Không có gì bí mật khi trong thế giới hiện đại, máu của nền kinh tế thế giới là dầu mỏ, cái gọi là vàng đen. Trong suốt thế kỷ 20 và 21, dầu mỏ vẫn là một trong những khoáng chất quan trọng nhất trên hành tinh đối với nhân loại. Năm 2010, dầu mỏ chiếm vị trí hàng đầu trong cân bằng năng lượng và nhiên liệu thế giới, chiếm 33,6% tổng năng lượng tiêu thụ. Đồng thời, dầu mỏ là một nguồn tài nguyên không thể tái tạo, và việc nói rằng sớm hay muộn thì trữ lượng của nó sẽ cạn kiệt đã diễn ra trong hơn một chục năm.
Theo các nhà khoa học, trữ lượng dầu đã được chứng minh trên thế giới sẽ tồn tại trong khoảng 40 năm, và những trữ lượng chưa được khám phá trong 10-50 năm nữa. Ví dụ, tại Nga, tính đến ngày 2012-01-01, theo thông tin được công bố chính thức (tính đến thời điểm này, thông tin về trữ lượng dầu khí đã được phân loại), trữ lượng dầu có thể thu hồi thuộc loại A / B / C1 là 17,8 tỷ. tấn, hay 129, 9 tỷ thùng (theo tính toán mà một tấn dầu Urals xuất khẩu là 7,3 thùng). Dựa trên khối lượng sản xuất hiện có, các nguồn tài nguyên thiên nhiên đã được khai thác này sẽ đủ cho nước ta trong 35 năm.
Đồng thời, ở dạng nguyên chất, dầu thực tế không được sử dụng. Giá trị chính nằm ở các sản phẩm chế biến của nó. Dầu là nguồn cung cấp nhiên liệu lỏng và dầu, cũng như một lượng lớn các sản phẩm quan trọng cho ngành công nghiệp hiện đại. Nếu không có nhiên liệu, không chỉ nền kinh tế thế giới sẽ ngừng hoạt động, mà còn bất kỳ quân đội nào. Ô tô và xe tăng sẽ không đi nếu không có nhiên liệu, máy bay sẽ không cất cánh trên bầu trời. Đồng thời, một số quốc gia ban đầu bị tước đi nguồn dự trữ vàng đen của chính họ. Đức và Nhật Bản đã trở thành một ví dụ nổi bật về những quốc gia như vậy trong thế kỷ 20, vốn sở hữu một nền tảng tài nguyên rất ít ỏi, đã nổ ra Thế chiến thứ hai, mỗi ngày đều đòi hỏi mức tiêu thụ nhiên liệu rất lớn. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, ở một mức độ lớn, trong một số năm, Đức đã đáp ứng được nhu cầu nhiên liệu thông qua việc sản xuất nhiên liệu lỏng từ than đá. Lối thoát cho cô ấy là sử dụng nhiên liệu tổng hợp và dầu. Điều tương tự đã được thực hiện vào thế kỷ trước ở Nam Phi, nơi Sasol Limited đã giúp nền kinh tế Nam Phi hoạt động thành công dưới áp lực của các lệnh trừng phạt quốc tế trong những năm Apartheid.
Nhiên liệu tổng hợp
Vào những năm 1920, các nhà nghiên cứu người Đức Franz Fischer và Hans Tropsch, những người làm việc tại Viện Kaiser Wilhelm, đã phát minh ra một quy trình gọi là quy trình Fischer-Tropsch. Tầm quan trọng cơ bản của nó là sản xuất hydrocacbon tổng hợp để sử dụng chúng làm nhiên liệu tổng hợp và dầu bôi trơn, ví dụ, từ than đá. Không có gì ngạc nhiên khi quy trình này được phát minh ở một nước Đức khá nghèo dầu mỏ, nhưng đồng thời cũng là nước Đức giàu than đá. Nó đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất công nghiệp nhiên liệu tổng hợp lỏng. Đức và Nhật Bản đã sử dụng rộng rãi loại nhiên liệu thay thế này trong những năm chiến tranh. Ở Đức, sản lượng nhiên liệu tổng hợp hàng năm vào năm 1944 đạt xấp xỉ 6,5 triệu tấn, tương đương 124.000 thùng mỗi ngày. Sau khi Thế chiến II kết thúc, các nhà khoa học Đức bị bắt vẫn tiếp tục làm việc trong lĩnh vực này. Đặc biệt, tại Hoa Kỳ, họ tham gia Chiến dịch Kẹp giấy, làm việc cho Cục Mỏ.
