La industria mundial de refinación de petróleo se encuentra en una encrucijada histórica. Durante más de un siglo, el petróleo crudo ha sido el principal alimento para producir combustibles de transporte, lubricantes y bloques de construcción petroquímicos. Hoy, impulsado por la intensificación de las regulaciones ambientales, compromisos corporativos netos cero y creciente presión social para descarbonizar, los refineros están explorando e integrando activos renovables en sus operaciones.

El cambio hacia las materias primas renovables: conductores y motivaciones

El impulso para las materias primas renovables en la refinación es impulsado por múltiples fuerzas convergentes. Los marcos de políticas son un factor principal: la Directiva de Energía Renovable de la Unión Europea (RED II), la norma de combustible renovable (RFS) y la norma de combustible de bajo carbono de California (LCFS) crean incentivos económicos para los combustibles de menor carbono.

Tipos de materia prima renovable clave

Los productos alimentarios renovables abarcan una variedad de materiales orgánicos que pueden convertirse en combustibles, productos químicos y bioproductos. Comprender sus características es fundamental para las refinerías seleccionando las opciones más viables y escalables para el procesamiento conjunto o unidades dedicadas.

Aceites y grasas de desechos

El aceite de cocina usado (UCO), las grasas animales (grasa amarilla, amarilla), y el aceite de maíz inedible se encuentran entre los alimentos más avanzados comercialmente. Son ricos en triglicéridos y ácidos grasos libres, haciéndolos adecuados para el procesamiento hidroeléctrico para producir diesel renovable y SAF. El suministro, sin embargo, se limita con la infraestructura de recogida y la competencia de otros usos como los oleoquímicos.

Aceites vegetales

El aceite de palma, el aceite de soja, el aceite de canola y el aceite de semilla de violación son materias primas totalmente probadas, pero suscitan preocupación por el cambio de uso de la tierra, la deforestación y la competencia con el suministro de alimentos. La industria se aleja de los aceites vírgenes de grado alimenticio hacia fuentes de menor impacto como los residuos y residuos.

Biomasa lignocelulósica

Los residuos de madera, los residuos agrícolas (estufador de maíz, paja de trigo) y los cultivos energéticos (miscanto, cambio de grasa) proporcionan un recurso más abundante y no alimentario que compite. Requieren conversión a través de gasificación o pirolisis para producir bio-intermedios como singas o bio-oil, que luego se puede actualizar en una refinería. El nivel de preparación de tecnología para las materias primas celulós es menor que para las grasas y las plantas comerciales.

Algae

Las microalgas y las macroalgas ofrecen el potencial para los altos rendimientos de petróleo por acre sin competir por tierra agrícola. A pesar de décadas de investigación, el costo de cultivo, cosecha y extracción de petróleo sigue siendo prohibitivo para la producción de combustible a gran escala. Las algas son más propensos a entrar en mercados de mayor valor (neracéuticos, cosméticos) antes de escalar en combustibles de productos básicos, pero los avances en ingeniería genética y diseño fotobioreactoralcántico podrían cambiar.

Plásticos de residuos (Reciclaje químico)

Aunque se diferencia de las materias primas basadas en la biomasa, los plásticos de fin de vida representan una fuente creciente de materias primas renovables o circulares. La pirolisis y la depolymerización convierten desechos plásticos mixtos en fracciones hidrocarburos líquidas (naphtha, ceras, aceites) que pueden ser alimentados en un grieta o hidrocracker para producir olefinas y nuevos plásticos.

Tecnologías que permiten la integración en las refinerías

Los recicladores están implementando una serie de tecnologías para manejar las materias primas renovables, ya sea mediante el procesamiento conjunto de las fracciones de crudo en unidades existentes o mediante la construcción de plantas dedicadas. La elección depende del tipo de materia prima, la pizarra de productos deseada y la compatibilidad de infraestructura.

Hidroprocesamiento (Ruta HEFA)

El procesamiento de hidrogeno es la tecnología más madura y ampliamente adoptada para las materias primas renovables. En este proceso, los triglicéridos y los ácidos grasos libres de aceites y grasas se reaccionan con hidrógeno a altas temperaturas y presiones sobre catalizadores especializados.La reacción elimina el oxígeno en forma de agua (hidrooxigenación) y dióxido de carbono (decarboxilación), produciendo parafinas de cadena recta.

