Pole saladus, et kaasaegses maailmas on maailmamajanduse veri nafta, nn must kuld. Läbi 20. ja 21. sajandi on nafta jäänud inimkonna jaoks planeedi üheks olulisemaks mineraaliks. 2010. aastal oli nafta maailma kütuse- ja energiabilansis juhtival kohal, moodustades 33,6% kogu energiatarbimisest. Samas on nafta taastumatu ressurss ja jutt, et varem või hiljem saavad selle varud otsa, on kestnud juba üle tosina aasta.
Teadlaste sõnul jätkub maailmas tõestatud naftavarusid umbes 40 aastaks ja uurimata veel 10-50 aastaks. Näiteks Venemaal oli 1. jaanuari 2012. aasta seisuga ametlikult avaldatud teabe kohaselt (kuni selle ajani oli salastatud teave nafta- ja gaasivarude kohta) A / B / C1 kategooria taaskasutatavate naftavarude maht 17,8 miljardit tonni ehk 129, 9 miljardit barrelit (vastavalt arvutusele, mille kohaselt ühe tonni Uurali nafta eksporditonn on 7,3 barrelit). Olemasolevate tootmismahtude põhjal piisab nendest uuritud loodusvaradest meie riigile 35 aastaks.
Samal ajal puhtal kujul õli praktiliselt ei kasutata. Peamine väärtus seisneb selle töötlemissaadustes. Nafta on vedelkütuste ja õlide allikas, samuti tohutu hulk kaasaegse tööstuse jaoks olulisi tooteid. Ilma kütuseta ei peatu mitte ainult maailmamajandus, vaid ka igasugune armee. Autod ja paagid ei lähe ilma kütuseta, lennukid ei tõuse taevasse. Samal ajal jäid mõned riigid esialgu ilma musta kulla varudest. Saksamaast ja Jaapanist sai 20. sajandil selliste riikide silmatorkav näide, kus väga napp ressursibaas vallandas II maailmasõja, mille iga päev nõudis tohutut kütusekulu. Teise maailmasõja ajal rahuldas Saksamaa suurel määral, mõnel aastal kuni 50%, oma kütusevajaduse, tootes kivisöest vedelkütust. Tema väljapääs oli sünteetiliste kütuste ja õlide kasutamine. Sama tehti eelmisel sajandil Lõuna -Aafrikas, kus Sasol Limited aitas Lõuna -Aafrika majandusel rahvusvaheliste sanktsioonide survel apartheidi aastatel edukalt tegutseda.
Sünteetilised kütused
1920. aastatel leiutasid Saksa teadlased Franz Fischer ja Hans Tropsch, kes töötasid Kaiser Wilhelmi Instituudis, protsessi, mida nimetatakse Fischer-Tropschi protsessiks. Selle põhiline tähtsus oli sünteetiliste süsivesinike tootmine sünteetilise kütuse ja määrdeõlina kasutamiseks näiteks söest. Pole üllatav, et see protsess leiutati üsna naftavaeses, kuid samas söerikkas Saksamaal. Seda kasutati laialdaselt vedelate sünteetiliste kütuste tööstuslikuks tootmiseks. Seda alternatiivkütust kasutasid sõja -aastatel laialdaselt Saksamaa ja Jaapan. Saksamaal ulatus sünteetiliste kütuste aastane toodang 1944. aastal ligikaudu 6,5 miljoni tonnini ehk 124 000 barrelini päevas. Pärast Teise maailmasõja lõppu jätkasid vangistatud Saksa teadlased selles valdkonnas tööd. Eelkõige Ameerika Ühendriikides osalesid nad operatsioonis Paperclip, töötades kaevanduste büroos.
Alates 1930. aastate keskpaigast hakkas Saksamaal, USA-s, NSV Liidus ja teistes maailma tööstusriikides levima kondenseeritud kütuste gaasistamise tehnoloogia keemiatehnoloogilistel eesmärkidel, peamiselt erinevate keemiliste ühendite, sealhulgas tehisõlide sünteesiks. ja vedelkütused. 1935. aastal toodeti Saksamaal ja Inglismaal vastavalt söest, õhust ja veest 835 tuhat tonni ja 150 tuhat tonni sünteetilist bensiini. Ja 1936. aastal käivitas Adolf Hitler isiklikult Saksamaal uue riikliku programmi, mis nägi ette sünteetiliste kütuste ja õlide tootmise.
