Υδρογονάνθρακες: ένα ορυκτό αλλά όχι (ακόμη) εξαφανισμένο Understand article

Μετάφραση: Νίκος Σκουλίδης (Nikos Skoulidis). Συνεχίζοντας τη σειρά μας για την ενέργεια, ο Menno van Dijk μας εισάγει στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον των υδρογονανθράκων,…

Λεπτομερής εικόνα ενός
φύλλου βρύων (
Mnium
hornum), τα τμήματα των
φυτικών κυττάρων που
αποθηκεύουν φωτεινή
ενέργεια σαν μοριακά
καύσιμα (χλωροπλάστες)
φαίνονται καθαρά

Χορηγία εικόνας από Kristian
Peters και Hans Ferdinand
Maßmann; Πηγή Εικόνας:
Wikimedia Commons

Καθώς οι σημερινοί ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη καθαρών, ανανεώσιμων καυσίμων, η κοινωνία μας εξαρτάται ακόμη σχεδόν αποκλειστικά από τα ορυκτά καύσιμα. Πως αυτά σχηματίσθηκαν, πόσα έχουν ακόμη απομείνει, και πόσο ακόμη θα διαρκέσουν;

Εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν, ο κόσμος ήταν ένας αγριότοπος, αλλά όχι άδειος. Μια ποικιλία ζώων και φυτών κατοικούσαν στην μεγάλη ξηρά. Οι θάλασσες έσφυζαν από ζωή και, όπως σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος της βιομάζας το αποτελούσαν μικροσκοπικοί οργανισμοί. Όλοι τους έπαιρναν την ενέργεια για τα οργανικά τους μόρια άμεσα ή έμμεσα από τον ήλιο

Αποθήκευση σε δεξαμενές

Από τότε, οι ήπειροι απομακρύνθηκαν, με μερικά τμήματα ξηράς να έχουν εξαφανισθεί στα βάθη και άλλα να έχουν ανυψωθεί. Ο άνεμος, ο πάγος και η βροχή διάβρωσαν την ξηρά, και δημιουργήθηκαν μεγάλες ποσότητες ιζημάτων, κυρίως κοντά στις εκβολές των ποταμών. Μερικά ιζήματα ήταν πορώδη (όπως τα αμμώδη ή οι ασβεστολιθικοί σκελετοί ζώων. Οργανική ύλη θάφτηκε επίσης, και οι κατακόρυφες κινήσεις της στεριάς μπορεί να τα παρέσυραν μέχρι και αρκετά χιλιόμετρα κάτω από το έδαφος. Εκεί θερμάνθηκαν από την θερμότητα του εσωτερικού της Γης.

Η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση σε αυτά τα βάθη προκάλεσε τη διάσπαση των οργανικών ουσιών και τη μετατροπή τους σε ένα υγρό με μια ποικιλία χημικών ενώσεων: πτητικοί υδρογονάνθρακες όπως το μεθάνιο και το αιθάνιο, μικρά και μεγάλα μόρια παραφινών, αρωματικές, και ιδιαίτερα σύνθετες και μεγάλες πολυκυκλικές ενώσεις. Καθώς όλες αυτές οι ενώσεις αποτελούνται από άνθρακα (C) και υδρογόνο (Η), ονομάζονται ‘υδρογονάνθρακες’.

Υπεράκτιος εξοπλισμός
γεωτρήσεων

Χορηγία εικόνας από Mayumi
Terao / iStockphoto

Αυτό το υγρό, μαζί με νερό που επίσης παγιδεύτηκε, βρήκε διαδρόμους προς τα πάνω μέσα από τα πορώδη πετρώματα μέχρι που – σε μερικές περιπτώσεις – σταμάτησε από ένα αδιαπέραστο στρώμα ιζήματος. Εκεί όπου η κατασκευή, καθοριζόμενη από διάκενα και παραμορφώσεις, σχημάτισε τρισδιάστατες περιφράξεις, ή κοιτάσματα, το υγρό συσσωρεύτηκε και παρέμεινε έτσι σιγοβράζοντας ήσυχα.

Εξαιτίας της έλλειψης οξυγόνου, η ηλιακή ενέργεια που είχε αποθηκευτεί σαν χημική ενέργεια στα μόρια, δεν επηρεάσθηκε (οξειδώθηκε) αλλά διατηρήθηκε για εκατομμύρια χρόνια. Μερικές φορές μια ξεχωριστή αέρια φάση σχηματίσθηκε πάνω από το πετρέλαιο, ενώ σε άλλες περιπτώσεις, όπου μόνο πολύ μικρά μόρια υδρογονανθράκων βρήκαν το δρόμο για τη δεξαμενή σχηματίσθηκε μια ‘φούσκα αερίου’. Να σημειώσουμε ότι μια τέτοια φούσκα αερίου, όπως ακριβώς και στη δεξαμενή πετρελαίου, εσωκλείεται σε πορώδη πετρώματα, οι πόροι των οποίων είναι γεμάτοι από πετρέλαιο και/ή αέριο και/ή νερό.