Pyrolisis y Actualización

La biomasa lignocelulósica descompone la biomasa rápida en ausencia de oxígeno para producir bio-oil, biocarburante y gases no condensables. El bio-oil crudo es ácido, rico en oxígeno y inestable, lo que requiere que la hidrodexigenación sea compatible con unidades de refinería. El bio-oil mejorado resultante puede alimentarse junto con el petróleo crudo en una unidad FCC

Gasificación y Fischer-Tropsch Synthesis

La gasificación convierte cualquier materia prima carbonatada en singas (CO + H2), que puede ser limpiada y convertida catalíticamente en líquidos hidrocarburos a través de la síntesis Fischer-Tropsch (FT). La tecnología está bien establecida para el carbón y el gas natural (GTL), y se está demostrando con biomasa y residuos. Los productos (naphtha, diesel, ceras) son prácticamente idénticos a las plantas de producción de combustible de escaparado.

Conversión bioquímica (Fermentación y Digestión Anaeróbica)

Los microorganismos y enzimas pueden convertir azúcares y almidones (primera generación) o hidrolíticos lignocelulósicos (segunda generación) en etanol, butanol u otros alcoholes. Estos alcoholes pueden ser deshidratados a las olefinas (etileno, propileno) para la producción química, o mezclados en el cocteloquio (etanol) de la producción de la enzima celulosa

Actualización catalítica de Intermedios de Biomasa

Se están desarrollando nuevas vías catalíticas para convertir directamente las materias primas de biomasa en hidrocarburos desplegables sin gases separados o pirolisis. Ejemplos incluyen pirolisis rápida catalítica, procesamiento de fases acuosas e hidrodexigenación de bio-oil sobre los catalizadores de metal noble. Pioneered by institutions like the National Renewable Energy Laboratory (NREL) and companies such as pilotello

Desafíos en el escalado y la economía

Pese a los rápidos progresos, la adopción generalizada de existencias de fuentes de alimentación renovables para refinar se enfrenta a importantes obstáculos.

Costo y disponibilidad de Feedstock

Los aceites y grasas de desechos se limitan a la oferta; la colección global de UCO se calcula en aproximadamente 10–15 millones de toneladas anuales, lo suficiente para sustituir una pequeña fracción de la demanda de petróleo. Los aceites vegetales son más abundantes pero compiten con alimentos y tienen mayores huellas de tierra y agua. Los piensos de Lignocellulosic requieren una logística costosa para la recolección, almacenamiento y pretratamiento, añando un 20–40% al costo total.

Requisitos de infraestructura y capital

Las unidades de refinería existentes (hidrotratadores, FCCs, reformers) están diseñadas para fracciones de petróleo. Retrofitting para manejar las materias primas de alto contenido, ácidos o altos minerales exige inversiones en materiales resistentes a la corrosión, nuevos sistemas de inyección de piensos, tratamiento de aguas residuales y suministro de hidrógeno. Integración con unidades dedicadas (por ejemplo, una etapa de hidrodexigenación antes de las inversiones de los gastos de carbono) añadenefectivos.

Consumo de hidrógeno e intensidad de carbono

Las tecnologías para la producción de hidrogeno ricos en oxígeno requieren hidrógeno sustancial, que a menudo se produce a partir de la reforma del gas natural con emisiones de CO2. A menos que el hidrógeno sea procedente de electrolisis verde o los reformistas estén equipados con captura de carbono, la intensidad del carbono del combustible final no puede lograr las reducciones previstas. La vía de hidrógeno azul (reformar + CCS) o el uso directo del hidrógeno renovable es fundamental para maximizar los beneficios ambientales.

Desactivación y rendimiento de catalizadores

Las materias primas renovables llevan impurezas (cloruros, metales, fósforo, alcalino) que envenenan los catalizadores de hidroprocesamiento. Los ciclos de catalizantes son más cortos, y la regeneración se vuelve más compleja, aumentando los costos de funcionamiento. La investigación continúa en catalizadores más robustos, incluyendo los basados en NiMo y CoMo soporta modificados con los promotores para resistir la desactivación.

Incertidumbre reglamentaria

Si bien las políticas han estimulado el crecimiento, la industria del combustible renovable sigue siendo vulnerable a los cambios en los mandatos, las controversias comerciales y las eliminaciones de las subvenciones. La expiración del crédito fiscal de la licuadora estadounidense, los ajustes periódicos de las obligaciones de volumen de RFS y el tratamiento diferente del cambio indirecto del uso de la tierra en las directivas de la UE crean incertidumbre del mercado.

