אין זה סוד שבעולם המודרני, הדם של הכלכלה העולמית הוא נפט, מה שנקרא זהב שחור. לאורך המאות ה -20 וה -21, השמן הוא אחד מהמינרלים החשובים ביותר על פני כדור הארץ עבור האנושות. בשנת 2010 תפסה הנפט מקום מוביל בעולם איזון הדלק והאנרגיה העולמי, והיוו 33.6% מסך צריכת האנרגיה. יחד עם זאת, הנפט הוא משאב שאינו מתחדש, והדיבורים על כך שבמוקדם או במאוחר עתודותיו יסתיימו נמשכות כבר יותר מעשר שנים.
לדברי מדענים, עתודות הנפט המוכחות בעולם יחזיקו מעמד כ -40 שנה, ואלו שלא נחקרו עוד 10-50 שנים. לדוגמה, ברוסיה, החל מה -1 בינואר 2012, על פי מידע שפורסם באופן רשמי (עד לנקודה זו סווג מידע על עתודות נפט וגז), היקף עתודות הנפט המתאוששות בקטגוריות A / B / C1 עמד על 17.8 מיליארד טון, או 129, 9 מיליארד חביות (לפי החישוב שבו טון אחד של נפט אוראל יצוא הוא 7.3 חביות). בהתבסס על היקפי הייצור הקיימים, משאבי הטבע שנחקרו יספיקו למדינה שלנו במשך 35 שנים.
יחד עם זאת, בצורתו הטהורה, אין להשתמש בשמן כמעט. הערך העיקרי טמון בתוצרי העיבוד שלו. נפט הוא מקור לדלקים ושומנים נוזליים, כמו גם כמות עצומה של מוצרים חשובים לתעשייה המודרנית. ללא דלק, לא רק הכלכלה העולמית תעצור, אלא גם כל צבא. מכוניות וטנקים לא ילכו ללא דלק, מטוסים לא ימריאו לשמיים. יחד עם זאת, במדינות מסוימות נשללה בתחילה מאגר הזהב השחור שלהן. גרמניה ויפן הפכו לדוגמא בולטת למדינות כאלה במאה ה -20, שהחזיקו בבסיס משאבים דל מאוד, שיחררו את מלחמת העולם השנייה, שכל יום דרשה צריכת דלק אדירה. במהלך מלחמת העולם השנייה, גרמניה במידה רבה, בשנים מסוימות עד 50%, סיפקה את צרכי הדלק שלה באמצעות ייצור דלק נוזלי מפחם. הדרך החוצה מבחינתה הייתה שימוש בדלקים ושמנים סינתטיים. אותו דבר נעשה במאה הקודמת בדרום אפריקה, שם סייסל לימיטד סייעה לכלכלה הדרום אפריקאית לפעול בהצלחה תחת לחץ של סנקציות בינלאומיות במהלך שנות האפרטהייד.
דלקים סינתטיים
בשנות העשרים המציאו החוקרים הגרמנים פרנץ פישר והנס טרופש, שעבדו במכון קייזר וילהלם, תהליך שנקרא תהליך פישר-טרופש. חשיבותו הבסיסית הייתה ייצור פחמימנים סינתטיים לשימושם כדלק סינטטי ושמן סיכה, למשל, מפחם. אין זה מפתיע שתהליך זה הומצא בגרמניה ענייה למדי, אך יחד עם זאת, עשירה בפחם. הוא היה בשימוש נרחב לייצור תעשייתי של דלקים סינתטיים נוזליים. גרמניה ויפן השתמשו באופן נרחב בדלק חלופי זה במהלך שנות המלחמה. בגרמניה, הייצור השנתי של דלקים סינתטיים בשנת 1944 הגיע לכ- 6.5 מיליון טון, או 124,000 חביות ביום. לאחר תום מלחמת העולם השנייה, המדענים הגרמנים השבויים המשיכו לעבוד באזור זה. בפרט, בארצות הברית, הם השתתפו במבצע מהדק, שעבדו בלשכת המכרות.
החל מאמצע שנות השלושים החלה להתפשט הטכנולוגיה של גיזוז דלקים מרוכזים למטרות כימיות-טכנולוגיות בגרמניה, ארה ב, ברית המועצות ומדינות מתועשות אחרות בעולם, בעיקר לסינתזה של תרכובות כימיות שונות, כולל שמנים מלאכותיים. ודלקים נוזליים. בשנת 1935 יוצרו בגרמניה ובאנגליה 835 אלף טון ו -150 אלף טון בנזין סינתטי מפחם, אוויר ומים, בהתאמה. ובשנת 1936, אדולף היטלר השיק באופן אישי תוכנית מדינה חדשה בגרמניה, שסיפקה ייצור דלקים ושמנים סינתטיים.
ממש בשנה הבאה הצליחו פרנץ פישר, יחד עם הלמוט פיכלר (הנס טרופש עזב את גרמניה לארה"ב בשנת 1931, שם מת ארבע שנים מאוחר יותר) לפתח שיטה לסינתזה של פחמימנים בלחץ בינוני. בתהליך שלהם השתמשו מדענים גרמנים בזרזים המבוססים על תרכובות ברזל, לחץ של כ -10 אטמוספרות וטמפרטורות גבוהות. לניסויים שלהם הייתה חשיבות רבה לפריסה בגרמניה של ייצור כימי של פחמימנים בכמויות גדולות. כתוצאה מיישום תהליך זה, התקבלו פרפינים ובנזין עם מספר אוקטן גבוה כמוצרים העיקריים. ב- 13 באוגוסט 1938 התקיימה פגישה בקרינהללה - אחוזת הציד של שר התעופה הרייך הרמן גרינג, שבה אומצה תוכנית לפיתוח ייצור דלק, שקיבלה את הסמל "קרינהללפלאן". הבחירה במגוריו של גרינג ומועמדותו כמנהלת התוכנית לא הייתה מקרית, שכן הלופטוואפה בראשותו צרכה לפחות שליש מהדלק המיוצר בגרמניה. בין היתר, תוכנית זו סיפקה התפתחות משמעותית בייצור דלקים מנועיים סינטטיים ושמני סיכה.
בשנת 1939 הושק הרייך תהליך פישר-טרופש בקנה מידה מסחרי ביחס לפחם חום, שהמשקעים שלו היו עשירים במיוחד בחלק האמצעי של המדינה. בתחילת 1941, ייצור הדלק הסינטטי הכולל בגרמניה הנאצית הדביק את ייצור דלק הנפט, ולאחר מכן חרג ממנו. בנוסף לדלק סינטטי ברייך, חומצות שומן, פרפין ושומנים מלאכותיים, כולל שומנים למאכל, סונתזו מגז גנרטור. אז מטון אחד של דלק מרוכז קונבנציונאלי על פי שיטת פישר-טרופש, ניתן היה להשיג 0.67 טון מתנול ו -0.71 טון אמוניה, או 1.14 טון אלכוהול ואלדהידים, כולל אלכוהול שומני גבוה יותר (HFA), או 0.26 טון של פחמימנים נוזליים.
בתום מלחמת העולם השנייה, יותר מחצי שנה מסתיו 1944, כאשר כוחות הצבא האדום כבשו את שדות הנפט של פלויסטי (רומניה) - המקור הטבעי הגדול ביותר של חומרי גלם לייצור דלק, אשר נשלט על ידי היטלר, ועד מאי 1945, תפקוד דלק המנוע בכלכלה הגרמנית ובצבא ביצע דלקים נוזליים מלאכותיים וגז גנרטור. אנו יכולים לומר כי גרמניה של היטלר הייתה אימפריה שנבנתה על חומרי גלם מוצקים המכילים פחמן (בעיקר פחם ובמידה פחותה על עץ רגיל), מים ואוויר. 100% מחומצה חנקתית מועשרת, שהיתה הכרחית לייצור כל חומר הנפץ הצבאי, 99% מגומי ומתנול ו -85% מדלק המנועים מסונתזים בגרמניה מחומרי גלם אלה.
מפעלי גזים ופחמן מהווים עמוד השדרה של הכלכלה הגרמנית בשנות הארבעים. בין היתר, דלק תעופה סינטטי, שיוצר על פי שיטת פישר-טרופש, כיסה 84.5% מכלל צרכיו של לופטוואפה במהלך שנות המלחמה. במהלך מלחמת העולם השנייה בגרמניה הנאצית, שיטה זו לסינתזה של סולר שימשה בשמונה מפעלים, שייצרו כ -600 אלף טון סולר בשנה. יתר על כן, פרויקט זה מומן במלואו על ידי המדינה.הגרמנים בנו מפעלים דומים במדינות שהם כבשו, במיוחד בפולין (אושוויץ), שהמשיכה לעבוד עד שנות החמישים כולל. לאחר תום המלחמה, כל המפעלים האלה בגרמניה נסגרו וחלקם, יחד עם טכנולוגיות, הוצאו מהמדינה על חשבון פיצויים מברית המועצות וארה ב.
פצלי שמן
המקור השני לייצור דלק, בנוסף לפחם, הוא שמן פצלים, שהנושא שלו לא עזב את דפי העיתונות העולמית בשנים האחרונות. בעולם המודרני, אחת המגמות החשובות ביותר שנצפו בתעשיית הנפט היא ירידה בייצור שמן קל ושמן בצפיפות בינונית. הצמצום במאגרי הנפט המוכחים על פני כדור הארץ מאלץ את חברות הנפט לעבוד עם מקורות חלופיים של פחמימנים ולחפש אותם. אחד המקורות הללו, יחד עם שמן כבד וביטומן טבעי, הוא פצלי שמן. עתודות פצלי הנפט בכדור הארץ חורגות בסדר גודל של עתודות הנפט. עתודותיהם העיקריות מרוכזות בארצות הברית - כ -450 טריליון טון (24.7 טריליון טון שמן פצלים). קיימות עתודות משמעותיות בסין ובברזיל. רוסיה מחזיקה גם במאגרים עצומים, המכילים כ -7% מעתודות העולם. בארצות הברית החל ייצור נפט פצלים בסוף שנות הארבעים ותחילת שנות החמישים בשיטת המכרה. על פי רוב, החילוץ היה ניסיוני ובוצע בקנה מידה דל.
