Nije tajna da je u modernom svijetu krv svjetske ekonomije nafta, takozvano crno zlato. Kroz 20. i 21. stoljeće nafta je jedan od najvažnijih minerala na planeti za čovječanstvo. U 2010. nafta je zauzela vodeće mjesto u svjetskom bilansu goriva i energije, čineći 33,6% ukupne potrošnje energije. U isto vrijeme, nafta je neobnovljivi resurs, a priča da će prije ili kasnije njenim rezervama doći do kraja traje već više od desetak godina.
Prema naučnicima, dokazane rezerve nafte u svijetu trajat će oko 40 godina, a neistražene još 10-50 godina. Na primjer, u Rusiji je od 1. januara 2012. prema službeno objavljenim podacima (do ovog trenutka podaci o rezervama nafte i plina bili klasificirani), volumen nadoknadivih rezervi nafte kategorija A / B / C1 iznosio je 17,8 milijardi tona, ili 129,9 milijardi milijardi barela (prema proračunu po kojem jedna tona izvozne Uralove nafte iznosi 7,3 barela). Na osnovu postojećih obima proizvodnje, ovi istraženi prirodni resursi bit će dovoljni našoj zemlji za 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 savremenu industriju. Bez goriva neće stati samo svjetska ekonomija, već i svaka vojska. Automobili i tenkovi neće ići bez goriva, avioni neće poletjeti u nebo. U isto vrijeme, neke zemlje su u početku bile lišene vlastitih rezervi 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. Tokom Drugog svjetskog rata Njemačka je u velikoj mjeri, u nekim godinama i do 50%, zadovoljavala svoje potrebe za gorivom proizvodnjom tekućeg goriva iz uglja. Izlaz za nju bila je upotreba sintetičkih goriva i ulja. Isto je učinjeno u prošlom stoljeću u Južnoj Africi, gdje je Sasol Limited pomogao južnoafričkoj ekonomiji da uspješno posluje pod pritiskom međunarodnih sankcija tokom godina aparthejda.
Sintetička goriva
1920-ih, njemački istraživači Franz Fischer i Hans Tropsch, koji su radili na Institutu Kaiser Wilhelm, izumili su proces nazvan Fischer-Tropsch proces. Njegov temeljni značaj bila je proizvodnja sintetičkih ugljikovodika za njihovu upotrebu kao sintetičko gorivo i ulje za podmazivanje, na primjer, iz ugljena. Nije iznenađujuće da je ovaj proces izmišljen u Njemačkoj, siromašnoj naftom, ali istovremeno i bogatom ugljem. Bio je naširoko korišten za industrijsku proizvodnju tekućih sintetičkih goriva. Njemačka i Japan su široko koristili ovo alternativno gorivo tokom ratnih godina. U Njemačkoj je godišnja proizvodnja sintetičkih goriva 1944. godine dostigla približno 6,5 miliona tona, odnosno 124.000 barela dnevno. Nakon završetka Drugog svjetskog rata, zarobljeni njemački naučnici nastavili su raditi na ovom području. Konkretno, u Sjedinjenim Državama su učestvovali u operaciji Spajalica, radeći za Zavod za rudnike.
Od sredine 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 tečna goriva. Godine 1935. u Njemačkoj i Engleskoj proizvedeno je 835 hiljada tona i 150 hiljada tona sintetičkog benzina iz uglja, zraka i vode. 1936. Adolf Hitler je osobno pokrenuo novi državni program u Njemačkoj, 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 pod srednjim tlakom. Njemački naučnici su u svom procesu koristili katalizatore na bazi jedinjenja gvožđa, pritiska od oko 10 atmosfera i visokih temperatura. Njihovi eksperimenti bili su od velike važnosti za primjenu u Njemačkoj hemijske proizvodnje ugljikovodika velike tonaže. Kao rezultat provedbe ovog procesa, kao glavni proizvodi dobiveni su parafini i benzin s visokim oktanskim brojem. 13. augusta 1938. održan je sastanak u Karinhalleu - lovačkom imanju ministra zrakoplovstva Reicha Hermanna Goeringa na kojem je usvojen program za razvoj proizvodnje goriva koji je dobio simbol "Karinhalleplan". Odabir Goeringovog 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, ovim planom predviđen je značajan razvoj u proizvodnji sintetičkih motornih goriva i ulja za podmazivanje.
Godine 1939. pokrenut je Fischer-Tropsch proces u Reichu na komercijalnoj razini u odnosu na mrki ugalj čija su nalazišta 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 Rajhu, 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 tečnih ugljovodonika.
