Břidlice olej (také nazývaný živičné břidlice nebo kérobitumeux břidlice ) jsou sedimentární horniny zrněné, obsahující organické látky , se kerogen , v množství dostatečném pro poskytnutí oleje a plynného paliva . Jejich název je matoucí, protože v mineralogii nejsou tyto horniny břidlice .
Energy Information Administration Spojené státy odhaduje globální ropné břidlice rezervy na mezi 2.800 a 3.100 miliard barelů ropy (450 - 520 x 10 9 m 3 ) potenciálně těžitelné, včetně 1000 až 1200 miliard barelů ve Spojených státech. Pokusy o více než sto let využívat tyto rezervy však zatím měly omezené výsledky. Využití kerogenu jako náhražky ropy vyžaduje delší zpracování, což zvyšuje finanční a ekologické náklady.
Kerogen přítomný v živičné břidlice může být převedena na olej prostřednictvím chemického procesu pyrolýzy . Pokud se ropná břidlice zahřeje na dostatečně vysokou teplotu (450/500 ° C) v bezvzduchové komoře, může se vznikající pára destilovat na břidlicový olej - formu nekonvenčního oleje - a plyn. Ropnou břidlici lze také spalovat přímo jako nekvalitní palivo pro výrobu energie a topení a lze ji použít jako surovinu v chemickém průmyslu a stavebních materiálech .
Zvýšení ceny barelu a hledání nezávislosti na externích dodavatelích energie upozornilo na ropné břidlice jako energetický zdroj. Nicméně, jeho využití a zpracování vyvolává řadu otázek životního prostředí, jako jsou pozemní využití , nakládání s odpady, využívání vody, nakládání s odpadními vodami, skleníkových emisí plynů a znečištění ovzduší.
Estonsko se Brazílie se čínský je Německo je Rusko a Izrael používají živičné břidlice dnes.
Za přítomnost bitumenu dluží ropné břidlice zápach, který se uvolňuje třením. Je to také přítomnost bitumenu, kterému vděčí za svou barvu, takže když se umístí do ohnivého krbu, bitumen se roztaví a skála, když byla černá, vyjde bílá.
Ropné břidlice jsou horniny bohaté na organickou hmotu a patří do skupiny sapropelových paliv .
Když mluvíme o ropných břidlicích, neznamená to konkrétní druh horniny. Přísně vzato, neexistuje žádná specifická geologická definice ani žádný konkrétní chemický vzorec, který by kvalifikoval ropné břidlice. Navíc použití terminologie převzaté z metamorfózy „břidlice“ není přesné, protože nejde o břidlice v metamorfním smyslu tohoto pojmu. Existuje tedy velké množství odrůd, které lze odlišit z hlediska jejich chemického a mineralogického složení, sedimentačních procesů, které proběhly v různé době, a druhu kerogenu, který lze extrahovat.
Ropné břidlice se liší od asfaltových hornin (ropné písky a ropné nádrže), huminových uhlí a uhlíkatých břidlic. Zatímco ropné písky pocházejí z biodegradace ropy, kerogen v ropné břidlici nedosáhl dostatečné teploty a tlaku, aby se mohl transformovat na ropu.
Ropné břidlice obsahují nižší procento organické hmoty než uhlí. Na stupnici ropných břidlic je poměr mezi organickou hmotou a minerální látkou mezi 0,75 / 5 a 1,5 / 5. Ale tato organická hmota má poměr atomů vodíku k atomům uhlíku (H / C) přibližně 1,2 až 1,8krát nižší než u ropy a 1,5 až 3krát vyšší než u uhlí.
Organické složky ropných břidlic pocházejí z mnoha organismů, jako je pyl , řasy , spory , rostlinné kutikuly, fragmenty korku bylin a dřevin a buněčné zbytky jiných suchozemských a vodních rostlin.
Některá ložiska obsahují významné fosilie . Například naleziště zkamenělin Messel , Německo, je na seznamu světového kulturního dědictví města UNESCO . Obsah minerálů v ropných břidlicích zahrnuje několik silikátů a uhličitanů .
Geologové klasifikují ropné břidlice podle jejich složení: břidlice bohaté na uhličitany, křemičité břidlice nebo uhlíkaté břidlice.
Další klasifikace, známá jako Van Krevelenův diagram , uvádí typy kerogenů na základě jejich chemického složení. Zohledňuje množství vodíku, uhlíku a kyslíku v organické hmotě tvořící ropnou břidlici. Nejpoužívanější klasifikaci vytvořil v letech 1987 až 1991 Adrian C. Hutton z University of Wollongong přizpůsobením terminologie petrografie . Rozlišuje ropné břidlice podle prostředí jejich uložení: „suchozemské“, „lacustrinové“ nebo „mořské“. To znamená, počáteční prostředí, ve kterém byla uložena biomasa, které diagenezí dalo vzniknout hornině. Bylo zjištěno, že je užitečné při odhadu výtěžku a složení extrahovaného oleje.
Stejně jako u ropy a plynu analytici rozlišují mezi „zdroji“ a „zásobami“ ropných břidlic. „Zdroje“ označují všechna ložiska ropných břidlic, zatímco „zásoby“ představují ložiska, ze kterých lze pomocí stávající technologie těžit ropné břidlice. Vzhledem k tomu, že extrakční techniky se neustále vyvíjejí, lze pouze odhadnout objem extrahovatelného kerogenu. Přestože se ropná břidlice vyskytuje v mnoha zemích, pouze 33 zemí má ekonomicky cenná ložiska. Ze známých ložisek, případně klasifikovány jako rezervy, jsme zjistili, že z Green River v západních Spojených státech , v třetihorních usazeniny z Queenslandu v Austrálii , ty Švédska a Estonska , že El-Lajjun v Jordánsku , stejně jako vklady ve Francii , Německo , Brazílie , Čína , Jižní Mongolsko , Izrael , Maroko a Rusko . Očekává se, že tato ložiska přinesou 40 litrů na tunu břidlice pomocí Fischerovy titrační metody ( Fischer Assay ).
Studie z roku 2005 odhadovala světové zdroje ropné břidlice na 411 gigaton , což je dost na to, aby vyprodukovalo 2 800 až 3 300 miliard barelů (520 km 3 ) ropné břidlice. To překračuje prokázané zásoby ropy odhadované na 1,342 miliardy barelů v roceledna 2009. Největší světová ložiska se nacházejí ve Spojených státech ve formaci Green River, která pokrývá části Colorada , Utahu a Wyomingu . Asi 70% těchto zdrojů je na půdě ve vlastnictví nebo správě vlády USA. Americké vklady představují 62% světových vkladů. USA, Brazílie a Rusko společně tvoří 86% světových zásob ropných břidlic. Tyto údaje jsou prozatímní a závisí na průzkumu a analýze nových vkladů, které stále čekají na vyřízení. Profesor Alan R. Carroll z University of Wisconsin považuje ložiska ropné břidlice z horního permského jezera v severozápadní Číně, která chybí v předchozích globálních hodnoceních břidlicové ropy, za velikostně srovnatelnou s ložisky v Green River.
V pařížské pánvi je břidlicová ropa zachycena v geologických vrstvách Lias v hloubce 2750 metrů. Francouzský ropný institut odhaduje, že místní zdroje by bylo mezi 60 a 100 miliard barelů ropy, což představuje mezi 90 a 150 let současné spotřeby Francií (2011).
Vzhledem k tomu, že ropná břidlice hoří snadno a bez nutnosti zpracování, používá ji člověk již od pravěku. V době železné ji Kelti vyleštili a vytvořili z ní ozdoby nebo ozdobné předměty.
Průmyslová těžba ropných břidlic začíná v Autun ve Francii a pak se rozšířil do Skotska , v Německu a dalších zemích. V XIX th století, farmy jsou zaměřeny na výrobu petroleje , z ropy a plynového osvětlení a parafin ; v roce 1870 v Paříži byl vyroben vyrobený plyn , zvaný „ stlačený přenosný plyn “, od společnosti boghead , ropné břidlice ze Skotska , která byla přepravitelná kompresí nebo zkapalněním ; tyto výrobky uspokojují rostoucí poptávku po osvětlení během průmyslové revoluce . Vyrábí se také topný olej, mazací olej a tuky a síran amonný . Ropný průmysl břidlic se rozvinul těsně před druhou světovou válkou kvůli omezenému přístupu ke konvenčním ropným zdrojům a hromadné výrobě osobních a nákladních automobilů, což bylo doprovázeno zvýšenou spotřebou benzínu.
Kromě Estonska a Číny, jejichž průmysl ropných břidlic po druhé světové válce nadále rostl, většina ostatních zemí opouští své projekty kvůli vysokým nákladům na zpracování a dostupnosti levnější ropy.
Po prvním ropném šoku v roce 1973 dosáhla produkce ropných břidlic vrcholu v roce 1980 na 46 milionech tun, poté po poklesu cen konvenční ropy v 80. letech klesla zpět na 16 milionů tun v roce 2000.2. května 1982, v některých kruzích označovaná jako Černá neděle , ExxonMobil ruší svůj odhadovaný projekt těžby ropných břidlic v hodnotě 5 miliard dolarů poblíž Parachute v Coloradu kvůli nízkým cenám energie a zvyšování výdajů. To vede k propouštění více než 2 000 zaměstnanců a způsobuje stopu exekucí a bankrotů.
V roce 1986 prezident Ronald Reagan ratifikoval Konsolidovaný souhrnný zákon o smíření rozpočtu z roku 1985 ( zákon o rozpočtu z roku 1985 ), který mimo jiné zrušil program výzkumu kapalných syntetických paliv.
Břidlice ropný průmysl se vrátí na začátku XXI -tého století. V roce 2003 byl ve Spojených státech znovu zahájen program vývoje této suroviny. Úřady zavedly program půjček umožňující těžbu břidlic a ropných písků na spolkových zemích v roce 2005 v souladu se zákonem o energetické politice z roku 1985.
Od roku 2008 průmysl používal ropné břidlice v Brazílii, Číně, Estonsku a v menší míře v Německu, Izraeli a Rusku. Země začaly hodnotit své zásoby nebo budovat experimentální továrny, protože ostatní opouštěli toto průmyslové odvětví.
Ropná břidlice se používá k těžbě ropy v Brazílii, Číně a Estonsku; pro výrobu energie v Číně, Estonsku, Izraeli a Německu; na výrobu cementu v Estonsku, Německu a Číně; a v chemickém průmyslu v Číně, Estonsku a Rusku. V roce 2009 bylo v Estonsku vytěženo 80% celosvětové ropné břidlice.
V minulosti Rumunsko a Rusko stavěly elektrárny na ropné břidlice, ale od té doby byly například uzavřeny nebo převedeny na plynové elektrárny . Jordánsko a Egypt plánují výstavbu elektráren na ropnou břidlici, zatímco Kanada a Turecko ji plánují spalovat společně s uhlím za účelem výroby elektřiny. Pouze v Estonsku se tato surovina používá jako hlavní palivo pro výrobu elektřiny. Například závod Narva zajišťoval v roce 2005 95% výroby elektřiny.
Většina operací s ropnými břidlicemi zahrnuje těžbu a následnou přepravu suroviny. Ten se buď přímo spaluje na výrobu elektřiny, nebo se transformuje. Nejběžnějšími způsoby povrchové těžby jsou povrchová těžba a těžba pásů . Spočívají v odstranění všech materiálů pokrývajících roponosnou břidlici za účelem jejího vystavení pod širým nebem, ale jsou použitelné pouze v případě, že je ložisko blízko povrchu. Těžba v podzemí obecně využívá takzvanou metodu „komory a pilíře“, která spočívá v kopání galerií, které se protínají kolmo, dostatečně blízko, aby bylo možné vytěžit část ložiska a ponechat pouze „pilíře“, které budou opuštěny tak, jak jsou, zničeno. Těžba složek ropných břidlic se obvykle odehrává na otevřeném místě ( ex-situ ), i když se to podaří několika novým technologiím ( in-situ ). V obou případech chemický proces pyrolýzy převádí kerogen obsažený v ropných břidlicích na břidlicový olej ( nekonvenční ropu ) a plyn. Transformační procesy typicky zahrnují zahřívání v nepřítomnosti kyslíku a při dostatečně vysoké teplotě (kolem 450-500 ° C), aby se kerogen rozložil na plyn, olej a pevné zbytky. Pokud proces rozkladu začíná při relativně nízkých teplotách (300 ° C), probíhá rychleji a úplněji při vyšší teplotě.
Proces in-situ se používá k ohřevu ropné břidlice pod zemí. Tento typ technologie může potenciálně extrahovat více oleje z daného povrchu než procesy ex-situ, protože má přístup k hlubším úrovním. Mnoho společností má vlastní metody pro autoklávování in-situ . Většina z těchto metod je však stále v experimentální fázi. Můžeme rozlišovat mezi procesy „true in-situ “ (TIS ) a procesy „ in-situ modifikace “ (MIS). Proces TIS nezahrnuje těžbu ropných břidlic. Naproti tomu proces MIS zahrnuje extrakci části suroviny a její vynášení na povrch tak, aby prošla procesem autoklávování a vytvořila propustnost, která způsobí vzestup plynu v hromadách suti. Výbušniny změní ložiska ropných břidlic na sutiny.
Existují stovky patentů na autoklávování ropných břidlic; pouze tucet jich však již bylo testováno. V roce 2006 byly komerčně použity pouze čtyři technologie: Kiviterův proces, Galoterův proces, Fushun a Petrosix.
Průmysl používá břidlicový olej jako palivo v tepelných elektrárnách a spaluje jej jako uhlí k pohonu parních turbín; některé z těchto zařízení využívají vyrobené teplo pro dálkové vytápění . V Estonsku jsou v provozu velké elektrárny na ropné břidlice. Země má kapacitu 2967 megawattů, ostatní, například Čína, mají kapacitu 12 MW , Izrael 12,5 MW a Německo 9,9 MW .
Kromě svého použití jako palivo může být ropná břidlice použita také při výrobě uhlíkových vláken, adsorbentů aktivního uhlí , sazí , fenolů , pryskyřic , lepidel , činidel, tmelu, silničních bitumenů, cementu, cihel, stavebních nebo dekorativních bloků , přísady, hnojiva, izolační minerální vlna, sklo a léčiva. Ale tato použití zůstávají slabá nebo stále v experimentální fázi. Je však třeba poznamenat, že použití v dermatologii k léčbě různých zánětů je velmi časté, a to ve formě obecně známé jako „černá mast“. Těžba některých ropných břidlic také produkuje vedlejší produkty, jako je síra , amoniak , oxid hlinitý , soda , uran a nahkolit (hydrogenuhličitan sodný). V letech 1946 a 1952, s Dictyonema břidlice (fosilní patřící do graptolite třídě ) mořského původu byl použit k výrobě uranu v Sillamäe v Estonsku. A mezi lety 1950 a 1989 použilo Švédsko ke stejnému účelu kamennou břidlici . Břidlicového oleje se také může stát náhradou za zemní plyn , ale do dnešního dne, toto použití není ekonomicky životaschopný.
Ropný břidlice získaný z ropných břidlic nemůže přímo nahradit aplikace ropy. Je to proto, že může obsahovat vyšší koncentrace alkenů , kyslíku a dusíku než ropa. Může také obsahovat vyšší hladiny sulfidu nebo arsenu. Ve srovnání s WTI ( West Texas Intermediate ), srovnávacím standardem pro ropu na futures trhu, ropná břidlice Green River obsahuje 0 až 4,9% sulfidu (v průměru 0,76%), zatímco WTI n 'obsahuje maximálně pouze 0,42%. Jordánské ropné břidlice mohou obsahovat až 9,5% sirníku. Obsah arsenu je například problémem v břidlicové ropě z formace Green River. Tato vysoká koncentrace vyžaduje významné ošetření oleje (hydro-odsíření) před jeho použitím jako suroviny v ropných rafinériích. Proces nadzemního autoklávování produkuje břidlicový olej s nižší hustotou API než proces in-situ . Břidlicový olej je nejvhodnější pro výrobu středního destilátu, jako je petrolej , palivo pro tryskové motory ( letecké palivo ) a nafta . Poptávka po tomto typu destilátu, zejména po naftě, rychle vzrostla během 90. a 2000. Vhodný rafinační proces, ekvivalentní hydrokrakování, však může přeměnit břidlicovou ropu na lehký benzín.
NYMEX Lehká sladká cena ropy v amerických dolarech, od roku 2005 doBřezen 2008 (neupraveno pro inflaci) | 2005 až listopad 2008 |
Ropný průmysl vyvinul na počátku XX -tého století. Od té doby byly různé pokusy o využití ložisek roponosné břidlice úspěšné pouze tehdy, když náklady na produkci roponosné břidlice v určitých regionech klesly pod ceny ropy nebo jejích náhražek. Podle studie společnosti RAND se náklady na výrobu barelu ropy v americkém autoklávovacím komplexu (obsahujícím důl, autoklávovací závod, zpracovatelský závod, podpůrné služby a recyklaci břidlic) pohybují mezi 70 a 95 USD (mezi 400 a 600 USD za metr krychlový, při stálém dolaru 2005). Tento odhad bere v úvahu různé úrovně kvality kerogenu a účinnosti extrakce. Aby byla operace zisková, musí cena ropy zůstat nad těmito úrovněmi. Studie také zkoumá možnost snížení nákladů po instalaci komplexu. Předpokládá, že tento výrobní subjekt by po vyprodukování 500 milionů barelů ( 79 × 106 m 3 ) zaznamenal snížení nákladů o 30 až 70% . Pokud odhadneme nárůst produkce o 25 000 barelů denně po zahájení komerční produkce, RAND předpovídá pokles nákladů na barel mezi 35 a 48 USD za 12 let. Po miliardové úrovni barelu ( 160 × 106 m 3 ) se očekává další pokles nákladů na 30-40 USD za barel (190–250 USD / m 3 ). Někteří analytici srovnávají průmysl ropných břidlic s ropnými písky Athabasca (které v roce 2007 vyprodukovaly více než milion barelů ropy denně) a tvrdí, že „zařízení první generace je technicky a ekonomicky nejobtížnější“.
Společnost Royal Dutch Shell oznámila, že její technologie těžby in-situ v Coloradu se stane konkurenceschopnou za cenu za barel nad 30 $ za barel (190 $ za metr krychlový), zatímco jiné technologie s plným výnosem jsou ziskové pod 20 $ (130 $ za kubík) Metr).
Aby se zvýšila účinnost při autoklávování břidlicového oleje, vědci navrhli a otestovali několik procesů společné pyrolýzy. V roce 1972 publikace v časopise „Pétrole Informations“ nepříznivě porovnala těžbu ropy na břidlicích se zkapalněním uhlí . Článek popisuje, že zkapalňování uhlí je levnější, produkuje více ropy a má menší dopad na životní prostředí než těžba z ropných břidlic. Uvádí konverzní poměr 650 litrů ropy na jednu tunu uhlí ve srovnání se 150 litry břidlicového oleje na tunu ropné břidlice.
Nezbytným opatřením pro životaschopnost roponosné břidlice jako zdroje energie je poměr mezi energií produkovanou břidlicí a energií použitou při její těžbě a zpracování, což je poměr známý jako „Energetická návratnost“. „Investovaná energie“ ( Energie návratná Energie investovaná , EROEI ). Studie z roku 1984 odhaduje, že poměr různých dolů na ropné břidlice se pohyboval mezi 0,7 a 13,3, ačkoli některé projekty těžby uváděly poměr mezi 3 a 10. Royal Dutch Shell uvedl ve svém výzkumném projektu in situ mahagon 3: 4 . Voda potřebná pro proces autoklávování roponosných břidlic zahrnuje další ekonomické hledisko: problém v oblastech s nedostatkem vody.
Těžba ropných břidlic má vliv na životní prostředí. Tyto účinky jsou výraznější u metod povrchové extrakce než u metod podzemních. Jsou to různé druhy: odtok kyselých dolů ( oxidace v důsledku působení vzduchu a vody z výchozů nerostů), únik kovů do povrchových a podzemních vod, zvýšená eroze , emise plynných síry a znečištění ovzduší částicemi produkovanými během zpracování, dopravy a souvisejících činnosti.
V roce 2002 pocházelo přibližně 97% znečištění ovzduší , 86% odpadu a 23% znečištění vody v Estonsku z energetického průmyslu, který jako hlavní zdroj paliva používá ropné břidlice.
Těžba ropných břidlic poškozuje biologické bohatství půdy a jejího ekosystému . Při spalování a tepelném zpracování vznikají odpady a do ovzduší vypouštějí oxid uhličitý , skleníkový plyn . Ochranci životního prostředí se staví proti produkci a používání ropných břidlic, protože produkují více skleníkových plynů než konvenční fosilní paliva. Oddíl 526 zákona o energetické nezávislosti a bezpečnosti zakazuje americkým vládním agenturám nakupovat ropu vyrobenou způsobem, který by generoval více skleníkových plynů než konvenční ropa. Experimentální proces transformace in situ a technologie zachycování a skladování uhlíku, i když v budoucnu mohou některé z těchto obav zmírnit, mohou nicméně způsobit další problémy, jako je znečištění podzemních vod .
Někteří analytici vyjádřili znepokojení nad používáním vody průmyslem ropných břidlic. V roce 2002 spotřebovala 91% vody spotřebované v Estonsku. V závislosti na použitých technologiích využívá nadzemní autoklávování jeden až pět barelů vody na barel vyrobené břidlicové ropy. Studie dopadu na životní prostředí zveřejněná americkým úřadem pro správu půdy odhaduje, že nadzemní těžba a autoklávování produkuje 8 až 38 litrů kontaminované vody na tunu břidlicového oleje. Odhaduje se, že zpracování in-situ využívá přibližně desetinu tohoto množství vody. Tyto obavy jsou ještě naléhavější ve vyprahlých oblastech, jako jsou západní USA nebo Negevská poušť v Izraeli, kde navzdory nedostatku vody existují plány na rozšíření těžby ropných břidlic.
Těžba břidlice a živičného uhlí může být zdrojem radonových emisí , někdy s významnými riziky (riziko rakoviny plic ) pro podzemní těžaře, když důl není otevřená jáma. Některá ložiska se zdají být méně riziková (např .: v dole Amasra v povodí dehtového uhlí Zonguldak (Turecko) po dobu 40 dnů se hladiny radonu pohybovaly od 49 Bq / m 3 v hloubce 40 m do 223 Bq / m 3 až -100 m, s průměrem 117 Bq / m 3 , pod intervenčním prahem 500-1500 Bq / m 3 doporučeným Mezinárodní komisí pro radiační ochranu (ICRP) v roce 1993. Průměrná efektivní dávka pro pracovníky v tomto dole byla odhadováno na 3,4 µSv za den.
V ostatních případech překročily hladiny radonu ve vzduchu uvnitř důlních štol doporučení ICRP (např .: více než 1000 Bq / m 3 vzduchu v dolech Kozlu, Karadon a Üzülmez v Zonguldaku asfaltová těžební pánev také v Turecku)
Aktivisté v oblasti životního prostředí, včetně členů Greenpeace , zahájili protesty proti průmyslu ropných břidlic. Jedním z výsledků bylo pozastavení australského „Stuart Oil Shale Project“ v roce 2004.
Expozice břidlicovým olejům byla uznána jako rizikový faktor („dostatečný důkaz pro člověka“) pro rakovinu šourku .
Pyrogenace břidlicového oleje uvolňuje do atmosféry anilin , který může mít ve vysokých dávkách zdravotní účinky.
A konečně v článku z roku 1979 IA Veldre a HJ Jänes zaznamenali toxicitu fenolů, z nichž jsou estonské ropné břidlice tvořeny 20–30%.