Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

3. fejezet - Energiahordozók nem hagyományos bányászata, előállítása (palaolaj, homokolaj, palagáz)

3. fejezet - Energiahordozók nem hagyományos bányászata, előállítása (palaolaj, homokolaj, palagáz)

Ezekben az években, amiket most megélünk, nagyon sok szó esik a „peak oil”-ról, azaz „olajhozam-csúcs”-ról. Azt azonban egyáltalán nem szokták meghatározni, hogy milyen formációból származó olaj kitermelésének a csúcsa következik be. Az eddigi kőolaj kitermelés döntő mértékben a konvencionális szénhidrogénekre vonatkozik. A nagy olajtársaságok azonban nagy reményeket fűznek a nem konvencionális szénhidrogének kitermelésének széleskörű elterjedéséhez. Ennek a lehetőségeiről és nehézségeiről ad áttekintést ez a fejezeté.

Bevezetőül álljon itt a világ olaj kitermelésével foglalkozó egyik legismertebb csoport („The Oil Drum” http://www.theoildrum.com/ ) 2012. utolsó negyedében megjelent összesítése. Ez 2002 januárjától 2012. szeptemberéig terjedő időszakra vonatkozóan, a világ összes kőolaj kitermelésének, évente háromszor (január, május szeptember) végzett összesítését adja.

3.1. ábra - World Crude Oil & Lease Condensate Production to 2012

World Crude Oil & Lease Condensate Production to 2012

http://www.theoildrum.com/node/3623

A következő ábra azt foglalja össze, hogy az eddigi „olcsó” kőolaj kitermelés mennyisége, főleg gazdasági okok, és műszaki problémák miatt folyamatosan csökkenni fog (az OPEC és a nem OPEC államok meglevő konvencionális kitermelése – piros, kék). Az OPEC és a nem-OPEC államok várható új projektjei az előző csökkenést messze nem képesek kompenzálni (narancs, sötét lila). Az OPEC és a nem OPEC államok, már meglevő nem-konvencionális petróleum kitermelése, valamint ezen a téren tervezett projektjei pedig messze nem fognak tudni, minden ígéret ellenére számottevő termelési szintre felfutni, hogy a csökkenést befolyásolni tudnák

A vastag kék vonal az EIA (Nemzetközi Energia Ügynökség) AEO 2009-es jelentésében prognosztizált „szükséglet” szintjét jelzi.

3.2. ábra - A világ konvencionális és nem konvencionális kőolaj kitermelésének előrejelzése 2012-től 2030-ig.

A világ konvencionális és nem konvencionális kőolaj kitermelésének előrejelzése 2012-től 2030-ig.

http://www.theoildrum.com/.

Az egyértelműség érdekében először megadjuk a konvencionális és a nem-konvencionális szénhidrogének fogalmát és osztályozásukat magyarul és angolul:

Konvencionális szénhidrogéneknek (kőolaj, földgáz) nevezzük azokat a szénhidrogéneket, amelyek gravitációs szegregáció (felhajtóerők) által indukált, geometriailag meghatározható kiterjedésű szerkezeti, vagy tektonikus csapdákban halmozódtak fel. Ezzel szemben minden olyan természetes szénhidrogén előfordulás, amely nem tesz eleget az előbbi feltételeknek, a nem konvencionális szénhidrogének csoportjába sorolandó.

Ennek megfelelően

1. Konvencionális szénhidrogének

földgáz

gázcsapadék (kondenzátum) és kőolaj

2. Nem konvencionális szénhidrogének

palaolaj (shale oil)

homokolaj (tar sand oil)

palagáz (shale gas)

homokgáz (tight sand or deep gas)

széntelepek metánja (coalbed methane)

szénhidrogén hidrátok (hydrates)

A Nemzetközi Energia Ügynökség által kiadott Oil Market Report pedig a nem hagyományos (nem konvencionális) kőolaj eseteket a következő táblázatban foglaltak szerint határozta meg:

1. Táblázat. Nemzetközi Energia Ügynökség kategóriái a nem-konvencionális kőolajra

Nem hagyományos olajforrások (hu)

Oils from non-conventional sources and other sources of supply (en)

1

Olajpala, terméke a palaolaj

Oil shales

2

Olaj homokból kivont kőolaj és származékai

Oil sands-based synthetic crudes and derivative products

3

Szén alapú folyékony üzemanyag és tüzelőanyag származékok

Coal-based liquid supplies

4

Biomassza alapú folyékony üzemanyagok

Biomass-based liquid supplies

5

Földgáz kémiai feldolgozásából származó folyékony energiaforrások

Liquids arising from chemical processing of natural gas

Ezek közül ebben a fejezetben az első hárommal (1-3) foglalkozunk, amelyek a hagyományos kőolajnak megfelelő termékeket állítják elő. Szó lesz ezen kívül a földgáz nemhagyományos kitermeléséről, a palagáz kitermelésének technológiájáról is. A nem-konvencionális olaj és földgáz kitermelésének egy optimistább forgatókönyvét adja a következő ábra (lila görbe).