Bắt đầu từ giữa những năm 1930, công nghệ khí hóa nhiên liệu cô đặc cho các mục đích công nghệ hóa học bắt đầu phổ biến ở Đức, Mỹ, Liên Xô và các nước công nghiệp phát triển khác trên thế giới, chủ yếu để tổng hợp các hợp chất hóa học khác nhau, bao gồm cả dầu nhân tạo. và nhiên liệu lỏng. Năm 1935, 835 nghìn tấn và 150 nghìn tấn xăng tổng hợp đã được sản xuất ở Đức và Anh lần lượt từ than đá, không khí và nước. Và vào năm 1936, Adolf Hitler đã đích thân khởi động một chương trình nhà nước mới ở Đức, cung cấp cho việc sản xuất các loại dầu và nhiên liệu tổng hợp.
Ngay năm sau, Franz Fischer cùng với Helmut Pichler (Hans Tropsch rời Đức sang Mỹ năm 1931, nơi ông qua đời 4 năm sau đó) đã có thể phát triển một phương pháp tổng hợp hydrocacbon ở áp suất trung bình. Trong quá trình của họ, các nhà khoa học Đức đã sử dụng chất xúc tác dựa trên các hợp chất sắt, áp suất khoảng 10 atm và nhiệt độ cao. Các thí nghiệm của họ có tầm quan trọng lớn đối với việc triển khai sản xuất hydrocacbon hóa học với trọng tải lớn ở Đức. Kết quả của việc thực hiện quá trình này, parafin và xăng có trị số octan cao đã thu được các sản phẩm chính. Vào ngày 13 tháng 8 năm 1938, một cuộc họp được tổ chức tại Karinhalle - khu đất săn bắn của Bộ trưởng Hàng không Đế chế Hermann Goering, tại đó chương trình phát triển sản xuất nhiên liệu đã được thông qua và nhận được biểu tượng "Karinhalleplan". Sự lựa chọn nơi cư trú của Goering và việc ông ứng cử làm giám đốc chương trình không phải là ngẫu nhiên, vì Luftwaffe do ông đứng đầu đã tiêu thụ ít nhất một phần ba nhiên liệu được sản xuất ở Đức. Trong số những thứ khác, kế hoạch này đã tạo ra một bước phát triển đáng kể trong sản xuất nhiên liệu động cơ tổng hợp và dầu bôi trơn.
Năm 1939, quá trình Fischer-Tropsch được khởi động ở Reich trên quy mô thương mại liên quan đến than nâu, những mỏ có nguồn gốc đặc biệt phong phú ở miền trung của đất nước. Đến đầu năm 1941, tổng sản lượng nhiên liệu tổng hợp ở Đức Quốc xã đã bắt kịp với sản lượng nhiên liệu dầu, và sau đó đã vượt mức. Ngoài nhiên liệu tổng hợp ở Reich, các axit béo, parafin và chất béo nhân tạo, bao gồm cả chất béo ăn được, được tổng hợp từ khí máy phát điện. Vì vậy, từ một tấn nhiên liệu cô đặc thông thường theo phương pháp Fischer-Tropsch, có thể thu được 0,67 tấn metanol và 0,71 tấn amoniac, hoặc 1,14 tấn rượu và andehit, bao gồm cả rượu béo cao hơn (HFA), hoặc 0,26 tấn của hydrocacbon lỏng.
