Nu este un secret că în lumea modernă, sângele economiei mondiale este petrolul, așa-numitul aur negru. De-a lungul secolelor 20 și 21, petrolul rămâne unul dintre cele mai importante minerale de pe planetă pentru omenire. În 2010, petrolul ocupa un loc de frunte în bilanțul energetic și energetic mondial, reprezentând 33,6% din consumul total de energie. În același timp, petrolul este o resursă neregenerabilă și se vorbește că, mai devreme sau mai târziu, rezervele sale se vor încheia se întâmplă de mai bine de o duzină de ani.
Potrivit oamenilor de știință, rezervele de petrol dovedite în lume vor dura aproximativ 40 de ani, iar cele neexplorate încă 10-50 de ani. De exemplu, în Rusia, de la 1 ianuarie 2012, conform informațiilor publicate oficial (până în acest moment, informațiile privind rezervele de petrol și gaze au fost clasificate), volumul rezervelor de petrol recuperabile din categoriile A / B / C1 a fost de 17,8 miliarde tone, sau 129, 9 miliarde de barili (în funcție de calculul la care o tonă de petrol Ural export este de 7,3 barili). Pe baza volumelor de producție existente, aceste resurse naturale explorate vor fi suficiente pentru țara noastră timp de 35 de ani.
În același timp, în forma sa pură, uleiul nu este practic folosit. Valoarea principală constă în produsele prelucrării sale. Petrolul este o sursă de combustibili lichizi și uleiuri, precum și o cantitate imensă de produse importante pentru industria modernă. Fără combustibil, nu numai economia mondială se va opri, ci și orice armată. Mașinile și tancurile nu vor merge fără combustibil, avioanele nu vor decola în cer. În același timp, unele țări au fost inițial private de propriile rezerve de aur negru. Germania și Japonia au devenit un exemplu izbitor de astfel de țări în secolul al XX-lea, care, având o bază de resurse foarte slabă, a declanșat al doilea război mondial, în fiecare zi fiind nevoie de un consum uriaș de combustibil. În timpul celui de-al doilea război mondial, Germania într-o mare măsură, în câțiva ani până la 50%, și-a satisfăcut nevoile de combustibil prin producția de combustibil lichid din cărbune. Ieșirea pentru ea a fost utilizarea combustibililor și uleiurilor sintetice. La fel s-a făcut și în secolul trecut în Africa de Sud, unde Sasol Limited a ajutat economia sud-africană să funcționeze cu succes sub presiunea sancțiunilor internaționale în anii Apartheidului.
Combustibili sintetici
În anii 1920, cercetătorii germani Franz Fischer și Hans Tropsch, care au lucrat la Institutul Kaiser Wilhelm, au inventat un proces numit procesul Fischer-Tropsch. Importanța sa fundamentală a fost producerea de hidrocarburi sintetice pentru utilizarea lor ca combustibil sintetic și ulei de lubrifiere, de exemplu, din cărbune. Nu este surprinzător faptul că acest proces a fost inventat într-o Germanie destul de săracă în petrol, dar în același timp, bogată în cărbune. A fost utilizat pe scară largă pentru producția industrială de combustibili lichizi sintetici. Germania și Japonia au folosit pe scară largă acest combustibil alternativ în timpul războiului. În Germania, producția anuală de combustibili sintetici în 1944 a ajuns la aproximativ 6,5 milioane de tone, adică 124.000 de barili pe zi. După sfârșitul celui de-al doilea război mondial, oamenii de știință germani capturați au continuat să lucreze în acest domeniu. În special, în Statele Unite, au participat la Operațiunea Paperclip, lucrând pentru Bureau of Mines.
Începând cu mijlocul anilor 1930, tehnologia gazificării combustibililor condensați în scopuri chimico-tehnologice a început să se răspândească în Germania, SUA, URSS și alte țări industrializate ale lumii, în principal pentru sinteza diferiților compuși chimici, inclusiv uleiuri artificiale. și combustibili lichizi. În 1935, 835 de mii de tone și 150 de mii de tone de benzină sintetică au fost produse în Germania și Anglia din cărbune, respectiv aer și apă. Și în 1936, Adolf Hitler a lansat personal un nou program de stat în Germania, care prevedea producția de combustibili sintetici și uleiuri.
