Przemysł łupkowy naftowy - Oil shale industry
Przemysł łupków naftowych to przemysł wydobycia i przeróbki łupków bitumicznych — drobnoziarnistej skały osadowej zawierającej znaczne ilości kerogenu (stała mieszanina organicznych związków chemicznych ), z której można wytwarzać ciekłe węglowodory . Przemysł rozwinął się w Brazylii , Chinach, Estonii oraz do pewnego stopnia w Niemczech i Rosji. Kilka innych krajów prowadzi obecnie badania nad swoimi złożami łupków naftowych i metodami produkcji w celu poprawy wydajności i wydobycia . Estonia odpowiadała za około 70% światowej produkcji łupków naftowych w badaniu opublikowanym w 2005 roku.
Łupki bitumiczne są wykorzystywane do celów przemysłowych od początku XVII wieku, kiedy to wydobywano je w celu pozyskania minerałów. Od końca XIX wieku olej łupkowy jest również używany ze względu na zawartość oleju i jako paliwo niskiej jakości do wytwarzania energii. Jednak z wyjątkiem krajów posiadających znaczne złoża łupków naftowych, jego wykorzystanie do wytwarzania energii nie jest szczególnie rozpowszechnione. Podobnie łupki naftowe są źródłem produkcji syntetycznej ropy naftowej i są postrzegane jako rozwiązanie w kierunku zwiększenia krajowej produkcji ropy w krajach uzależnionych od importu.
Historia
Łupek bitumiczny był używany od czasów starożytnych. Nowoczesne przemysłowe wydobycie łupków naftowych rozpoczęło się w 1837 roku w kopalniach Autun we Francji, a następnie w Wielkiej Brytanii, Niemczech i kilku innych krajach. Przemysł łupków naftowych zaczął się rozwijać tuż przed I wojną światową z powodu masowej produkcji samochodów i ciężarówek oraz rzekomego braku benzyny na potrzeby transportu. W 1924 r. elektrownia w Tallinie była pierwszą elektrownią na świecie, która przeszła na opalanie łupkami naftowymi.
Po zakończeniu II wojny światowej przemysł łupków naftowych podupadł z powodu odkrycia dużych dostaw łatwo dostępnej i tańszej ropy naftowej. Jednak produkcja łupków naftowych nadal rosła w Estonii, Rosji i Chinach.
Po kryzysie naftowym z 1973 r. przemysł łupkowy został ponownie uruchomiony w kilku krajach, ale w latach 80., kiedy ceny ropy spadły , wiele branż stanęło w obliczu zamknięcia. Od połowy lat 90. światowy przemysł łupków naftowych ponownie się rozrósł. W 2003 roku w Stanach Zjednoczonych zainicjowano program rozwoju łupków naftowych, a w 2005 roku wprowadzono komercyjny program leasingu łupków bitumicznych i piasków bitumicznych.
Od maja 2007 r. Estonia jest aktywnie zaangażowana w eksploatację łupków naftowych na znaczną skalę i odpowiada za 70% przetworzonych łupków naftowych na świecie. Estonia jest wyjątkowa pod tym względem, że jej złoża łupków naftowych stanowią zaledwie 17% wszystkich złóż w Unii Europejskiej, ale 90% swojej energii wytwarza z łupków naftowych. Przemysł łupków naftowych w Estonii zatrudnia 7500 osób, co stanowi około 1% zatrudnienia w kraju i odpowiada za 4% produktu krajowego brutto.
Górnictwo
Łupki naftowe wydobywa się albo tradycyjnymi technikami górnictwa podziemnego, albo odkrywkowego . Dostępnych jest kilka metod wydobycia, ale wspólnym celem wszystkich tych metod jest rozdrobnienie złóż łupków naftowych w celu umożliwienia transportu fragmentów łupków do elektrowni lub zakładu retortowego. Główne metody górnictwie odkrywkowym są kopalnie dół i odkrywkową . Ważną metodą eksploatacji podziemnej jest metoda komorowo-filarowa . W tej metodzie materiał jest wydobywany w płaszczyźnie poziomej, pozostawiając „słupki” nietkniętego materiału do podtrzymywania dachu. Te filary zmniejszają prawdopodobieństwo zawalenia się. Łupki naftowe mogą być również pozyskiwane jako produkt uboczny wydobycia węgla .
