No es ningún secreto que en el mundo moderno, la sangre de la economía mundial es el petróleo, el llamado oro negro. A lo largo de los siglos XX y XXI, el petróleo sigue siendo uno de los minerales más importantes del planeta para la humanidad. En 2010, el petróleo ocupó un lugar destacado en el balance mundial de combustibles y energía, representando el 33,6% del consumo total de energía. Al mismo tiempo, el petróleo es un recurso no renovable y desde hace más de una docena de años se habla de que tarde o temprano sus reservas llegarán a su fin.
Según los científicos, las reservas probadas de petróleo en el mundo durarán unos 40 años y las inexploradas durante otros 10-50 años. Por ejemplo, en Rusia, al 1 de enero de 2012, según la información publicada oficialmente (hasta este momento, la información sobre reservas de petróleo y gas estaba clasificada), el volumen de reservas de petróleo recuperables de las categorías A / B / C1 fue de 17,8 mil millones. toneladas, o 129, 9 mil millones de barriles (según el cálculo en el que una tonelada de petróleo de exportación de los Urales es de 7,3 barriles). Con base en los volúmenes de producción existentes, estos recursos naturales explorados serán suficientes para nuestro país durante 35 años.
Al mismo tiempo, en su forma pura, el aceite prácticamente no se usa. El principal valor radica en los productos de su elaboración. El petróleo es una fuente de combustibles líquidos y aceites, así como una gran cantidad de productos importantes para la industria moderna. Sin combustible, no solo la economía mundial se detendrá, sino también cualquier ejército. Los automóviles y los tanques no se quedarán sin combustible, los aviones no despegarán hacia el cielo. Al mismo tiempo, algunos países se vieron privados inicialmente de sus propias reservas de oro negro. Alemania y Japón se convirtieron en un ejemplo sorprendente de estos países en el siglo XX, que, al poseer una base de recursos muy escasa, desencadenó la Segunda Guerra Mundial, cada día de la cual exigió un enorme consumo de combustible. Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania en gran medida, en algunos años hasta el 50%, satisfizo sus necesidades de combustible mediante la producción de combustible líquido a partir del carbón. La salida para ella fue el uso de combustibles y aceites sintéticos. Lo mismo se hizo en el último siglo en Sudáfrica, donde Sasol Limited ayudó a la economía sudafricana a operar con éxito bajo la presión de las sanciones internacionales durante los años del Apartheid.
Combustibles sintéticos
En la década de 1920, los investigadores alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch, que trabajaban en el Instituto Kaiser Wilhelm, inventaron un proceso llamado proceso Fischer-Tropsch. Su importancia fundamental fue la producción de hidrocarburos sintéticos para su uso como combustible sintético y aceite lubricante, por ejemplo, a partir del carbón. No es sorprendente que este proceso se haya inventado en una Alemania bastante pobre en petróleo, pero al mismo tiempo rica en carbón. Fue ampliamente utilizado para la producción industrial de combustibles sintéticos líquidos. Alemania y Japón utilizaron ampliamente este combustible alternativo durante los años de guerra. En Alemania, la producción anual de combustibles sintéticos en 1944 alcanzó aproximadamente 6,5 millones de toneladas, o 124.000 barriles por día. Después del final de la Segunda Guerra Mundial, los científicos alemanes capturados continuaron trabajando en esta área. En particular, en Estados Unidos participaron en la Operación Paperclip, trabajando para la Oficina de Minas.
A partir de mediados de la década de 1930, la tecnología de gasificación de combustibles condensados con fines químico-tecnológicos comenzó a extenderse en Alemania, Estados Unidos, la URSS y otros países industrializados del mundo, principalmente para la síntesis de diversos compuestos químicos, incluidos los aceites artificiales. y combustibles líquidos. En 1935, se produjeron 835 mil toneladas y 150 mil toneladas de gasolina sintética en Alemania e Inglaterra a partir de carbón, aire y agua, respectivamente. Y en 1936, Adolf Hitler lanzó personalmente un nuevo programa estatal en Alemania, que preveía la producción de combustibles y aceites sintéticos.
