Экология
Главная экологическая проблема, которая возникает при проведении гидроразрывов пласта (ГРП) - методе, при котором сланцевую нефть и газ обычно добывают, риск загрязнения питьевой воды. Газ метан, тяжелые металлы и радиоактивные элементы, находящиеся в породе, могут попасть в питьевую воду по трещинам, образовавшимся после ГРП. Экологи опасаются, что в связи с резким ростом количества скважин на территории США случаи заражения водных ресурсов также участятся. Помимо этого, также указывается возможность сейсмической опасности от ГРП. Вторая экологическая проблема - парниковый эффект, вызываемый утечкой метана в процессе добычи сланцевого газа.
Сланцевая нефть
Дальнейшая разработка технологии добычи углеводородов из сланца в США показала, что из сланцев достаточно успешно можно добывать нефть. Технология ее добычи почти такая же, как при добыче сланцевого газа: горизонтальное бурение в сочетании с ГРП, после чего нефть вытекает в трубу по трещинам, с той лишь разницей, что горизонтальную трубу располагают глубже - на уровень, где залегают более тяжелые, чем газ, конденсат и нефть. Существует также и традиционная методика добычи сланцевой нефти, когда сланцы сначала добываются из-под земли, а потом перерабатываются или сжигаются. Добыча сланцевой нефти экономически обоснована при ценах на нефть выше 60 долл. за баррель, но по мере совершенствования технологии нефтедобычи себестоимость сланцевой нефти будет уменьшаться. Поэтому в 2011 году американские компании инвестировали 25 млрд. долл. в 5 тыс. новых скважин для добычи сланцевой нефти. Определенные результаты нефтедобычи из сланцев уже имеются: в 2008 году США импортировали нефти примерно на 259 млрд. долл., а в 2010-м - уже на 181 млрд. долл.
Полученные в США позитивные результаты добычи сланцевого газа и нефти стимулировали многие страны Европы и Азии на разработку аналогичных программ сланцевой нефте- и газодобычи. Европейские ресурсы сланцевого газа им нефти потенциально способны перестроить структуру снабжения континента энергоносителями. Доводы российских и некоторых западных экспертов о том, что добыча нетрадиционного газа в Европе не может развиваться по американскому пути, могут быть ошибочными и привести к существенным просчетам в оценке будущей емкости экспортных рынков.
Нефтедобыча - это сложный производственный процесс, требующий множество промышленных и технологических ресурсов, а также не менее важных финансовых и интеллектуальных. В современных условиях, нефтедобыча - научно-обоснованный процесс, использующий результаты самых новейших научных исследований и разработок в сфере изготовления оборудования и тяжёлой техники, геофизики, технологии бурения, технологии разведки нефтяных месторождений. Нефтяная промышленность - одна из важнейших и наиболее быстро развивавшихся до последнего времени отраслей тяжелой промышленности. Нефтяная промышленность является «кровеносной системой» всемирной экономики и составляет гигантскую отрасль, являющуюся двигателем всей промышленности, и приносящую огромные деньги в бюджеты стран и товары в дома каждого человека.
Глава 2. Роль нефти в мировой экономике
2.1 Области применения нефти
Нефть, как энергетическое сырьё и топливо
Большинство технологических процессов происходят с использованием энергоносителей различного вида и назначения. Нефть, как энергоноситель играет большую роль в обеспечении транспортных средств и различных сложных технологических и промышленных установок топливом.