Στην ξηρά, οργανική ύλη όπως δέντρα και φυτά θάφτηκαν επίσης. Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, όταν γρήγορα σκεπάσθηκαν από ιζήματα και έτσι προστατεύθηκαν από το οξυγόνο, αποτρέποντας την αποσύνθεση, μετατράπηκαν σε παχιές στρώσεις κάρβουνου. Σε μερικές περιοχές, οι υδρογονάνθρακες ήλθαν σε επαφή με βακτήρια με όρεξη για ορισμένα μόρια, των οποίων άλλαξαν την σύνθεση. Έτσι κάθε δεξαμενή αποθηκεύοντας ηλιακή ενέργεια θα έχει τα δικά της χαρακτηριστικά όσον αφορά το σχήμα της δεξαμενής και την σύνθεση των υδρογονανθράκων.

Ανάγκη για ενέργεια στον σύγχρονο κόσμο

Οι μεγαλύτεροι παραγωγοί
και  καταναλωτές
πετρελαίου (σε χιλιάδες
βαρέλια ανά ημέρα). Κάντε
κλικ για μεγέθυνση

Χορηγία εικόνας από Vienna
Leigh

Με τον καιρό, εμείς οι άνθρωποι αναπτύξαμε μεγάλες ανάγκες για ενέργεια. Αρχικά τις εκπληρώναμε με καυσόξυλα. Όταν η αύξηση των δέντρων δεν μπορούσε να προλάβει τη αυξημένη ζήτηση για ενέργεια, αρχίσαμε να ξεθάβουμε καυσόξυλα εκατομμυρίων χρόνων παλιά από τα ορυχεία κάρβουνου. Αλλά η στερεή μορφή του κάρβουνου ήταν άβολη, επικίνδυνη στην εξόρυξη και όχι πολύ οικονομική. Τελικά, ανακαλύφθηκαν τα κοιτάσματα πετρελαίου. Αν και η χρήση του πετρελαίου από τον άνθρωπο φτάνει μέχρι την προϊστορία, η πρώτη σύγχρονη πετρελαιοπηγή ανοίχθηκε στις ΗΠΑ στις 27 Αυγούστου 1859 από τον Edwin Drake στην Πενσιλβάνια. Αργότερα, ανοίχθηκαν πηγάδια στη Μέση Ανατολή, όπου τεράστιες ποσότητες εύκολα εξαγόμενου πετρελαίου βρέθηκε να κείτεται κάτω από την άμμο.

Η μηχανή εσωτερικής καύσης προκάλεσε έκρηξη στη ζήτηση του πετρελαίου. Αυτή αυξήθηκε τόσο γρήγορα που φάνηκε να φθάνει το τέλος των αποθεμάτων. Η Λέσχη της Ρώμης, ένα παγκόσμιο ινστιτούτο μελετών για πολιτικά θέματα, προειδοποίησε ότι η ανθρωπότητα πλησιάζει γρήγορα στο τέλος των αποθεμάτων ενέργειας. Έτσι ο κόσμος άρχισε να ψάχνει σε μέρη περισσότερο απροσπέλαστα και ανακάλυψε πολύ περισσότερο πετρέλαιο κάτω από το νερό: στη Βόρεια Θάλασσα, στον Κόλπο του Μεξικού, στο Δέλτα του Νίγηρα στη Νιγηρία. Οδηγούμενη από τις ψηλές τιμές του πετρελαίου, η τεχνολογία αναπτύχθηκε ώστε να ανακτά πετρέλαιο από απίστευτα βαθειά νερά. Επιπλέον, το φυσικό αέριο ήρθε στην επιφάνεια. Αρχικά το να βρεθεί φυσικό αέριο σε μια γεώτρηση εθεωρείτο κακοτυχία. Τοπικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί, αλλά το να εξαχθεί σε μεγάλες αποστάσεις ήταν πολύ ακριβό. Και εδώ επίσης, η τεχνολογική εξέλιξη άλλαξε την κατάσταση.

Υγροποιημένο αέριο

Η εξέδρα Brent Alpha στη
Βόρεια Θάλασσα

Φωτογραφία της βιβλιοθήκης
φωτογραφιών της Shell

Με την τεχνολογία τους υγροποίησης του φυσικού αερίου, το φυσικό αέριο συμπιέζεται περίπου στο 1/600ο του όγκου του, και γίνεται μεταφέρσιμο για μεγάλες αποστάσεις. Πρόσφατα, έγινε επίσης δυνατή η χημική μετατροπή του σε εμπορική κλίμακα σε βαρύτερο (υγρό) υδρογονάνθρακα όπως η βενζίνη ή το ντίζελ (GtL, αέριο σε υγρό). Έτσι, τεράστια αποθέματα αερίου (για παράδειγμα στον Περσικό Κόλπο, υπάρχει ένα κοίτασμα 10 φορές μεγαλύτερα από αυτό στο Slochteren στην Ολλανδία, το μεγαλύτερο απόθεμα φυσικού αερίου στην Ευρώπη, εκτιμούμενο σε 1.5 1012 m3, η Ρωσία επίσης έχει τεράστιες ποσότητες κοιτασμάτων) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες για ενέργεια.

