Piaski roponośne Alberty nagrzewają się

Dla wielu obrazy kanadyjskiego lasu borealnego rozdartego przez rozległe operacje, które oczyszczają ziemię i usuwają górną warstwę ziemi, stały się symbolem zła środowiskowego ropy naftowej w XXI wieku. Tak zwane kopalnie odkrywkowe, które odkrywają twarde jak skała złoża piasku i gliny bogate w ciężką, lepką mieszaninę węglowodorów zwaną bitumem, stanowią obecnie znaczną część eksportu ropy z Kanady, w tym większość ropy trafiającej do Stanów Zjednoczonych . Jednak oblicze przemysłu eksploatującego piaski roponośne północnej Kanady zmienia się – i być może staje się jeszcze bardziej niepokojące.

Kieruj się na południe lub na zachód od Fort McMurray, prosperującego miasta Alberty, w którym znajduje się wiele kopalni odkrywkowych i stawów, które osławiły przemysł naftowy prowincji, a kopalnie ustępują miejsca bardziej uporządkowanym terenom przemysłowym pośród bagnistych zielonkawobrązowych piżmów i kęp białego świerku. sosna jack i osika. Te otoczone lasem obiekty zamieniły łopaty i ogromne ciężarówki na proces wydobywczy, który drąży setki metrów w solidne wstęgi bitumu i, używając ogromnych ilości pary, topi smolistą ropę na miejscu. Skroplony bitum wypływa następnie przez system równoległych rur. Takie operacje wydobywcze in situ stanowią obecnie prawie połowę bieżącej produkcji przemysłu naftowego północnej Alberty, a liczba ta będzie się tylko zwiększać. 1,8 biliona baryłek bitumu w Albercie może być największym na świecie pojedynczym nagromadzeniem węglowodorów, ale cztery piąte tego zasobu leży głębiej niż kopalnia odkrywkowa.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 2011 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Wydobycie in situ jest drogie – przeciętnie nie jest opłacalne, jeśli światowe ceny ropy są poniżej 60 USD za baryłkę. Ale przy dzisiejszych cenach, które są stale znacznie wyższe, praktyka kwitnie. Według Canadian Association of Petroleum Producers, grupy z Calgary, piaski roponośne będą generować w tym roku ponad 1,5 miliona baryłek ropy dziennie. Stanowi to ponad połowę ropy, którą Kanada przesyła rurami do Stanów Zjednoczonych (Kanada jest największym źródłem importowanej ropy z sąsiada). Przewiduje się, że do 2025 r. produkcja piasków roponośnych wzrośnie ponad dwukrotnie, do 3,7 mln baryłek dziennie, a operacje in situ zapewnią prawie dwie trzecie tego wzrostu.

Haczyk polega na tym, że chociaż wiercenie na powierzchni może wydawać się mniej niszczące dla środowiska niż wydobycie odkrywkowe, pod wieloma względami nowsza technologia jest znacznie bardziej szkodliwa. Mimo że odwierty nie niszczą krajobrazu tak, jak kopalnie, zużywają ogromne ilości energii i w konsekwencji produkują duże ilości dwutlenku węgla. Wykorzystanie pary do wypłukiwania asfaltu odpowiada za 2,7% całkowitej emisji gazów cieplarnianych w Kanadzie lub około 19 megaton dwutlenku węgla w zeszłym roku — co odpowiada rocznej emisji z rury wydechowej 3,7 mln samochodów. Powoduje to ponad dwukrotnie wyższe emisje produkcyjne niż konwencjonalne wydobycie piasków roponośnych. Niezależni eksperci twierdzą, że zanim bitum jest rafinowany i dostarczany na stacje benzynowe w całych Stanach Zjednoczonych, ma już dwa lub trzy razy więcej gazów cieplarnianych na galon paliwa niż benzyna rafinowana z konwencjonalnej ropy.

