad, y las empresas que se desempeñan bien frente a estos KPI de reducción de emisiones de metano están encontrando un mejor financiamiento, siendo elogiadas además por la audiencia, y probablemente superando a sus competidores de mercado. Los operadores de sistemas de distribución (DSO) que gestionan las redes de distribución de gas nacionales, regionales e incluso locales no son una excepción al mandato y, de hecho, son fundamentales para ayudar a la industria del petróleo y el gas en su conjunto a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que la distribución representa un porcentaje significativo de las emisiones totales de la industria en la mayoría de los países del mundo.

Finalmente, existe una gran oportunidad en torno a la implementación de programas efectivos de gestión y reducción de emisiones que pueden ayudar a los operadores a lograr mejores resultados de seguridad, reducir los impactos operativos en el medio ambiente, aumentar la eficiencia del capital y transformar el gas para lograr operaciones con cero emisiones netas, allanando el camino para una distribución de gas natural más segura y verdaderamente sostenible en el futuro.

La clave para comprender y abordar el problema de las emisiones de metano es identificar, medir, cuantificar y, en última instancia, reducir las emisiones de metano de nuestras actividades Industriales, comerciales, y residenciales. Primero, sabemos que algunas emisiones son el resultado inevitable de sistemas y procesos asociados al gas natural, por lo que es fundamental identificar estas fuentes para que puedan ser mitigadas o compensadas. Las fuentes basadas en el diseño incluyen cosas como antorchas o venteos de sobrepresión que son parte de la cadena de valor de procesamiento y transporte de gas natural. Sin embargo, el verdadero culpable del impacto de las emisiones de metano en el calentamiento global son las emisiones inesperadas o fugitivas. Estas emisiones no son inherentes al diseño del sistema de gas natural y por lo tanto son extremadamente negativas para el medio ambiente, y además representan una pérdida de ingresos y ganancias. Las emisiones fugitivas son un importante contribuyente a las emisiones globales de los DSO en todo el mundo. Los ejemplos de emisiones fugitivas incluyen fugas en tuberías, válvulas defectuosas, o antorchas ineficientes.

Mitigación y Reducción Efectiva de Emisiones

Identificar y medir las emisiones fugitivas es el primer paso. Actualmente, existen muchas tecnologías en el mercado, incluyendo dispositivos portátiles, soluciones móviles avanzadas de detección de fugas, basadas en vehículos y drones (AMLD), métodos aéreos (LIDAR), sensores de monitoreo continuo, y hasta satélites. No todas las tecnologías son adecuadas para medir y reducir las emisiones en un sistema de distribución de gas natural. Una buena medida de la idoneidad para su uso en redes de distribución es el llamado límite inferior de detección (MDL) en comparación con la tasa de emisión logarítmica normal frente a la distribución de fugas acumuladas. Como se evidencia en la Figura 2, la naturaleza altamente sesgada del gráfico significa que muy pocas fugas comprenden un gran porcentaje de las emisiones totales (es decir, <10% de las fugas totales pueden comprender el 40-50% de las emisiones totales).

Si no se han medido las emisiones de su red, es difícil saber por dónde empezar a reducirlas. Impulsado por el nuevo algoritmo de cuantificación de emisiones (EQ) de tercera generación, la medición de emisiones permite su estimación basada en mediciones de fuentes puntuales reales.

La medición con Picarro permite que un operador o una empresa de distribución local (LDC) gestione sus objetivos ESG, las expectativas de los accionistas, y anticipe los futuros requisitos normativos de informes.

Desafortunadamente, muchas tecnologías simplemente no tienen un MDL lo suficientemente bajo como para ver la gran mayoría de las fugas en una red de distribución; en algunos casos, su “punto ciego” incluso incluye fugas grandes de >10-20 pies cúbicos estándar hora (SCFH), y si la tecnología no puede medir la fuga porque está por debajo del límite mínimo de detección, es posible que el operador no sepa cómo mitigarla, lo que resulta tanto en una red menos segura, como en una oportunidad perdida para reducir las emisiones. Para informar con precisión las emisiones de referencia e impulsar esfuerzos significativos de reducción de emisiones, es importante poder medir las fugas de todos los tamaños contenidas en la red.

En el Whitepaper de Highwood Emissions Management, “Leak Detection Methods for Natural Gathering, Transmission, and Distribution Pipelines”, se busca comparar varias tecnologías para brindar alguna orientación a los operadores interesados en usarlas para la medición de emisiones, preparación de informes, y programas de reducción. Usando este Whitepaper y otras evidencias disponibles, se puede concluir que:

• Dispositivos portátiles: por lo general, no son lo suficientemente sensibles y son muy lentos (no escalables para abarcar toda la red en una cantidad significativa de tiempo) y tienen una tasa de búsqueda baja.

• Satélites: resolución espacial baja, tiene MDL ultra alto.

• LIDAR aerotransportados: costoso de implementar, depende del clima, es posible que no pueda acceder a todas las áreas debido a las regulaciones de la Administración de Aviación del Gobierno, zonas de exclusión aérea, etc. Tiene un MDL alto.