Al año siguiente, Franz Fischer, junto con Helmut Pichler (Hans Tropsch se fue de Alemania a los EE. UU. En 1931, donde murió cuatro años después) pudieron desarrollar un método para la síntesis de hidrocarburos a media presión. En su proceso, los científicos alemanes utilizaron catalizadores basados en compuestos de hierro, una presión de alrededor de 10 atmósferas y altas temperaturas. Sus experimentos fueron de gran importancia para el despliegue en Alemania de una producción química de hidrocarburos de gran tonelaje. Como resultado de la implementación de este proceso, se obtuvieron como principales productos parafinas y gasolinas de alto octanaje. El 13 de agosto de 1938, se celebró una reunión en Karinhalle, la finca de caza del ministro de Aviación del Reich, Hermann Goering, en la que se adoptó un programa para el desarrollo de la producción de combustible, que recibió el símbolo "Karinhalleplan". La elección de la residencia de Goering y su candidatura como director del programa no fue casual, ya que la Luftwaffe encabezada por él consumía al menos un tercio del combustible producido en Alemania. Entre otras cosas, este plan preveía un desarrollo significativo en la producción de combustibles sintéticos para motores y aceites lubricantes.
En 1939, se inició en el Reich el proceso Fischer-Tropsch a escala comercial en relación con el lignito, cuyos depósitos eran especialmente ricos en la parte media del país. A principios de 1941, la producción total de combustible sintético en la Alemania nazi alcanzó la producción de combustible de petróleo y luego la superó. Además del combustible sintético en el Reich, se sintetizaron ácidos grasos, parafina y grasas artificiales, incluidas las grasas comestibles, a partir del gas generador. Entonces, a partir de una tonelada de combustible condensado convencional según el método de Fischer-Tropsch, fue posible obtener 0,67 toneladas de metanol y 0,71 toneladas de amoníaco, o 1,14 toneladas de alcoholes y aldehídos, incluidos los alcoholes grasos superiores (HFA), o 0,26 toneladas. de hidrocarburos líquidos.
Al final de la Segunda Guerra Mundial, más de medio año desde el otoño de 1944, cuando las tropas del Ejército Rojo ocuparon los campos petrolíferos de Ploiesti (Rumanía), la mayor fuente natural de materias primas para la fabricación de combustible, que Estaba controlado por Hitler, y hasta mayo de 1945, la función del combustible de motor en la economía alemana y el ejército realizaba combustibles líquidos artificiales y gas generador. Podemos decir que la Alemania de Hitler fue un imperio que se construyó con materias primas sólidas que contienen carbono (principalmente carbón y, en menor medida, madera común), agua y aire. El 100% de ácido nítrico enriquecido, que era necesario para la producción de todos los explosivos militares, el 99% de caucho y metanol y el 85% de combustible de motor se sintetizaron en Alemania a partir de estas materias primas.
Las plantas de gasificación e hidrogenación de carbón fueron la columna vertebral de la economía alemana en la década de 1940. Entre otras cosas, el combustible de aviación sintético, que se produjo según el método Fischer-Tropsch, cubrió el 84,5% de todas las necesidades de la Luftwaffe durante los años de guerra. Durante la Segunda Guerra Mundial en la Alemania nazi, este método para la síntesis de combustible diesel se utilizó en ocho fábricas, que produjeron alrededor de 600 mil toneladas de combustible diesel por año. Además, este proyecto fue financiado íntegramente por el estado. Los alemanes construyeron fábricas similares en los países que ocuparon, en particular en Polonia (Auschwitz), que continuaron funcionando hasta la década de 1950 inclusive. Después del final de la guerra, todas estas fábricas en Alemania fueron cerradas y parcialmente, junto con las tecnologías, fueron sacadas del país a expensas de las reparaciones de la URSS y los EE. UU.
aceite de esquisto bituminoso
La segunda fuente para la producción de combustible, además del carbón, es el petróleo de esquisto, cuyo tema no ha abandonado las páginas de la prensa mundial durante los últimos años. En el mundo moderno, una de las tendencias más importantes observadas en la industria petrolera es una disminución en la producción de aceite ligero y aceite de densidad media. La reducción de las reservas probadas de petróleo en el planeta está obligando a las empresas petroleras a trabajar con fuentes alternativas de hidrocarburos y buscarlas. Una de estas fuentes, junto con el petróleo pesado y el betún natural, es la pizarra bituminosa. Las reservas de pizarra bituminosa del planeta superan las reservas de petróleo en un orden de magnitud. Sus principales reservas se concentran en los Estados Unidos: alrededor de 450 billones de toneladas (24,7 billones de toneladas de petróleo de esquisto). Hay importantes reservas en China y Brasil. Rusia también posee vastas reservas, que contienen alrededor del 7% de las reservas mundiales. En los Estados Unidos, la producción de petróleo de esquisto comenzó a fines de la década de 1940 y principios de la de 1950 utilizando el método de la mina. En su mayor parte, la extracción fue experimental y se llevó a cabo a escasa escala.