Największą kopalnią łupków naftowych na świecie jest kopalnia Estonia Mine, zarządzana przez Enefit Kaevandused . W 2005 roku Estonia wydobyła 14,8 mln ton łupków naftowych. W tym samym okresie wydano zezwolenia na wydobycie prawie 24 mln ton, a wnioski na wydobycie wpłynęły dodatkowo 26 mln ton. W 2008 roku parlament estoński zatwierdził „Narodowy Plan Rozwoju Wykorzystania Łupków Naftowych 2008-2015”, który ogranicza roczne wydobycie łupków naftowych do 20 mln ton.
Wytwarzanie energii
Łupki naftowe mogą być wykorzystywane jako paliwo w elektrowniach cieplnych, w których łupki naftowe są spalane jak węgiel do napędzania turbin parowych. Od 2012 roku w Estonii istnieją elektrownie opalane łupkami o mocy 2967 megawatów (MW), w Chinach i Niemczech. Również Izrael , Rumunia i Rosja prowadziły elektrownie opalane łupkami naftowymi, ale zamknęły je lub przestawiły się na inne paliwa, takie jak gaz ziemny. Jordania i Egipt ogłosiły plany budowy elektrowni opalanych łupkami naftowymi, natomiast Kanada i Turcja planują spalać w elektrowniach łupki naftowe wraz z węglem.
Elektrociepłownie wykorzystujące jako paliwo łupki bitumiczne stosują najczęściej dwa rodzaje metod spalania. Tradycyjną metodą jest spalanie proszkowe (PC), które jest stosowane w starszych jednostkach elektrowni opalanych łupkami w Estonii, natomiast bardziej zaawansowaną metodą jest spalanie w złożu fluidalnym (FBC), stosowane w cementowni Holcim w Dotternhausen, Niemcy i był używany w elektrowni Mishor Rotem w Izraelu. Główne technologie FBC to spalanie w złożu fluidalnym z pęcherzykami (BFBC) i spalanie w złożu fluidalnym z cyrkulacją (CFBC).
Na świecie jest ponad 60 elektrowni, które wykorzystują technologię CFBC do spalania węgla kamiennego i brunatnego , ale tylko dwie nowe jednostki w Elektrowni Narva w Estonii i jedna w Elektrowni Huadian w Chinach wykorzystują technologię CFBC do spalania ropy naftowej łupek ilasty. Najbardziej zaawansowaną i wydajną technologią spalania łupków bitumicznych jest spalanie w złożu fluidalnym pod ciśnieniem (PFBC). Jednak ta technologia jest wciąż przedwczesna i znajduje się w początkowej fazie.
Wydobycie ropy naftowej
Głównymi producentami ropy łupkowej są Chiny i Estonia, Brazylia zajmuje trzecie miejsce, podczas gdy Australia, USA, Kanada i Jordania planują uruchomienie lub wznowienie wydobycia ropy łupkowej. Według Światowej Rady Energetycznej w 2008 roku łączna produkcja ropy łupkowej z łupków naftowych wyniosła 930 000 ton, co odpowiada 17 700 baryłek dziennie (2 810 m 3 /d), z czego Chiny wyprodukowały 375 000 ton, Estonia 355 000 ton, a Brazylia 200 ton. Dla porównania, w produkcji tradycyjnych cieczy ropy naftowej i gazu ziemnego w 2008 wynosiła 3,95 miliarda ton lub 82.12 milionów baryłek dziennie (13,056 x 10 6 m 3 / d).
Chociaż istnieje kilka technologii retortowania łupków naftowych, tylko cztery są obecnie w użyciu komercyjnym. Są to Kiviter , Galoter , Fushun i Petrosix . Dwie główne metody wydobycia ropy z łupków to ex-situ i in-situ . W metodzie ex-situ łupki naftowe są wydobywane i transportowane do instalacji retortowej w celu wydobycia ropy. Metoda in situ konwertuje kerogen, gdy jest jeszcze w postaci złoża łupków naftowych, a następnie wydobywa go przez studnię, gdzie unosi się jako normalna ropa naftowa.
