Não é segredo que, no mundo moderno, o sangue da economia mundial é o petróleo, o chamado ouro negro. Ao longo dos séculos 20 e 21, é o petróleo que continua sendo um dos minerais mais importantes do planeta para a humanidade. Em 2010, o petróleo ocupou o primeiro lugar no balanço mundial de combustíveis e energia, respondendo por 33,6% do consumo total de energia. Ao mesmo tempo, o petróleo é um recurso não renovável, e o boato de que mais cedo ou mais tarde suas reservas chegarão ao fim já se arrasta há mais de uma dúzia de anos.
De acordo com os cientistas, as reservas comprovadas de petróleo no mundo durarão cerca de 40 anos, e as inexploradas por mais 10-50 anos. Por exemplo, na Rússia, a partir de 1º de janeiro de 2012, de acordo com informações divulgadas oficialmente (até o momento, as informações sobre as reservas de petróleo e gás eram classificadas), o volume de reservas recuperáveis de petróleo das categorias A / B / C1 era de 17,8 bilhões toneladas, ou 129,9 bilhões de barris (de acordo com o cálculo em que uma tonelada de óleo de Ural para exportação é 7,3 barris). Com base nos volumes de produção existentes, esses recursos naturais explorados serão suficientes para o nosso país por 35 anos.
Ao mesmo tempo, em sua forma pura, o óleo praticamente não é usado. O principal valor está nos produtos de seu processamento. O petróleo é fonte de combustíveis e óleos líquidos, além de uma grande quantidade de produtos importantes para a indústria moderna. Sem combustível, não só a economia mundial vai parar, mas também qualquer exército. Carros e tanques não ficarão sem combustível, os aviões não decolarão para o céu. Ao mesmo tempo, alguns países foram inicialmente privados de suas próprias reservas de ouro negro. A Alemanha e o Japão tornaram-se um exemplo notável desses países no século 20, que, possuindo uma base de recursos muito escassa, desencadearam a Segunda Guerra Mundial, cada dia exigindo um grande consumo de combustível. Durante a Segunda Guerra Mundial, a Alemanha em grande medida, em alguns anos até 50%, satisfez suas necessidades de combustível através da produção de combustível líquido a partir do carvão. A saída para ela foi o uso de óleos e combustíveis sintéticos. O mesmo foi feito no século passado na África do Sul, onde a Sasol Limited ajudou a economia sul-africana a operar com sucesso sob a pressão de sanções internacionais durante os anos do Apartheid.
Combustíveis Sintéticos
Na década de 1920, os pesquisadores alemães Franz Fischer e Hans Tropsch, que trabalharam no Instituto Kaiser Wilhelm, inventaram um processo chamado processo Fischer-Tropsch. Sua importância fundamental era a produção de hidrocarbonetos sintéticos para uso como combustível sintético e óleo lubrificante, por exemplo, a partir do carvão. Não é surpreendente que esse processo tenha sido inventado em uma Alemanha bastante pobre em petróleo, mas, ao mesmo tempo, rica em carvão. Foi amplamente utilizado para a produção industrial de combustíveis sintéticos líquidos. A Alemanha e o Japão usaram amplamente esse combustível alternativo durante os anos de guerra. Na Alemanha, a produção anual de combustíveis sintéticos em 1944 atingiu aproximadamente 6,5 milhões de toneladas, ou 124.000 barris por dia. Após o fim da Segunda Guerra Mundial, cientistas alemães capturados continuaram a trabalhar nesta área. Em particular, nos Estados Unidos, eles participaram da Operação Paperclip, trabalhando para o Bureau of Mines.
A partir de meados da década de 1930, a tecnologia de gaseificação de combustíveis condensados para fins químico-tecnológicos começou a se espalhar na Alemanha, EUA, URSS e outros países industrializados do mundo, principalmente para a síntese de vários compostos químicos, incluindo óleos artificiais e combustíveis líquidos. Em 1935, 835 mil toneladas e 150 mil toneladas de gasolina sintética eram produzidas na Alemanha e na Inglaterra a partir do carvão, do ar e da água, respectivamente. E em 1936, Adolf Hitler lançou pessoalmente um novo programa estatal na Alemanha, que previa a produção de combustíveis e óleos sintéticos.
