ENERGENTI BUDUĆNOSTI

Pripremio: Mr Jozef Baruhović

Uljni škriljci i prirodni gas

Snaga iz utrobe zemlje

Veći deo energetskih potreba sveta pokriva se iz uglja i nafte. U strukturi energenata ugalj učestvuje sa 26,8%, nafta sa 33,5%, gas sa 20,0%, nuklearna energija sa 5,8 %, ostali energenti (obnovljivi) sa 13,9 %.

Potrošnja uglja i dalje je visoka zahvaljujući Kini koja proizvodi skoro 48% tog goriva u svetu. A potraga za naftnim izvorima je sve teža i skuplja. Bušotine se nalaze u sve nepristupačnijim delovima Zemlje, na obodima polova i morskim dubinama gde je potrebno savladati sloj morske vode, ponekad i do 4000 m da bi se došlo do morskog dna i otvorila bušotina. Postojeći izvori sirove nafte raspoređeni su tako da 60-70% rezervi leži u zemljama OPEKA i Bliskog istoka. Što se tiče trajanja nafte kao energenta, procene su da će do 2020. doći do maksimalne eksploatacije, posle čega sledi pad proizvodnje.

S druge strane otkrivaju se do sada malo korišćeni uljni škriljci i prirodni gas. Uljni škriljci rasprostranjeni su u više zemalja sveta i ima ih u skoro neograničenim količinama. Tehnologija izdvajanja nafte iz uljnih škriljaca je u povoju i dosta je skupa. Otkrivaju se i nova nalazišta prirodnog gasa, energenta daleko prihvatljivijeg po pitanju ispuštanja CO2 i zagađenja čovekove sredine.

Prvi patent za izdvajanje ”ulja“ iz uljnih škriljaca izdat je 1684. trojici građana Engleske koji su uspeli da izdvoje katran i ulja iz “nekih stena”. Savremeni način izdvajanja sirove nafte iz uljnih škriljaca postavio je Francuz Aleksandar Seligue, 1838. Njegov postupak je 10 godina kasnije usavršio Škot Džejms Jung. Tokom 19. veka izgrađeni su pogoni za izdvajanje sirove nafte iz škriljaca u Australiji, Brazilu, Kanadi i SAD. Početkom 20. veka počelo je izdvajanje sirove nafte i u drugim zemljama.

Obrada ispod površine tla

Interesovanje za škriljce je poraslo poslednjih godina zbog stalnog porasta cene sirove nafte. Danas se izdvajanje sirove nafte iz škriljaca intenzivno radi u Estoniji, Brazilu i Kini. Prema podacima iz 2008. navedene zemlje dobijaju dnevno 17.700 barela sirove nafte iz uljnih skriljaca (1 barel = 159 l) pa SAD, Australija, Kanada, Jordan i Maroko planiraju početak eksploatacije svojih rezervi uljnih škriljaca.

Pri kraju 20. veka razvijeno je više tehnologija dobijanja sirove nafte iz uljnih škriljaca. Zajednički imenitelj tih tehnologija je da su za izdvajanje potrebne znatne količine toplotne energije i vode. Postupci izdvajanja izvode se pirolizom (raspadanje supstance zagrevanjem), hidrogenacijom i termičkim rastvaranjem.

Najrasprostranjeniji je postupak pirolizom, poznat kao “retorting” ili destruktivna destilacija. Uljni škriljci se zagrevaju u odsustvu kiseonika sve dok nafta i sagorljivi gas ne pređu u stanje pare. Zatim se vrši kondenzacija i sirova nafta iz gasnog prelazi u tečno stanje. Za ovaj postupak uljni škriljci se drobe na manje komade i izlažu temperaturama od 480 do 520 C. Po ovom postupku koji se naziva i “postupak na površini zemlje”: uljni škriljci se iznose na površinu zemlje, gde se obrađuju u postrojenjima za razdvajanje, odakle kao sirova nafta odlaze u rafinerije na dalju obradu.