Oportunidades y futuro potencial

A pesar de estos desafíos, la oportunidad establecida para las existencias de materias primas renovables en la refinación es transformadora.

Reducción de la huella de carbono

Los combustibles renovables de goteo pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida en un 50–90% en comparación con sus homólogos fósiles, dependiendo de la materia prima y el proceso. Para sectores de difícil elección como el transporte aéreo, marítimo y pesado por carretera, estos combustibles son la opción de descarbonización a corto plazo más viable. La Agencia Internacional de Energía (IEA) prevé que la producción sostenible de biocombustibles debe triplicarse en 2030 para alcanzar objetivos netos.

Circular Carbon Economy

Las refinerías que integran las materias primas renovables y el reciclaje químico de plásticos se convierten en nodos en un sistema de carbono circular. Los materiales de desecho se devuelven a la cadena de valor en lugar de incinerar o contaminar. El concepto de “reciclo molecular” – polímeros rompen en monómeros o intermediarios hidrocarburos – se alinea con las fortalezas de una unidad de grieta hidrocanalítico o líquido.

Co-procesamiento como estrategia del puente

El procesamiento de pequeños porcentajes (normalmente 5-20%) de materias primas renovables en hidrotratadores existentes, unidades FCC y cokers permite que las refinerías obtengan experiencia sin construir plantas dedicadas. Este enfoque reduce el desembolso inicial de capital y proporciona una vía para la transición gradual. Muchos refinerías, incluyendo Marathon Petroleum y Phillips 66, han coprocesado con éxito bio-oils de combustible en unidades de combustible totalmente comerciales.

Ampliación Más allá de los combustibles: Productos químicos de base bio

La industria de refinación no sólo se refiere a la energía; es la fuente de la mayoría de los bloques de construcción petroquímicos. Al cambiar las materias primas a fuentes bio-basadas, las refinerías pueden producir nafta renovable para las galletas de etileno, aromática BTX biobasada y propano renovable. Esto desbloquea mercados de mayor margen.

Ejemplos de la industria y Progresos en el Mundo Real

Varias empresas ya están demostrando la viabilidad de las materias primas renovables para refinar a escala comercial.

  • Neste (Finlandia) es el mayor productor mundial de diesel renovable y SAF de aceites y grasas de desecho, con capacidad superior a 5 millones de toneladas anuales. Sus refinerías de Porvoo y Rotterdam son unidades dedicadas a la producción de hidroprocesamiento (NEXBTL). Neste también está explorando plásticos de residuos licuados como materia prima.
  • Phillips 66] (USA) ha coprocesado bio-oils en sus refinerías de San Francisco y Wood River, logrando miles de barriles por día de gasolina renovable y diesel. La empresa planea convertir la Refinería de San Francisco (instalación de Rodeo) a una instalación de materias primas renovables 100% para 2024.
  • TotalEnergies] (Francia) ha estado procesando aceites vegetales en la refinería de Grandpuits y está construyendo una unidad HEFA dedicada en La Mède, junto con una granja solar y una biorefinería para geles de mano médica.
  • Ensyn] (USA/Canadá) opera varias unidades de pirolisis comercial convirtiendo residuos de madera en bio-oil RTPTM, que luego se actualiza a gasolina renovable y diesel en su refinería en Pennsylvania (Renewable Energy Group partnership).
  • Velocias] (Reino Unido, Estados Unidos) está desarrollando plantas comerciales para la gasificación de residuos sólidos municipales para producir combustible a chorro a través de Fischer-Tropsch, con el proyecto Altalto (Reino Unido) como buque insignia.

Estos ejemplos demuestran que la tecnología es probada y puede ser económicamente viable, especialmente en regiones con firme apoyo normativo y altos precios de crédito al carbono.

Función de la política y la inversión

El ritmo de la inversión de energía renovable en el sistema de refinación está estrechamente vinculado a las políticas gubernamentales y a la inversión privada. La tasa de carbono, las normas de combustible de bajo carbono y los mandatos de fusión crean mercados para combustibles renovables, mientras que los subsidios y las garantías de riesgo de primera clase son proyectos de inversión de capital de riesgo.

Conclusión: Una transición estratégica, no una revolución

La integración de las materias primas renovables en la refinación del petróleo no es una revolución de la noche a la mañana, sino una transición estratégica de la década a la que los principales sectores de producción de petróleo, la destilación, el procesamiento de hidrocarburos, la reforma, son relevantes, y los cambios son la fuente de las moléculas de carbono que entran en la puerta principal.