Drones: bueno para casos de uso específicos (principalmente procesamiento upstream y downstream, potencial para midstream), altos costos operativos, alcance y tiempo de uso limitados.

• AMLD (Detección móvil avanzada de fugas) basada en vehículos: MDL muy bajo (hasta 0.01 SCFH usando un sensor PPB - Partículas por mil millones), escalable en toda la red, muy rentable.

De lo anterior, se puede ver claramente que AMLD basado en vehículos puede ser la forma más poderosa de recopilar los datos de emisiones necesarios para calcular una estimación de emisiones basada en mediciones en toda la red. Por ejemplo, AMLD de Picarro es una tecnología y metodología probadas que se utilizan para el cumplimiento o la inspección de fugas reglamentarias en 10 estados de EE. UU. y ha sido adoptada por más de 30 clientes en todo el mundo. Ahora, con el algoritmo avanzado de detección de fugas (ALD 4.0) de cuarta generación de Picarro, las empresas de distribución de gas pueden esperar un rendimiento inigualable con una tasa de detección de fugas > 90 %, falsos positivos < 10 % y campo de visión > 90 %. Además, la precisión de la estimación de flujo de Picarro ha sido validada durante ocho años a través de múltiples estudios de liberación controlada con operadores de gas y se aprovecha ampliamente en los flujos de trabajo de producción en todo el mundo. Con AMLD de Picarro, una empresa de distribución local puede cubrir toda su red anualmente, con alta precisión de las concentraciones de metano medidas, una comprensión clara de qué activos tienen fugas y la capacidad de informar claramente los cambios en el rendimiento de los activos de la red a lo largo del tiempo y con granularidad.

Una vez que se detecta una fuga, debe medirse, y aquí es donde la sensibilidad y la precisión de la tecnología realmente comienzan a importar. La medición precisa de las fugas es el proceso crítico que permite cuantificar aún más las emisiones en el sitio o activo individual. Además de poder medir con precisión las fugas, es muy importante tener suficiente cobertura sobre la infraestructura para comprender realmente la magnitud o el impacto de esa fuga, y saber cuán grande es el problema de las emisiones fugitivas. Esta necesidad de precisión y eficiencia (escalabilidad) es el árbitro final de la tecnología en la búsqueda de cuantificar con precisión las emisiones a gran escala. En el futuro, las tecnologías correctas que sustenten un programa de reporte y reducción de emisiones deben basarse en la medición y permitir a los operadores de gas detectar sus fugas, medir y cuantificar las emisiones representadas por esas fugas de una manera escalable y eficiente desde el punto de vista operativo.

Cuantificación de Flujos en Fugas

Después de identificar y medir las fugas encontradas en una red de gas natural, existe una variedad de métodos potenciales a elegir para cuantificar la tasa de fuga. Estos métodos van desde la medición directa del flujo de gas del suelo, el cálculo del flujo a partir de la concentración en el aire, hasta las técnicas de imagen óptica que intentan cuantificar las emisiones de metano en función del volumen de la pluma o nube de gas, e incluso el espectro de absorción. Una vez que un DSO tiene a mano las tasas de flujo de fugas individuales, el siguiente paso es reducir la escala al nivel del sitio, al nivel del área geográfica y, finalmente, al nivel de la red completa para producir una cuantificación de las emisiones de metano en la escala de la organización.

Tradicionalmente, la cuantificación a escala de red se puede lograr de dos maneras. Ambos métodos son estimaciones y ninguno es particularmente preciso. En primer lugar, generalmente se obtiene una estimación de arriba hacia abajo “top-down” agregando mediciones (o una combinación de mediciones y factores de emisión) para áreas geográficas a gran escala, como una ciudad o región completa.

Este tipo de estimaciones a menudo ignoran los eventos de emisión que no son continuos, que pueden incluir fuentes de metano que no son convincentes para el cálculo (es decir, gas de otro operador, granjas lecheras o incluso gas malversado), y generalmente no brindan información accionable que un operador puede usar para mejorar el rendimiento de su red debido a la visibilidad o la escala de medición usada. En segundo lugar, una estimación de abajo hacia arriba “bottom-up”, la cual toma medidas o factores de emisión para activos de pequeña escala, como bombas, tuberías, juegos de medidores, etc., y los suma para producir un volumen total de emisiones. Este método tiene dificultades debido a la naturaleza genérica de los factores de emisión, la imprecisión en la medición de las emisiones de metano bajo tierra o a nivel de activos, la dificultad de medir grandes geografías de manera oportuna y el error incremental asociado con el proceso aditivo utilizado para cuantificar las emisiones totales de la red.

Cabe señalar que la gran mayoría de las metodologías actuales basadas en coeficientes ascendentes no se basan en mediciones directas. No representan con precisión las emisiones reales y no ubican ni cuantifican los emisores individuales (lo que limita su utilidad para reducir las fugas y las emisiones); por lo tanto, no son particularmente adecuados para reportes de emisiones significativas o programas de reducción de emisiones.