Inne zastosowania przemysłowe
Łupki bitumiczne są wykorzystywane do produkcji cementu przez Kunda Nordic Cement w Estonii, przez Holcim w Niemczech oraz przez fabrykę cementu Fushun w Chinach. Łupki bitumiczne mogą być również wykorzystywane do produkcji różnych produktów chemicznych, materiałów budowlanych oraz produktów farmaceutycznych, np . bituminosulfonian amonu . Jednak wykorzystanie łupków bitumicznych do produkcji tych produktów jest nadal bardzo rzadkie i tylko w fazie eksperymentalnej.
Niektóre łupki naftowe są odpowiednim źródłem siarki, amoniaku, tlenku glinu, sody kalcynowanej i nahkolitu, które występują jako produkty uboczne ekstrakcji oleju łupkowego. Niektóre łupki naftowe mogą być również wykorzystywane do produkcji uranu i innych rzadkich pierwiastków chemicznych. W latach 1946-1952 do produkcji uranu w Sillamäe w Estonii wykorzystywano morską odmianę łupków Dictyonema , a w latach 1950-1989 łupki ałunowe używano w tym samym celu w Szwecji. Gaz łupkowy może być również wykorzystywany jako substytut gazu ziemnego. Po II wojnie światowej wydobywany w Estonii gaz łupkowy był wykorzystywany w Leningradzie i miastach północnej Estonii. Jednak przy obecnym poziomie cen gazu ziemnego nie jest to ekonomicznie wykonalne.
Ekonomia
Nieznana jest ilość ekonomicznie odzyskiwalnych łupków bitumicznych. Różne próby zagospodarowania złóż łupkowych kończą się sukcesem tylko wtedy, gdy koszt wydobycia ropy łupkowej w danym regionie jest niższy od ceny ropy naftowej lub jej innych substytutów. Według ankiety przeprowadzonej przez RAND Corporation , koszt wytworzenia baryłki ropy łupkowej w hipotetycznym kompleksie retortowania powierzchniowego w Stanach Zjednoczonych (obejmującym kopalnię, zakład retortowania, zakład modernizacji , media pomocnicze i rekultywację zużytych łupków) byłby mieści się w przedziale 70–95 USD (440–600 USD/m 3 ), dostosowany do wartości z 2005 roku. Zakładając, że stopniowy wzrost produkcji po rozpoczęciu produkcji komercyjnej, analiza wystaje stopniowe zmniejszenie kosztów przetwarzania do $ 30-40 korpusu ($ 190-250 / m 3 ), po osiągnięciu punktu kontrolnego 1 mld beczki (160 x 10 6 m 3 ). Royal Dutch Shell ogłosił, że jego technologia Shell ICP przyniesie zysk, gdy ceny ropy naftowej będą wyższe niż 30 USD za baryłkę (190 USD/m 3 ), podczas gdy niektóre technologie przy produkcji na pełną skalę zapewniają rentowność przy cenach ropy nawet niższych niż 20 USD za baryłkę (130 USD/m 3 ).
Aby zwiększyć wydajność retortowania łupków bitumicznych, a tym samym opłacalność produkcji oleju łupkowego, naukowcy zaproponowali i przetestowali kilka procesów kopirolizy, w których poddawane są retortacji inne materiały, takie jak biomasa , torf , odpady bitumiczne lub odpady gumy i tworzyw sztucznych. wraz z łupkiem naftowym. Niektóre zmodyfikowane technologie proponują połączenie retorty ze złożem fluidalnym z piecem z obiegowym złożem fluidalnym do spalania produktów ubocznych pirolizy (węgla i gazu łupkowego), a tym samym poprawy uzysku ropy naftowej, zwiększenia przepustowości i skrócenia czasu retortowania.
W publikacji opublikowanej w 1972 r. przez czasopismo Pétrole Informations (ISSN 0755-561X) wydobycie oleju łupkowego było niekorzystnie porównane do upłynniania węgla . W artykule stwierdzono, że upłynnianie węgla było tańsze, generowało więcej ropy i powodowało mniejszy wpływ na środowisko niż wydobycie łupków bitumicznych. Przytoczył współczynnik konwersji 650 litrów (170 US gal; 140 imp gal) ropy na jedną tonę węgla w porównaniu ze 150 litrami (40 US gal; 33 imp gal) oleju łupkowego na jedną tonę łupków bitumicznych.
