Nav noslēpums, ka mūsdienu pasaulē pasaules ekonomikas asinis ir nafta, tā sauktais melnais zelts. Visā 20. un 21. gadsimtā tā ir nafta, kas cilvēcei joprojām ir viens no svarīgākajiem minerāliem uz planētas. 2010. gadā eļļa ieņēma vadošo vietu pasaules degvielas un enerģijas bilancē, veidojot 33,6% no kopējā enerģijas patēriņa. Tajā pašā laikā nafta ir neatjaunojams resurss, un runas, ka agrāk vai vēlāk tās rezerves beigsies, turpinās jau vairāk nekā duci gadu.
Pēc zinātnieku domām, pierādītas naftas rezerves pasaulē ilgs aptuveni 40 gadus, bet neizpētītās-vēl 10-50 gadus. Piemēram, Krievijā uz 2012. gada 1. janvāri saskaņā ar oficiāli publiskoto informāciju (līdz šim brīdim informācija par naftas un gāzes rezervēm tika klasificēta) A / B / C1 kategorijas atgūstamo naftas rezervju apjoms bija 17,8 miljardi tonnu jeb 129, 9 miljardi barelu (pēc aprēķina, pie kura viena eksporta tonna Urālu naftas ir 7,3 bareli). Pamatojoties uz esošajiem ražošanas apjomiem, ar šiem izpētītajiem dabas resursiem mūsu valstij pietiks 35 gadus.
Tajā pašā laikā eļļa tīrā veidā praktiski netiek izmantota. Galvenā vērtība ir tās pārstrādes produktos. Eļļa ir šķidrā kurināmā un eļļu avots, kā arī milzīgs daudzums mūsdienu rūpniecībai svarīgu produktu. Bez degvielas apstāsies ne tikai pasaules ekonomika, bet arī jebkura armija. Automašīnas un cisternas neiztiks bez degvielas, lidmašīnas nepacelsies debesīs. Tajā pašā laikā dažām valstīm sākotnēji tika liegtas melnās zelta rezerves. Vācija un Japāna 20. gadsimtā kļuva par spilgtu piemēru šādām valstīm, kurām, piemīt ļoti niecīga resursu bāze, sākās Otrais pasaules karš, kura katra diena prasīja milzīgu degvielas patēriņu. Otrā pasaules kara laikā Vācija lielā mērā, dažos gados līdz 50%, apmierināja degvielas vajadzības, ražojot šķidro degvielu no oglēm. Izeja viņai bija sintētiskās degvielas un eļļas izmantošana. Tas pats tika darīts pagājušajā gadsimtā Dienvidāfrikā, kur Sasol Limited palīdzēja Dienvidāfrikas ekonomikai veiksmīgi darboties starptautisko sankciju spiediena laikā aparteīda gados.
Sintētiskā degviela
20. gados vācu pētnieki Francs Fišers un Hanss Tropšs, kuri strādāja Ķeizara Vilhelma institūtā, izgudroja procesu, ko sauc par Fišera-Tropša procesu. Tās būtiskā nozīme bija sintētisko ogļūdeņražu ražošana, lai tos izmantotu kā sintētisko degvielu un smēreļļu, piemēram, no oglēm. Nav pārsteidzoši, ka šis process tika izgudrots diezgan naftas nabadzīgajā, bet tajā pašā laikā ar oglēm bagātajā Vācijā. To plaši izmantoja šķidro sintētisko degvielu rūpnieciskai ražošanai. Vācija un Japāna kara gados plaši izmantoja šo alternatīvo degvielu. Vācijā sintētiskās degvielas ikgadējā ražošana 1944. gadā sasniedza aptuveni 6,5 miljonus tonnu jeb 124 000 barelu dienā. Pēc Otrā pasaules kara beigām notvertie vācu zinātnieki turpināja strādāt šajā jomā. Jo īpaši ASV viņi piedalījās operācijā Paperclip, strādājot raktuvju birojā.
Sākot ar 30. gadu vidu, Vācijā, ASV, PSRS un citās pasaules rūpnieciski attīstītajās valstīs sāka izplatīties kondensētās degvielas gazifikācijas tehnoloģija ķīmiski tehnoloģiskiem mērķiem, galvenokārt dažādu ķīmisko savienojumu, tostarp mākslīgo eļļu, sintēzei. un šķidro degvielu. 1935. gadā Vācijā un Anglijā no ogles, gaisa un ūdens saražoja attiecīgi 835 tūkstošus tonnu un 150 tūkstošus tonnu sintētiskā benzīna. Un 1936. gadā Ādolfs Hitlers personīgi uzsāka jaunu valsts programmu Vācijā, kas paredzēja sintētiskās degvielas un eļļas ražošanu.