Vào cuối Thế chiến thứ hai, hơn nửa năm kể từ mùa thu năm 1944, khi lực lượng Hồng quân chiếm đóng các mỏ dầu ở Ploiesti (Romania) - nguồn nguyên liệu tự nhiên lớn nhất để sản xuất nhiên liệu, được kiểm soát bởi Hitler, và cho đến tháng 5 năm 1945, chức năng của nhiên liệu động cơ trong nền kinh tế Đức và quân đội thực hiện nhiên liệu lỏng nhân tạo và khí máy phát điện. Chúng ta có thể nói rằng nước Đức của Hitler là một đế chế được xây dựng trên nguyên liệu thô có chứa carbon (chủ yếu là than đá và ở mức độ thấp hơn là gỗ thông thường), nước và không khí. 100% axit nitric được làm giàu, cần thiết cho việc sản xuất tất cả các chất nổ quân sự, 99% cao su và metanol và 85% nhiên liệu động cơ được tổng hợp ở Đức từ những nguyên liệu thô này.
Các nhà máy khí hóa và hydro hóa than là xương sống của nền kinh tế Đức trong những năm 1940. Trong số những thứ khác, nhiên liệu hàng không tổng hợp, được sản xuất theo phương pháp Fischer-Tropsch, đáp ứng 84,5% nhu cầu của Không quân Đức trong những năm chiến tranh. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai ở Đức Quốc xã, phương pháp này để tổng hợp nhiên liệu diesel đã được sử dụng tại tám nhà máy, sản xuất khoảng 600 nghìn tấn nhiên liệu diesel mỗi năm. Hơn nữa, dự án này được nhà nước cấp vốn hoàn toàn. Người Đức đã xây dựng các nhà máy tương tự ở các quốc gia mà họ chiếm đóng, đặc biệt là ở Ba Lan (Auschwitz), tiếp tục hoạt động cho đến tận những năm 1950. Sau khi chiến tranh kết thúc, tất cả các nhà máy này ở Đức đều bị đóng cửa và một phần cùng với các công nghệ được đưa ra khỏi đất nước với chi phí bồi thường từ Liên Xô và Hoa Kỳ.
dầu Diệp thạch
Nguồn thứ hai để sản xuất nhiên liệu, ngoài than đá, là dầu đá phiến, chủ đề không rời trang báo chí thế giới trong vài năm trở lại đây. Trong thế giới hiện đại, một trong những xu hướng quan trọng nhất được quan sát thấy trong ngành công nghiệp dầu mỏ là giảm sản lượng dầu nhẹ và dầu tỷ trọng trung bình. Việc giảm trữ lượng dầu đã được kiểm chứng trên hành tinh đang buộc các công ty dầu mỏ phải làm việc với các nguồn hydrocacbon thay thế và tìm kiếm chúng. Một trong những nguồn này, cùng với dầu nặng và bitum tự nhiên, là đá phiến dầu. Trữ lượng đá phiến dầu trên hành tinh vượt quá trữ lượng dầu theo một bậc lớn. Trữ lượng chính của họ tập trung ở Hoa Kỳ - khoảng 450 nghìn tỷ tấn (24,7 nghìn tỷ tấn dầu đá phiến). Có trữ lượng đáng kể ở Trung Quốc và Brazil. Nga cũng sở hữu trữ lượng khổng lồ, chiếm khoảng 7% trữ lượng của thế giới. Tại Hoa Kỳ, sản xuất dầu đá phiến bắt đầu vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 bằng phương pháp mỏ. Phần lớn, việc khai thác chỉ là thử nghiệm và được thực hiện trên quy mô sơ sài.
Ngày nay trên thế giới có hai phương pháp chính để thu được nguyên liệu thô cần thiết từ đá phiến dầu. Đầu tiên trong số đó liên quan đến việc khai thác đá phiến sét bằng phương pháp mở hoặc mỏ, tiếp theo là chế biến trong các lò phản ứng lắp đặt đặc biệt, trong đó đá phiến sét bị nhiệt phân mà không tiếp cận với không khí. Trong quá trình thực hiện các hoạt động này, dầu đá phiến được lấy từ đá. Phương pháp này đã được cố gắng phát triển tích cực ở Liên Xô. Các dự án tương tự cũng được biết đến với việc khai thác đá phiến tại mỏ Irati ở Brazil và ở tỉnh Phủ Thuận của Trung Quốc. Nhìn chung, cả những năm 40 của thế kỷ XX và hiện nay, phương pháp khai thác đá phiến với quá trình xử lý tiếp theo vẫn là một phương pháp khá tốn kém và giá thành của sản phẩm cuối cùng vẫn cao. Theo giá năm 2005, giá thành của một thùng dầu như vậy là $ 75- $ 90 tính theo đầu ra.