Krytyczna miara żywotności łupków naftowych jako źródła energii leży w stosunku energii wyprodukowanej przez łupki do energii wykorzystywanej w ich wydobyciu i przetwarzaniu, współczynnik znany jako „energia zwrócona z zainwestowanej energii” ( EROEI ). W badaniu z 1984 r. oszacowano EROEI dla różnych znanych złóż łupków naftowych na 0,7–13,3, chociaż znane projekty rozwojowe wydobycia łupków naftowych twierdzą , że EROEI wynosi od 3 do 10. Zgodnie z World Energy Outlook 2010 , EROEI ex-situ przetwarzanie wynosi zwykle 4 do 5, podczas gdy przetwarzanie in situ może być nawet tak niskie, jak 2. Jednak według IEA większość zużytej energii może być zapewniona przez spalanie zużytego gazu łupkowego lub gazu łupkowego.
Woda potrzebna w procesie retortowania łupków bitumicznych jest dodatkowym czynnikiem ekonomicznym: może to stanowić problem na obszarach z niedoborem wody.
Względy środowiskowe
Wydobycie łupków naftowych wiąże się z szeregiem oddziaływań środowiskowych, bardziej widocznych w górnictwie odkrywkowym niż podziemnym. Obejmują one drenaż kwasowy wywołany nagłym szybkim narażeniem, a następnie utlenianie wcześniej zakopanych materiałów, wprowadzanie metali, w tym rtęci do wód powierzchniowych i gruntowych, zwiększoną erozję , emisję gazów siarkowych i zanieczyszczenie powietrza spowodowane wytwarzaniem cząstek stałych podczas przetwarzania , transport i działania wspierające. W 2002 roku około 97% zanieczyszczenia powietrza, 86% wszystkich odpadów i 23% zanieczyszczenia wody w Estonii pochodziło z przemysłu energetycznego, który wykorzystuje łupki bitumiczne jako główny surowiec do produkcji energii.
Wydobycie łupków roponośnych może uszkodzić biologiczną i rekreacyjną wartość gruntów oraz ekosystemu na obszarze górniczym. Spalanie i obróbka termiczna generują odpady. Ponadto emisje do atmosfery z przetwarzania i spalania łupków bitumicznych obejmują dwutlenek węgla , gaz cieplarniany . Ekolodzy sprzeciwiają się produkcji i wykorzystaniu łupków bitumicznych, ponieważ wytwarzają one jeszcze więcej gazów cieplarnianych niż konwencjonalne paliwa kopalne. Eksperymentalne procesy konwersji in situ oraz technologie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla mogą w przyszłości zmniejszyć niektóre z tych obaw, ale jednocześnie mogą powodować inne problemy, w tym zanieczyszczenie wód gruntowych . Wśród zanieczyszczeń wody powszechnie związanych z obróbką łupków bitumicznych znajdują się heterocykliczne węglowodory tlenowe i azotowe. Powszechnie wykrywane przykłady obejmują pochodne chinoliny , pirydynę i różne alkilowe homologi pirydyny ( pikolina , lutydyna ).
W suchych regionach, takich jak zachodnie stany USA i izraelska pustynia Negew , gdzie pomimo niedoboru wody istnieją plany rozszerzenia wydobycia ropy naftowej, problemy związane z wodą są delikatną kwestią . W zależności od technologii do retortowania naziemnego zużywa się od jednej do pięciu baryłek wody na baryłkę wyprodukowanego oleju łupkowego. Programowe oświadczenie w sprawie oddziaływania na środowisko wydane przez Biuro Gospodarki Gruntami Stanów Zjednoczonych z 2008 r. stwierdzało, że wydobycie odkrywkowe i operacje retortowe wytwarzają od 2 do 10 galonów amerykańskich (7,6 do 37,9 l; 1,7 do 8,3 galonów) ścieków na 1 tonę amerykańską (0,91 t) przetworzonych łupków bitumicznych. Według niektórych szacunków przetwarzanie in situ zużywa około jednej dziesiątej wody.
Aktywiści ekologiczni , w tym członkowie Greenpeace , zorganizowali silne protesty przeciwko przemysłowi łupków naftowych. W rezultacie Queensland Energy Resources wstrzymał w 2004 r. proponowany projekt Stuart Oil Shale Project w Australii.
Zobacz też
Bibliografia