Όλα αυτά έγιναν δυνατά χάρη στη ανάπτυξη πολύ υψηλής τεχνολογίας. Το πρώτο πηγάδι για πετρέλαιο της Shell στο Μίρι της Μαλαισίας, ήταν μόνο 140 m βαθύ και ανοίχθηκε το 1910 με μια τεχνική που οι Κινέζοι είχαν χρησιμοποιήσει για αιώνες για την εξόρυξη αλατιού. Στα 60 χρόνια της λειτουργίας της, 100 000 m3 πετρελαίου αντλήθηκαν με μια αντλία.

Σήμερα το πετρέλαιο εξορύσσεται από κοιτάσματα που βρίσκονται σε θάλασσες με βάθος μέχρι 2.5 Km και 6 Km κάτω από τον βυθό. Αυτό απαιτεί ακριβείς γεωτρήσεις βάθους 6 Km, 50 cm διαμέτρου από μια εξέδρα γεωτρήσεων που ταλαντεύεται μερικά χιλιόμετρα πιο πάνω στη θάλασσα. Κατόπιν, στο βυθό της θάλασσας, μια κατασκευή που ονομάζεται υποβρύχια κεφαλή πηγαδιού πρέπει να τοποθετηθεί στο πηγάδι, από όπου το πετρέλαιο πρέπει να ρέει σε μια εξέδρα παραγωγής που μερικές φορές βρίσκεται δεκάδες χιλιόμετρα μακριά. Αυτή η εξέδρα δεν πρέπει να συγχέεται με την εξέδρα γεώτρησης, που τρυπά και κατασκευάζει το πηγάδι και μετά απομακρύνεται. Αντίθετα, οι εξέδρες παραγωγής περιέχουν τον εξοπλισμό επεξεργασίας.

Μεταξύ του κοιτάσματος και της εξέδρας, μια πλειάδα προβλημάτων μπορούν να επισυμβούν που πρέπει να είναι γνωστά και κατανοητά. Πέρα από τη γνώση της κατασκευής και την τεχνολογία, απαιτούνται πολλά χρήματα, και αυτός ο τύπος των πετρελαϊκών εγκαταστάσεων μπορεί να είναι κερδοφόρος αν παράγει μεγάλες ποσότητες πετρελαίου καθημερινά: ανοιχτά των ακτών της Μαλαισίας, ένα νέο κοίτασμα βρέθηκε πρόσφατα, που θα παράγει σε τέσσερις μέρες τόσο πετρέλαιο όσο η πηγή Miri παρήγαγε σε 60 χρόνια, που είναι 650 000 βαρέλια ή περίπου 100 000 m3.

Η πραγματικότητα των υδρογονανθράκων

Εκτιμούμενα Α/Π: μέχρι 93 χρόνια

Κόστος ανά:Το κόστος εξαρτάται έντονα από την πηγή. Το κόστος παραγωγής κυμαίνεται από μια λίγα $ ανά βαρέλι για τα εύκολα πετρέλαια της Σαουδικής Αραβίας μέχρι δεκάδες $ ανά βαρέλι για τα βαρέα πετρέλαια σε απομακρυσμένες περιοχές.

Κίνδυνοι: ρύπανση κατά τη μεταφορά και παραγωγή, εκπομπές CO2 κατά τη χρήση.

Εκτιμώμενος χρόνος ερευνών:οι έρευνες θα γίνονται για όσο υπάρχουν αυτά τα καύσιμα, για να γίνουν φθηνότερα, καθαρότερα, περισσότερο αποδοτικά ενεργειακά, για την εξαγωγή μεγαλύτερου μέρους πετρελαίου από ένα κοίτασμα (πχ προηγμένη εξαγωγή πετρελαίου), και για την οικονομική εξόρυξη μικρών κοιτασμάτων επίσης.

Που θα πάμε από εδώ;

Ένα πράγμα είναι σίγουρο: όλο το πετρέλαιο ή το αέριο που έχει αντληθεί έχει χαθεί για πάντα. Το Slochteren φθάνει στο τέλος του, τα περίφημα κοιτάσματα της Βόρειας Θάλασσας τελειώνουν και ακόμη στον Κόλπο του Μεξικού, οι πιο σημαντικές πηγές πετρελαίου για την πιο ενεργοβόρα χώρα – τις ΗΠΑ – τα κοιτάσματα που βρίσκονται είναι όλο και πιο μικρά. Θα έχει η οικονομία των υδρογονανθράκων έναν αργό ή έναν γρήγορο θάνατο; Σε τελευταία ανάλυση, τα αποθέματα είναι σίγουρα πεπερασμένα, αλλά υπάρχουν ακόμη μερικοί άσοι στο μανίκι των υδρογονανθράκων.