Najbardziej niepokojące jest to, że operacje wiertnicze w piaskach roponośnych są tylko jednym z przykładów zwiększonej produkcji niekonwencjonalnej ropy naftowej, dawniej trudnych do eksploatacji źródeł, które ostatnie postępy technologiczne uczyniły opłacalnymi ekonomicznie. Takie zasoby w samych Amerykach obejmują ogromne ilości ropy naftowej podobnej do bitumu w Wenezueli, głęboko podmorskie rezerwy ropy naftowej u wybrzeży Brazylii oraz ropa zamknięta w złożach łupkowych w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Zasoby geologiczne i technologie wykorzystywane do produkcji niekonwencjonalnej ropy są bardzo zróżnicowane, ale wszystkie wymagają procesów wydobycia, które są energochłonne i niszczące środowisko. Piaski roponośne są głównym powodem, dla którego roczne emisje gazów cieplarnianych w Kanadzie, które rząd obiecał obniżyć do 558 megaton do przyszłego roku, przekraczają obecnie 710 megaton i mają osiągnąć 785 megaton do 2020 roku.

Rzeczywistość jest jednak taka, że ​​świat szybko stał się zależny od ropy niekonwencjonalnej, w tym piasków roponośnych, ponieważ globalny popyt na energię nadal rośnie szybciej niż podaż. A gospodarka kanadyjska, szczególnie w Albercie, stała się silnie uzależniona od rozwoju przemysłu piasków roponośnych. Inwestycje kanadyjskich firm i światowych gigantów naftowych wyniosły 13 miliardów dolarów w 2010 roku i wzrosły do ​​16 miliardów dolarów w tym roku. Piaski roponośne uczyniły Albertę najgorętszym miejscem w Kanadzie pod względem miejsc pracy, inwestycji i wzrostu, pomagając temu krajowi uniknąć wielu problemów gospodarczych trapiących Stany Zjednoczone i większą część Europy.

Piaski roponośne oznaczają setki milionów dolarów podatków i tantiem oraz tworzenie miejsc pracy od Nowej Fundlandii po Vancouver. Tak wielu Nowofundlandczyków przybyło do Alberty, aby pracować w Fort McMurray, że jest to trzecie co do wielkości miasto Nowej Fundlandii, mówi Murray Smith, były minister energii Alberty. Taki ciężar ekonomiczny sprawia, że ​​biorąc pod uwagę, że Kanada będzie nadal eksploatować ten surowiec, mówi: „Jesteśmy obok klienta, który ma 250 milionów pojazdów przejeżdżających trzy biliony mil rocznie. Możesz być pewien, że tak długo, jak będzie taki popyt, będzie produkt do sprzedania. Wyprodukujemy piaski roponośne.

Ogromne zasoby: Widok z lotu ptaka pokazuje na pierwszym planie wydobycie odkrywkowe w pobliżu Fort McMurray, podczas gdy w tle widoczne są stawy rafinacyjne i osadowe przylegające do rzeki Athabasca.

Wiek Steam

Christina Lake, szybko rozwijająca się operacja wydobycia na miejscu, 120 kilometrów na południe od Fort McMurray, jest naprawdę odległa. Chociaż wycinanie zupełne, produkcja gazu ziemnego i kopalnie żwiru wytrawiły lasy, mulaki i łosie wciąż przewyższają liczebnie ludzi. Najbliższym sąsiadem Christina Lake jest 300-osobowa wioska Conklin, a na południu znajduje się poligon wojskowy Cold Lake, rozległa ziemia niczyja, zarezerwowana dla ćwiczeń bojowych i testów broni taktycznej. Poczucie izolacji zanika jednak, gdy tysiące pracowników instaluje i obsługuje sprzęt wart miliardy dolarów w Christina Lake i w kilkunastu innych miejscach w Albercie.

JAKI OLEJ SZCZYTOWY?

Powiększ wykresy

Większość ropy naftowej na świecie, w tym ogromne rezerwy ropy konwencjonalnej w miejscach takich jak Arabia Saudyjska i Zatoka Meksykańska, to mieszanina węglowodorów, które wytryskują z ziemi i łatwo przepływają w temperaturze pokojowej. Z kolei kanadyjskie piaski roponośne to złoża smołowe, w których węglowodory pokrywają piasek i glinę. Po wyjęciu z ziemi olej ma lepkość zimnej melasy. Wydobywanie go musi w istocie odwrócić siły natury, które stworzyły asfalt miliony lat temu, kiedy powstanie Gór Skalistych zepchnęło szybko płynącą lekką ropę naftową do sąsiednich warstw zakopanego piasku.