כיום בעולם קיימות שתי שיטות עיקריות להשגת חומר הגלם הנדרש מפצלי שמן. הראשון שבהם כולל מיצוי סלע פצלים בשיטת הפתוח או המכרה, ואחריו עיבוד במתקנים-כורים מיוחדים, בהם הפצלים נתונים לפירוליזה ללא גישה לאוויר. במהלך פעולות אלו מתקבלת זפת פצלים מהסלע. שיטה זו נוסתה באופן פעיל לפתח בברית המועצות. פרויקטים דומים ידועים גם בהפקת פצלים בשדה איראטי בברזיל ובמחוז פושון הסיני. באופן כללי, גם בשנות ה -40 של המאה העשרים, ועכשיו שיטת הפקת הפצלים עם עיבודם לאחר מכן נותרה שיטה יקרה למדי, ועלות המוצר הסופי נשארת גבוהה. במחירי 2005, עלות חבית נפט כזו עמדה על 75 $- 90 $ בתפוקה.
השיטה השנייה להפקת שמן פצלים כרוכה במיצויו ישירות מהמאגר. שיטה זו התפתחה בארצות הברית בשנים האחרונות ואפשרה לדבר על "מהפכת פצלים" בייצור הנפט. שיטה זו כוללת קידוח בארות אופקיות ולאחר מכן שבירה הידראולית מרובה. במקרה זה, לעתים קרובות נדרש לבצע חימום כימי או תרמי של המבנה. ברור גם כי שיטת כרייה כזו היא הרבה יותר מסובכת, ולכן יקרה יותר משיטת הכרייה המסורתית, ללא קשר לטכנולוגיות הנהוגות ולהתקדמות בתחום המדעי. עד כה עלות שמן הפצלים גבוהה משמעותית מהשמן המקובל. על פי ההערכות של החברות המייצרות נפט עצמן, ייצורו נשאר רווחי עם מחירי הנפט המינימליים בשוק העולמי מעל 50-60 דולר לחבית. יתר על כן, לשתי השיטות יש חסרונות משמעותיים מסוימים.
לדוגמה, השיטה הראשונה עם כריית פצלי נפט בבור פתוח או מכרה ועיבודם לאחר מכן מוגבלת באופן משמעותי על ידי הצורך לנצל כמויות אדירות של פחמן דו חמצני - CO2, הנוצר בתהליך הפקת זפת פצלים מתוכו. לבסוף, בעיית ניצול הפחמן הדו -חמצני טרם נפתרה, ופליטותיה לאטמוספירה בכדור הארץ כרוכות בבעיות סביבתיות חמורות. יחד עם זאת, כאשר שמן הפצלים מופק ישירות ממאגרים, מתעוררת בעיה נוספת. זהו קצב ירידה גבוה בקצב הזרימה של הבארות שהופעלו. בשלב ההפעלה הראשוני, הבארות, בשל שבירה הידראולית מרובה והזרקה אופקית, מאופיינות בשיעורי ייצור גבוהים מאוד.אולם לאחר כ -400 ימי עבודה נפח המוצרים שחולצו יורד בחדות (עד 80%). על מנת לפצות על ירידה כה חדה ואיכשהו לרמות את פרופיל הייצור, יש להפעיל בארות בשדות פצלים כאלה בשלבים.
במקביל, טכנולוגיות כגון קידוח אופקי ושברים הידראוליים אפשרו לארה ב להגדיל את ייצור הנפט ביותר מ -60% מאז 2010, והביאה אותו ל -9 מיליון חביות ביום. כיום, אחת הדוגמאות המוצלחות ביותר לשימוש בטכנולוגיות ייצור שמן פצלים היא שדה באקן, הממוקם במדינות צפון ודרום דקוטה. פיתוח שדה הנפט הפצלי המסוים הזה יצר סוג של אופוריה בשוק בצפון אמריקה. רק לפני 5 שנים, ייצור הנפט בשדה זה לא עלה על 60 אלף חביות ביום, וכעת הוא כבר עומד על 500 אלף חביות. כאשר בוצע כאן חקר גיאולוגי, עתודות הנפט של השדה גדלו מ -150 מיליון ל -11 מיליארד חביות. בנוסף לשדה נפט זה, ייצור נפט פצלים בארצות הברית מתנהל במעיינות העצמות בניו מקסיקו, איגל פורד בטקסס ושלוש מזלגות בצפון דקוטה.