En la actualidad, en el mundo existen dos métodos principales para obtener la materia prima necesaria a partir de la pizarra bituminosa. El primero de ellos consiste en la extracción de la lutita por el método abierto o en mina, seguida de un procesamiento en instalaciones-reactores especiales, en los que la lutita se somete a pirólisis sin acceso al aire. En el curso de estas operaciones, se obtiene alquitrán de lutita de la roca. Este método se intentó desarrollar activamente en la Unión Soviética. También se conocen proyectos similares para la extracción de esquisto en el campo Irati en Brasil y en la provincia china de Fushun. En general, tanto en los años 40 del siglo XX, como ahora, el método de extracción de esquisto con su posterior procesamiento sigue siendo un método bastante costoso, y el costo del producto final sigue siendo alto. A precios de 2005, el costo de un barril de dicho petróleo era de $ 75- $ 90 en la salida.
El segundo método de extracción de petróleo de esquisto consiste en extraerlo directamente del yacimiento. Es este método el que se ha desarrollado en los Estados Unidos durante los últimos años y ha hecho posible hablar de una "revolución del esquisto" en la producción de petróleo. Este método implica la perforación de pozos horizontales seguida de múltiples fracturas hidráulicas. En este caso, a menudo se requiere realizar un calentamiento químico o térmico de la formación. También es obvio que un método de minería de este tipo es mucho más complicado y, por lo tanto, más caro que el método de minería tradicional, independientemente de las tecnologías utilizadas y los avances en el campo científico. Hasta ahora, el costo del petróleo de esquisto es significativamente más alto que el del petróleo convencional. Según las estimaciones de las propias empresas productoras de petróleo, su producción sigue siendo rentable con los precios mínimos del petróleo en el mercado mundial por encima de los 50-60 dólares por barril. Además, ambos métodos tienen ciertas desventajas importantes.
Por ejemplo, el primer método con minería a cielo abierto o minería de esquisto bituminoso y su procesamiento posterior está significativamente limitado por la necesidad de utilizar grandes cantidades de dióxido de carbono, CO2, que se forma en el proceso de extracción del alquitrán de esquisto. Finalmente, el problema de la utilización de dióxido de carbono aún no se ha resuelto y sus emisiones a la atmósfera terrestre están plagadas de graves problemas ambientales. Al mismo tiempo, cuando el petróleo de esquisto se extrae directamente de los reservorios, surge otro problema. Se trata de una alta tasa de disminución del caudal de los pozos puestos en funcionamiento. En la etapa inicial de operación, los pozos, debido a la fracturación hidráulica múltiple y la inyección horizontal, se caracterizan por tasas de producción muy altas. Sin embargo, después de unos 400 días de trabajo, el volumen de los productos extraídos disminuye drásticamente (hasta un 80%). Para compensar una caída tan pronunciada y nivelar de alguna manera el perfil de producción, los pozos en dichos campos de lutitas deben ponerse en funcionamiento por etapas.
Al mismo tiempo, tecnologías como la perforación horizontal y la fracturación hidráulica han permitido a Estados Unidos aumentar la producción de petróleo en más de un 60% desde 2010, llevándola a 9 millones de barriles por día. Actualmente, uno de los ejemplos más exitosos del uso de tecnologías de producción de petróleo de esquisto es el campo Bakken, ubicado en los estados de Dakota del Norte y del Sur. El desarrollo de este campo de petróleo de esquisto en particular ha creado una especie de euforia en el mercado norteamericano. Hace apenas 5 años, la producción de petróleo en este campo no superaba los 60 mil barriles por día, y ahora ya es de 500 mil barriles. A medida que se llevó a cabo la exploración geológica aquí, las reservas de petróleo del campo aumentaron de 150 millones a 11 mil millones de barriles. Además de este campo petrolero, la producción de petróleo de esquisto en los Estados Unidos se lleva a cabo en Bone Springs en Nuevo México, Eagle Ford en Texas y Three Forks en Dakota del Norte.
