ليس سراً أن دماء الاقتصاد العالمي في العالم الحديث هي النفط ، أو ما يسمى بالذهب الأسود. طوال القرنين العشرين والحادي والعشرين ، ظل النفط أحد أهم المعادن على كوكب الأرض للبشرية. في عام 2010 ، احتل النفط مكانة رائدة في ميزان الوقود والطاقة العالمي ، حيث شكل 33.6٪ من إجمالي استهلاك الطاقة. في الوقت نفسه ، يعتبر النفط مورداً غير متجدد ، والحديث عن أن احتياطياته ستنتهي عاجلاً أم آجلاً ، وهو أمر مستمر منذ أكثر من اثني عشر عامًا.
وفقًا للعلماء ، ستستمر احتياطيات النفط المؤكدة في العالم لمدة 40 عامًا تقريبًا ، وستستمر الاحتياطيات غير المستكشفة لمدة 10-50 عامًا أخرى. على سبيل المثال ، في روسيا ، اعتبارًا من 1 يناير 2012 ، وفقًا للمعلومات الصادرة رسميًا (حتى هذه النقطة ، تم تصنيف المعلومات المتعلقة باحتياطيات النفط والغاز) ، بلغ حجم احتياطيات النفط القابلة للاستخراج للفئات A / B / C1 17.8 مليار طن ، أو 129.9 مليار برميل (وفقًا للحساب الذي يبلغ فيه طن واحد من نفط الأورال 7.3 برميل). بناءً على حجم الإنتاج الحالي ، ستكون هذه الموارد الطبيعية المستكشفة كافية لبلدنا لمدة 35 عامًا.
في الوقت نفسه ، في شكله النقي ، لا يتم استخدام الزيت عمليًا. تكمن القيمة الرئيسية في منتجات معالجتها. النفط مصدر للوقود السائل والزيوت ، بالإضافة إلى كمية هائلة من المنتجات الهامة للصناعة الحديثة. بدون وقود ، لن يتوقف الاقتصاد العالمي فحسب ، بل سيتوقف أي جيش أيضًا. السيارات والدبابات لن تذهب بدون وقود ، والطائرات لن تقلع في السماء. في الوقت نفسه ، حُرمت بعض البلدان في البداية من احتياطياتها الخاصة من الذهب الأسود. أصبحت ألمانيا واليابان مثالاً صارخًا لمثل هذه البلدان في القرن العشرين ، والتي ، بامتلاكها لقاعدة موارد ضئيلة للغاية ، أطلقت الحرب العالمية الثانية ، والتي تطلب كل يوم منها استهلاكًا ضخمًا للوقود. خلال الحرب العالمية الثانية ، قامت ألمانيا إلى حد كبير ، في بعض السنوات بنسبة 50٪ ، بتلبية احتياجاتها من الوقود من خلال إنتاج الوقود السائل من الفحم. كان المخرج بالنسبة لها هو استخدام الوقود والزيوت الاصطناعية. تم القيام بنفس الشيء في القرن الماضي في جنوب إفريقيا ، حيث ساعدت شركة Sasol Limited اقتصاد جنوب إفريقيا على العمل بنجاح تحت ضغط العقوبات الدولية خلال سنوات الفصل العنصري.
الوقود الاصطناعي
في عشرينيات القرن الماضي ، اخترع الباحثان الألمان فرانز فيشر وهانس تروبش ، اللذان كانا يعملان في معهد القيصر فيلهلم ، عملية تسمى عملية فيشر تروبش. كانت أهميتها الأساسية هي إنتاج الهيدروكربونات الاصطناعية لاستخدامها كوقود اصطناعي وزيوت تشحيم ، على سبيل المثال ، من الفحم. ليس من المستغرب أن تكون هذه العملية قد تم اختراعها في بلد فقير بالنفط إلى حد ما ، ولكنه في نفس الوقت غني بالفحم في ألمانيا. كان يستخدم على نطاق واسع للإنتاج الصناعي للوقود الاصطناعي السائل. استخدمت ألمانيا واليابان هذا الوقود البديل على نطاق واسع خلال سنوات الحرب. في ألمانيا ، بلغ الإنتاج السنوي للوقود الاصطناعي في عام 1944 ما يقرب من 6.5 مليون طن ، أو 124000 برميل يوميًا. بعد نهاية الحرب العالمية الثانية ، واصل العلماء الألمان الأسرى العمل في هذا المجال. على وجه الخصوص ، في الولايات المتحدة ، شاركوا في عملية مشبك الورق ، للعمل في مكتب المناجم.