În anul următor, Franz Fischer, împreună cu Helmut Pichler (Hans Tropsch a părăsit Germania în SUA în 1931, unde a murit patru ani mai târziu) au reușit să dezvolte o metodă de sinteză a hidrocarburilor la presiune medie. În procesul lor, oamenii de știință germani au folosit catalizatori pe bază de compuși de fier, o presiune de aproximativ 10 atmosfere și temperaturi ridicate. Experimentele lor au avut o mare importanță pentru desfășurarea în Germania a unei producții chimice cu tonaj mare de hidrocarburi. Ca rezultat al implementării acestui proces, au fost obținute parafine și benzină cu un număr mare de octanici ca produse principale. La 13 august 1938 a avut loc o întâlnire la Karinhalle - moșia de vânătoare a ministrului aviației din Reich, Hermann Goering, la care a fost adoptat un program pentru dezvoltarea producției de combustibil, care a primit simbolul „Karinhalleplan”. Alegerea reședinței lui Goering și candidatura sa ca manager de program nu a fost întâmplătoare, deoarece Luftwaffe condusă de el a consumat cel puțin o treime din combustibilul produs în Germania. Printre altele, acest plan a prevăzut o dezvoltare semnificativă în producția de combustibili sintetici pentru motor și uleiuri lubrifiante.
În 1939, procesul Fischer-Tropsch a fost lansat în Reich la scară comercială în raport cu cărbunele brun, ale cărui depozite erau deosebit de bogate în partea de mijloc a țării. Până la începutul anului 1941, producția totală de combustibil sintetic în Germania nazistă a prins producția de combustibil petrolier și apoi a depășit-o. Pe lângă combustibilul sintetic din Reich, acizii grași, parafina și grăsimile artificiale, inclusiv grăsimile comestibile, au fost sintetizate din gazul generatorului. Deci, dintr-o tonă de combustibil condensat convențional conform metodei Fischer-Tropsch, a fost posibil să se obțină 0,67 tone de metanol și 0,71 tone de amoniac sau 1,14 tone de alcooli și aldehide, inclusiv alcooli cu conținut mai ridicat de grăsimi (HFA) sau 0,26 tone de hidrocarburi lichide.
La sfârșitul celui de-al doilea război mondial, la mai bine de jumătate de an de la toamna anului 1944, când trupele Armatei Roșii au ocupat câmpurile petroliere din Ploiești (România) - cea mai mare sursă naturală de materii prime pentru fabricarea combustibilului, care a fost controlat de Hitler și, până în mai 1945, funcția de combustibil pentru motor în economia germană și armată a efectuat combustibili lichizi artificiali și gaze generatoare. Putem spune că Germania lui Hitler a fost un imperiu care a fost construit pe materii prime solide care conțin carbon (în principal cărbune și într-o măsură mai mică pe lemn obișnuit), apă și aer. 100% din acidul azotic îmbogățit, care era necesar pentru producerea tuturor explozibililor militari, 99% din cauciuc și metanol și 85% din combustibilul pentru motoare au fost sintetizate în Germania din aceste materii prime.
Centralele de gazeificare și hidrogenare a cărbunelui au fost coloana vertebrală a economiei germane în anii 1940. Printre altele, combustibilul sintetic pentru aviație, care a fost produs în conformitate cu metoda Fischer-Tropsch, a acoperit 84,5% din toate nevoile Luftwaffe în anii de război. În timpul celui de-al doilea război mondial din Germania nazistă, această metodă de sinteză a motorinei a fost utilizată la opt fabrici, care produceau aproximativ 600 de mii de tone de motorină pe an. Mai mult, acest proiect a fost finanțat integral de stat. Germanii au construit fabrici similare în țările pe care le-au ocupat, în special în Polonia (Auschwitz), care a continuat să funcționeze până în anii 1950 inclusiv. După sfârșitul războiului, toate aceste fabrici din Germania au fost închise și parțial, împreună cu tehnologiile, au fost scoase din țară în detrimentul reparațiilor din URSS și SUA.
ulei de șist
A doua sursă pentru producția de combustibil, pe lângă cărbune, este petrolul de șist, al cărui subiect nu a părăsit paginile presei mondiale în ultimii ani. În lumea modernă, una dintre cele mai importante tendințe observate în industria petrolieră este scăderea producției de ulei ușor și ulei de densitate medie. Reducerea rezervelor de petrol dovedite pe planetă obligă companiile petroliere să lucreze cu surse alternative de hidrocarburi și să le caute. Una dintre aceste surse, împreună cu uleiul greu și bitumul natural, este șistul uleios. Rezervele de șist petrolier de pe planetă depășesc rezervele de petrol cu un ordin de mărime. Rezervele lor principale sunt concentrate în Statele Unite - aproximativ 450 de miliarde de tone (24,7 trilioane de tone de ulei de șist). Există rezerve semnificative în China și Brazilia. Rusia deține, de asemenea, rezerve vaste, care conțin aproximativ 7% din rezervele mondiale. În Statele Unite, producția de ulei de șist a început la sfârșitul anilor 1940 și începutul anilor 1950 folosind metoda minelor. În cea mai mare parte, extracția a fost experimentală și a fost efectuată la o scară slabă.