Já no ano seguinte, Franz Fischer, juntamente com Helmut Pichler (Hans Tropsch deixou a Alemanha e foi para os EUA em 1931, onde morreu quatro anos depois), foram capazes de desenvolver um método para a síntese de hidrocarbonetos a média pressão. Em seu processo, os cientistas alemães usaram catalisadores à base de compostos de ferro, uma pressão de cerca de 10 atmosferas e altas temperaturas. Seus experimentos foram de grande importância para a implantação na Alemanha de uma produção química de hidrocarbonetos de grande tonelagem. Como resultado da implantação desse processo, as parafinas e a gasolina com alto índice de octanagem foram obtidas como principais produtos. Em 13 de agosto de 1938, realizou-se uma reunião em Karinhalle - propriedade de caça do ministro da Aviação do Reich, Hermann Goering, na qual foi adotado um programa de desenvolvimento da produção de combustíveis, que recebeu o símbolo "Karinhalleplan". A escolha da residência de Goering e da sua candidatura a gestor do programa não foi acidental, uma vez que a Luftwaffe por ele chefiada consumiu pelo menos um terço do combustível produzido na Alemanha. Entre outras coisas, este plano previa um desenvolvimento significativo na produção de combustíveis sintéticos para motores e óleos lubrificantes.
Em 1939, o processo Fischer-Tropsch foi lançado no Reich em escala comercial em relação à lenhite, cujos depósitos eram especialmente ricos na região central do país. No início de 1941, a produção total de combustível sintético na Alemanha nazista alcançou a produção de óleo combustível, e então a excedeu. Além do combustível sintético no Reich, ácidos graxos, parafina e gorduras artificiais, incluindo gorduras comestíveis, foram sintetizados a partir do gás gerador. Assim, de uma tonelada de combustível condensado convencional pelo método Fischer-Tropsch, foi possível obter 0,67 toneladas de metanol e 0,71 toneladas de amônia, ou 1,14 toneladas de álcoois e aldeídos, incluindo álcoois graxos superiores (HFA), ou 0,26 toneladas. de hidrocarbonetos líquidos.
No final da Segunda Guerra Mundial, mais de meio ano desde o outono de 1944, quando as tropas do Exército Vermelho ocuparam os campos de petróleo de Ploiesti (Romênia) - a maior fonte natural de matéria-prima para a fabricação de combustível, que era controlada por Hitler, e até maio de 1945, a função do combustível para motores na economia alemã e o exército realizavam combustíveis líquidos artificiais e gás de gerador. Podemos dizer que a Alemanha de Hitler foi um império construído sobre matérias-primas sólidas contendo carbono (principalmente carvão e, em menor medida, madeira comum), água e ar. 100% de ácido nítrico enriquecido, necessário para a produção de todos os explosivos militares, 99% de borracha e metanol e 85% de combustível para motor foram sintetizados na Alemanha a partir dessas matérias-primas.
As usinas de gaseificação e hidrogenação de carvão eram a espinha dorsal da economia alemã na década de 1940. Entre outras coisas, o combustível sintético para aviação, produzido de acordo com o método Fischer-Tropsch, cobriu 84,5% de todas as necessidades da Luftwaffe durante os anos de guerra. Durante a Segunda Guerra Mundial, na Alemanha nazista, esse método de síntese do óleo diesel era utilizado em oito fábricas, que produziam cerca de 600 mil toneladas de óleo diesel por ano. Além disso, este projeto foi totalmente financiado pelo estado. Os alemães construíram fábricas semelhantes nos países que ocuparam, em particular na Polônia (Auschwitz), que continuou a funcionar até a década de 1950 inclusive. Após o fim da guerra, todas essas fábricas na Alemanha foram fechadas e parcialmente, junto com as tecnologias, foram retiradas do país à custa de reparações da URSS e dos EUA.
óleo de xisto
A segunda fonte de produção de combustível, além do carvão, é o óleo de xisto, cujo tema não saiu das páginas da imprensa mundial nos últimos anos. No mundo moderno, uma das tendências mais importantes observadas na indústria do petróleo é a diminuição da produção de óleo leve e óleo de média densidade. A redução das reservas comprovadas de petróleo no planeta está obrigando as petroleiras a trabalhar com fontes alternativas de hidrocarbonetos e a buscá-las. Uma dessas fontes, junto com o óleo pesado e o betume natural, é o xisto betuminoso. As reservas de xisto betuminoso do planeta excedem as reservas de petróleo em uma ordem de magnitude. Suas principais reservas estão concentradas nos Estados Unidos - cerca de 450 trilhões de toneladas (24,7 trilhões de toneladas de óleo de xisto). Existem reservas significativas na China e no Brasil. A Rússia também possui vastas reservas, que contêm cerca de 7% das reservas mundiais. Nos Estados Unidos, a produção de óleo de xisto começou no final dos anos 1940 e no início dos anos 1950 usando o método de mina. Em sua maior parte, a extração foi experimental e realizada em escassa escala.