Juba järgmisel aastal suutsid Franz Fischer koos Helmut Pichleriga (Hans Tropsch lahkus Saksamaalt 1931. aastal USA -sse, kus ta neli aastat hiljem suri) välja töötada keskmise rõhu all süsivesinike sünteesi meetod. Saksa teadlased kasutasid oma protsessis rauaühenditel põhinevaid katalüsaatoreid, mille rõhk oli umbes 10 atmosfääri ja kõrge temperatuur. Nende katsetel oli suur tähtsus suure mahutavusega süsivesinike keemilise tootmise Saksamaal kasutuselevõtmisel. Selle protsessi rakendamise tulemusena saadi põhitoodetena parafiinid ja kõrge oktaanarvuga bensiin. 13. augustil 1938 toimus koosolek Karinhalles - Reichi lennundusministri Hermann Goeringi jahipiirkonnas, kus võeti vastu programm kütuse tootmise arendamiseks, mis sai sümboli "Karinhalleplan". Goeringi elukoha valik ja programmijuhiks kandideerimine ei olnud juhuslik, sest tema juhitud Luftwaffe tarbis vähemalt kolmandiku Saksamaal toodetud kütusest. Muu hulgas nägi see plaan ette märkimisväärset arengut sünteetiliste mootorikütuste ja määrdeõlide tootmisel.
1939. aastal käivitati Reichis kaubanduslikus plaanis Fischer-Tropschi protsess seoses pruunsöega, mille maardlad olid eriti rikkad riigi keskosas. 1941. aasta alguseks jõudis sünteetilise kütuse kogutoodang natsi -Saksamaal õlikütuse tootmisele järele ja ületas selle siis. Lisaks Reichi sünteetilisele kütusele sünteesiti generaatorgaasist rasvhappeid, parafiini ja tehisrasvu, sealhulgas toidurasvu. Nii et ühest tonnist tavapärasest kondenskütusest vastavalt Fischer-Tropschi meetodile oli võimalik saada 0,67 tonni metanooli ja 0,71 tonni ammoniaaki või 1,14 tonni alkoholi ja aldehüüde, sealhulgas kõrgema rasvasisaldusega alkohole (HFA), või 0,26 tonni vedelatest süsivesinikest.
Teise maailmasõja lõpus, rohkem kui pool aastat 1944. aasta sügisest, mil Punaarmee väed okupeerisid Ploiesti (Rumeenia) naftamaardlad, mis on suurim looduslik kütuse tootmise tooraineallikas. oli Hitler kontrolli all ja kuni 1945. aasta maini teostas mootorikütuse funktsioon Saksa majanduses ja sõjaväes kunstlikke vedelkütuseid ja generaatorgaasi. Võime öelda, et Hitleri Saksamaa oli impeerium, mis oli ehitatud tahketele süsinikku sisaldavatele toorainetele (peamiselt kivisöele ja vähemal määral tavalisele puidule), veele ja õhule. Nendest toorainetest sünteesiti Saksamaal 100% rikastatud lämmastikhapet, mis oli vajalik kõigi sõjaliste lõhkeainete tootmiseks, 99% kummi ja metanooli ning 85% mootorikütust.
Söe gaasistamis- ja hüdrogeenimisseadmed olid 1940. aastate Saksa majanduse selgroog. Muu hulgas kattis Fischer-Tropschi meetodil toodetud sünteetiline lennukikütus sõja-aastatel 84,5% kõigist Luftwaffe vajadustest. Teise maailmasõja ajal Natsi -Saksamaal kasutati seda diislikütuse sünteesi meetodit kaheksas tehases, kus toodeti umbes 600 tuhat tonni diislikütust aastas. Pealegi rahastas seda projekti täielikult riik. Sakslased ehitasid samasuguseid tehaseid nende poolt okupeeritud riikidesse, eriti Poolasse (Auschwitz), mis jätkas tööd kuni 1950ndateni kaasa arvatud. Pärast sõja lõppu suleti kõik need tehased Saksamaal ja viidi osaliselt koos tehnoloogiatega riigist välja NSV Liidu ja USA hüvitiste arvelt.
põlevkiviõli
Teiseks kütuse tootmise allikaks on lisaks kivisöele ka põlevkiviõli, mille teema pole viimastel aastatel maailma ajakirjanduse lehtedelt lahkunud. Kaasaegses maailmas on õlitööstuses täheldatud üks olulisemaid suundumusi kerge õli ja keskmise tihedusega õli tootmise vähenemine. Tõestatud naftavarude vähenemine planeedil sunnib naftakompaniisid töötama alternatiivsete süsivesinikeallikatega ja neid otsima. Üks neist allikatest koos raskeõli ja loodusliku bituumeniga on põlevkivi. Põlevkivi varud planeedil ületavad suurusjärgu võrra naftavarusid. Nende peamised varud on koondunud Ameerika Ühendriikidesse - umbes 450 triljonit tonni (24,7 triljonit tonni põlevkiviõli). Hiinas ja Brasiilias on märkimisväärseid reserve. Venemaal on ka suured reservid, mis sisaldavad umbes 7% maailma varudest. Ameerika Ühendriikides alustati põlevkiviõli tootmist 1940ndate lõpus ja 1950ndate alguses kaevandusmeetodil. Enamasti oli ekstraheerimine eksperimentaalne ja viidi läbi kesisel skaalal.
