La radiactividad en el petróleo


La radiactividad en el petróleo
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El petróleo puede contener materiales radiactivos, pero eso no debe ser motivo de pánico, sólo es necesario tomar las precauciones necesarias. El crudo contiene gran variedad de compuestos, entre ellos algunos radiactivos naturales que han existido desde la formación de la Tierra, los cuales, en pequeñas cantidades, no causan daño, pero, debido a los grandes volúmenes de petróleo que son extraídos, las acumulaciones derivadas de estos materiales pueden poner en riesgo la salud.

Algunos átomos de un mismo elemento presentan masas diferentes y se les denomina isótopos, su mayor masa los hace inestables, de modo que, para estabilizarse emiten electrones, protones o rayos gamma; son estas emisiones las que constituyen la radiactividad. Existen alrededor de 1,200 isótopos, también llamados radioisótopos, radionucleidos o radionúclidos; de ellos, menos de 300 presentan una emisión de partículas apenas perceptible y su vida es extremadamente larga, por lo que se les considera estables.
     La desintegración de los radioisótopos puede durar segundos o varios millones de años pero, cuando termina su desintegración, se convierten en otro elemento radiactivo de menor masa, como el uranio-238 que, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtiéndose en plomo-206. Los isótopos se definen por su símbolo químico y su número másico, como se muestra en la figura 1.

FIGURA 1. En el potasio encontramos tres isótopos naturales y todos se encuentran en descomposición, los que llamamos radioactivos son dos los de mayor presencia y se les considera estables (39K, 41K), y el tercero (40K) tarda millones de años en terminar de desintegrarse

     Comparando átomo con átomo, la energía liberada por un radioisótopo es millones de veces superior a la obtenida a partir de una reacción química, como es la quema del gas. La energía que emite un radioisótopo puede ser generada por sus protones y neutrones, y denominada rayos alfa, los cuales alcanzan distancias pequeñas y son detenidos por una hoja de papel. Cuando el radioisótopo emite electrones, se producen rayos beta, que tienen un alcance cercano a un metro y pueden ser detenidos por una lámina delgada de metal. Finalmente, la radiación electromagnética en forma de rayos gamma recorre cientos de metros en el aire y sólo puede ser detenida por gruesos muros de concreto o plomo.

Medición   

La radiactividad se mide a partir del número de desintegraciones de núcleos por segundo (la unidad de medida es el Becquerel —Bq—, el cual es igual a una desintegración por segundo; la antigua unidad era el Curie —Ci—), pero el número de desintegraciones no indica qué cantidad de energía es emitida ni cuánto daño se puede causar; para ello se introdujeron dos unidades más: la dosis absorbida —Gray (Gy)—, y la porción efectivamente recibida —Sievert (Sv)—. La figura 2 ejemplifica las tres unidades.

FIGURA 2. La medición de la radiación puede ser representada empleando una máquina lanza-pelotas de tenis, a alta velocidad. El número de pelotas que arroja puede compararse con la actividad de la radiación emitida por una fuente (Becquerel), las pelotas que llegan a tocar al tenista representan la dosis absorbida (Gray) y aquellas que le pegan en la cara son comparadas con la dosis efectiva (Sievert)

Con frecuencia, escuchamos hablar sobre la radiactividad y olvidamos que ésta puede ser natural o artificial y la humanidad la ha conocido a partir de elementos naturales; recordemos que Marie Curie extrajo un gramo de material natural radiactivo, a partir de ocho toneladas de mineral de pecblenda.
     Los radioisótopos artificiales son obtenidos mediante el bombardeo a átomos con partículas subatómicas, dando origen a nuevos núcleos que corresponden a isótopos de elementos más pesados.
     Los Materiales Radiactivos de Origen Natural (NORM, por sus siglas en inglés) son isótopos radiactivos presentes en las rocas, minerales o emanaciones de la corteza terrestre, los cuales se encuentran en diversas concentraciones. Cuando se acumulan por la acción de un proceso industrial, son denominados Materiales Radiactivos Naturales Tecnológicamente Acumulados (TENORM). Cada año, millones de toneladas de estos residuos son recolectados como resultado de actividades diversas, como la extracción y refinación del petróleo, la minería de fosfato y uranio, así como en la industria de fertilizantes y en la generación de energía a partir de combustóleo o carbón.

Los yacimientos de petróleo han permanecido durante millones de años sufriendo altas presiones; por ello, gran variedad de compuestos que conforman la corteza terrestre se incorporaron al crudo, tales como: carbonatos, silicatos, sales, metales —como cobalto, vanadio, hierro, potasio, radio y uranio—, entre otras sustancias. Algunos de ellos son radioisótopos y tanto su presencia como su contenido dependen tanto de la zona geológica en la que se localiza el pozo, como de su profundidad, las condiciones de extracción y su antigüedad.
     A medida que el crudo con agua sale del pozo, muchos de los radionucleidos se precipitan en las tuberías, formando una costra de material radiactivo, por lo que el resto queda disuelto. A continuación, el agua se separa y el crudo es lavado para retirar la sal y los compuestos solubles; a pesar de ello, algunos radionúclidos permanecen en el crudo hasta el último corte denominado combustóleo que, al ser quemado para generar energía, aún permanece en las cenizas.