Drugi postupak je obrada škriljaca ispod zemljine površine, tj. na ležištima uljnih škriljaca. Za novi postupak “na licu mesta“ dovoljna je temperatura od 250 C. Proces izdvajanja može trajati nekoliko meseci. Postupak hidrogenacije izvodi se pomoću vodonika kao rastvarača, pod povećanim pritiskom i temperaturom. Prednost tehnologije koja se izvodi pod zemljom je u tome da se ne zagađuje čovekova okolina. Dobijena sirova nafta se izvlači iz bušotina kao sirova nafta, čime je izbegnuto kopanje i iznošenje škriljaca na površinu zemlje.

Postupak obuhvata otvaranje bušotina kroz koje će se unositi topao fluid ili topla para do naslaga uljnih škriljaca - da bi se postigla temperatura razlaganja. Zasad se ispituje mogućnost zagrevanja škriljaca unošenjem električnih grejača u bušotine. Vrše se i probe sa materijalima koji sprovode struju kako bi se izbegla upotreba relativno skupih grejača. Takođe, ispituje se i mogućnost zagrevanja radio-talasima visoke učestanosti. Tehnologija “na licu mesta “ je povoljnija jer omogućava pristup i dubljim slojevima škriljaca. Firma CCR vrši probe sa vertikalnim i horizontalnim bušotinama koje se postavljaju ispod naslaga škriljaca; kroz te bušotine propušta se zagrevni fluid. Kao fluid za zagrevanje koriste se CO2 i vazduh.

Firma Shell koristi električno grejanje, gde se uljni škriljci zagrevaju do temperature od 340-370 C, četiri godine. Deo prostora koji se eksploatiše ograđen je od okoline “hladnim zidom“, tj. bušotinama kroz koje prolazi fluid za rashlađivanje. Postrojenje je ispitivano 1980, kada je izdvojeno 1.700 barela sirove nafte sa površine 12x9 m. Nedostatak ove tehnologije je velika potrošnja električne energije i vode .

Na odluku o masovnijoj upotrebi škriljaca utiče cena sirove nafte. Procene su (US Departmant of Energy) da škriljci mogu da budu konkurentni ako cena sirove nafte poraste iznad 54 dolara po barelu za tehnologiju “iznad zemlje” i na 35 dolara po barelu za tehnologiju “na licu mesta“. Cena obrade iz škriljaca može se sniziti korišćenjem otpadnih škriljaca za zagrevanje, tj. kao gorivo za loženje peći.

Izdvajanje nafte iz škriljaca nepovoljno utiče na prirodu, naročito tehnologija “na površini zemlje” - zbog trovanja metalima koji ulaze u površinske i podzemne vode, povećane erozije tla, emisije sumpornog gasa i zagađenja vazduha.

Postupak “na licu mesta” je manje štetan ali može izazvati trovanje podzemnih voda. I velika potrošnja vode je jedan od nepovoljnih činilaca; zavisno od tehnologije, kreće se 1-4 barela vode za 1 barel sirove nafte.

Rezerve uljnih skriljaca

Procene iz 2010. prema IEA (International Energy Agency) upućuju na 5 triliona barela nafte iz škriljaca. Za poređenje može da posluži podatak da su utvrđene rezerve sirove nafte procenjene na 1,317 triliona barela. Najveće rezerve uljnih škriljca su u SAD (62 %), a zatim u Rusiji, Brazilu i Kini.

Prema podacima WEC (World Energy Councile) dnevna potrošnja sirove nafte iz škriljaca iznosi 17.700 barela dnevno. Skoro celokupna svetska proizvodnja otpada na Kinu - 375.000 t, Estoniju - 350.000 t i Brazil - 250.000 t - uz napomenu da Estonija koristi škriljce kao gorivo za peći u termoelektranama . Poređenja radi, dnevna potrošnja konvencionalne sirove nafte i prirodnog gasa iz bušotina iznosila je 2008. 82,12 miliona barela, ili 13.055 miliona m3 dnevno.

Rezerve uljnih škriljaca u Srbiji procenjuju se na 3,6 milijardi t. Nalazišta su uglavnom na prostoru Aleksinca i istočne Srbije. Sadrže 50-60% pepela a nalaze se na dubini od oko 700 m, što eksploataciju čini dosta nepovoljnom.

