Non è un segreto che nel mondo moderno il sangue dell'economia mondiale sia il petrolio, il cosiddetto oro nero. Per tutto il XX e il XXI secolo, è il petrolio che rimane uno dei minerali più importanti del pianeta per l'umanità. Nel 2010 il petrolio ha occupato un posto di primo piano nel bilancio mondiale di combustibili ed energia, rappresentando il 33,6% del consumo totale di energia. Allo stesso tempo, il petrolio è una risorsa non rinnovabile e da più di una dozzina di anni si parla che prima o poi le sue riserve finiranno.
Secondo gli scienziati, le riserve petrolifere accertate nel mondo dureranno per circa 40 anni e quelle inesplorate per altri 10-50 anni. Ad esempio, in Russia, a partire dal 1 gennaio 2012, secondo le informazioni ufficialmente rilasciate (fino a questo punto, le informazioni sulle riserve di petrolio e gas erano classificate), il volume delle riserve recuperabili di petrolio delle categorie A / B / C1 era di 17,8 miliardi tonnellate, o 129,9 miliardi di barili (secondo il calcolo per cui una tonnellata di petrolio degli Urali esportati è 7,3 barili). Sulla base dei volumi di produzione esistenti, queste risorse naturali esplorate basteranno al nostro Paese per 35 anni.
Allo stesso tempo, nella sua forma pura, l'olio non viene praticamente utilizzato. Il valore principale risiede nei prodotti della sua lavorazione. Il petrolio è una fonte di combustibili liquidi e oli, nonché un'enorme quantità di prodotti importanti per l'industria moderna. Senza carburante, non si fermerà solo l'economia mondiale, ma anche qualsiasi esercito. Auto e carri armati non rimarranno senza carburante, gli aerei non decolleranno in cielo. Allo stesso tempo, alcuni paesi sono stati inizialmente privati delle proprie riserve di oro nero. La Germania e il Giappone sono diventati un esempio lampante di tali paesi nel 20 ° secolo, che, possedendo una base di risorse molto scarsa, ha scatenato la seconda guerra mondiale, ogni giorno della quale ha richiesto un enorme consumo di carburante. Durante la seconda guerra mondiale, la Germania in larga misura, in alcuni anni fino al 50%, ha soddisfatto il proprio fabbisogno di combustibili attraverso la produzione di combustibile liquido dal carbone. La via d'uscita per lei era l'uso di combustibili e oli sintetici. Lo stesso è stato fatto nel secolo scorso in Sudafrica, dove Sasol Limited ha aiutato l'economia sudafricana a operare con successo sotto la pressione delle sanzioni internazionali durante gli anni dell'apartheid.
Combustibili sintetici
Negli anni '20, i ricercatori tedeschi Franz Fischer e Hans Tropsch, che lavoravano al Kaiser Wilhelm Institute, inventarono un processo chiamato processo Fischer-Tropsch. La sua importanza fondamentale era la produzione di idrocarburi sintetici per il loro uso come combustibile sintetico e olio lubrificante, ad esempio dal carbone. Non sorprende che questo processo sia stato inventato in una Germania piuttosto povera di petrolio, ma allo stesso tempo ricca di carbone. Era ampiamente utilizzato per la produzione industriale di combustibili sintetici liquidi. La Germania e il Giappone hanno ampiamente utilizzato questo combustibile alternativo durante gli anni della guerra. In Germania, la produzione annua di combustibili sintetici nel 1944 ha raggiunto circa 6,5 milioni di tonnellate, o 124.000 barili al giorno. Dopo la fine della seconda guerra mondiale, gli scienziati tedeschi catturati continuarono a lavorare in quest'area. In particolare, negli Stati Uniti, hanno partecipato all'Operazione Paperclip, lavorando per il Bureau of Mines.
A partire dalla metà degli anni '30, la tecnologia di gassificazione dei combustibili condensati per scopi chimico-tecnologici iniziò a diffondersi in Germania, Stati Uniti, URSS e altri paesi industrializzati del mondo, principalmente per la sintesi di vari composti chimici, compresi gli oli artificiali e combustibili liquidi. Nel 1935, in Germania e in Inghilterra furono prodotte 835 mila tonnellate e 150 mila tonnellate di benzina sintetica rispettivamente da carbone, aria e acqua. E nel 1936, Adolf Hitler lanciò personalmente un nuovo programma statale in Germania, che prevedeva la produzione di combustibili e oli sintetici.
L'anno successivo, Franz Fischer, insieme a Helmut Pichler (Hans Tropsch lasciò la Germania per gli Stati Uniti nel 1931, dove morì quattro anni dopo) riuscirono a sviluppare un metodo per la sintesi di idrocarburi a media pressione. Nel loro processo, gli scienziati tedeschi hanno utilizzato catalizzatori a base di composti di ferro, una pressione di circa 10 atmosfere e temperature elevate. I loro esperimenti furono di grande importanza per lo spiegamento in Germania di una produzione chimica di grande tonnellaggio di idrocarburi. Come risultato dell'implementazione di questo processo, sono state ottenute paraffine e benzina con un numero di ottano elevato come prodotti principali. Il 13 agosto 1938 si tenne un incontro a Karinhalle, la tenuta di caccia del ministro dell'aviazione del Reich Hermann Goering, in cui fu adottato un programma per lo sviluppo della produzione di carburante, che ricevette il simbolo "Karinhalleplan". La scelta della residenza di Goering e la sua candidatura a responsabile del programma non furono casuali, poiché la Luftwaffe da lui guidata consumava almeno un terzo del carburante prodotto in Germania. Tale piano prevedeva, tra l'altro, un significativo sviluppo nella produzione di carburanti sintetici e oli lubrificanti.
Nel 1939 fu avviato nel Reich il processo Fischer-Tropsch su scala commerciale in relazione alla lignite, i cui giacimenti erano particolarmente ricchi nella parte centrale del paese. All'inizio del 1941, la produzione totale di carburante sintetico nella Germania nazista raggiunse la produzione di petrolio e poi la superò. Oltre al combustibile sintetico nel Reich, dal gas del generatore furono sintetizzati acidi grassi, paraffina e grassi artificiali, compresi i grassi commestibili. Quindi da una tonnellata di combustibile condensato convenzionale secondo il metodo Fischer-Tropsch, è stato possibile ottenere 0,67 tonnellate di metanolo e 0,71 tonnellate di ammoniaca, o 1,14 tonnellate di alcoli e aldeidi, inclusi alcoli grassi superiori (HFA), o 0,26 tonnellate di idrocarburi liquidi.
Alla fine della seconda guerra mondiale, più di mezzo anno dall'autunno del 1944, quando le truppe dell'Armata Rossa occuparono i giacimenti petroliferi di Ploiesti (Romania) - la più grande fonte naturale di materie prime per la produzione di carburante, che era controllato da Hitler e fino al maggio 1945 la funzione di carburante per motori nell'economia tedesca e l'esercito svolgevano combustibili liquidi artificiali e gas generatore. Possiamo dire che la Germania di Hitler era un impero costruito su materie prime solide contenenti carbonio (principalmente carbone e in misura minore su legno comune), acqua e aria. Da queste materie prime sono stati sintetizzati in Germania il 100% di acido nitrico arricchito, necessario per la produzione di tutti gli esplosivi militari, il 99% di gomma e metanolo e l'85% di carburante per motori.
Gli impianti di gassificazione e idrogenazione del carbone erano la spina dorsale dell'economia tedesca negli anni '40. Tra le altre cose, il carburante sintetico per l'aviazione, prodotto secondo il metodo Fischer-Tropsch, copriva l'84,5% di tutte le esigenze della Luftwaffe durante gli anni della guerra. Durante la seconda guerra mondiale nella Germania nazista, questo metodo per la sintesi del gasolio veniva utilizzato in otto fabbriche, che producevano circa 600mila tonnellate di gasolio all'anno. Inoltre, questo progetto è stato interamente finanziato dallo Stato. I tedeschi costruirono fabbriche simili nei paesi che occupavano, in particolare in Polonia (Auschwitz), che continuarono a funzionare fino agli anni '50 compresi. Dopo la fine della guerra, tutte queste fabbriche in Germania furono chiuse e in parte, insieme alle tecnologie, furono portate fuori dal paese a spese delle riparazioni dell'URSS e degli Stati Uniti.
olio di scisto
La seconda fonte per la produzione di carburante, oltre al carbone, è lo shale oil, il cui argomento non ha lasciato le pagine della stampa mondiale negli ultimi anni. Nel mondo moderno, una delle tendenze più importanti osservate nell'industria petrolifera è una diminuzione della produzione di olio leggero e olio a media densità. La riduzione delle riserve accertate di petrolio sul pianeta sta costringendo le compagnie petrolifere a lavorare con fonti alternative di idrocarburi ea cercarle. Una di queste fonti, insieme all'olio pesante e al bitume naturale, è lo scisto bituminoso. Le riserve di scisti bituminosi del pianeta superano le riserve di petrolio di un ordine di grandezza. Le loro principali riserve sono concentrate negli Stati Uniti: circa 450 trilioni di tonnellate (24,7 trilioni di tonnellate di olio di scisto). Ci sono riserve significative in Cina e Brasile. La Russia possiede anche vaste riserve, che contengono circa il 7% delle riserve mondiali. Negli Stati Uniti, la produzione di olio di scisto è iniziata alla fine degli anni '40 e all'inizio degli anni '50 utilizzando il metodo delle miniere. Per la maggior parte, l'estrazione era sperimentale e condotta su piccola scala.
Oggi nel mondo esistono due metodi principali per ottenere la materia prima richiesta dallo scisto bituminoso. Il primo di questi prevede l'estrazione della roccia di scisto con il metodo aperto o in miniera, seguita dalla lavorazione in speciali impianti-reattori, in cui lo scisto è soggetto a pirolisi senza accesso all'aria. Nel corso di queste operazioni, dalla roccia si ottiene il catrame di scisto. Questo metodo è stato attivamente provato a svilupparsi in Unione Sovietica. Progetti simili sono noti anche per l'estrazione di shale nel giacimento di Irati in Brasile e nella provincia cinese di Fushun. In generale, sia negli anni '40 del XX secolo, sia ora il metodo di estrazione dello scisto con la loro successiva lavorazione rimane un metodo piuttosto costoso e il costo del prodotto finale rimane elevato. Ai prezzi del 2005, il costo di un barile di tale petrolio era di $ 75- $ 90 all'uscita.
Il secondo metodo di estrazione dell'olio di scisto prevede l'estrazione diretta dal giacimento. È questo metodo che si è sviluppato negli Stati Uniti negli ultimi anni e ha permesso di parlare di una "rivoluzione dello shale" nella produzione di petrolio. Questo metodo prevede la perforazione di pozzi orizzontali seguiti da più fratture idrauliche. In questo caso, è spesso necessario eseguire il riscaldamento chimico o termico della formazione. È anche ovvio che un tale metodo di mining è molto più complicato, e quindi più costoso, del metodo di mining tradizionale, indipendentemente dalle tecnologie utilizzate e dai progressi in campo scientifico. Finora, il costo dell'olio di scisto è significativamente più alto del petrolio convenzionale. Secondo le stime delle stesse compagnie petrolifere, la sua produzione rimane redditizia con i prezzi minimi del petrolio sul mercato mondiale sopra i 50-60 dollari al barile. Inoltre, entrambi i metodi presentano alcuni svantaggi significativi.
Ad esempio, il primo metodo con estrazione a cielo aperto o in miniera di scisti bituminosi e la loro successiva lavorazione è significativamente vincolato dalla necessità di utilizzare enormi quantità di anidride carbonica - CO2, che si forma nel processo di estrazione del catrame di scisto da esso. Infine, il problema dell'utilizzo dell'anidride carbonica non è stato ancora risolto e le sue emissioni nell'atmosfera terrestre sono gravide di gravi problemi ambientali. Allo stesso tempo, quando lo shale oil viene estratto direttamente dai giacimenti, sorge un altro problema. Si tratta di un alto tasso di decremento della portata dei pozzi messi in esercizio. Nella fase iniziale di esercizio, i pozzi, a causa della fratturazione idraulica multipla e dell'iniezione orizzontale, sono caratterizzati da tassi di produzione molto elevati. Tuttavia, dopo circa 400 giorni di lavoro, il volume dei prodotti estratti diminuisce drasticamente (fino all'80%). Per compensare un calo così forte e livellare in qualche modo il profilo di produzione, i pozzi in tali campi di scisto devono essere messi in funzione in fasi.
Allo stesso tempo, tecnologie come la perforazione orizzontale e la fratturazione idraulica hanno permesso agli Stati Uniti di aumentare la produzione di petrolio di oltre il 60% dal 2010, portandola a 9 milioni di barili al giorno. Attualmente, uno degli esempi di maggior successo dell'uso delle tecnologie di produzione dell'olio di scisto è il giacimento di Bakken, situato negli stati del Nord e del Sud Dakota. Lo sviluppo di questo particolare giacimento di shale oil ha creato una sorta di euforia nel mercato nordamericano. Solo 5 anni fa, la produzione di petrolio in questo campo non superava i 60 mila barili al giorno, e ora è già di 500 mila barili. Poiché qui veniva effettuata l'esplorazione geologica, le riserve di petrolio del giacimento aumentarono da 150 milioni a 11 miliardi di barili. Oltre a questo giacimento petrolifero, la produzione di shale oil negli Stati Uniti viene condotta a Bone Springs nel New Mexico, Eagle Ford in Texas e Three Forks nel North Dakota.