Jau nākamajā gadā Francs Fišers kopā ar Helmutu Pišleru (Hanss Tropšs 1931. gadā aizbrauca no Vācijas uz ASV, kur pēc četriem gadiem nomira) spēja izstrādāt metodi ogļūdeņražu sintēzei vidējā spiedienā. Vācu zinātnieki savā procesā izmantoja katalizatorus, kuru pamatā bija dzelzs savienojumi, spiediens aptuveni 10 atmosfēras un augsta temperatūra. Viņu eksperimentiem bija liela nozīme, lai Vācijā izvietotu ogļūdeņražu ķīmisko ražošanu lielās tonnās. Šī procesa īstenošanas rezultātā kā galvenie produkti tika iegūti parafīni un benzīns ar augstu oktānskaitli. 1938. gada 13. augustā Karinhalē - Reiha aviācijas ministra Hermaņa Gēringa medību saimniecībā - notika sanāksme, kurā tika pieņemta degvielas ražošanas attīstības programma, kas saņēma simbolu "Karinhalleplan". Gēringa dzīvesvietas izvēle un viņa kandidatūra programmas vadītāja amatā nebija nejauša, jo viņa vadītā Luftwaffe patērēja vismaz trešdaļu no Vācijā saražotās degvielas. Cita starpā šis plāns paredzēja būtisku attīstību sintētisko motordegvielu un smēreļļu ražošanā.
1939. gadā Reihā komerciālā mērogā tika uzsākts Fišera-Tropša process saistībā ar brūnoglēm, kuru atradnes bija īpaši bagātas valsts vidējā daļā. Līdz 1941. gada sākumam kopējā sintētiskās degvielas ražošana nacistiskajā Vācijā panāca naftas degvielas ražošanu un pēc tam to pārsniedza. Papildus sintētiskajai degvielai Reihā no ģeneratora gāzes tika sintezētas taukskābes, parafīns un mākslīgie tauki, ieskaitot pārtikas taukus. Tātad no vienas tonnas parastās kondensētās degvielas saskaņā ar Fišera-Tropša metodi bija iespējams iegūt 0,67 tonnas metanola un 0,71 tonnas amonjaka vai 1,14 tonnas spirtu un aldehīdu, ieskaitot augstākos taukskābes (HFA), vai 0,26 tonnas šķidro ogļūdeņražu.
Otrā pasaules kara beigās, vairāk nekā pusgadu no 1944. gada rudens, kad Sarkanās armijas karaspēks ieņēma Ploiesti (Rumānija) naftas atradnes - lielāko dabisko izejvielu avotu degvielas ražošanai. gadā kontrolēja Hitlers, un līdz 1945. gada maijam motordegvielas funkcija Vācijas ekonomikā un armijā veica mākslīgo šķidro kurināmo un ģeneratorgāzi. Varam teikt, ka Hitlera Vācija bija impērija, kuras pamatā bija cietas oglekli saturošas izejvielas (galvenokārt ogles un mazākā mērā-parasta koksne), ūdens un gaiss. Vācijā no šīm izejvielām tika sintezēti 100% bagātinātas slāpekļskābes, kas bija nepieciešama visu militāro sprāgstvielu ražošanai, 99% gumijas un metanola un 85% motordegvielas.
Ogļu gazifikācijas un hidrogenēšanas iekārtas bija Vācijas ekonomikas mugurkauls pagājušā gadsimta 40. gados. Cita starpā sintētiskā aviācijas degviela, kas tika ražota pēc Fišera-Tropša metodes, nodrošināja 84,5% no visām Luftwaffe vajadzībām kara gados. Otrā pasaules kara laikā nacistiskajā Vācijā šī dīzeļdegvielas sintēzes metode tika izmantota astoņās rūpnīcās, kurās gadā saražoja aptuveni 600 tūkstošus tonnu dīzeļdegvielas. Turklāt šo projektu pilnībā finansēja valsts. Vācieši uzcēla līdzīgas rūpnīcas savās okupētajās valstīs, jo īpaši Polijā (Aušvicā), kas turpināja darbu līdz 50. gadiem ieskaitot. Pēc kara beigām visas šīs rūpnīcas Vācijā tika slēgtas un daļēji līdz ar tehnoloģijām tika izvestas no valsts uz PSRS un ASV reparāciju rēķina.
slānekļa eļļa
Otrs avots degvielas ražošanai, papildus akmeņoglēm, ir slānekļa eļļa, kuras temats pēdējos gados nav atstājis pasaules preses lapas. Mūsdienu pasaulē viena no svarīgākajām tendencēm naftas rūpniecībā ir vieglās eļļas un vidēja blīvuma eļļas ražošanas samazināšanās. Pierādīto naftas rezervju samazināšanās uz planētas liek naftas uzņēmumiem strādāt ar alternatīviem ogļūdeņražu avotiem un tos meklēt. Viens no šiem avotiem kopā ar smago eļļu un dabīgo bitumenu ir degslāneklis. Degslānekļa rezerves uz planētas pārsniedz naftas rezerves par lielumu. To galvenās rezerves ir koncentrētas ASV - aptuveni 450 triljoni tonnu (24,7 triljoni tonnu slānekļa eļļas). Ķīnā un Brazīlijā ir ievērojamas rezerves. Krievijai ir arī milzīgas rezerves, kas satur aptuveni 7% no pasaules rezervēm. ASV slānekļa eļļas ražošana sākās 40. gadu beigās un 50. gadu sākumā, izmantojot raktuvju metodi. Lielākoties ekstrakcija bija eksperimentāla un tika veikta niecīgā mērogā.
