Nije tajna da je u modernom svijetu krv svjetske ekonomije nafta, takozvano crno zlato. Kroz 20. i 21. stoljeće upravo je nafta jedan od najvažnijih minerala na planeti za čovječanstvo. U 2010. nafta je zauzela vodeće mjesto u svjetskoj bilanci goriva i energije, čineći 33,6% ukupne potrošnje energije. Istodobno, nafta je neobnovljivi resurs, a priča da će prije ili kasnije njezinim rezervama doći do kraja traje već više od desetak godina.
Prema znanstvenicima, dokazane rezerve nafte u svijetu trajat će oko 40 godina, a neistražene još 10-50 godina. Na primjer, u Rusiji je od 1. siječnja 2012. prema službeno objavljenim podacima (do ovog trenutka podaci o rezervama nafte i plina bili klasificirani) obujam nadoknadivih rezervi nafte kategorija A / B / C1 iznosio je 17,8 milijardi tona, odnosno 129,9 milijardi milijardi barela (prema izračunu po kojem jedna tona izvozne Uralove nafte iznosi 7,3 barela). Na temelju postojećih opsega proizvodnje, ti će istraženi prirodni resursi biti dovoljni za našu zemlju 35 godina.
Istodobno, u čistom obliku, ulje se praktički ne koristi. Glavna vrijednost leži u proizvodima njegove prerade. Nafta je izvor tekućih goriva i ulja, kao i ogromna količina važnih proizvoda za suvremenu industriju. Bez goriva neće stati samo svjetsko gospodarstvo, već i svaka vojska. Automobili i tenkovi neće ići bez goriva, avioni neće poletjeti u nebo. Istodobno, nekim su zemljama u početku bile oduzete vlastite rezerve crnog zlata. Njemačka i Japan postali su upečatljiv primjer takvih zemalja u 20. stoljeću, koje su, posjedujući vrlo oskudnu bazu resursa, pokrenule Drugi svjetski rat, čiji je svaki dan zahtijevao veliku potrošnju goriva. Tijekom Drugog svjetskog rata Njemačka je u velikoj mjeri, u nekim godinama i do 50%, zadovoljavala svoje potrebe za gorivom proizvodnjom tekućeg goriva iz ugljena. Izlaz za nju bila je uporaba sintetičkih goriva i ulja. Isto je učinjeno u prošlom stoljeću u Južnoj Africi, gdje je Sasol Limited pomogao južnoafričkom gospodarstvu da uspješno posluje pod pritiskom međunarodnih sankcija tijekom godina aparthejda.
Sintetička goriva
Dvadesetih godina prošlog stoljeća njemački istraživači Franz Fischer i Hans Tropsch, koji su radili na Institutu Kaiser Wilhelm, izumili su proces nazvan Fischer-Tropsch proces. Njegova temeljna važnost bila je proizvodnja sintetičkih ugljikovodika za njihovu upotrebu kao sintetičkog goriva i ulja za podmazivanje, na primjer, iz ugljena. Nije iznenađujuće da je ovaj proces izumljen u prilično siromašnoj nafti, ali u isto vrijeme i ugljeno bogatoj Njemačkoj. Bio je naširoko korišten za industrijsku proizvodnju tekućih sintetičkih goriva. Njemačka i Japan su široko koristili ovo alternativno gorivo tijekom ratnih godina. U Njemačkoj je godišnja proizvodnja sintetičkih goriva 1944. dosegla približno 6,5 milijuna tona, odnosno 124 000 barela dnevno. Nakon završetka Drugoga svjetskog rata zarobljeni njemački znanstvenici nastavili su raditi na ovom području. Konkretno, u Sjedinjenim Državama sudjelovali su u operaciji Paperclip, radeći za Zavod za rudnike.
Počevši sredinom 1930-ih, tehnologija rasplinjavanja kondenziranih goriva u kemijsko-tehnološke svrhe počela se širiti u Njemačkoj, SAD-u, SSSR-u i drugim industrijski razvijenim zemljama svijeta, prvenstveno za sintezu različitih kemijskih spojeva, uključujući umjetna ulja i tekuća goriva. Godine 1935. u Njemačkoj i Engleskoj proizvedeno je 835 tisuća tona i 150 tisuća tona sintetičkog benzina iz ugljena, zraka i vode. A 1936. Adolf Hitler je osobno u Njemačkoj pokrenuo novi državni program koji je predviđao proizvodnju sintetičkih goriva i ulja.