Hoje, no mundo, existem dois métodos principais de obtenção da matéria-prima necessária do xisto betuminoso. A primeira delas envolve a extração da rocha de xisto pelo método a céu aberto ou em lavra, seguida do processamento em instalações-reatores especiais, nas quais o xisto é submetido à pirólise sem acesso ao ar. No curso dessas operações, o alcatrão de xisto é obtido da rocha. Este método foi tentado ativamente para desenvolver na União Soviética. Projetos semelhantes também são conhecidos para a extração de xisto no campo de Irati no Brasil e na província chinesa de Fushun. Em geral, tanto na década de 40 do século XX, quanto agora, o método de extração de xisto com seu posterior processamento continua sendo um método bastante caro, e o custo do produto final continua alto. A preços de 2005, o custo do barril desse óleo era de US $ 75 a US $ 90 na produção.
O segundo método de extração do óleo de xisto envolve extraí-lo diretamente do reservatório. É esse método que se desenvolveu nos Estados Unidos nos últimos anos e tornou possível falar em uma "revolução do xisto" na produção de petróleo. Este método envolve a perfuração de poços horizontais seguidos de fraturamento hidráulico múltiplo. Neste caso, muitas vezes é necessário realizar o aquecimento químico ou térmico da formação. Também é óbvio que esse método de mineração é muito mais complicado e, portanto, mais caro do que o método de mineração tradicional, independentemente das tecnologias utilizadas e do progresso no campo científico. Até agora, o custo do óleo de xisto é significativamente maior do que o do óleo convencional. De acordo com as estimativas das próprias empresas produtoras de petróleo, sua produção continua lucrativa com os preços mínimos do petróleo no mercado mundial acima de US $ 50-60 por barril. Além disso, ambos os métodos têm certas desvantagens significativas.
Por exemplo, o primeiro método com a céu aberto ou mineração de xisto betuminoso e seu processamento subsequente é significativamente restringido pela necessidade de utilizar grandes quantidades de dióxido de carbono - CO2, que é formado no processo de extração do alcatrão de xisto. Finalmente, o problema da utilização do dióxido de carbono ainda não foi resolvido e suas emissões para a atmosfera terrestre estão repletas de sérios problemas ambientais. Ao mesmo tempo, quando o óleo de xisto é extraído diretamente dos reservatórios, surge outro problema. Trata-se de uma alta taxa de declínio da vazão dos poços colocados em operação. No estágio inicial de operação, os poços, devido ao múltiplo fraturamento hidráulico e injeção horizontal, caracterizam-se por altíssimas taxas de produção. Porém, após cerca de 400 dias de trabalho, o volume dos produtos extraídos diminui drasticamente (até 80%). Para compensar essa queda acentuada e de alguma forma nivelar o perfil de produção, os poços em tais campos de xisto devem ser colocados em operação em estágios.
Ao mesmo tempo, tecnologias como perfuração horizontal e fraturamento hidráulico permitiram aos Estados Unidos aumentar a produção de petróleo em mais de 60% desde 2010, chegando a 9 milhões de barris por dia. Atualmente, um dos exemplos de maior sucesso no uso de tecnologias de produção de óleo de xisto é o campo de Bakken, localizado nos estados de Dakota do Norte e Dakota do Sul. O desenvolvimento deste campo de óleo de xisto em particular criou uma espécie de euforia no mercado norte-americano. Há apenas 5 anos, a produção de petróleo neste campo não ultrapassava 60 mil barris por dia, e agora já é de 500 mil barris. Como a exploração geológica foi realizada aqui, as reservas de petróleo do campo aumentaram de 150 milhões para 11 bilhões de barris. Além desse campo de petróleo, a produção de óleo de xisto nos Estados Unidos está sendo conduzida em Bone Springs no Novo México, Eagle Ford no Texas e Three Forks em Dakota do Norte.