La mayor parte de los compuestos radiactivos naturales presentes en el crudo son separados con agua, generando tres niveles de contaminación en ésta —todos con hidrocarburos y compuestos disueltos o en emulsión—:

  • Agua congénita, la cual se acumula junto con los yacimientos de petróleo y gas, a lo largo de millones de años; ésta presenta el mayor contenido de radioisótopos.
  • Aguas producidas, éstas se utilizan con el fin de presionar la salida del crudo, y constituyen el mayor volumen de agua contaminada generada en el proceso de extracción del crudo.
  • Aguas de lavado o aguas amargas, son empleadas para lavar el crudo, eliminando sales y otros contaminantes solubles. Este tipo de aguas se suman a todas las descargas de agua del proceso de refinación y, por su alto contenido de azufre, se les denomina amargas.

     Más de 11 mil millones de metros cúbicos de agua producida se generan cada año en millones de pozos de crudo en el mundo —lo que es equivalente a obtener un lago de Chapala al año—, de los cuales, más de 25% es producido en los Estados Unidos.
     En promedio, por cada litro de petróleo crudo extraído de un pozo, se obtiene dos litros de agua contaminada, y la cantidad aumenta a medida que el crudo es extraído del pozo. Cuando el costo de disponer o tratar el agua producida excede la ganancia de la venta del crudo, el pozo debe cerrar.
     Diferentes zonas petroleras en el mundo han sido analizadas, y se ha encontrado que la mayor radiactividad se ubica en el golfo de México, de donde provienen reportes con rangos de hasta 21.7 desintegraciones por segundo en un litro (Bq/L), debido a las altas concentraciones de Radio-226, siendo el límite para agua potable de 0.2 desintegraciones por segundo en un litro (Bq/L). 

Los efectos en la salud por exposición a las emisiones radiactivas dependen del tipo de emisor, cantidad, tiempo de contacto y distancia, así como la parte del organismo expuesto; aquélla puede ser por contacto directo, por radiación —al encontrarse muy próximo a la fuente— o, incluso, por inhalación, ante la presencia de radioisótopos gaseosos, como el radón (222Rn y 220Rn). 
     Con la sobreexposición a los rayos solares, se produce enrojecimiento en la piel y, en caso de exposiciones prolongadas, se originan quemaduras que se manifiestan como ardor, aunque, con el tiempo, la piel se regenera, a diferencia de la radiactividad, que puede penetrar la piel y su efecto es acumulativo, por lo que causa, además, daños que pueden llegar a ser graves en huesos y órganos internos.
     Recibimos radiación todo el tiempo, alrededor de 2 milisieverts (mSv) al año, sin sufrir daño alguno (ver figura 2, para recordar el significado de las unidades); en promedio, la mitad es emitida por fuentes naturales (rayos cósmicos, minerales, emanaciones, incluso el cuerpo humano emite bajas radiaciones causadas por la presencia del potasio-40), el resto son sistemas sintéticos (equipo médico, detectores, etc.). Una radiografía implica una radiación de 0.4 mSv, pero la exposición a dosis pequeñas que acumulen 100 mSv en un año, aumenta la posibilidad de padecer tumores en huesos, infertilidad, mutaciones genéticas o, incluso, cáncer de tiroides. Aun recibir 1,000 mSv en una sola dosis no causa la muerte inmediata; los daños aparecen a largo plazo.

FIGURA 3. Nuevo símbolo internacional de la radiación ionizante ISO 2007-21482

Las cenizas y los sólidos obtenidos a lo largo del proceso de extracción del crudo deben ser dispuestos en recipientes etiquetados, indicando el riesgo que representan (figura 3). En caso del agua, es difícil separar los radionúclidos, ya que el radio reacciona violentamente, formando hidróxido altamente soluble; por ello, el agua congénita se almacena en pozos o lagunas. A pesar de ello, a nivel mundial se continúa buscando alternativas para lograr separar el radio del agua, de forma sencilla. Las últimas investigaciones han mostrado que, bajo condiciones adecuadas y reacciones específicas, se logra formar carbonatos y sulfatos de radio, insolubles y fáciles de separar, como se muestra en la figura 4.

FIGURA 4. Prototipo móvil diseñado por investigadores mexicanos, para el control de compuestos radiactivos naturales presentes en aguas congénitas, demostrado en EUA y cumpliendo con sus normas de agua potable

     Para evitar que los radioisótopos de los residuos de petróleo lleguen a contaminar los mantos acuíferos, en México se estableció la norma para la disposición del agua congénita. Además, la norma de calidad de agua potable limita la presencia de rayos alfa y beta, asegurando que el agua potable no se encuentre contaminada de forma alguna.

Conclusiones   

Es conveniente que, cuando se trabaje con aguas congénitas o sus residuos, se aplique las normas y procedimientos de seguridad requeridos.
     Hay mucho por investigar en radiactividad, tanto en química y medicina, como en entomología, así, por ejemplo, en Japón se ha encontrado mutaciones de insectos, en ambientes catalogados como de bajo riesgo.  

Referencia   

Consejo de Seguridad Nuclear, Radiación natural: http://www.csn.es/

Moisés Rebollar Barceló

Es responsable de la gerencia de investigación del Instituto de Investigaciones y Desarrollo Industrial S. C, Ingeniero Químico, Maestro en Ciencias por la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas y estudios de Doctorado en Ciencias en la Universidad Complutense de Madrid, actualmente trabaja en el estudio y tratamiento de aguas congénitas y vinazas. mrebollar@inidi.org

Mónica A. Rebollar Guagnelli

Es Investigador asistente en el Instituto de Investigaciones y Desarrollo Industrial S. C, especialidad en Neurociencia. Efectuó una estancia en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía de México, en 2014. Actualmente obtuvo el grado de BSc en Neuroscience with Cognitive Science en la University of Sussex, Brighton, Reino Unido.

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