3.3. ábra - A hagyományos és a nem hagyományos ásványolaj kitermelések várható időbeli menete

A hagyományos és a nem hagyományos ásványolaj kitermelések várható időbeli menete

http://www.theoildrum.com/node/3001

Olajpala és olajhomok bányászata, palaolaj és homokolaj előállítása

http://en.wikipedia.org/wiki/Non-conventional_oil

Olajpala, olajhomok fogalma, lelőhelyei

Olajhomok: olyan nehézolajat tartalmazó kőzet, amely főként lipidekből alakult ki és halmozódott fel.

Olajpala: olyan fiatal kerogént tartalmazó kőzet, amelyből melegítéssel (lepárlással) kőolaj és földgáz nyerhető.

Az USA-ban és Kanadában az utóbbi húsz évben kialakult az olajpala és olajhomok bányászata. Míg a hagyományos olajkitermelés során, a mélyben keletkezett, és a sok tízmillió éves vándorlása során zárórétegek között megrekedt olajat bányásszák ki, ahol a nyomás hatására könnyedén a felszínre hozható a nyersanyag, addig az olajhomok és az olajpala olyan kőzetréteg, amelyből nem vándorolt el a zárórétegek közti tárolókba az olaj. Így ez esetben magát a teljes kőzetréteget kell kitermelni, mivel nincs lehetőség a mélységi nyomást kihasználva felszínre hozni belőlük a kőolajat. Ezért ez a kitermelési forma eddig a legköltségesebb. Az USA Wyoming, Utah és Colorado államaiban van a világ legnagyobb ismert olajpala-telepe. A becsült olajtartalom mintegy 800 milliárd (!) hordó olajnak felel meg.

3.4. ábra - Wyoming, Utah, Colorado olajpala-telepei

Wyoming, Utah, Colorado olajpala-telepei

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colorado,_Utah_and_Wyoming_oil_shale_deposits.jpg

Kanadában az olajhomok elsősorban egy mintegy másfél Magyarország nagyságú, tajgaerdővel borított területről nyerhető ki. A munkálatok eredményeképpen jelentős erdőterületeket tettek tönkre a hatalmas járművekhez szükséges utak, a csővezetékek, a külszíni termelést folytató bányák és a szennyező vízzel megtöltött tavak is.

http://wwf.hu/archivum/2008ev/5/olajnagyhatalom-lesz-kanada-8211-akar-klimakatasztrofa-aran-is

3.5. ábra - Olajpala

Olajpala

3.6. ábra - Olajhomok

Olajhomok

Palaolaj, homokolaj kinyerése a felszín felett kitermelt olajpala, olajhomok esetében

A kitermelt kőzetet (olajpala) aprítani, majd hőkezelni kell ahhoz, hogy kinyerhető legyen belőle a szénhidrogén. Újabban arra vonatkozó kutatások is megjelentek, hogy még a bányászatot megelőzően felmelegítik a kőzetet, a hő hatására mintegy kiolvad a palából az olaj, s így magát az olajat lehetne kinyerni a sok kőzet nélkül. Mindkét eljárás költséges és egyik sem éppen környezetbarát.

Coloradoban a Shell és a Chevron már üzemeltet egy közös kísérleti telepet, ahol kis területen a kőzet felszín alatti melegítésével próbálkoznak. Az olajpala, bár sima kőnek látszik, ha meggyújtják, szépen lángol a mikroszkopikus résekben elraktározott olajnak köszönhetően.

3.7. ábra - Olaj pala kitermelés „külszíni fejtéssel”

Olaj pala kitermelés „külszíni fejtéssel”

http://www.treehugger.com/corporate-responsibility/dept-of-interior-cancels-bush-administration-oil-shale-leasing-plans.html

3.8. ábra - Olajpala kitermelés helyszíne Kanadában. Előtte és utána

Olajpala kitermelés helyszíne Kanadában. Előtte és utána

Az olajhomok esetében hasonló a helyzet, itt is a homok és agyagszemcsék között megrekedt olajat lehet kinyerni, azonban ez az olaj rendkívül besűrűsödött állapotban van. Ahhoz, hogy kinyerjék, a kibányászott olajhomokot is hőkezelni kell, aminek köszönhetően egy hordó olajhomokból kinyert olaj előállítása 80-100 kg üvegházgáz (kén-dioxid, nitrogén oxidok, szén-dioxid) kibocsátásával jár.

Az olajhomok kitermelése nagyon vízigényes, átlagosan egy hordó olaj kitermeléséhez 3, míg olajpala esetén 2-5 hordónyi vízre van szükség. Az olajhomok kitermeléshez használt víz elsődleges forrása Kanadában az Athabasca folyó, melynek vízszintje már ma is kritikusan alacsony, miközben jelenleg az olajtermelők évi 2,3 milliárd hordó vizet emelhetnek ki belőle. A felhasznált víznek csak 5-10 %-a kerülhet vissza a folyóba, a többi, toxikus szennyvizet hatalmas, 50 km2 felületű tavakba töltik. Szennyezetté válik a talaj és a talajvizek is. Az olajhomok kitermelése háromszor, az olajpala kitermelése akár nyolcszor akkora széndioxid kibocsátással jár, mint a konvencionális kitermelés. Kanadában az olajhomokot mintegy másfél Magyarország nagyságú, tajgaerdővel borított területről nyerik ki.