ابتداءً من منتصف الثلاثينيات من القرن الماضي ، بدأت تقنية تغويز الوقود المكثف للأغراض التكنولوجية الكيميائية في الانتشار في ألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفياتي والدول الصناعية الأخرى في العالم ، بشكل أساسي لتخليق المركبات الكيميائية المختلفة ، بما في ذلك الزيوت الاصطناعية والوقود السائل. في عام 1935 ، تم إنتاج 835 ألف طن و 150 ألف طن من البنزين الصناعي في ألمانيا وإنجلترا من الفحم والهواء والماء على التوالي. وفي عام 1936 ، أطلق أدولف هتلر شخصيًا برنامجًا حكوميًا جديدًا في ألمانيا ، والذي نص على إنتاج الوقود والزيوت الاصطناعية.
في العام التالي ، تمكن فرانز فيشر مع هيلموت بيشلر (غادر هانز تروبش ألمانيا إلى الولايات المتحدة الأمريكية عام 1931 ، حيث توفي بعد أربع سنوات) من تطوير طريقة لتخليق الهيدروكربونات تحت ضغط متوسط. في عمليتهم ، استخدم العلماء الألمان محفزات تعتمد على مركبات الحديد ، وضغط يبلغ حوالي 10 أجواء ودرجات حرارة عالية. كانت تجاربهم ذات أهمية كبيرة لنشر مواد كيميائية ذات حمولة كبيرة من الهيدروكربونات في ألمانيا. نتيجة لتنفيذ هذه العملية ، تم الحصول على البارافين والبنزين الذي يحتوي على رقم أوكتان مرتفع كمنتجات رئيسية. في 13 أغسطس 1938 ، عقد اجتماع في كارينهال - ملكية الصيد لوزير الطيران الرايخ هيرمان جورينج ، حيث تم اعتماد برنامج لتطوير إنتاج الوقود ، والذي حصل على الرمز "Karinhalleplan". لم يكن اختيار مكان إقامة Goering وترشيحه كمدير للبرنامج من قبيل الصدفة ، لأن Luftwaffe التي يرأسها استهلكت ما لا يقل عن ثلث الوقود المنتج في ألمانيا. من بين أمور أخرى ، نصت هذه الخطة على تطور كبير في إنتاج وقود المحركات الاصطناعية وزيوت التشحيم.
في عام 1939 ، تم إطلاق عملية Fischer-Tropsch في الرايخ على نطاق تجاري فيما يتعلق بالفحم البني ، الذي كانت رواسبه غنية بشكل خاص في الجزء الأوسط من البلاد. بحلول بداية عام 1941 ، لحق إجمالي إنتاج الوقود الاصطناعي في ألمانيا النازية بإنتاج الوقود النفطي ، ثم تجاوزه. بالإضافة إلى الوقود الاصطناعي في الرايخ ، تم تصنيع الأحماض الدهنية والبارافين والدهون الاصطناعية ، بما في ذلك الدهون الصالحة للأكل ، من غاز المولد. لذلك من طن واحد من الوقود المكثف التقليدي وفقًا لطريقة Fischer-Tropsch ، كان من الممكن الحصول على 0.67 طن من الميثانول و 0.71 طن من الأمونيا ، أو 1.14 طن من الكحول والألدهيدات ، بما في ذلك الكحوليات الدهنية العالية (HFA) ، أو 0.26 طن من الهيدروكربونات السائلة.