Phương pháp thứ hai để chiết xuất dầu đá phiến là chiết xuất trực tiếp từ bể chứa. Chính phương pháp này đã phát triển ở Hoa Kỳ trong vài năm qua và đã khiến người ta có thể nói về một cuộc “cách mạng đá phiến” trong sản xuất dầu mỏ. Phương pháp này liên quan đến việc khoan các giếng ngang sau đó là nhiều vết nứt thủy lực. Trong trường hợp này, thường phải thực hiện nung nóng bằng hóa chất hoặc nhiệt của hệ tầng. Rõ ràng là phương pháp khai thác như vậy phức tạp hơn nhiều và do đó đắt hơn phương pháp khai thác truyền thống, bất kể công nghệ được sử dụng và tiến bộ trong lĩnh vực khoa học. Cho đến nay, giá thành của dầu đá phiến cao hơn đáng kể so với dầu thông thường. Theo ước tính của chính các công ty sản xuất dầu, hoạt động sản xuất của họ vẫn có lãi với giá dầu tối thiểu trên thị trường thế giới trên 50-60 USD / thùng. Hơn nữa, cả hai phương pháp đều có những nhược điểm đáng kể nhất định.
Ví dụ, phương pháp đầu tiên khai thác đá phiến dầu và quá trình chế biến tiếp theo của chúng bị hạn chế đáng kể bởi nhu cầu sử dụng một lượng lớn carbon dioxide - CO2, được hình thành trong quá trình chiết xuất nhựa đá phiến từ nó. Cuối cùng, vấn đề sử dụng carbon dioxide vẫn chưa được giải quyết, và lượng khí thải của nó vào bầu khí quyển của trái đất đang gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Đồng thời, khi dầu đá phiến được chiết xuất trực tiếp từ các hồ chứa, một vấn đề khác lại nảy sinh. Đây là tốc độ suy giảm cao về tốc độ dòng chảy của các giếng đưa vào khai thác. Ở giai đoạn đầu đi vào hoạt động, các giếng, do nhiều lần nứt vỡ thủy lực và phun ngang, có đặc điểm là tỷ lệ sản xuất rất cao. Tuy nhiên, sau khoảng 400 ngày làm việc, khối lượng sản phẩm chiết xuất giảm mạnh (tới 80%). Để bù đắp cho sự sụt giảm mạnh như vậy và bằng cách nào đó làm cân bằng hồ sơ sản xuất, các giếng ở các mỏ đá phiến sét như vậy phải được đưa vào vận hành theo từng giai đoạn.
Đồng thời, các công nghệ như khoan ngang và nứt vỡ thủy lực đã cho phép Hoa Kỳ tăng sản lượng dầu hơn 60% kể từ năm 2010, nâng lên 9 triệu thùng mỗi ngày. Hiện nay, một trong những ví dụ thành công nhất về việc sử dụng công nghệ sản xuất dầu đá phiến là mỏ Bakken, nằm ở bang Bắc và Nam Dakota. Sự phát triển của mỏ dầu đá phiến đặc biệt này đã tạo ra một loại hình hưng phấn ở thị trường Bắc Mỹ. Chỉ 5 năm trước, sản lượng dầu khai thác tại mỏ này không vượt quá 60 nghìn thùng / ngày, thì nay đã là 500 nghìn thùng. Khi việc thăm dò địa chất được thực hiện ở đây, trữ lượng dầu của mỏ đã tăng từ 150 triệu lên 11 tỷ thùng. Ngoài mỏ dầu này, hoạt động sản xuất dầu đá phiến ở Hoa Kỳ đang được tiến hành tại Bone Springs ở New Mexico, Eagle Ford ở Texas và Three Forks ở Bắc Dakota.