3.9. ábra - Olajhomokos „tájkép”. Külszíni olajhomok-bánya (tar sands mine) Kanadában

Olajhomokos „tájkép”. Külszíni olajhomok-bánya (tar sands mine) Kanadában

3.10. ábra - Olajhomok bánya Syncrude Aurora, Boreal Forest north of Fort McMurray Canada

Olajhomok bánya Syncrude Aurora, Boreal Forest north of Fort McMurray Canada

http://www.greenpeace.org/canada/en/campaigns/Energy/tarsands/

Kőolaj kinyerése a felszín alatt található olajpala, olajhomok esetében

A felszín alatti kinyerés esetén nagynyomású gőzt vezetnek a talajszint alá, évek alatt a gőz lassan kioldja az olajat, amely gravitációs hatásra összegyűlne, aztán már normális úton ki lehetne aknázni. Ez utóbbi eljárás talán csak a természetkárosítást csökkentené. Kanadában az Athabasca folyó körzetében felfedezett olajhomokból kinyerhető olaj mennyiségét 300 milliárd hordónyira becsülik, hatalmas az ehhez társítható üvegházgáz kibocsátás.

Cyclic Steam Stimulation (CSS) Cold Lake Plant, Albert Suncor (Kanada). Bitumen kitermelés CSS technológiával. Első lépésben vízgőzt nyomnak a rétegbe. Második lépés, amikor ez a bitumennel hosszú időn keresztül „oldódik” (soak). Harmadik lépésként az így keletkezett szuszpenziót (Melted Bitumen Production) kiszivattyúzzák.

3.11. ábra - Olajpala, olajhomok felmelegítése vízszintes csövekkel a kitermelő kút környezetében.

Olajpala, olajhomok felmelegítése vízszintes csövekkel a kitermelő kút környezetében.

3.12. ábra - Bitumen ciklikus gőz stimulációja. (Cyclic Steam Stimulation - CSS)

Bitumen ciklikus gőz stimulációja. (Cyclic Steam Stimulation - CSS)

http://www.ags.gov.ab.ca/energy/oilsands/alberta_oil_sands3.html

3.13. ábra - Olajpala felmelegítése függőleges csövekkel a kitermelő kút környezetében

Olajpala felmelegítése függőleges csövekkel a kitermelő kút környezetében

Az olajpalákat olajtartalmuk alapján három kategóriába sorolják. A gyenge minőségű olajpala tömegének 0,1-10 százaléka nyerhető ki kőolajként, a közepes minőségűből 10-20, míg a magas minőséget a 20-34 százalék jelenti. Ám a palában található anyag még korántsem kőolaj, hanem az úgynevezett kerogén. Ez egy szerves anyagban dús folyadék, amely a szénhidrogénné alakulás egyik fázisában van, a kitermelése után tehát még különböző kémiai eljárások szükségesek, hogy a kerogénból kőolaj legyen. Mindezek miatt az olajpala bányászata és feldolgozása jóval bonyolultabb és költségesebb eljárás, mint a hagyományos, azaz konvencionális olajtermelés.

A kanadai olajhomok környezeti hatásai:

- Külszíni fejtésnél ki kell irtani az erdőket, le kell csapolni a mocsaras területet, le kell hordani a fedő talajréteget, és ki kell ásni az olajos homokot. Ezután (földgázzal fűtött) melegvízzel keverik a homokot, hogy kioldják az olajat, majd a „víz-olaj zagyot” szét kell választani (ez ülepítéssel megoldható).

- A kitermelés módszerei jóval energiaigényesebbek, mint a hagyományos olajtermelés: az olajhomok kitermelése háromszor (az olajpaláé akár nyolcszor) akkora szénkibocsátással jár.

- Óriási erdőirtások: Kanada területén található a Föld boreális (északi) erdeinek a fele. Az olajhomok elsősorban egy csaknem másfél Magyarországnyi, tajgaerdővel borított területről nyerhető ki.

- Nagy kiterjedésű élőhelyeket veszélyeztet.

- Nagymértékben veszélyezteti a környék tőzeglápjait és vizes élőhelyeit (pl. a vándormadarak számára kulcsfontosságú McMelland-láp).

- Veszélyezteti a környék vízrendszereit (egy hordó olaj kitermeléséhez 3 (olajpala esetén 2–5) hordónyi víz kell.

- Szennyezetté válik a talaj és a talajvizek is.

- Kanada üvegházgáz kibocsátása 26 %-kal nőtt 1990 óta (Kioto: 6 %-os csökkentést vállaltak).

3.14. ábra - Olajpala lelőhelyek Magyarországon

Olajpala lelőhelyek Magyarországon

http://fn.hir24.hu/csucsfogyaszto/2008/10/28/nem_lehetunk_olajnagyhatalom