Od prawie wieku przedsiębiorcy walczą o oddzielenie zastygłych złóż od piasku i ponowne przekształcenie ich w ciekłe węglowodory. Kopalnie w Fort McMurray zostały otwarte w latach 60. i na początku lat 70. i kulały wraz ze wsparciem rządu, dopóki ceny ropy nie zaczęły rosnąć pod koniec lat 90., zachęcając inwestorów. Miejsca in situ w Albercie są produktem finansowanego przez rząd projektu badawczego zainicjowanego w 1974 roku, mającego na celu wyniesienie przemysłu piasków roponośnych poza górnictwo odkrywkowe. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych w prowincjonalnym projekcie przyjęto technologię: wspomagany parą odwadnianie grawitacyjne (SAGD). Cenovus, firma z siedzibą w Calgary, która obsługuje Christina Lake, stworzyła pierwszą komercyjną witrynę SAGD w 1999 roku, a trzy lata później rozpoczęła testy pilotażowe w Christina Lake.

Chociaż metoda ta jest bardziej wyrafinowana niż kopalnia odkrywkowa, w której bitum znajdujący się poniżej 75 metrów pod ziemią jest po prostu wykopywany po usunięciu górnej warstwy ziemi, SAGD jest nadal w dużej mierze brutalną metodą zasysania głęboko zakopanego bitumu. W jeziorze Christina pary perforowanych studni toną na głębokość 375 metrów, osiągając warstwę bitumu o grubości od 25 do 30 metrów. Tam studnie spłaszczają się i biegną poziomo 800 metrów przez dolną jedną trzecią złoża, jedna studnia pięć metrów nad drugą. Para jest przepuszczana przez górne odwierty o temperaturze 250 °C, aby ogrzać i ostatecznie stopić bitum, który spływa z piasku, gliny i innych minerałów. Dolne studnie produkcyjne następnie zasysają mieszankę wody i stopionego bitumu na powierzchnię, gdzie woda jest oddzielana od bitumu i poddawana recyklingowi. Na koniec bitum jest mieszany z rozcieńczalnikiem węglowodorowym, aby był wystarczająco cienki dla rurociągów przed przekazaniem go do sąsiedniego terminalu naftowego i rozpoczęciem podróży do rafinerii w Stanach Zjednoczonych.

Nad ziemią Christina Lake to gwar aktywności. Zakład wysyła dziennie ponad 16 000 baryłek bitumu. W sierpniu Cenovus zakończył rozbudowę, która kosztowała około 900 milionów dolarów kanadyjskich i zwiększyła wydajność do 58 000 baryłek dziennie. Teraz witryna jest w trakcie dwóch równoważnych rozszerzeń, które powiększyły jej personel do prawie 2000 osób, które pracują, jedzą i śpią na miejscu przez siedem do dziesięciu dni bez przerwy. Przed nami znacznie większy wzrost, mówi Drew Zieglgansberger, starszy wiceprezes odpowiedzialny za Christina Lake. Zieglgansberger spodziewa się, że do 2019 r. zakład będzie wytwarzał ponad 250 000 baryłek bitumu dziennie – co, jak mówi, wystarczy, aby zatankować wszystkie samochody w Illinois. Mówi, że powinno utrzymać to tempo przez 30 lat.

Sam teren bardziej przypomina średniej wielkości zakład chemiczny niż zakład górniczy. Góruje nad nim pięć 32-metrowych generatorów pary; cztery kolejne są w budowie. Te mamutowe piece spalają gaz ziemny i wyrzucają 250 milionów BTU pary na godzinę. W sumie, mówi Zieglgansberger, zgasili ciepło odpowiadające 50 000 przydomowych grilli. (Każda godzina spalania i ciepła z generatorów pary Christina Lake powoduje emisję 75 ton dwutlenku węgla – około 45 kilogramów dwutlenku węgla na każdą beczkę bitumu).

Złą wiadomością dla przemysłu piasków roponośnych w Albercie jest to, że Christina Lake to obecnie najlepszy scenariusz dla SAGD. Zieglgansberger potrzebuje parować zaledwie dwie beczki wody, aby wyprodukować beczkę bitumu, co czyni go najbardziej wydajnym działaniem in situ w Albercie. Jego konkurenci (i większość przyszłych operacji SAGD) muszą koncentrować się na cieńszych złożach bitumicznych, z których część jest pokryta skałami i wodą, które przekierowują wprowadzone ciepło. W rezultacie, według Rady Ochrony Zasobów Energii Alberty, przeciętna baryłka asfaltu wyprodukowanego w zeszłym roku przez SAGD wymagała prawie trzech baryłek pary. Dlatego, po uwzględnieniu transportu i rafinacji, proces produkcji in situ w Albercie generuje znacznie więcej emisji gazów cieplarnianych niż wytwarzanie paliwa z konwencjonalnej ropy naftowej.

Te liczby są skandaliczne dla Johna Nennigera, założyciela i dyrektora generalnego N-Solv, start-upu z Calgary, który bada technologie eksploatacji piasków roponośnych. Nenniger mówi, że branża niewiele się poprawiła od czasu pierwszego pilotażowego pola SAGD pod koniec lat 80.: W tym pierwszym teście stosunek pary do oleju wyniósł 2,38. Od tego czasu stosunek oleju do pary faktycznie się pogorszył. Nie było żadnego postępu.

Pochłaniacze gazu: Ogromne generatory pary w Christina Lake spalają gaz ziemny, aby wytworzyć ogromne ilości pary, która jest wtłaczana do studni o głębokości 375 metrów w celu podgrzania smolistego oleju i umożliwienia jego zassania na powierzchnię.

Zemsta?

Nie jest tak, że nikt nie próbuje. Duże firmy naftowe, w tym Shell, Suncor Energy i spółka zależna Exxon Imperial Oil, a także przedsiębiorcze start-upy, takie jak N-Solv i Laricina, testują w terenie coraz większą liczbę technik in situ. Niektórzy pompują powietrze głęboko pod ziemię i podpalają trochę bitumu w nadziei, że reszta będzie bardziej wydajna. Inni widzą potencjał w wykorzystaniu energii elektrycznej do ogrzewania głęboko zakopanego bitumu.

Cenovus testuje metodę, która wykorzystuje połączenie pary i rozpuszczalnika, butanu, w celu rozluźnienia bitumu. Pad A02 wygląda jak każdy inny nad jeziorem Christina, z wyjątkiem tego, że ma tylko jedną parę studni wspieranych przez dodatkowy sprzęt: trzy zbiorniki magazynowe o długości 50 stóp na butan i sprzęt do mieszania go z parą o temperaturze 250 ° C, która ryczy w rurą z wytwornic pary. Dodanie tego sprzętu zwiększa koszt budowy nowej lokalizacji o prawie jedną trzecią, ale warto, mówi Harbir Chhina, wiceprezes wykonawczy Cenovus ds. piasków roponośnych. Chhina mówi, że dodanie butanu zapewnia 10 do 15 procent więcej bitumu z tego samego zasobu i robi to około 30 procent szybciej.

Efekty tej poprawy na zużycie energii, zyski i zanieczyszczenie gazami cieplarnianymi mają na celu przeprowadzenie pierwszego testu na skalę komercyjną w Narrows Lake, projekcie in situ bezpośrednio na północny zachód od jeziora Christina, gdzie Cenovus ma nadzieję produkować 130 000 baryłek bitumu dziennie do 2016 r. (Zgoda na Narrows Lake spodziewana jest do przyszłego lata; Alberta nigdy nie odrzuciła wniosku dotyczącego piasków roponośnych). rozpuszczalnik. Mówi, że technologia może zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych nawet o 30 procent w większości zakładów SAGD.

Tymczasem Nenniger przygotowuje się do testów procesu wykorzystującego wyłącznie rozpuszczalniki, który został wynaleziony w latach 70. przez jego ojca, który był wiceprezesem ds. inżynierii procesowej w Hatch, drugiej co do wielkości firmie inżynierskiej w Kanadzie i większościowym udziałowcu N-Solv. Z prowizorycznej przestrzeni roboczej w biurach Hatch w Calgary Nenniger planuje powrót tej technologii: w zakładzie Suncor Energy w Dover na północny zachód od Fort McMurray trwa test pilotażowy o wartości 60 milionów dolarów, w tym samym miejscu, w którym pierwotnie testowano proces SAGD.