Топливо для транспорта
Рисунок 8
На автозаправочной станции, человек заправляет своё транспортное средство - автомобиль, который помогает ему перемещаться на дальние расстояния. Самое распространенное топливо для транспорта - бензин. Более того, на него приходится 50% от общего объема производимых в мире нефтепродуктов. Качество бензина во многом определяется октановым числом, которое показывает, насколько он способен противостоять детонации. Если бензин, вместо того, чтобы ровно сгорать в цилиндрах, будет взрываться, это будет, лишь показателем того, что этот бензин некачественный. Гарантированы шум, снижение мощности и быстрый износ двигателя, а также другие плачевные последствия. На АЗС можно заправиться не только бензиновым, но и дизельным топливом. На нем в основном работают грузовые автомобили, а также железнодорожный транспорт и сельскохозяйственная техника. Самолеты тоже летают на нефтяном топливе - точнее, на авиационном керосине. Это жидкое топливо имеет строго регламентированные параметры вязкости, плотности, температуры, кристаллизации и состава - чтобы обеспечить равномерное поступление горючего к двигателю. Кроме того, топливо должно обладать высокой термической стабильностью, так как в баках сверхзвуковых самолетов оно может нагреваться до 150-200 °С. Чтобы добиться нужных показателей, керосиновую фракцию очищают от примесей - например, при помощи водорода. В современных летательных аппаратах используется реактивное топливо. Большие корабли и танкеры, морские передвижные платформы тоже нуждаются в нефти - многие корабли ходят на так называемом флотском мазуте, который получают, смешав 60-70% прямогонного мазута и 30-40% дизельного топлива со специальными добавками.
Таким образом, в транспорте нефтяное топливо прочно удерживает лидирующие позиции. Но рост цен на углеводородное топливо, ценность нефти как химического сырья и экологические задачи нового века заставляют активно работать над другими средствами, приводящими мир в движение. Котельное топливо, используемое в качестве топлива промышленных печей и котельных установок, представляет собой смесь мазута, остатка при термическом или каталитическом крекинге, каменноугольных смол и других веществ. Сюда так же можно отнести топливо для отопления зданий. Использование легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает, так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию им составляют только природный газ и электричество.
Сегодня во всём мире учёные пытаются разработать экологически чистое топливо, которое бы не уступало ни в чём нефтяному топливу. Но, к сожалению, пока, этого у них не получается, а уже созданные виды топлива на растениях и сельскохозяйственных отходах, на водороде, а также электродвигатели во многом уступают в эффективности топливу и нефти. Такие разработки идут полным ходом, но пока технологии остаются слишком дорогостоящими для повсеместного распространения. Так что, черное золото не утрачивает позиций в индустрии, которая когда-то послужила причиной нефтяного бума.
Уровень и динамика потребления топлива
Несмотря на огромное разнообразие видов топлива, основными источниками энергии остаются нефть, природный газ и уголь. Первые два ископаемых топлива исчерпаемы в ближайшем будущем. Нефтяные топлива обладают особой ценностью для транспортных средств (основных потребителей энергии), в силу удобства перевозки, поэтому в настоящий момент ведутся исследования по использованию угля для выработки жидких топлив, в том числе и моторных. Также огромны запасы ядерного топлива, однако его использование накладывает высокие требования к безопасности, высокие затраты на подготовку, эксплуатацию и утилизацию топлива и попутных материалов.
Мировое потребление ископаемых топлив составляет около 12 млрд. тонн в год. По данным BP Statistical Review Of World Energy 2003, за 2002 год потребление ископаемого топлива составило:
В Европейском союзе - 1 396 000000 тонн нефтяного эквивалента + 2 100 000000 тонн условного топлива (уран и т.п.) в год; 45 % - нефть, 25 % - газ (природный), 16 % - уголь, 14 % - ядерное топливо;
· В США - 2 235 000000 тонн нефтяного эквивалента + 3 400 000000 тонн условного топлива в год; 40 % - нефть, 27 % - газ (природный), 26 % - уголь, 8 % - ядерное топливо;
· По приблизительным оценкам энергопотребление России составляет 1 300 000000 тонн нефтяного эквивалента в год; 6 % - ядерное топливо, 4 % - возобновляемые источники;
Исходя из этой небольшой статистики, можно сделать вывод о том, что тенденция потребления топлива, а соответственно и самой нефти на его изготовление будет требоваться всё больше и больше. Таким образом, мы наблюдаем довольно прогрессивную тенденцию развития потребления нефтяных ресурсов.