Mūsdienās pasaulē ir divas galvenās metodes, kā iegūt vajadzīgo izejvielu no degslānekļa. Pirmais no tiem ietver slānekļa iežu ieguvi ar atklātu vai raktuvju metodi, kam seko apstrāde īpašās iekārtās-reaktoros, kuros slāneklis tiek pakļauts pirolīzei bez piekļuves gaisam. Šo darbību laikā no klints iegūst slānekļa darvu. Šo metodi aktīvi mēģināja attīstīt Padomju Savienībā. Līdzīgi projekti ir pazīstami arī ar slānekļa ieguvi Irākas laukā Brazīlijā un Ķīnas Fušunas provincē. Kopumā gan XX gadsimta 40. gados, gan tagad slānekļa ieguves metode ar to turpmāko apstrādi joprojām ir diezgan dārga metode, un galaprodukta izmaksas joprojām ir augstas. 2005. gada cenās šādas naftas barela izmaksas bija 75–90 USD.
Otra slānekļa eļļas ieguves metode ietver tās iegūšanu tieši no rezervuāra. Tieši šī metode ir izveidojusies ASV dažu pēdējo gadu laikā un ļāvusi runāt par "slānekļa revolūciju" naftas ražošanā. Šī metode ietver horizontālu urbumu urbšanu, kam seko vairāku hidraulisko sadalīšanu. Šajā gadījumā bieži tiek prasīts veikt veidojuma ķīmisku vai termisku uzsildīšanu. Ir arī acīmredzams, ka šāda ieguves metode ir daudz sarežģītāka un līdz ar to dārgāka nekā tradicionālā ieguves metode neatkarīgi no izmantotajām tehnoloģijām un progresa zinātnes jomā. Līdz šim slānekļa eļļas izmaksas ir ievērojami augstākas nekā parastās eļļas. Saskaņā ar pašu naftas ieguves uzņēmumu aplēsēm tās ražošana joprojām ir rentabla, minimālajām naftas cenām pasaules tirgū pārsniedzot 50-60 USD par barelu. Turklāt abām metodēm ir daži būtiski trūkumi.
Piemēram, pirmo metodi ar degslānekļa atklātu ieguvi vai raktuvēm un to turpmāku pārstrādi būtiski ierobežo nepieciešamība izmantot milzīgu daudzumu oglekļa dioksīda - CO2, kas veidojas slānekļa darvas ieguves procesā. Visbeidzot, oglekļa dioksīda izmantošanas problēma vēl nav atrisināta, un tās emisijas zemes atmosfērā ir saistītas ar nopietnām vides problēmām. Tajā pašā laikā, kad slānekļa eļļu iegūst tieši no rezervuāriem, rodas vēl viena problēma. Tas ir liels ekspluatācijā nodoto urbumu plūsmas ātruma samazināšanās temps. Sākotnējā ekspluatācijas posmā akas, pateicoties vairākkārtējai hidrauliskajai sašķelšanai un horizontālai iesmidzināšanai, raksturo ļoti augsti ražošanas ātrumi. Tomēr pēc aptuveni 400 darba dienām ekstrahēto produktu apjoms strauji samazinās (līdz 80%). Lai kompensētu tik strauju kritumu un kaut kā izlīdzinātu ražošanas profilu, akas šādos slānekļa laukos ir jāievada ekspluatācijā pakāpeniski.
Tajā pašā laikā tādas tehnoloģijas kā horizontālā urbšana un hidrauliskā šķelšana ļāvušas ASV kopš 2010. gada palielināt naftas ražošanu par vairāk nekā 60%, līdz pat 9 miljoniem barelu dienā. Pašlaik viens no veiksmīgākajiem slānekļa eļļas ražošanas tehnoloģiju izmantošanas piemēriem ir Bakkenas lauks, kas atrodas Ziemeļdakotas un Dienviddakotas štatos. Šī konkrētā slānekļa eļļas atradnes attīstība ir radījusi sava veida eiforiju Ziemeļamerikas tirgū. Tikai pirms 5 gadiem naftas ieguve šajā laukā nepārsniedza 60 tūkstošus barelu dienā, un tagad tā ir jau 500 tūkstoši barelu. Tā kā šeit tika veikta ģeoloģiskā izpēte, lauka naftas rezerves palielinājās no 150 miljoniem līdz 11 miljardiem barelu. Papildus šim naftas atradnei slānekļa eļļas ražošana ASV tiek veikta Bone Springsā Ņūmeksikā, Eagle Ford Teksasā un Three Forks Ziemeļdakotā.