Već sljedeće godine Franz Fischer je zajedno s Helmutom Pichlerom (Hans Tropsch napustio Njemačku u SAD 1931., gdje je umro četiri godine kasnije) uspjeli razviti metodu za sintezu ugljikovodika pri srednjem tlaku. U svom procesu njemački znanstvenici koristili su katalizatore na bazi spojeva željeza, tlaka od oko 10 atmosfera i visokih temperatura. Njihovi su pokusi bili od velike važnosti za primjenu kemijske proizvodnje ugljikovodika velike tonaže u Njemačkoj. Kao rezultat provedbe ovog procesa, kao glavni proizvodi dobiveni su parafini i benzin s visokim oktanskim brojem. 13. kolovoza 1938. održan je sastanak u Karinhalleu - lovištu ministra zrakoplovstva Reicha Hermanna Goeringa na kojem je donesen program razvoja proizvodnje goriva koji je dobio simbol "Karinhalleplan". Odabir Goeringova prebivališta i njegova kandidatura za voditelja programa nisu bili slučajni, budući da je Luftwaffe na čijem je čelu trošio najmanje trećinu goriva proizvedenog u Njemačkoj. Između ostalog, tim je planom predviđen značajan razvoj u proizvodnji sintetičkih motornih goriva i ulja za podmazivanje.
Godine 1939. pokrenut je Fischer-Tropsch proces u Reichu u komercijalnim razmjerima u odnosu na mrki ugljen, čija su nalazišta bila posebno bogata u srednjem dijelu zemlje. Do početka 1941. ukupna proizvodnja sintetičkog goriva u nacističkoj Njemačkoj sustigla je proizvodnju naftnog goriva, a zatim je premašila. Osim sintetičkog goriva u Reichu, iz generatorskog plina sintetizirane su masne kiseline, parafin i umjetne masti, uključujući jestive masti. Tako je iz jedne tone konvencionalnog kondenziranog goriva prema Fischer-Tropsch metodi bilo moguće dobiti 0,67 tona metanola i 0,71 tonu amonijaka, ili 1,14 tona alkohola i aldehida, uključujući i više masne alkohole (HFA), ili 0,26 tona tekućih ugljikovodika.
Krajem Drugoga svjetskog rata, više od pola godine od jeseni 1944., kada su postrojbe Crvene armije zauzele naftna polja Ploiesti (Rumunjska) - najveći prirodni izvor sirovina za proizvodnju goriva, kontrolirao je Hitler, a do svibnja 1945. funkciju motornog goriva u njemačkom gospodarstvu i vojsci obavljala su umjetna tekuća goriva i generatorski plin. Možemo reći da je Hitlerova Njemačka bila carstvo izgrađeno na krutim sirovinama koje sadrže ugljik (prvenstveno ugljen i u manjoj mjeri na običnom drvu), vodi i zraku. U Njemačkoj je iz tih sirovina sintetizirano 100% obogaćene dušične kiseline, koja je bila potrebna za proizvodnju svih vojnih eksploziva, 99% gume i metanola te 85% motornog goriva.
Postrojenja za rasplinjavanje i hidrogeniranje ugljena bila su okosnica njemačkog gospodarstva 1940 -ih. Između ostalog, sintetičko zrakoplovno gorivo, proizvedeno prema Fischer-Tropsch metodi, pokrilo je 84,5% svih potreba Luftwaffea tijekom ratnih godina. Tijekom Drugog svjetskog rata u nacističkoj Njemačkoj ova metoda za sintezu dizelskog goriva koristila se u osam tvornica koje su proizvodile oko 600 tisuća tona dizelskog goriva godišnje. Štoviše, ovaj je projekt u potpunosti financirala država. Nijemci su izgradili slične tvornice u zemljama koje su okupirali, osobito u Poljskoj (Auschwitz), koja je nastavila raditi sve do 1950. godine. Nakon završetka rata sve su tvornice u Njemačkoj zatvorene i djelomično, zajedno s tehnologijama, iznesene iz zemlje na račun reparacija iz SSSR -a i SAD -a.
ulje od škriljevca
Drugi izvor za proizvodnju goriva, osim ugljena, je ulje iz škriljevca čija tema posljednjih nekoliko godina nije silazila sa stranica svjetskog tiska. U suvremenom svijetu jedan od najvažnijih trendova koji se opaža u naftnoj industriji je smanjenje proizvodnje lakog ulja i ulja srednje gustoće. Smanjenje dokazanih rezervi nafte na planeti tjera naftne kompanije da rade s alternativnim izvorima ugljikovodika i da ih traže. Jedan od tih izvora, zajedno s teškim uljem i prirodnim bitumenom, su uljni škriljevci. Rezerve uljnih škriljaca na planeti za red veličine premašuju rezerve nafte. Njihove glavne rezerve koncentrirane su u Sjedinjenim Državama - oko 450 bilijuna tona (24,7 bilijuna tona nafte iz škriljevca). U Kini i Brazilu postoje značajne rezerve. Rusija također posjeduje ogromne rezerve koje sadrže oko 7% svjetskih rezervi. U Sjedinjenim Državama proizvodnja nafte iz škriljaca započela je krajem 1940 -ih i početkom 1950 -ih rudarskom metodom. Uglavnom je ekstrakcija bila eksperimentalna i provodila se u oskudnoj mjeri.