За последние 20 лет мировое энергопотребление возросло на 30 % (и этот рост, по-видимому, продолжится в связи ростом потребности бурно развивающихся стран азиатского региона). В развитых странах за тот же период сильно изменилась структура потребления - произошло замещение части угля более экологичным газом (Европа и прежде всего Россия, где доля газа в потреблении составила до 40 %), а также возросла с 4 % до 10 % доля атомной энергии. После приведения цифр стоит указать пример Австралии, в балансе которой солнечная энергетика занимает около 30 %. Но на данный момент, основным источником-производителем топлива является нефть, что означает, что человечество всё ещё очень прочно зависит от этого ресурса.
2.2 Нефть, как химическое сырьё
Нефть имеет характерный специфический запах. Нефть практически не растворяется в воде. У нефти сложный состав. Всего в состав нефти входят свыше 20 химических элементов. Добываемая сырая нефть содержит много воды, отделив которую получают товарную нефть, идущую на переработку. Если говорить о нефти как о химическом сырье, то можно отметить, что в ней присутствуют в малых количествах вещества, выделение которых представляет интерес для химии. Это кислородсодержащие соединения, прежде всего нефтяные кислоты. Выделяют кислоты, обрабатывая сырую нефть щелочами. Соли нафтеновых кислот широко применяются как катализаторы разных химических реакций, используются для изготовления различных пластических смазок, а также ядохимикатов. Не меньшее значение имеет сера, содержание которой в различных видах нефти колеблется в широких пределах. Она может находиться в виде элементарной серы, сероводорода, а также органических соединений. От органических соединений в процессе переработки нефти стараются избавиться, поскольку они оказывают значительное коррозионное действие, что приводит к преждевременному износу оборудования. Однако выделяемые из нефти серосодержащие вещества находят широкое применение в народном хозяйстве. Вполне возможно, что в будущем они будут играть все более весомую роль. В большинстве нефти содержатся небольшие количества химических соединений азота - около 0,3 %. Все присутствующие в них азотсодержащие органические соединения очень стабильны при нагревании и не оказывают заметного влияния на эксплуатационные свойства нефтепродуктов. Однако главное в использовании нефти, как и угольных смол, не в том, чтобы выделять из них продукты, а в химической переработке основных составляющих углеводородов. А это уже задача нефте- и углехимической технологии.
«Нефть - не только энергоноситель, но еще и важнейшее химическое сырье, и ее в этом качестве никакие ветрогенераторы и гелиоустановки не заменят. Ситуация обостряется стремительным экономическим ростом в странах с высокой численностью населения, таких как Китай, Индия и Бразилия» - экспертное сообщество при академии РАН, института проблем нефти и газа.
Пока же сырьем для подавляющего большинства продуктов химической отрасли служит нефть. Она лежит в основе более чем 80 процентов всей сегодняшней номенклатуры полимеров и углеродосодержащих соединений, и экспертов это тревожит. В том числе и Вильгельма Кайма, бывшего директора Института технической химии при Рейнско-Вестфальской высшей технической школе в Ахене: «Если говорить о том, насколько нам еще хватит разведанных запасов, то в отношении нефти такая оценка составляет 40-50 лет. Затем цена на нефть начнет расти, этим фактором и будет регулироваться доступность сырья. Что, конечно, больно ударит по немецкой промышленности: ведь у нас стоимость сырья уже сегодня составляет 30 процентов всех расходов на производство». Выход из этой ситуации эксперты видят в максимальном расширении сырьевой базы химической отрасли. Задуматься, например, о необходимости совершенствования нынешних заводов по производству биотоплива. Речь идет о заводах второго поколения, в которых в качестве сырья использовались бы уже не кукуруза, пшеница и прочие ценные сельскохозяйственные культуры, пригодные в пищу, а растительные отходы вроде опилок или соломы. Однако эффективная и экономичная технология, на основе которой можно было бы построить такого рода производство, пока не разработана. Еще одна перспективная возможность состоит в более широкой замене нефти как химического сырья природным газом. Конечно, это тоже ископаемый энергоноситель, и его запасы ограничены, но все же они иссякнут гораздо позже, чем месторождения нефти. Метан может служить сырьем для получения метанола. «Правда, этот процесс требует множества промежуточных операций», - говорит Вильгельм Кайм - «Оптимальным решением было бы, конечно, прямое превращение метана в метанол. Чем не тема для научного исследования?». Более отдаленной, но все же вполне реальной перспективой экспертам видится и использование углекислого газа в качестве химического сырья. Запасы этого газа практически неограниченны. Правда, с точки зрения термодинамики это сырье непростое: его химическое восстановление и дальнейшая переработка требуют весьма значительного расхода энергии. Но в принципе это возможно, говорит Вильгельм Кайм: "Представим себе, что все эти гелиоустановки в Сахаре, все эти ветрогенераторы в Северном море уже работают. Тогда мы вполне могли бы получать метанол из углекислого газа. Технология такого производства давно имеется, только обходится оно так дорого, что никому не по карману. Вот когда у нас будет в избытке дешевая энергия, тогда эта проблема отпадет".