Astăzi, în lume există două metode principale de obținere a materiei prime necesare din șistul uleios. Prima dintre ele implică extragerea rocii de șist prin metoda deschisă sau minieră, urmată de prelucrarea în instalații-reactoare speciale, în care șistul este supus pirolizei fără acces la aer. În cursul acestor operațiuni, gudronul de șist este obținut din rocă. Această metodă a fost încercată activ să se dezvolte în Uniunea Sovietică. Proiecte similare sunt cunoscute și pentru extracția șistului pe câmpul Irati din Brazilia și din provincia chineză Fushun. În general, atât în anii 40 ai secolului XX, cât și acum metoda de extracție a șistului cu prelucrarea ulterioară a acestora rămâne o metodă destul de costisitoare, iar costul produsului final rămâne ridicat. În prețurile din 2005, costul unui baril de astfel de petrol a fost de 75-90 dolari la ieșire.
A doua metodă de extragere a uleiului de șist implică extragerea acestuia direct din rezervor. Această metodă s-a dezvoltat în Statele Unite în ultimii ani și a făcut posibilă vorbirea despre o „revoluție de șist” în producția de petrol. Această metodă implică forarea sondelor orizontale urmată de fracturarea hidraulică multiplă. În acest caz, este adesea necesară efectuarea încălzirii chimice sau termice a formațiunii. Este, de asemenea, evident că o astfel de metodă de exploatare este mult mai complicată și, prin urmare, mai costisitoare decât metoda tradițională de exploatare, indiferent de tehnologiile utilizate și de progresul în domeniul științific. Până în prezent, costul uleiului de șist este semnificativ mai mare decât uleiul convențional. Conform estimărilor companiilor producătoare de petrol în sine, producția sa rămâne profitabilă, cu prețurile minime ale petrolului pe piața mondială peste 50-60 dolari pe baril. Mai mult, ambele metode au anumite dezavantaje semnificative.
De exemplu, prima metodă de exploatare a șistului petrolier în mină sau în aer liber și procesarea ulterioară a acestora este constrânsă semnificativ de necesitatea utilizării unor cantități uriașe de dioxid de carbon - CO2, care se formează în procesul de extragere a gudronului de șist din acesta. În cele din urmă, problema utilizării dioxidului de carbon nu a fost încă rezolvată, iar emisiile sale în atmosfera terestră sunt pline de grave probleme de mediu. În același timp, când uleiul de șist este extras direct din rezervoare, apare o altă problemă. Aceasta este o rată mare de scădere a debitului puțurilor puse în funcțiune. În faza inițială de funcționare, puțurile, datorate fracturării hidraulice multiple și injecției orizontale, sunt caracterizate de rate de producție foarte mari. Cu toate acestea, după aproximativ 400 de zile de muncă, volumul produselor extrase scade brusc (până la 80%). Pentru a compensa o astfel de scădere bruscă și pentru a nivela cumva profilul de producție, fântânile din astfel de câmpuri de șist trebuie puse în funcțiune în etape.
În același timp, tehnologii precum forajul orizontal și fracturarea hidraulică au permis Statelor Unite să crească producția de petrol cu mai mult de 60% din 2010, ajungând la 9 milioane de barili pe zi. În prezent, unul dintre cele mai reușite exemple de utilizare a tehnologiilor de producție a uleiului de șist este câmpul Bakken, situat în statele Dakota de Nord și de Sud. Dezvoltarea acestui câmp petrolier de șist special a creat un fel de euforie pe piața nord-americană. Cu doar 5 ani în urmă, producția de petrol în acest domeniu nu depășea 60 de mii de barili pe zi, iar acum este deja de 500 de mii de barili. Pe măsură ce aici a fost efectuată explorarea geologică, rezervele de petrol ale câmpului au crescut de la 150 de milioane la 11 miliarde de barili. În plus față de acest câmp petrolier, producția de petrol de șist în Statele Unite se desfășoară la Bone Springs din New Mexico, Eagle Ford din Texas și Three Forks în Dakota de Nord.