Danas u svijetu postoje dvije glavne metode dobivanja potrebne sirovine iz uljnih škriljaca. Prvi od njih uključuje vađenje stijene iz škriljaca otvorenom ili rudarskom metodom, nakon čega slijedi prerada u posebnim instalacijama-reaktorima, u kojima je škriljac podložan pirolizi bez pristupa zraku. Tijekom ovih operacija iz stijene se dobiva katran iz škriljaca. Ova se metoda aktivno pokušavala razviti u Sovjetskom Savezu. Slični projekti poznati su i po vađenju škriljevca na polju Irati u Brazilu i u kineskoj provinciji Fushun. Općenito, i 40 -ih godina XX. Stoljeća, a sada metoda vađenja škriljevca s njihovom naknadnom obradom ostaje prilično skupa metoda, a cijena konačnog proizvoda ostaje visoka. U cijenama iz 2005. cijena barela takve nafte iznosila je 75-90 USD na izlazu.
Druga metoda vađenja nafte iz škriljevca uključuje njeno vađenje izravno iz ležišta. Ta se metoda razvila u Sjedinjenim Državama u posljednjih nekoliko godina i omogućila je govoriti o "revoluciji iz škriljevca" u proizvodnji nafte. Ova metoda uključuje bušenje vodoravnih bušotina nakon čega slijedi višestruki hidraulični lom. U tom slučaju često je potrebno provesti kemijsko ili toplinsko zagrijavanje formacije. Također je očito da je takva rudarska metoda mnogo složenija, a samim time i skuplja od tradicionalne rudarske metode, bez obzira na tehnologije koje se koriste i napredak u znanstvenom području. Do sada su troškovi ulja iz škriljevca znatno veći od konvencionalnog ulja. Prema procjenama samih naftnih kompanija, njegova proizvodnja ostaje isplativa s minimalnim cijenama nafte na svjetskom tržištu iznad 50-60 USD po barelu. Štoviše, obje metode imaju određene značajne nedostatke.
Na primjer, prva metoda s površinskim ili rudarskim vađenjem uljnih škriljaca i njihovom naknadnom obradom značajno je ograničena potrebom iskorištavanja ogromnih količina ugljičnog dioksida - CO2, koji nastaje u procesu vađenja katrana iz škriljevca. Konačno, problem korištenja ugljičnog dioksida još nije riješen, a njegove emisije u zemljinu atmosferu pune su ozbiljnih ekoloških problema. Istodobno, kada se ulje iz škriljevca vadi izravno iz ležišta, javlja se još jedan problem. To je velika stopa pada protoka bušotina koje su stavljene u funkciju. U početnoj fazi rada bušotine, zbog višestrukog hidrauličkog loma i vodoravnog ubrizgavanja, odlikuju se vrlo visokim stopama proizvodnje. Međutim, nakon otprilike 400 dana rada, volumen ekstrahiranih proizvoda naglo se smanjuje (do 80%). Kako bi se kompenzirao tako oštar pad i nekako izravnao profil proizvodnje, bušotine na takvim poljima škriljaca moraju se puštati u rad u fazama.
Istodobno, tehnologije poput horizontalnog bušenja i hidrauličkog loma omogućile su Sjedinjenim Državama da povećaju proizvodnju nafte za više od 60% od 2010. godine, dovodeći je na 9 milijuna barela dnevno. Trenutno je jedan od najuspješnijih primjera uporabe tehnologije proizvodnje nafte iz škriljaca polje Bakken, koje se nalazi u državama Sjeverna i Južna Dakota. Razvoj ovog polja nafte iz škriljevca stvorio je svojevrsnu euforiju na tržištu Sjeverne Amerike. Prije samo 5 godina proizvodnja nafte na ovom polju nije prelazila 60 tisuća barela dnevno, a sada već iznosi 500 tisuća barela. Kako su ovdje vršena geološka istraživanja, rezerve nafte na polju povećale su se sa 150 milijuna na 11 milijardi barela. Osim na ovom naftnom polju, proizvodnja nafte iz škriljevca u Sjedinjenim Državama provodi se u Bone Springsu u Novom Meksiku, Eagle Fordu u Teksasu i Three Forksu u Sjevernoj Dakoti.