Nenniger szacuje, że wyeliminowanie użycia pary i obniżenie temperatury pozwoli zaoszczędzić 9 dolarów na każdej beczce bitumu. Co więcej, proces rozpuszczalnikowy może wydobyć bitum najlepszej jakości, pozostawiając w ziemi więcej najcięższych materiałów asfaltopodobnych. To powinno ułatwić rafinację asfaltu N-Solv, przynosząc producentom dodatkowe 15 USD za każdą beczkę, którą wysyłają. Nenniger przewiduje również, że proces ten zużyje od 80 do 90 procent mniej energii na baryłkę bitumu niż SAGD, odpowiednio zmniejszając emisje dwutlenku węgla.

N-Solv planuje wykonanie odwiertów obserwacyjnych w swoim obiekcie pilotażowym tej zimy, a odwierty iniekcyjne i produkcyjne powinny nastąpić latem. Ciepły rozpuszczalnik może zacząć płynąć już jesienią 2012 roku, zapewniając wyniki produkcyjne do następnego lata. Nenniger projektuje zastosowania na skalę komercyjną w ciągu zaledwie pięciu lat. Udowodnienie, że jesteśmy lepsi niż SAGD na zasadzie łeb w łeb, otworzy cały rynek piasków roponośnych, mówi.

Pytanie dla innowatorów piasków roponośnych brzmi, czy ryzyko finansowe opracowania nowych rodzajów technologii in situ się opłaci. Cenovus potrzebuje globalnej ceny ropy na poziomie od 45 do 50 dolarów za baryłkę, aby zarobić na inwestycjach w Christina Lake; z cenami powyżej 75 dolarów za baryłkę, zarabia niezłe pieniądze. W erze taniego gazu ziemnego i drogiej ropy, kanadyjscy producenci asfaltu będą potrzebować dodatkowego impulsu, zanim przeznaczą miliardy dolarów na alternatywy dla górnictwa i SAGD. Nenniger uważa, że ​​decydenci korporacyjni mają niewielką motywację do zmian w obecnych warunkach gospodarczych, w których koszty energii są niskie i można je odliczyć od podatku, a emisje dwutlenku węgla są bezpłatne. Masz system, który nie tworzy przyciągania rynkowego, mówi.

Szybsza ekstrakcja: Eksperymentalna wersja ekstrakcji in situ dodaje rozpuszczalnik do pary, aby odzyskiwanie asfaltu było szybsze i bardziej wydajne.

Mówi Heather MacLean, profesor inżynierii i polityki publicznej na Uniwersytecie w Toronto, że musi istnieć jakiś rodzaj nacisku politycznego… aby naprawdę zmotywować najbardziej wydajną produkcję i redukcję gazów cieplarnianych i innych wpływów na środowisko. Mówi, że potrzebna jest cena węgla. Dwa lata temu Alberta wprowadziła podatek węglowy w wysokości 15 dolarów za tonę, ale obejmuje on tylko część emisji przemysłowych, a nawet dyrektorzy naftowi lekceważą jego wpływ na inwestycje. To w dziesiątkach centów za baryłkę, mówi Zieglgansberger.

Większy problem

Tego lata czołowi działacze na rzecz zmiany klimatu sprawili, że piaski roponośne Alberty stały się powszechnie znane dzięki dwutygodniowym protestom przed Białym Domem. Akcja skierowana była na proponowany rurociąg Keystone XL, który dostarczałby pół miliona baryłek ropy naftowej dziennie do rafinerii na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej za pośrednictwem 36-calowego rurociągu biegnącego 2673 km z Alberty do Port Arthur w Teksasie. Aresztowano ponad 1000 protestujących, w tym klimatolog z NASA James Hansen. Prezydent Obama ma podjąć ostateczną decyzję w sprawie rurociągu tej zimy.