Tänapäeval on maailmas kaks peamist meetodit nõutava tooraine saamiseks põlevkivist. Esimene neist hõlmab põlevkivi kivimi kaevandamist avatud või kaevandusmeetodil, millele järgneb töötlemine spetsiaalsetes rajatistes-reaktorites, kus põlevkivi allutatakse pürolüüsile ilma õhu juurdepääsuta. Nende toimingute käigus saadakse kivimist põlevkivitõrva. Seda meetodit üritati aktiivselt arendada Nõukogude Liidus. Sarnased projektid on tuntud ka põlevkivi kaevandamise poolest Iraani põllul Brasiilias ja Hiina Fushuni provintsis. Üldiselt on nii XX sajandi 40ndatel kui ka praegu põlevkivi kaevandamise meetod koos nende järgneva töötlemisega üsna kulukas meetod ja lõpptoote maksumus on endiselt kõrge. 2005. aasta hindades oli sellise naftabarreli maksumus 75–90 dollarit.
Teine põlevkiviõli ekstraheerimise meetod hõlmab selle ekstraheerimist otse reservuaarist. Just see meetod on viimastel aastatel Ameerika Ühendriikides välja kujunenud ja võimaldanud rääkida "põlevkivipöördest" naftatootmises. See meetod hõlmab horisontaalsete kaevude puurimist, millele järgneb mitu hüdraulilist purustamist. Sellisel juhul on sageli nõutav kihistu keemiline või termiline kuumutamine. Samuti on ilmne, et selline kaevandamismeetod on palju keerulisem ja seega kallim kui traditsiooniline kaevandamismeetod, olenemata kasutatavatest tehnoloogiatest ja teadusvaldkonna edusammudest. Seni on põlevkiviõli maksumus oluliselt kõrgem kui tavaõlil. Naftatootmisettevõtete endi hinnangul jääb selle tootmine kasumlikuks, kui minimaalsed naftahinnad maailmaturul on üle 50–60 dollari barreli kohta. Lisaks on mõlemal meetodil teatud olulised puudused.
Näiteks piirab esimest meetodit põlevkivi avamaal või kaevanduses kaevandamisel ja sellele järgneval töötlemisel oluliselt vajadus kasutada tohutul hulgal süsinikdioksiidi - CO2, mis tekib põlevkivitõrva sealt väljavõtmisel. Lõpuks ei ole süsinikdioksiidi kasutamise probleem veel lahendatud ja selle heitkogused Maa atmosfääri on täis tõsiseid keskkonnaprobleeme. Samas, kui põlevkiviõli ekstraheeritakse otse reservuaaridest, tekib teine probleem. See on kasutusele võetud kaevude voolukiiruse suur langus. Töö algfaasis iseloomustavad kaevusid mitmekordse hüdraulilise purustamise ja horisontaalse sissepritse tõttu väga suured tootmismahud. Pärast umbes 400 -päevast tööd väheneb aga ekstraheeritud toodete maht järsult (kuni 80%). Sellise järsu languse kompenseerimiseks ja tootmisprofiili kuidagi tasandamiseks tuleb selliste põlevkiviväljade kaevud järk -järgult kasutusele võtta.
Samal ajal on sellised tehnoloogiad nagu horisontaalne puurimine ja hüdrauliline purustamine võimaldanud USA -l alates 2010. aastast suurendada naftatootmist rohkem kui 60%, viies selle 9 miljoni barrelini päevas. Praegu on põlevkiviõli tootmistehnoloogiate üks edukamaid näiteid Bakkeni väli, mis asub Põhja- ja Lõuna -Dakota osariikides. Selle konkreetse põlevkiviõlivälja arendamine on tekitanud Põhja -Ameerika turul omamoodi eufooria. Vaid 5 aastat tagasi ei ületanud naftatoodang sellel väljal 60 tuhat barrelit päevas ja nüüd on see juba 500 tuhat barrelit. Kuna siin tehti geoloogilisi uuringuid, suurenesid põldude naftavarud 150 miljonilt 11 miljardile barrelile. Lisaks sellele naftaväljale tehakse põlevkiviõli tootmist Ameerika Ühendriikides Bone Springsis New Mexicos, Eagle Fordis Texases ja Three Forksis Põhja -Dakotas.