Προηγμένη εξαγωγή πετρελαίου

Ανάλογα με τις ακριβείς συνθήκες ενός κοιτάσματος πετρελαίου, περίπου το ένα τρίτο του διαθέσιμου πετρελαίου γενικά εξορύσσεται. Το υπόλοιπο μένει πίσω στους πόρους των πετρωμάτων. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία, κάτι ακόμη μπορεί να γίνει και να εξαχθεί περισσότερο πετρέλαιο, από την σχετικά απλή έγχυση νερού για να πιέσει το πετρέλαιο από το κοίτασμα, μέχρι να σαρωθεί με απορρυπαντικά και πολυμερή για να ελευθερώσει κάποιο από το πετρέλαιο από τα πετρώματα. Εξ αιτίας των υψηλών τιμών του πετρελαίου, αυτές οι προηγμένες μέθοδοι εξαγωγής πετρελαίου γίνονται πολύ ενδιαφέρουσες.

Βαρέα πετρέλαια και πισσώδης άμμος

Υπάρχουν ακόμη κοιτάσματα που περιέχουν πολύ βαριά, πχ παχύρευστα, πετρέλαια. Παλιότερα αυτά δεν εκμεταλλεύονταν οικονομικά αλλά τώρα επίσης, η τεχνολογία μπορεί να κάνει την αλλαγή. Αυτό δεν είναι εύκολο και θα απαιτήσει μεγάλες επενδύσεις, και για την απόκτηση γνώσης επίσης.

Μια χούφτα της μαύρης,
εμποτισμένης με πετρέλαιο
άμμου που ανακαλύφθηκε
στο Fort McMurray, στην
Alberta του Canada

Χορηγία εικόνας από Rob
Belknap / iStockphoto

Υπερβαρέα πετρέλαια υπάρχουν ακόμη άφθονα. Σε άμμους και σχιστόλιθους, κοιτάσματα υδρογονανθράκων είναι αποθηκευμένα – με μέγεθος αρκετές φορές τις ποσότητες των ‘εύκολων’ πετρελαίων. Στον Καναδά, 200 000 m3πετρελαίου παράγονται καθημερινά από εκσκαφή πισσώδους άμμου. Αυτή είναι μια ακριβή και δύσκολη διαδικασία, εξαιτίας των πολύ χαμηλών θερμοκρασιών που υπάρχουν στην περιοχή. Επιπλέον, η διαδικασία της παραγωγής χρήσιμων υγρών από τις πισσώδεις άμμους απαιτεί αρκετή ενέργεια και δεν είναι αποδοτική. Για τα βαθύτερα αποθέματα (80% των συνολικών) δεν υπάρχει ακόμη κάποια διαθέσιμη μέθοδος.

Κάρβουνο

Τα αποθέματα των κάρβουνων είναι ακόμη σε αφθονία επίσης. Τα τελευταία χρόνια, το κάρβουνο είναι η ταχύτερα αυξανόμενη πηγή ενέργειας. Και αυτό είναι εξαιτίας της αυξανόμενης οικονομίας – και συνεπώς της ζήτησης σε ενέργεια – στην Κίνα, που από μόνη της έχει μόνο περιορισμένα αποθέματα πετρελαίου και αερίου, αλλά πολλά κάρβουνου. Η Κίνα καταναλώνει περίπου το 40% της παγκόσμιας παραγωγής του κάρβουνου. Αλλά αυτό δεν γίνεται χωρίς το τίμημά του: οι θάνατοι δεκάδων ανθρακωρύχων κάθε μέρα (!) και τεράστιες περιβαλλοντικές καταστροφές (από την όξινη βροχή, μεταξύ των αιτίων) συνδέονται με την καύση του κάρβουνου. Με τις σύγχρονες μεθόδους (όπως τη μετατροπή του κάρβουνου σε αέριο) είναι δυνατό να παραχθεί ενέργεια από το κάρβουνο με λιγότερο καταστροφικό για το περιβάλλον τρόπο. Και με περισσότερα χρήματα και λιγότερη βιασύνη, η ασφάλεια μπορεί επίσης να βελτιωθεί.