Ken Caldeira, jeden z 20 czołowych klimatologów, który wystosował list otwarty do prezydenta, sprzeciwiając się Keystone XL, twierdzi, że jego powstrzymanie podniosłoby koszty marketingu bitumu z Alberty, a tym samym zapewniłoby de facto sygnał cenowy dla producentów. Wspólnie oferujemy darmowe dotacje dla przemysłu paliw kopalnych, pozwalając im na wyrzucanie odpadów do atmosfery, mówi Caldeira, który jest naukowcem zajmującym się atmosferą w Carnegie Institution of Washington w Stanford w Kalifornii. Powinniśmy usunąć tę dotację.

Caldeira mówi, że największym problemem, jaki widzi w przypadku inwestycji w piaski roponośne, jest to, że grożą one zwiększeniem zależności od ropy naftowej, a spalanie ropy naftowej w pojazdach generuje ponad jedną piątą globalnej emisji dwutlenku węgla. Ulepszenie procesu wydobycia piasków roponośnych tylko pogłębi tę zależność. Przy użyciu obecnych metod, jak szacuje rząd Alberty, 169 miliardów baryłek bitumu z piasków roponośnych można wyprodukować ekonomicznie — mniej niż jedną dziesiątą zakopanych zasobów. Wydajniejsze technologie przyniosą o wiele więcej ropy do spalenia w samochodach i ciężarówkach na całym świecie. Jeśli chcemy ewoluować w kierunku niskoemisyjnego systemu energetycznego, nie powinniśmy budować dodatkowej infrastruktury paliw kopalnych, mówi Caldeira.

Jednak zatrzymanie rurociągu Keystone XL może mieć niezamierzone konsekwencje. Jeśli prezydent Obama zablokuje projekt, producenci nadal będą sprzedawać swój bitum, wysyłając go cysternami kolejowymi lub proponowanymi rurociągami do kanadyjskich portów Pacyfiku. Tymczasem spowolnienie produkcji bitumu w Kanadzie prawdopodobnie skłoniłoby producentów z innych krajów do zaspokojenia stałego zapotrzebowania na paliwo poprzez eksploatację zasobów takich jak łupki naftowe, trudne do kontrolowania studnie głębinowe, a nawet węgiel. Zniechęcanie do produkcji piasków roponośnych prawdopodobnie nie powstrzyma globalnego przepływu ropy naftowej, mówi Adam Brandt, profesor na Wydziale Inżynierii Zasobów Energetycznych Uniwersytetu Stanforda: Siły rynkowe są po prostu przytłaczające. MacLean się zgadza. Kraje importujące dziś duże ilości ropy nie przestaną tego robić jutro, mówi. Nie wszyscy przeniosą się na pojazdy elektryczne w następnej dekadzie. Tak więc polityka braku dalszej infrastruktury paliw kopalnych nie wydaje mi się realistyczna.

Wielu ekspertów twierdzi, że zmniejszenie ogólnego zapotrzebowania na ropę jest ostatecznie jedynym sposobem na zmniejszenie wpływu na środowisko przemysłu piasków roponośnych w Albercie, a powszechnie szanowana metaanaliza badań cyklu życia przeprowadzona w 2009 roku przez MacLeana i innych analityków cyklu życia, Alexa Charpentiera i Joule Bergerson z Uniwersytetu w Calgary zdaje się je popierać. Według analizy, przejechanie jednego kilometra samochodem powoduje od 320 do 350 gramów zanieczyszczenia dwutlenkiem węgla, jeśli benzyna pochodzi z roślin in situ. Jeśli benzyna jest rafinowana z konwencjonalnej ropy naftowej, ta sama jazda wytwarza mniej zanieczyszczeń — od 250 do 280 gramów dwutlenku węgla. Ale spalanie samej ropy naftowej, niezależnie od tego, jak wyprodukowano paliwo, stanowi 212 gramów w obu przypadkach.

Podsumowując, mówi Brandt: Jeśli naprawdę denerwujemy się piaskami roponośnymi, musimy poważnie podejść do naszego nałogu.

Peter Fairley jest niezależnym pisarzem mieszkającym w Victorii w Kolumbii Brytyjskiej. Jego film Czy pojazdy elektryczne w końcu odniosą sukces? ukazał się w styczniowym/lutowym numerze Przegląd technologii .

ukryć