Нетрадиционные источники традиционного топлива
Сергей Смирнов «Эксперт Казахстан» №32 (134), 03 сен 2007, 00:00
· 
Существуют пока не разрабатываемые, но огромные запасы нетрадиционных источников энергоносителей. Рост мировых цен на энергоресурсы делает их разработку все более рентабельной
Сюжеты
Альтернативное топливо:
· Атомная альтернатива
· Альтернативный атом
· Великое будущее батарейки
Теги
· Казахстан
· Энергетика
· Альтернативное топливо
· Молодые демократии
Анализ ситуации с поиском альтернативных источников энергии говорит о том, что заменить нефть и газ на принципиально новые виды топлива в мировом энергетическом балансе в обозримом будущем вряд ли удастся. Современный уровень технологий лишь приближается к масштабному освоению таких перспективных и нетрадиционных источников нефти и газа, как битуминозные песчаники, горючие сланцы и газогидраты. По данным геологической службы США, мировые запасы горючих сланцев и нефтеносных песков оцениваются в 700–800 млрд тонн, что в 7–8 раз больше выявленных в мире запасов нефти.
Нефть из песка…
Битуминозные песчаники представляют собой смесь песка, глины, воды и нефтебитума. Некоторые развитые страны приступили к добыче и переработке битуминозных песков с целью получения из них так называемой нетрадиционной нефти. Однако на промышленном уровне нефть из битума получают только в Канаде (свыше 1 млн баррелей в день), где нефтеносные песчаники содержат уникально высокую концентрацию битума. Прогнозируется, что в 2010 году добыча достигнет 1,3 млн баррелей в день, а к 2015 году превысит 2,7 млн.
РЕКЛАМА
Многие эксперты полагают, что дефицит традиционной нефти будет восполнен нетрадиционной, изменив при этом мировую геополитику: основными производителями нетрадиционной нефти станут Канада, США, Венесуэла, где сосредоточены мировые разведанные запасы битумов. Вопрос лишь в стоимости барреля натуральной и нетрадиционной нефти. Из трех тонн битуминозного песка, который содержит до 14% и более битума по массе, можно получить 2 барреля жидких углеводородов. По оценке Национального совета США, разработка битуминозных пород рентабельна при цене на нефть не менее 100–120 долл./тонна.
…и камня
Горючие сланцы по внешнему виду напоминают уголь, но имеют более высокую воспламеняемость, поскольку в больших количествах содержат битуминозные вещества (кероген). Согласно оценке Мирового энергетического совета (МИРЭС), содержание нефти в мировых запасах горючих сланцев составляет 411 млрд тонн, из которых (по данным Управления энергетической информации США) 370 млрд тонн считаются извлекаемыми.
Основные ресурсы горючих сланцев – до 70% – сосредоточены в США, в странах ОПЕК их практически нет, около 9% приходится на долю России. Залежи сланцев выявлены в Италии, Австралии, Китае, Канаде, Эстонии.
До последнего времени сланцы в ограниченном объеме используются в химической промышленности, строительстве и энергоснабжении. Технологии получения нефти из сланцев на промышленном уровне находятся в стадии исследований. Особенно активно этой проблемой занимается компания Shell.
Добыча нефти из сланцев требует громадных по масштабу горных работ: из тонны сланцев получают от 0,5 до 2 баррелей нефти, при этом остается свыше 700 кг пустой породы (объем которой превышает объем исходных сланцев) и происходит загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ртутью, кадмием, свинцом).
Высокая стоимость работ препятствует интенсивной переработке горючих сланцев и нефтеносных песков. Стоимость добычи битумов прогнозируется в размере 220–314 долл./куб.м, а получение синтетической нефти из горючих сланцев – 346 долл./куб.м. Таким образом, крупномасштабная переработка горючих сланцев и битуминозных песчаников – дело будущего.
Газ изо льда
При определенных термобарических условиях молекулы метана способны внедряться в полости кристаллических структур, составленных из молекул воды, образуя соединения включения СН4(H2О)n, которые называются газовыми гидратами. Подобные структуры могут образоваться в донных осадках при давлении 25 атм. и температуре 0oС. Если температура выше, то для образования газогидрата необходимо увеличение давления воды. Именно поэтому газогидраты встречаются в основном в океанах и морях на глубинах от 300–400 до 1000–1200 м. Внешне и по физическим свойствам газогидраты напоминают мокрый снег или лед, причем этот «лед» хорошо горит. Запасы газогидратов в сотни раз превосходят запасы нефти, газа и угля во всех разведанных месторождениях, но до сих пор неясно, как оценивать эти запасы и как они образуются.
Подводная тектоническая активность периодически разрушает газогидратные залежи. А разрушение вызывает резкое понижение температуры в пласте, что создает условия для образования нового гидратного льда.
Причины катастроф в Бермудском треугольнике ряд специалистов объясняет именно быстрым разрушением газогидратов. Дно Мексиканского залива в районе Бермудского треугольника изобилует мощнейшими газовыми потоками, нередко образующими на поверхности моря купола воды и газа. Плотность насыщаемой метаном воды резко снижается, корабль получает отрицательную плавучесть и в считаные секунды тонет. Кроме того, насыщая верхний 100-метровый слой атмосферы и уменьшая в нем концентрацию кислорода, метан может быть и причиной остановки двигателей самолета. А при высоких концентрациях метана может произойти и воспламенение.