في نهاية الحرب العالمية الثانية ، أكثر من نصف عام من خريف عام 1944 ، عندما احتلت قوات الجيش الأحمر حقول النفط في بلويستي (رومانيا) - أكبر مصدر طبيعي للمواد الخام لتصنيع الوقود ، والتي كان هتلر تحت سيطرة هتلر ، وحتى مايو 1945 ، كانت وظيفة وقود المحركات في الاقتصاد الألماني والجيش يستخدم الوقود السائل الاصطناعي وغاز المولدات. يمكننا القول أن ألمانيا هتلر كانت إمبراطورية بُنيت على مواد خام صلبة تحتوي على الكربون (في المقام الأول الفحم وبدرجة أقل على الخشب العادي) والماء والهواء. تم تصنيع 100٪ من حمض النيتريك المخصب ، والذي كان ضروريًا لإنتاج جميع المتفجرات العسكرية ، و 99٪ من المطاط والميثانول و 85٪ من وقود المحركات في ألمانيا من هذه المواد الخام.
كانت محطات تغويز الفحم والهدرجة هي العمود الفقري للاقتصاد الألماني في الأربعينيات. من بين أشياء أخرى ، غطى وقود الطائرات الاصطناعي ، الذي تم إنتاجه وفقًا لطريقة Fischer-Tropsch ، 84.5 ٪ من جميع احتياجات Luftwaffe خلال سنوات الحرب. خلال الحرب العالمية الثانية في ألمانيا النازية ، تم استخدام هذه الطريقة لتخليق وقود الديزل في ثمانية مصانع ، أنتجت حوالي 600 ألف طن من وقود الديزل سنويًا. علاوة على ذلك ، تم تمويل هذا المشروع بالكامل من قبل الدولة.بنى الألمان مصانع مماثلة في البلدان التي احتلوها ، ولا سيما في بولندا (أوشفيتز) ، والتي استمرت في العمل حتى الخمسينيات من القرن الماضي. بعد انتهاء الحرب ، تم إغلاق جميع هذه المصانع في ألمانيا وتم إخراجها جزئيًا ، جنبًا إلى جنب مع التقنيات ، من البلاد على حساب التعويضات من الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية.
الصخر الزيتي
المصدر الثاني لإنتاج الوقود ، بالإضافة إلى الفحم ، هو النفط الصخري ، الذي لم يترك موضوعه صفحات الصحافة العالمية خلال السنوات القليلة الماضية. في العالم الحديث ، أحد أهم الاتجاهات التي لوحظت في صناعة النفط هو انخفاض إنتاج الزيت الخفيف والزيت متوسط الكثافة. إن تقليص احتياطيات النفط المؤكدة على كوكب الأرض يجبر شركات النفط على العمل مع مصادر بديلة للهيدروكربونات والبحث عنها. أحد هذه المصادر ، إلى جانب الزيت الثقيل والبيتومين الطبيعي ، هو الصخر الزيتي. تتجاوز احتياطيات الصخر الزيتي على الكوكب احتياطيات النفط بترتيب من حيث الحجم. تتركز احتياطياتهم الرئيسية في الولايات المتحدة - حوالي 450 تريليون طن (24.7 تريليون طن من الزيت الصخري). هناك احتياطيات كبيرة في الصين والبرازيل. تمتلك روسيا أيضًا احتياطيات هائلة ، تحتوي على حوالي 7 ٪ من احتياطيات العالم. في الولايات المتحدة ، بدأ إنتاج الزيت الصخري في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن الماضي باستخدام طريقة التعدين. بالنسبة للجزء الأكبر ، كان الاستخراج تجريبيًا ونُفذ على نطاق ضئيل.
يوجد اليوم في العالم طريقتان رئيسيتان للحصول على المواد الخام المطلوبة من الصخر الزيتي. يتضمن أولهما استخراج الصخر الزيتي بالطريقة المفتوحة أو المنجمية ، تليها المعالجة في منشآت - مفاعلات خاصة ، حيث يتعرض الصخر الزيتي للانحلال الحراري دون الوصول إلى الهواء. في سياق هذه العمليات ، يتم الحصول على القطران الصخري من الصخور. تمت محاولة تطوير هذه الطريقة بنشاط في الاتحاد السوفيتي. ومن المعروف أيضًا أن مشاريع مماثلة لاستخراج الصخر الزيتي في حقل إيراتي في البرازيل وفي مقاطعة فوشون الصينية. بشكل عام ، في كل من الأربعينيات من القرن العشرين ، والآن تظل طريقة استخراج الصخر الزيتي ومعالجتها اللاحقة طريقة مكلفة إلى حد ما ، وتظل تكلفة المنتج النهائي مرتفعة. في أسعار 2005 ، كانت تكلفة برميل هذا النفط 75 دولارًا - 90 دولارًا عند الإنتاج.