Prirodni gas umesto nafte

Prirodni gas je mešavina metana i drugih ugljo-vodonika: ugljen-dioksida, azota, vodonik-sulfida. Koristi se kao energent za grejanje i kuvanje, za proizvodnju električne energije, kao gorivo za vozila na gas, u proizvodnji veštačkih đubriva i industriji plastičnih masa. Nalazi se duboko ispod zemlje, u podzemnim ležištima, stenama sa ostalim ugljo-vodonicima i ležištima uglja i metana.

U 19. veku, pri obradi sirove nafte, prirodni gas se pojavio kao sporedni proizvod. Tada je bio nepogodan za skladištenje pa je spaljivan na licu mesta, na bakljama rafinerija.

Prirodni gas iz ležišta uljnih škriljaca dobijen je 1825. u SAD. Njegova industrijska proizvodnja počela je 1970. kada je proizvodnja konvencionalnog prirodnog gasa opala. Nova tehnička resenja (seizmička snimanja, horizontalne bušotine i hidrauličko razbijanje stena) tada su dobila punu primenu. Danas se gas transportuje do krajnjih korisnika razgranatom mrežom gasovoda, u komprimovanom stanju.

Najveće potvrđene rezerve gasa ima Rusija - 47,57 triliona m3, zatim Iran - 26,37 m3, Katar - 25,79 m3, Saudijska Arabija - 6,65 m3, Ujedinjeni Emirati -5,82 m3. Procenjuje se da ukupne rezerve prirodnog gasa u svetu iznose 175.000 milijardi m3. Procenjene količine nekonvencionalnog gasa iz uljnih škriljca iznose 180.000 milijardi m3, što odgovara 1.719 milijardi barela nafte. Poređenja radi, ukupne procenjene količine nafte iznose 1.317 milijarde barela.

Posebno je značajan nagli porast eksploatacije prirodnog gasa u SAD koji se dobija iz uljnih škriljaca. Intenzivniju eksploataciju omogućile su nove tehnologije horizontalnog bušenja i nove tehnologije hidrauličnog razbijanja stena.

Pitanje zagađenja atmosfere

Prirodni gas ima vrlo široku primenu - kao energent i kao sirovina u hemijskoj industriji. Glavna upotreba gasa je u proizvodnji električne energije i u postupku kogeneracije kada se toplotna energija niže temperaturne vrednosti, kao sporedni proizvod , koristi za zagrevanje.

Elektrane na gas pogodne su za pokrivanje vršnih opterećenja u sprezi sa hidro-elektranama. Posebno je uspešna kombinacija gasne i parne turbine. Pri ispuštanju CO2, prirodni gas je povoljniji u odnosu na naftu i ugalj. Ispušta 30% manje CO2 u odnosu na naftu i 45% manje u odnosu na ugalj. Za isti energetski efekat, elektrana na ugalj ispušta oko 1.000 kg ugljen-dioksida u atmosferu za svaki proizvedemi MWh, dok elektrana na gas ispušta upola manje. Kombinacija termo-elektrane i toplane, koja se lako može realizovati sa gasom kao energentom, snižava ispuštanje ugljen-dioksida u atmosferu i štedi energiju za potrebe zagrevanja.

Gas se isporučuje kroz mrežu cevovoda ili u čeličnim bocama. Zbog svoje visoke energetske vrednosti, konkurentan je električnoj energiji. Prisutan je kao pogonsko gorivo u javnom i privatnom saobraćaju. Prema podacima iz 2012. u svetu je u saobraćaju bilo 16,4 miliona vozila na gas.

Prirodni gas je i glavna sirovina u proizvodnji amonijaka i vestačkih đubriva. Koristi se i u proizvodnji vodonika koji se dalje koristi za gorivne celije .

Zbog male specifične gustine, prirodno gas nije lako ni skladištiti ni transportovati. Za prekookeanski transport rešenje su posebni tankeri koji transportuju prirodni gas kompromovan i pretvoren u tečnost.

Procenjene rezerve gasa u Srbiji iznose 49,14 milijardi m3. Godišnje, proizvede se 517 miliona m3 gasa.

Mr Jozef Baruhović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja