No és cap secret que al món modern la sang de l’economia mundial sigui el petroli, l’anomenat or negre. Al llarg dels segles XX i XXI, el petroli continua sent un dels minerals més importants del planeta per a la humanitat. El 2010, el petroli ocupava un lloc líder en el balanç mundial de combustible i energia, amb un 33,6% del consum energètic total. Al mateix temps, el petroli és un recurs no renovable i es parla que tard o d’hora acabaran les seves reserves des de fa més d’una dotzena d’anys.
Segons els científics, les reserves de petroli provades al món duraran uns 40 anys i les inexplorades durant 10-50 anys més. Per exemple, a Rússia, a partir de l'1 de gener de 2012, segons la informació publicada oficialment (fins a aquest moment, es classificava informació sobre les reserves de petroli i gas), el volum de reserves de petroli recuperables de les categories A / B / C1 era de 17.800 milions tones, o 129, 9 mil milions de barrils (segons el càlcul en què una tona de petroli exportat als Urals és de 7,3 barrils). En funció dels volums de producció existents, aquests recursos naturals explorats seran suficients per al nostre país durant 35 anys.
Al mateix temps, en la seva forma pura, l’oli pràcticament no s’utilitza. El valor principal rau en els productes del seu processament. El petroli és una font de combustibles líquids i olis, així com una gran quantitat de productes importants per a la indústria moderna. Sense combustible, no només s’aturarà l’economia mundial, sinó també qualsevol exèrcit. Els cotxes i els tancs no funcionaran sense combustible, els avions no enlairaran cap al cel. Al mateix temps, alguns països van ser inicialment privats de les seves pròpies reserves d’or negre. Alemanya i Japó es van convertir en un exemple sorprenent d’aquests països al segle XX, que, amb una base de recursos molt escassa, va desencadenar la Segona Guerra Mundial, que exigia cada dia un enorme consum de combustible. Durant la Segona Guerra Mundial, Alemanya, en gran mesura, en alguns anys fins al 50%, va satisfer les seves necessitats de combustible mitjançant la producció de combustible líquid a partir del carbó. La sortida per a ella era l’ús de combustibles sintètics i olis. El mateix es va fer al segle passat a Sud-àfrica, on Sasol Limited va ajudar l'economia sud-africana a operar amb èxit sota la pressió de les sancions internacionals durant els anys de l'apartheid.
Combustibles sintètics
Als anys 20, els investigadors alemanys Franz Fischer i Hans Tropsch, que treballaven al Kaiser Wilhelm Institute, van inventar un procés anomenat procés Fischer-Tropsch. La seva importància fonamental va ser la producció d'hidrocarburs sintètics per al seu ús com a combustible sintètic i oli lubricant, per exemple, a partir del carbó. No és d’estranyar que aquest procés s’inventés en una Alemanya força petrolera, però al mateix temps rica en carbó. Va ser àmpliament utilitzat per a la producció industrial de combustibles sintètics líquids. Alemanya i Japó van utilitzar àmpliament aquest combustible alternatiu durant els anys de la guerra. A Alemanya, la producció anual de combustibles sintètics el 1944 va arribar a aproximadament 6,5 milions de tones, és a dir, 124.000 barrils diaris. Després del final de la Segona Guerra Mundial, els científics alemanys capturats van continuar treballant en aquesta àrea. En particular, als Estats Units, van participar en l'Operació Paperclip, treballant per al Bureau of Mines.
A partir de mitjans de la dècada de 1930, la tecnologia de gasificació de combustibles condensats amb finalitats químico-tecnològiques es va començar a estendre a Alemanya, els EUA, la URSS i altres països industrialitzats del món, principalment per a la síntesi de diversos compostos químics, inclosos els olis artificials. i combustibles líquids. El 1935 es produïren 835 mil tones i 150 mil tones de gasolina sintètica a Alemanya i Anglaterra a partir de carbó, aire i aigua, respectivament. I el 1936, Adolf Hitler va llançar personalment un nou programa estatal a Alemanya, que preveia la producció de combustibles sintètics i olis.
L’any següent, Franz Fischer, juntament amb Helmut Pichler (Hans Tropsch va deixar Alemanya als EUA el 1931, on va morir quatre anys després), van poder desenvolupar un mètode per a la síntesi d’hidrocarburs a pressió mitjana. En el seu procés, científics alemanys van utilitzar catalitzadors basats en compostos de ferro, una pressió d’unes 10 atmosferes i altes temperatures. Els seus experiments van tenir una gran importància per al desplegament a Alemanya d’una producció química d’hidrocarburs de gran tonatge. Com a resultat de la implementació d’aquest procés, es van obtenir parafines i gasolina amb un elevat nombre d’octans com a productes principals. El 13 d'agost de 1938 es va celebrar una reunió a Karinhalle, la finca de caça del ministre d'Aviació del Reich, Hermann Goering, en què es va adoptar un programa per al desenvolupament de la producció de combustible, que va rebre el símbol "Karinhalleplan". L'elecció de la residència de Goering i la seva candidatura com a gerent del programa no va ser casual, ja que la Luftwaffe dirigida per ell consumia almenys un terç del combustible produït a Alemanya. Entre altres coses, aquest pla preveia un desenvolupament significatiu en la producció de combustibles sintètics per a motors i olis lubricants.
El 1939 es va iniciar el procés Fischer-Tropsch al Reich a escala comercial en relació amb el carbó marró, els jaciments del qual eren especialment rics a la part mitjana del país. A principis de 1941, la producció total de combustible sintètic a l’Alemanya nazi va posar-se al dia amb la producció de combustible de petroli i la va superar. A més del combustible sintètic al Reich, es van sintetitzar àcids grassos, parafina i greixos artificials, inclosos els greixos comestibles, a partir del gas generador. Així, a partir d’una tona de combustible condensat convencional segons el mètode Fischer-Tropsch, es va poder obtenir 0,67 tones de metanol i 0,71 tones d’amoníac, o 1,14 tones d’alcohols i aldehids, inclosos els alcohols amb greixos superiors (HFA) o 0,26 tones d’hidrocarburs líquids.
Al final de la Segona Guerra Mundial, més de mig any des de la tardor de 1944, quan les tropes de l'Exèrcit Roig van ocupar els jaciments de petroli de Ploiesti (Romania), la font natural més gran de matèries primeres per a la fabricació de combustible, que Va ser controlada per Hitler i, fins al maig de 1945, la funció del combustible de motor en l'economia alemanya i l'exèrcit realitzaven combustibles líquids artificials i gas generador. Podem dir que l’Alemanya de Hitler era un imperi que es construïa amb matèries primeres sòlides que contenien carboni (principalment carbó i, en menor mesura, amb fusta normal), aigua i aire. El 100% d’àcid nítric enriquit, que era necessari per a la producció de tots els explosius militars, el 99% de cautxú i metanol i el 85% de combustible per a motors, es van sintetitzar a Alemanya a partir d’aquestes matèries primeres.
Les plantes de gasificació i hidrogenació del carbó van ser l’eix vertebrador de l’economia alemanya als anys quaranta. Entre altres coses, el combustible d'aviació sintètic, que es produïa segons el mètode Fischer-Tropsch, cobria el 84,5% de totes les necessitats de la Luftwaffe durant els anys de guerra. Durant la Segona Guerra Mundial a l'Alemanya nazi, aquest mètode de síntesi de gasoil es va utilitzar en vuit fàbriques, que produïen unes 600 mil tones de gasoil a l'any. A més, aquest projecte va ser finançat íntegrament per l’Estat. Els alemanys van construir fàbriques similars als països que ocupaven, en particular a Polònia (Auschwitz), que va continuar funcionant fins als anys cinquanta inclosos. Després del final de la guerra, totes aquestes fàbriques a Alemanya van ser tancades i parcialment, juntament amb les tecnologies, van ser retirades del país a costa de les reparacions de la URSS i els EUA.
oli d’esquist
La segona font de producció de combustible, a més del carbó, és el petroli d’esquist, el tema del qual no ha sortit de les pàgines de la premsa mundial en els darrers anys. Al món modern, una de les tendències més importants observades a la indústria del petroli és la disminució de la producció de petroli lleuger i de densitat mitjana. La reducció de les provades reserves de petroli al planeta obliga les companyies petrolieres a treballar amb fonts alternatives d’hidrocarburs i a buscar-les. Una d’aquestes fonts, juntament amb el petroli pesat i el betum natural, són els esquistos oliers. Les reserves de pissarres d’esquist del planeta superen les reserves de petroli per ordre de magnitud. Les seves principals reserves es concentren als Estats Units: aproximadament 450 bilions de tones (24,7 bilions de tones de petroli d’esquist). Hi ha importants reserves a la Xina i al Brasil. Rússia també posseeix vastes reserves, que contenen aproximadament el 7% de les reserves mundials. Als Estats Units, la producció de petroli d’esquist va començar a finals dels anys quaranta i principis dels cinquanta mitjançant el mètode de la mina. En la seva major part, l'extracció va ser experimental i es va dur a terme a una escala minsa.
Avui al món hi ha dos mètodes principals per obtenir la matèria primera necessària a partir de l’esquist olier. El primer d'ells consisteix en l'extracció de roca d'esquist pel mètode obert o de mina, seguit del processament en instal·lacions especials-reactors, en què l'esquist està sotmès a piròlisi sense accés a l'aire. En el transcurs d’aquestes operacions, el quitrà de pissarra s’obté de la roca. Aquest mètode es va intentar desenvolupar activament a la Unió Soviètica. També es coneixen projectes similars per a l'extracció de pissarres al camp d'Irati al Brasil i a la província xinesa de Fushun. En general, tant als anys 40 del segle XX, com ara, el mètode d’extracció d’esquist amb el seu processament posterior continua sent un mètode bastant costós i el cost del producte final continua sent elevat. En els preus del 2005, el cost d'un barril d'aquest petroli era de 75 a 90 dòlars a la producció.
El segon mètode d’extracció d’oli d’esquist consisteix en extreure’l directament de l’embassament. Aquest mètode s'ha desenvolupat als Estats Units durant els darrers anys i ha permès parlar d'una "revolució d'esquist" en la producció de petroli. Aquest mètode consisteix en perforar pous horitzontals seguits de fractures hidràuliques múltiples. En aquest cas, sovint es requereix dur a terme un escalfament químic o tèrmic de la formació. També és obvi que aquest mètode de mineria és molt més complicat i, per tant, més car que el mètode de mineria tradicional, independentment de les tecnologies utilitzades i del progrés en el camp científic. Fins ara, el cost de l’oli d’esquist és significativament superior al del petroli convencional. Segons les estimacions de les pròpies companyies productores de petroli, la seva producció continua sent rendible amb els preus mínims del petroli al mercat mundial per sobre dels 50-60 dòlars per barril. A més, tots dos mètodes presenten certs desavantatges significatius.
Per exemple, el primer mètode amb la mineria a cel obert o de mines de pissarres i el seu processament posterior es veu significativament restringit per la necessitat d’utilitzar enormes quantitats de diòxid de carboni (CO2), que es forma en el procés d’extracció del quitrà d’esquist. Finalment, el problema de l’ús de diòxid de carboni encara no s’ha resolt i les seves emissions a l’atmosfera terrestre estan plenes de greus problemes ambientals. Al mateix temps, quan l’oli d’esquist s’extreu directament dels embassaments, sorgeix un altre problema. Es tracta d’una elevada taxa de disminució del cabal dels pous posats en funcionament. En la fase inicial de funcionament, els pous, a causa de la fractura hidràulica múltiple i la injecció horitzontal, es caracteritzen per uns índexs de producció molt elevats. No obstant això, després d’uns 400 dies de treball, el volum dels productes extrets disminueix bruscament (fins al 80%). Per tal de compensar una caiguda tan forta i d'alguna manera nivelar el perfil de producció, els pous en aquests camps d'esquist s'han de posar en funcionament per etapes.
Al mateix temps, tecnologies com la perforació horitzontal i la fractura hidràulica han permès als Estats Units augmentar la producció de petroli en més d’un 60% des del 2010, fins a arribar als 9 milions de barrils diaris. Actualment, un dels exemples amb més èxit d’ús de tecnologies de producció d’oli d’esquist és el camp de Bakken, situat als estats de Dakota del Nord i del Sud. El desenvolupament d’aquest camp de petroli d’esquist en particular ha creat una mena d’eufòria al mercat nord-americà. Fa només 5 anys, la producció de petroli en aquest camp no superava els 60 mil barrils diaris, i ara ja són 500 mil barrils. A mesura que es va dur a terme l’exploració geològica, les reserves de petroli del camp van augmentar de 150 milions a 11.000 milions de barrils. A més d’aquest jaciment petrolífer, la producció de petroli d’esquist als Estats Units s’està duent a terme a Bone Springs a Nou Mèxic, Eagle Ford a Texas i Three Forks a Dakota del Nord.