Υδρίτες αερίων

Το μεθάνιο, από βακτήρια ή με ορυκτή προέλευση, που απελευθερώνεται στους βυθούς των θαλασσών, μπορεί να σχηματίσει αυτό που είναι γνωστό σαν υδρίτες αερίων. Αυτό είναι ένα είδος πάγου ο οποίος, επειδή έχει παγιδευτεί μέσα του μεθάνιο (υπό πίεση), έχει υψηλότερο σημείο τήξης. Μεγάλες ποσότητες μεθανίου είναι πιθανό να βρίσκονται αποθηκευμένες σε τεράστια τέτοια αποθέματα υδριτών στο βυθό των ωκεανών, συμπεριλαμβανομένων και των ανατολικών ακτών των ΗΠΑ. Η συνολική ενέργεια στους υδρίτες αερίων εκτιμάται ότι είναι μεγαλύτερη από την συνολική ενέργεια όλων των άλλων γνωστών ορυκτών καυσίμων. Όμως οι άνθρωποι δεν έχουν ακόμη την παραμικρή ιδέα για το πώς να αξιοποιήσουν αυτά τα αποθέματα (με ασφάλεια).
Από την πλευρά της επιστημονικής φαντασίας, για το τι θα μπορούσε να συμβεί αν αυτοί οι υδρίτες αποσταθεροποιηθούν δείτε Schätzing (2004).

Αποθέματα και παραγωγή

Μεγάλα τμήματα της Γης έχουν ερευνηθεί για την ύπαρξη κοιτασμάτων πετρελαίου και αερίου. Οι περισσότερες περιοχές με υδρογονάνθρακες έχουν βρεθεί: αυτές είναι οι γνωστές σαν περιοχές πετρελαίου και αερίου, συμπεριλαμβανόμενης της Βόρειας Θάλασσας. Σε αυτές τις περιοχές, ακόμη βρίσκονται κοιτάσματα αλλά τα πραγματικά μεγάλα είναι ήδη γνωστά, και γίνεται διαρκώς δυσκολότερο και ακριβότερο να αξιοποιήσουμε τα νέα. Ο πίνακας παρακάτω δίνει την σύνοψη των αποδεδειγμένων κοιτασμάτων. Ωστόσο, υπάρχει αξιοσημείωτη αβεβαιότητα σε αυτούς τους αριθμούς, εξαιτίας τεχνικών λόγων (η εκτίμηση του μεγέθους ενός κοιτάσματος είναι πολύ δύσκολη) και πολιτικής φύσης λόγων (χώρες και εταιρίες έχουν ένα σωρό λόγους να κάνουν τα κοιτάσματα να δείχνουν μεγαλύτερα ή μικρότερα).

 

  Αποθέματα Ετήσια παραγωγή Α/Π
  m3 Joules m3 Joules  
Crude oil 1.9 x 1011 6.8 x 1021 4.7 x 109 1.7 x 1020 41
Natural gas 1.8 x 1014 6.4 x 1021 2.7 x 1012 9.6 x 1019 67
Coal 8.0 x 1017 2.9 x 1015 6.1 x 1019 277
TOTAL   3.0 x 1022 2.9 x 1015 3.3 x 1020 93

Παγκόσμια αποδεδειγμένα αποθέματα και ετήσια παραγωγή υδρογονανθράκων σε όγκο (m3 αερίου σε συνθήκες 1 bar και 15 °C) και σε ενέργεια. Α/Π είναι ο λόγος των αποθεμάτων προς την ετήσια παραγωγή, και δίνει τον αριθμό των ετών που τα γνωστά αποθέματα θα διαρκέσουν αν εκμεταλλεύονται με τον τρέχοντα ρυθμό παραγωγής.
Πηγή: BP στατιστική επιθεώρηση
(www.bp.com)

Σύμφωνα με αυτό τον πίνακα, με τα τρέχοντα επίπεδα κατανάλωσης έχουμε ακόμη 93 χρόνια μπροστά μας αν επρόκειτο να χρησιμοποιούμε όλη την ορυκτή ενέργεια. Αυτό ακούγεται περισσότερο ενθαρρυντικό από ότι είναι, για αρκετούς λόγους:

  • Υπάρχει μεγάλη αβεβαιότητα στον αριθμό 93. Δεν σημαίνει ότι μετά από 93 χρόνια ακριβώς κατανάλωσης ενέργειας, θα φθάσει ξαφνικά το τέλος – ήδη έχουμε αρχίσει να νιώθουμε την επίδραση του ότι τα ορυκτά καύσιμα τελειώνουν.
  • Οι διαδικασίες για την ανάκτηση βαρέων πετρελαίων απαιτούν επίσης περισσότερη ενέργεια, επομένως λιγότερη ενέργεια θα είναι διαθέσιμη από αυτά σε σχέση με τα ‘εύκολα πετρέλαια’.
     
  • Όταν η κατανάλωση ενέργειας, και επομένως η παραγωγή τους, αυξάνεται, τα χρόνια που θα μπορούμε ακόμη να χρησιμοποιούμε τα αποθέματα ελαττώνονται (Α/Π)
  • Νέα σχέδια που θα μπορούσαν να προσθέσουν αποθέματα απαιτούν τεράστιες επενδύσεις και χρειάζονται πολύ χρόνο από την ιδέα έως την παραγωγή. Μια απλή πετρελαιοπηγή κοστίζει περίπου 1 εκατομμύριο €, αλλά μια πετρελαιοπηγή σε βυθούς θαλασσών μπορεί να κοστίζει περισσότερο από 100 εκατομμύρια €. Μια μικρή εξέδρα παραγωγής, κοστίζει 1 δισεκατομμύριο €. Στις πισσώδεις άμμους της Athabasca, έχουν ήδη επενδυθεί 40 δισεκατομμύρια $, και ακόμη 50 θα επενδυθούν μέχρι το 2012. Από την ανακάλυψη ενός κοιτάσματος μέχρι την παραγωγή μπορεί να περάσουν 8 χρόνια. Έτσι οι μέτοχοι και οι πολιτικοί πρέπει να τροφοδοτούν με χρήματα, αλλά γενικά έχουν λίγη υπομονή. Αν δεν υπάρχει άμεσος λόγος για επένδυση, δημιουργείται επομένως μακροχρόνια έλλειψη ενέργειας.
  • Για πολλές περιοχές, δύσκολα προβλέψιμες πολιτικές επιπλοκές παίζουν ρόλο. Επομένως, ίσως δεν είναι δυνατό να προσπελάσουμε τα αποθέματα.

Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που παίζουν ρόλο στην εύρεση και στην παραγωγή ορυκτών καυσίμων, αλλά οι κυριότεροι είναι ότι η ποσότητα των υδρογονανθράκων είναι περιορισμένη και ότι τα επιβεβαιωμένα αποθέματα δεν πρέπει να τα βλέπουμε σαν ένα βαρέλι που μπορούμε να το ανοίξουμε οποιαδήποτε στιγμή, πολύς χρόνος και χρήμα πρέπει να επενδυθεί προτού αυτά να μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Είναι κατανοητό ότι θα υπάρξουν προβλήματα παραγωγής πριν γίνει πρόβλημα η εξάντληση των αποθεμάτων.

Κορυφή Hubbert

Εικόνα από την αρχική
πρόταση του Hubbert το
1956. Κάντε κλικ για
μεγέθυνση

Δημόσια εικόνα; Πηγή
Εικόνας: Wikimedia Commons

Βασισμένο στην ανάλυση του κύκλου της ανακάλυψης, ανάπτυξης, επένδυσης σε υποδομές, νέων ανακαλύψεων, και μετά της αργής εξάντλησης των αποθεμάτων, ο Marion King Hubbert, ένας γεωφυσικός που εργάζονταν στα ερευνητικά εργαστήρια της Shell στο Houston του Texas, ανέπτυξε μια μέθοδο ανάλυσης, που με επιτυχία προέβλεψε την κορυφή στο ρυθμό παραγωγής πετρελαίου στην Αμερικάνικη ήπειρο για το 1970. Αυτός έκανε την πρόβλεψή του το 1956. Η θεωρία του μπορεί να εφαρμοσθεί για ένα μεμονωμένο κοίτασμα πετρελαίου, ή για μια ολόκληρη χώρα, ακόμη και παγκόσμια. Εφαρμόζοντας τη μέθοδό του για τον πλανήτη, πρέπει να έχουμε ήδη φθάσει αυτή την κορυφή. Αν είναι έτσι, έχουμε ήδη περάσει την κορυφή της παραγωγής κατά κεφαλή.

Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι οι υδρογονάνθρακες δεν χρησιμοποιούνται μόνο για ενέργεια. Περίπου το ένα δέκατο χρησιμοποιείται στη πετροχημεία για την παραγωγή μιας τεράστια γκάμας προϊόντων: από πλαστικά έως διαλυτικά, φάρμακα και απορρυπαντικά. Όπως ακριβώς και με την ενέργεια, έχουν γίνει και αυτά βασικό μέρος της ζωής μας. Κοντολογίς, ευτυχώς, υπάρχουν ακόμη ορυκτά καύσιμα, αλλά όσον αφορά τα Α/Π, δεν θα πρέπει να τα σκεφτόμαστε σαν χωρίς πρόβλημα αλλά σαν πρόβλημα σε αναβολή.