Aprovechar el aprendizaje automático para acelerar la medición

En 2022, Picarro ha dado un gran paso adelante para ayudar a la industria del petróleo y el gas a reducir las emisiones al lanzar el sistema de medición de emisiones en red para la plataforma P-Cubed®. Impulsado por el nuevo algoritmo de cuantificación de emisiones (EQ) de tercera generación, la medición de emisiones permite la estimación de emisiones de arriba hacia abajo basada en mediciones de fuentes puntuales reales, similar a un cálculo de abajo hacia arriba. Utiliza un enfoque único de promedio de tiempo basado en fugas que se ha probado comercialmente con más de cuatro años de implementación exitosa. Con la medición de emisiones, los operadores podrán crear un inventario completo de las fuentes de emisiones de la red, clasificadas desde 0.01 SCFH hasta más de 100 SCFH. El sistema genera factores de emisión basados en mediciones que están calibrados y optimizados para cada operador, muy lejos de los factores de emisión genéricos que pueden no ser representativos de activos específicos. Los protocolos y la metodología de Picarro respaldan completamente los esquemas de reportes de emisiones de metano voluntarios existentes y futuros, incluidos OGMP 2.0, Project Veritas, NGSI, Marcogaz y OneFuture. Finalmente, varios operadores ya utilizan la medición de emisiones para reportar sus emisiones e impulsar los esfuerzos de reducción de estas. Algunos de estos operadores incluyen ITALGAS en Italia y PG&E en los EE. UU., y muchos más también se están moviendo hacia la adopción de esta tecnología en 2023.

A fin de mejorar los esfuerzos de Picarro para medir y reducir las emisiones, se están introduciendo varias herramientas de visualización basadas en GIS (Sistemas de Información Geográfica). La primera herramienta que se lanzó en 2022 fue Network Assessment Viewer (NAV). El NAV es una representación intuitiva e interactiva de todas las fuentes de metano medidas y las emisiones asociadas en la red de un DSO. Esta permite calcular las densidades de fugas y emisiones y las emisiones totales de metano para los activos de la red. Además, agrega estos datos en diferentes niveles geoespaciales (zoom-in y zoom-out), desde local a regional, hasta la escala completa de la red. El NAV impulsará múltiples aplicaciones, incluida la medición y el reporte de emisiones. También se está desarrollando un conjunto de paneles o pantallas para permitir a los operadores realizar un seguimiento de sus emisiones en todas las regiones y a lo largo del tiempo. Para fines de 2022, Picarro implementó el concepto de medición y generación de informes para todos los activos del operador y fuentes de emisiones, lo que da como resultado un mecanismo integral de generación de informes de emisiones.

Trazando un camino claro para reducir las emisiones

Si se puede inspeccionar una red de distribución todos los años, como están haciendo hoy en día varios operadores con Picarro, se puede lograr la cuantificación a gran escala de las emisiones totales de la red utilizando una única tecnología y metodología de cuantificación. La medición anual de toda la red con Picarro permite que un operador o una empresa de distribución local (LDC) gestione sus objetivos ESG, las expectativas de los accionistas, y anticipe los futuros requisitos normativos de informes a través de un esquema de cuantificación y reporte de emisiones de red centrado en los datos.

Si no fuera posible medir toda la red anualmente, al menos tener factores de emisión basados en datos reales y soportados en la medición por clase o tipo de activo, que estén optimizados para su infraestructura, permitiría una visión más completa y precisa de las emisiones de la red y ayudaría a reducir las emisiones totales de la red, en comparación con los factores de emisión genéricos comúnmente utilizados (p. ej., GHGRP de la EPA) en una metodología de cuantificación como NGSI u OGMP 2.0. Al profundizar en los reportes voluntarios, la medición de emisiones proporciona un camino claro para lograr el “estándar de oro” de nivel 4 o nivel 5 en OGMP 2.0 y el nivel más alto en muchos otros esquemas de informes voluntarios, ya que se basa en la medición directa tanto en el sitio como en la fuente.

Hay un camino claro para tomar el control de las emisiones fugitivas de metano para cualquier organización, y es hora de emprender ese viaje. Tener la hoja de ruta hacia el éxito junto con las herramientas adecuadas para respaldar el esfuerzo es el camino por seguir. En Picarro queremos ayudar a crear una visión clara del problema de las emisiones de metano, y presentar el camino para implementar una solución, así como algunas herramientas que la industria del gas natural puede utilizar y, finalmente, mostrar el valor que estas iniciativas tienen para negocio. Conocer el volumen total de emisiones de una organización es un paso crítico para poder reducir significativamente las emisiones y recibir crédito por esas reducciones. Mediante el uso de la Solución Picarro, es posible medir las emisiones, reportar el resultado y reducirlas con el tiempo, creando un futuro verdaderamente

El sistema de medición de emisiones de Picarro es la solución perfecta al problema de generar un inventario completo y preciso de las emisiones de una empresa distribuidora de gas.

El metano es el principal gas de efecto invernadero.

La reducción de las emisiones de metano es uno de los principales objetivos ambientales, sociales y de gobernanza (ESG) para muchas empresas en la actualidad.