Следует отметить, что газогидраты относятся к метастабильным образованиям и при обычном давлении и температуре быстро разрушаются. В нормальных условиях на один объем гидрата приходится до 200 объемов газообразного метана. Таким образом, речь идет, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана огромном энергетическом потенциале, а с другой – об огромной опасности, которую газогидраты могут представлять для климата планеты. По мнению климатологов, метан – один из главных виновников глобального потепления. Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы.
Запасы неисчерпаемы – способы добычи не разработаны
Исследования на континентальных шельфах и в различных акваториях (Тихий и Атлантический океаны, Черное, Охотское, Северное моря, Мексиканский залив и т. д.), проведенные в последние десятилетия, позволяют сделать предположение о крупных скоплениях как газогидратов, так и углеводородов под газогидратными покрышками.
Прогнозные запасы газового гидрата, содержащегося в донных отложениях Мирового океана и в вечной мерзлоте, значительно превосходят прогнозируемые запасы природного газа (от 300 до 600 трлн куб.м) на планете и оцениваются от 2800 до 25000 трлн куб.м. Даже если незначительную часть (10%) этих запасов считать извлекаемыми, они как минимум вдвое превысят количество имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа, вместе взятых. Таким образом, морские газогидраты – еще одна кладовая, на которую энергетики мира делают все более серьезные ставки, рассматривая их как наиболее вероятный нетрадиционный источник природного газа.
Многие страны приняли национальные программы по изучению и освоению газогидратных месторождений. Ученые ряда стран (Канады, Великобритании, США, Германии, Норвегии, Японии, Индии, Китая) ведут активные исследования в области разведки и разработки безопасных методов промышленного извлечения газа из гидратов. Однако на сегодняшний день промышленной технологии извлечения газа из газогидратов нет: предложенные до сих пор способы добычи мало эффективны.
Каспий в опасности?
Помимо низкой экономичности есть и другая проблема – безопасность. Разработка месторождений может вызвать дестабилизацию гидратов и превращение сцементированных ими пород на дне моря в разжиженную массу с крупномасштабными подводными обвалами и оползнями и, как следствие, разрушительными приливными волнами. Кроме того, нельзя не считаться и с возможностью выбросов огромных масс метана с морского дна в атмосферу, что чревато экологическими катастрофами.
Последнее в связи с планируемой широкомасштабной разработкой нефтегазовых ресурсов Каспийского моря (только «ЛУКОЙЛ» планирует к 2016–2017 годам довести добычу в российском секторе Каспия до 50 млн тонн условного топлива, а ведь есть еще Кашаган и другие проекты) напрямую затрагивает и страны Каспийского региона. Дело в том, что проходка нефтяных и газовых скважин через гидратсодержащие слои под морским дном может вызвать оттаивание гидратов и деформацию скважин, а следовательно, увеличить риск аварийных ситуаций на добывающих платформах.
По данным российских ученых, земная кора под дном Среднего Каспия раздроблена густой сеткой сейсмоактивных разломов трех направлений – меридионального, северо-западного и северо-восточного, обусловливающих обширные зоны дегазации недр. Донные отложения обогащены сульфидами и покрыты газогидратами. Некоторые специалисты считают, что даже небольшое сотрясение может привести к быстрой фазовой трансформации водно-метановой смеси и образованию газового пузыря. Именно такое высвобождение большого количества газа, по мнению ряда экспертов, привело в свое время к разрушению добывающих платформ в Каспийском море. Так, завалившаяся в начале 1980-х годов буровая установка нефтяников и по сей день лежит на дне моря в окружении восходящих из недр струй воды и газов.
Участились случаи загадочной массовой гибели животных и рыбы на Каспии. К примеру, после массовой гибели в начале апреля 2001 года обитающей на больших глубинах кильки анализ морской воды техногенного загрязнения не выявил. Однако в жабрах и мышцах погибшей кильки были обнаружены газообразные включения. Российские специалисты полагают, что гибель кильки была вызвана мощными выбросами сероводорода и метана в средней части котловины Каспия. Анализ космических снимков показал, что в это время произошло внедрение нижних холодных слоев в верхний теплый слой воды, сопровождавшееся его резким охлаждением. Причиной, возможно, стало разрушение газовых гидратов.
Среди основных факторов этого называется деятельность человека, нещадно эксплуатирующего недра вокруг Каспия и под ним. О наличии большого количества газов свидетельствуют кристаллы газогидратов в донных осадках на Среднем Каспии.
С целью предотвращения подобных (а возможно, и более трагичных по своим последствиям) катастроф при инженерных работах по прокладке газопроводов, создании гидротехнических сооружений, освоении нефтегазовых месторождений в глубоководных акваториях необходимо учитывать специфику донных отложений Каспийского моря.
Все это требует перехода от разрозненных исследований к планомерному изучению субмаринных газогидратов Каспия, незамедлительного решения основных проблем, обусловленных взаимовоздействием пластового флюида месторождений с газогидратами перекрывающих отложений, создания новой техники и технологий, новых конструктивных решений для добывающих платформ.