Πετρελαιοφόρα και πετρελαιαγωγοί

Η τεχνολογία της μεταφοράς του πετρελαίου αναπτύσσεται παράλληλα με την βιομηχανία. Φορτηγά ελεύθερου φορτίου και φορτηγίδες χρησιμοποιήθηκαν αρχικά για τη μεταφορά του πετρελαίου σε ξύλινα βαρέλια. Αλλά αυτά τα βαρέλια ήταν βαριά, είχαν διαρροές και ήταν ακριβά, κοστίζοντας μέχρι του μισού του κόστους της παραγωγής του πετρελαίου. Το 1876, οι Ludvig και Robert Nobel, αδέλφια του Alfred Nobel, ίδρυσαν την Branobel στο Baku, του Αζερμπαϊτζάν, μια από τις μεγαλύτερες εταιρίες πετρελαίου του κόσμου στα τέλη του 19ου αιώνα. Αυτοί πρωτοπόρησαν με επιτυχία στη κατασκευή δεξαμενόπλοιων, αλλά επίσης αντιμετώπισαν μερικές από τις πρώτες καταστροφές. Τα σημερινά υπέρ-δεξαμενόπλοια έχουν μήκος μέχρι 400 m, με χωρητικότητα έως 500 000 DWT (deadweight tonnage – τονάζ συνολικού φορτίου, μια μονάδα για το πόσο φορτίο ένα πλοίο μπορεί να μεταφέρει). Μπορούν να μεταφέρουν 2 εκατομμύρια βαρέλια πετρελαίου, που αντιστοιχεί στην ημερήσια κατανάλωση της Γαλλίας για το 2007.

Ένα νέο δεξαμενόπλοιο των 250 000 – 280 000 DWT κοστίζε 116 εκατομμύρια $ το 2005 – αλλά τα δεξαμενόπλοια είναι συνήθως μεταχειρισμένα. Για το 2007 τα στατιστικά της CIA κατέγραφαν 4925 πετρελαιοφόρα των 1000 DWT ή μεγαλύτερα παγκοσμίως: αυτός ο αριθμός είναι το 37% του παγκόσμιου στόλου σε DWT. Το 2005, 2.42 δισεκατομμύρια τόνοι πετρελαίου μεταφέρθηκαν με δεξαμενόπλοια: το 76.7% ήταν αργό πετρέλαιο, το υπόλοιπο αποτελούσαν τα διυλισμένα προϊόντα πετρελαίου. Με εξαίρεση τους πετρελαιαγωγούς, τα δεξαμενόπλοια είναι ο πιο αποδοτικός τρόπος μεταφοράς πετρελαίου σήμερα.

Από την συνολική ποσότητα του μεταφερόμενου πετρελαίου, τα σύγχρονα δεξαμενόπλοια μπορούν να θεωρηθούν σαν απειλή για το περιβάλλον, με τις διαρροές να έχουν καταστρεπτικά αποτελέσματα. Το αργό πετρέλαιο περιέχει πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες που είναι πολύ δύσκολο να καθαριστούν, και παραμένουν για χρόνια στα ιζήματα και στο θαλάσσιο περιβάλλον. Τα θαλάσσια είδη εκτίθενται συνεχώς σε αυτούς και μπορεί να εμφανίσουν προβλήματα ανάπτυξης, ευαισθησία σε ασθένειες, και ανώμαλους κύκλους αναπαραγωγής. Η International Tanker Owners Pollution Federation κατέγραψε 9351 ατυχήματα διαρροών που συνέβησαν μεταξύ 1974 και 2008. οι περισσότερες διαρροές είναι αποτέλεσμα συνηθισμένων εργασιών όπως της φόρτωσης και εκφόρτωσης του φορτίου, και γεμίσματος καυσίμων. Καθώς πάνω από το 90% των διαρροών των συνηθισμένων εργασιών είναι μικρές, με λιγότερο από 7 τόνους ανά διαρροή, οι διαρροές που οφείλονται σε ατυχήματα όπως συγκρούσεις, προσαράξεις, βλάβες του κήτους, και εκρήξεις είναι πολύ μεγαλύτερες, με το 84% αυτών να έχουν περισσότερους από 700 τόνους διαρροές.

Σύγχρονοι αγωγοί υπάρχουν από το 1860, και σήμερα εκτείνονται παγκόσμια σε ένα αυξανόμενο δίκτυο εκατομμυρίων χιλιομέτρων, με τη Ρωσία και την υπόλοιπη Ευρώπη να συμμετέχει με 250 000 Km αγωγούς αερίων και πετρελαίων (το 70% από αυτούς μεταφέρουν αέριο). Αποτελούν γενικά ένα οικονομικό τρόπο μεταφοράς μεγάλων ποσοτήτων πετρελαίου ή φυσικού αερίου πάνω σε ξηρές. Οι πετρελαιαγωγοί φτιάχνονται από χαλύβδινους ή πλαστικούς σωλήνες με εσωτερική διάμετρο από 10-120 cm, και είναι συνήθως θαμμένοι σε βάθος 1-2 m. Η ροή του πετρελαίου με περίπου 1-6 m/s διατηρείται με σταθμούς άντλησης κατά μήκος του αγωγού. Πολλών προϊόντων αγωγοί χρησιμοποιούνται για την μεταφορά δύο ή περισσότερων προϊόντων διαδοχικά στον ίδιο αγωγό. Δεν υπάρχει συνήθως κάποιος φυσικός διαχωρισμός μεταξύ των προϊόντων, έτσι κάποια ανάμειξη συμβαίνει, με αποτέλεσμα την ρύπανση στην διεπαφή τους που απομακρύνεται από τον αγωγό στις εγκαταστάσεις υποδοχής. Για το φυσικό αέριο, οι αγωγοί κατασκευάζονται από ανθρακούχο χάλυβα, με διάμετρο μεταξύ 5-150 cm, εξαρτώμενη από τον τύπο του αγωγού. Το αέριο συμπιέζεται σε σταθμούς συμπίεσης και είναι άοσμο εκτός και αν είναι αναμιγμένο με μερκαπτάνη (οσμητικό) όπου απαιτείται από τις αρχές.