الطريقة الثانية لاستخراج الزيت الصخري تتضمن استخراجه مباشرة من الخزان. هذه هي الطريقة التي تطورت في الولايات المتحدة خلال السنوات القليلة الماضية وجعلت من الممكن الحديث عن "ثورة الصخر الزيتي" في إنتاج النفط. تتضمن هذه الطريقة حفر آبار أفقية متبوعة بالتكسير الهيدروليكي المتعدد. في هذه الحالة ، غالبًا ما يكون مطلوبًا إجراء التسخين الكيميائي أو الحراري للتكوين. من الواضح أيضًا أن طريقة التعدين هذه أكثر تعقيدًا ، وبالتالي فهي أكثر تكلفة من طريقة التعدين التقليدية ، بغض النظر عن التقنيات المستخدمة والتقدم في المجال العلمي. حتى الآن ، تكلفة النفط الصخري أعلى بكثير من النفط التقليدي. وفقًا لتقديرات الشركات المنتجة للنفط نفسها ، يظل إنتاجها مربحًا مع الحد الأدنى لأسعار النفط في السوق العالمية فوق 50-60 دولارًا للبرميل. علاوة على ذلك ، كلتا الطريقتين لهما عيوب معينة.
على سبيل المثال ، الطريقة الأولى مع التعدين المكشوف أو التعدين من الصخر الزيتي ومعالجتها اللاحقة مقيدة بشكل كبير بالحاجة إلى استخدام كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون - ثاني أكسيد الكربون ، الذي يتشكل في عملية استخراج القطران الصخري منه. أخيرًا ، لم يتم حل مشكلة استخدام ثاني أكسيد الكربون بعد ، وانبعاثاته في الغلاف الجوي للأرض محفوفة بمشاكل بيئية خطيرة. في الوقت نفسه ، عندما يتم استخراج النفط الصخري مباشرة من الخزانات ، تنشأ مشكلة أخرى. هذا معدل مرتفع من الانخفاض في معدل تدفق الآبار التي تم تشغيلها. في المرحلة الأولى من التشغيل ، تتميز الآبار ، بسبب التكسير الهيدروليكي المتعدد والحقن الأفقي ، بمعدلات إنتاج عالية جدًا.ومع ذلك ، بعد حوالي 400 يوم عمل ، ينخفض حجم المنتجات المستخرجة بشكل حاد (حتى 80٪). من أجل التعويض عن هذا الانخفاض الحاد وتسوية ملف الإنتاج بطريقة ما ، يجب تشغيل الآبار في مثل هذه الحقول الصخرية على مراحل.
في الوقت نفسه ، سمحت تقنيات مثل الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي للولايات المتحدة بزيادة إنتاج النفط بأكثر من 60٪ منذ عام 2010 ، ليصل إلى 9 ملايين برميل يوميًا. حاليًا ، أحد أكثر الأمثلة نجاحًا على استخدام تقنيات إنتاج الزيت الصخري هو حقل باكن الواقع في ولايتي شمال وجنوب داكوتا. خلق تطوير حقل النفط الصخري هذا نوعًا من النشوة في سوق أمريكا الشمالية. قبل 5 سنوات فقط ، لم يكن إنتاج النفط في هذا الحقل يتجاوز 60 ألف برميل في اليوم ، والآن هو بالفعل 500 ألف برميل. كما تم التنقيب الجيولوجي هنا ، زادت احتياطيات النفط في الحقل من 150 مليون إلى 11 مليار برميل. بالإضافة إلى حقل النفط هذا ، يتم إنتاج النفط الصخري في الولايات المتحدة في بون سبرينغز في نيو مكسيكو ، وإيجل فورد في تكساس وثري فوركس في نورث داكوتا.