Продукция нефтехимии
Производство синтетического каучука и резиновых изделий осуществляется из синтетического спирта на базе продуктов нефте- и газопереработки. Из каучука делают шины и разнообразные резиновые изделия. Это материалоемкое, энергоемкое и водоемкое производство. Сырьем для производства пластмасс - полиэтилена, полипропилена, полистирола, термопластов также являются продукты нефте- и газопереработки. Это также энерго- и водоемкое производство, характеризующееся значительной материалоемкостью. Начальные стадии производства тяготеют к сырью и источникам дешевой электроэнергии, производство конечной продукции ориентируется на потребителя, а также на обеспеченность трудовыми ресурсами, научные базы. Химические волокна и нити подразделяются на искусственные, получаемые в результате химической переработки природных полимеров (целлюлозы), и синтетические, вырабатываемые из синтетических полимеров (сырьем являются продукты нефте- и газопереработки). Производство химических волокон и нитей отличается более высокими материалоемкостью, энергоемкостью и водоёмкостью даже по сравнению с другими отраслями химического комплекса. Производство химических волокон и нитей имеет очень большое значение для России как страны с развитой текстильной промышленностью, но одновременно и с крайне ограниченной природной сырьевой базой для производства тканей. В связи с сокращением импорта химических волокон и нитей произошли значительные изменения в структуре их потребления: увеличился спрос на вискозные волокна и нити на внутреннем рынке. Однако трудность удовлетворения спроса рынка в данном виде волокна связана с высокой ценой на основное сырье - растворимую целлюлозу. Смазочные масла (индустриальные; приборные, моторные и др.) - жидкие вещества, предназначенные для смазки трущихся частей механизмов. На основе жидких нефтяных масел получают также пластичные твердые смазочные, вещества. Разнообразные масла и смазки различаются по вязкости от жидких, почти как вода, до консистенции патоки. Именно благодаря взаимодействию нефтяной и химической промышленностей появились возможности разработки новых методов производства таких масел и смазок, как и в случае с другими нефтяными фракциями и продуктами.
Экология нефти
Во всём мире немаловажную роль играет экология применения нефтяной и нефтехимической отраслей. Вредное воздействие на гидросферу оказывают нефтепродукты и сырая нефть. Нефтяные углеводороды попадают в Мировой океан при их транспортировке, аварийных разливах, речном стоке воды, добыче нефти в море, нанося огромный вред живым организмам. Нефть растекается по воде в виде поверхностной пленки. При этом испаряются летучие фракции нефти, частично происходят процессы окисления. Нефть, пролившаяся из танкеров в воду, прилипает к оперению птиц. Перья же, покрытые нефтью, уже не смогут согревать птиц, и они погибают от холода. Наиболее токсичны для водных организмов растворимые компоненты. С целью зашиты окружающей среды от ее загрязнения химики предлагают, прежде всего, создание безотходных и малоотходных технологий, при которых все побочные продукты должны превращаться в полезную продукцию. Также применяют замкнутые водооборотные систем, внедряют новые способы очистки.