Οι αγωγοί αερίου και πετρελαίου εν μέρει δεν είναι μόνο στοιχείο εμπορίου: συνδέονται με θέματα γεωπολιτικά και διεθνούς ασφάλειας, και η κατασκευή τους, θέση και έλεγχος συχνά σκοπεύουν προφανώς στα ενδιαφέροντα και τις ενέργειες των κρατών. Οι αγωγοί διασχίζουν περιοχές σεισμογενείς και εμπόλεμες, φυσικά μνημεία και τον βυθό θαλασσών. Καθώς περιέχουν εύφλεκτη και εκρηκτική ουσία, θέτουν ειδικά θέματα ασφαλείας, με τα ρήγματα και φονικές εκρήξεις να είναι τα πιο συνηθισμένα ατυχήματα.

Acknowledgments

The article was originally published in Dutch:

van Dijk M (2007) Koolwaterstoffen: fossiel maar (nog) niet uitgestorven. Nederlands Tijdschrift voor Naturkunde 73 (7): 206-209

and has been republished online at www.kennislink.nl. It has been translated and adapted for Science in School with the help of Roland van Kerschaver, Jos de Graaf and Salvatore Accardi.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Schätzing F (2006) The Swarm. Hodder & Stoughton (London, UK): ISBN-13 978-0340895238

Author(s)

Ο Menno van Dijk εργάζεται στο τμήμα διατήρησης ροής στο τεχνικό κέντρο της Shell στο Άμστερνταμ Ολλανδίας. Το άρθρο γράφτηκε για λογαριασμό του, και όχι σε σύνδεση με την εργασία του.


Review

Η τεχνολογία μπορεί να είναι δεινοσαυρική αλλά η καύση των ορυκτών καυσίμων συνεχίζει να είναι διαρκώς αυξανόμενου κόστους και καθ’ ολοκληρία μέρος του σύγχρονου τρόπου ζωής, και όχι μόνο εξαιτίας της γρήγορης εκβιομηχάνισης των πολυπληθέστερων εθνών της Γης.

Εκτός από τα φαρμακευτικά, το πετρέλαιο είναι μια μεγάλη δραστηριότητα με μαζική επιστημονική είσοδο. Το άρθρο του Van Dijk μπορεί να δώσει στους δασκάλους των Φυσικών Επιστημών μια κατεύθυνση για συζήτηση μερικών από τα παρακάτω θέματα στις τάξεις τους. Οι μαθητές θα μπορούσαν να σκεφθούν για τα οικονομικά, το πώς ακόμη και σχετικά απρόσβατα αποθέματα ορυκτών καυσίμων αξίζουν να εξορυχτούν σήμερα. Πόσο θα κόστιζε ένα βαρέλι πετρέλαιο πριν την εξόρυξη των ‘υπερβαρέων’ κοιτασμάτων που περιγράφονται, αξίζει ο κόπος; Οι μαθητές μπορούν να δουν πως η κατανομή των κοιτασμάτων υδρογονανθράκων στον πλανήτη έχει επηρεάσει τις διεθνείς σχέσεις, από οικονομικής και στρατηγικής άποψης.

Και καθώς η μη ανανεώσιμη φύση αυτών των πόρων είναι γνωστή στους περισσότερους μαθητές, το γεγονός ότι περίπου το ένα δέκατο δεν χρησιμοποιείται για καύσιμα βρίσκεται σε μικρότερη εκτίμηση. Ποια επιχειρήματα μπορούν να αναπτύξουν οι μαθητές για τη μείωση της κατανάλωσης των ορυκτών καυσίμων για να σιγουρέψουμε αποθέματα ορυκτών πρώτων υλών για χρήσεις όπως ‘πλαστικών, διαλυτικών, φαρμάκων και απορρυπαντικών’; Η ερώτηση για την ενέργεια απαιτεί ένα πλήθος απαντήσεων, και οι σημερινοί μαθητές των φυσικών επιστημών ίσως αναπτύξουν κάποιες από τις λύσεις, επίσης καθώς πρόκειται να ζήσουν με μικρότερες ποσότητες υδρογονανθράκων στο μέλλον


Ian Francis, Μεγάλη Βρετανία




License

CC-BY-NC-ND