Krajem Drugog svjetskog rata, više od pola godine od jeseni 1944., kada su trupe Crvene armije zauzele naftna polja Ploiesti (Rumunjska) - najveći prirodni izvor sirovina za proizvodnju goriva, bio pod kontrolom Hitlera, a do maja 1945. funkciju motornog goriva u njemačkoj privredi i vojsci obavljali su umjetna tekuća goriva i generatorski plin. Možemo reći da je Hitlerova Njemačka bila carstvo izgrađeno na čvrstim sirovinama koje sadrže ugljik (prvenstveno ugljen i u manjoj mjeri na običnom drvu), vodi i zraku. U Njemačkoj je od ovih 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 gasifikaciju i hidrogenizaciju ugljena bila su okosnica njemačke ekonomije 1940 -ih. Između ostalog, sintetičko zrakoplovno gorivo, proizvedeno po Fischer-Tropsch metodi, pokrilo je 84,5% svih potreba Luftwaffea u ratnim godinama. Tokom Drugog svjetskog rata u nacističkoj Njemačkoj, ova metoda za sintezu dizel goriva korištena je u osam tvornica, koje su proizvodile oko 600 hiljada tona dizel goriva godišnje. Štaviše, ovaj projekat je u potpunosti finansirala država. Nijemci su izgradili slične tvornice u zemljama koje su okupirali, posebno 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 iz škriljaca
Drugi izvor za proizvodnju goriva, osim uglja, je nafta iz škriljca, čija tema posljednjih nekoliko godina nije silazila sa stranica svjetske štampe. U suvremenom svijetu jedan od najvažnijih trendova koji se primjećuje 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 ovih izvora, zajedno sa teškim uljem i prirodnim bitumenom, su uljni škriljci. Rezerve uljnih škriljaca na planeti za red veličine premašuju rezerve nafte. Njihove glavne rezerve koncentrirane su u Sjedinjenim Državama - oko 450 biliona tona (24,7 triliona tona nafte iz škriljaca). U Kini i Brazilu postoje značajne rezerve. Rusija takođe 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 provedena je 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 rudničkom 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 metoda aktivno se 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 i metoda vađenja škriljaca 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 škriljaca uključuje njeno vađenje direktno iz rezervoara. Ova metoda se razvila u Sjedinjenim Državama u posljednjih nekoliko godina i omogućila je govoriti o "revoluciji škriljevca" u proizvodnji nafte. Ova metoda uključuje bušenje vodoravnih bušotina nakon čega slijedi višestruki hidraulični lom. U tom slučaju često je potrebno izvršiti kemijsko ili toplinsko zagrijavanje formacije. Također je očito da je takva rudarska metoda mnogo složenija, a samim tim i skuplja od tradicionalne rudarske metode, bez obzira na tehnologije koje se koriste i napredak u naučnom području. Do sada su troškovi ulja iz škriljaca znatno veći od konvencionalnog ulja. Prema procjenama samih kompanija za proizvodnju nafte, njena proizvodnja ostaje isplativa s minimalnim cijenama nafte na svjetskom tržištu iznad 50-60 USD po barelu. Osim toga, 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 ispunjene su ozbiljnim ekološkim problemima. U isto vrijeme, kada se ulje iz škriljevca vadi izravno iz rezervoara, javlja se drugi problem. Ovo je velika stopa pada protoka bušotina koje su stavljene u funkciju. U početnoj fazi rada, bušotine, zbog višestrukog hidrauličkog loma i horizontalnog ubrizgavanja, odlikuju se vrlo visokim stopama proizvodnje. Međutim, nakon otprilike 400 dana rada, volumen ekstrahiranih proizvoda naglo se smanjuje (do 80%). Da bi se kompenzirao tako oštar pad i nekako izravnao profil proizvodnje, bunari na takvim poljima škriljaca moraju se puštati u rad u fazama.
U isto vrijeme, 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 miliona barela dnevno. Trenutno je jedan od najuspješnijih primjera upotrebe tehnologije proizvodnje nafte iz škriljaca polje Bakken, koje se nalazi u državama Sjeverna i Južna Dakota. Razvoj ovog polja nafte iz škriljaca stvorio je svojevrsnu euforiju na tržištu Sjeverne Amerike. Prije samo 5 godina, proizvodnja nafte na ovom polju nije prelazila 60 hiljada barela dnevno, a sada već iznosi 500 hiljada barela. Kako su ovdje vršena geološka istraživanja, rezerve nafte na polju su se povećale sa 150 miliona na 11 milijardi barela. Osim na ovom naftnom polju, proizvodnja nafte iz škriljaca u Sjedinjenim Državama se provodi u Bone Springsu u Novom Meksiku, Eagle Ford u Teksasu i Three Forks u Sjevernoj Dakoti.
