Главная » 2018 » Июнь » 28 » БП и независимые геологи об угольном БП
10:23
БП и независимые геологи об угольном БП

[…Максим] как-то неприятно засмеялся. — Что вы мне можете предложить, принц-герцог?

Старый принц-герцог кряхтя поднялся и, растирая затёкшие бока, прошёлся по комнате.

Во-первых, я не советую вам углубляться в пустыню, —сказал он. — Есть там варвары или нет, ничего подходящего для себя вы там не найдёте… Вероятно, надо идти к морю и начинать оттуда... Если островитяне тоже не миф и если они захотят с вами разговаривать…

А. и Б. Стругацкие «Обитаемый остров»

 
Разобравшись с перспективами «сланцевой революции» и «ста процентов возобновляемых», продолжим наши игры с пивным стаканом. Оптимисты утверждают, что стакан наполовину полный, пессимисты считают, что наполовину пустой, реалисты – считают патроны.

В главе 9 [ https://github.com/myak555/LIMITS_TO_LIMITS/blob/master/PDF/Ch_09.pdf ] мы выяснили, что знаем накопленную добычу угля, нефти и газа с точностью примерно ±5%, однако остаточные извлекаемые запасы (в пределах конкретных месторождений) известны лишь добывающим компаниям и правительствам. Можно ли, по имеющимся в открытом доступе данным, прикинуть общие запасы планеты Земля, пусть с точностью гораздо худшей, чем 5%?

Сначала подсчитаем, сколько всего добыто. Программа Chapter 13\Graph_01_Total_Production.py

На графике годовой добычи есть две интересные точки. В 1963 году наступил нефтяной век: добыча из нефтяных скважин превысила добычу из угольных разработок (шахт, карьеров, торфяных выработок). В 2006 нефтяной век кончился, продлившись всего 43 года. Начался век угольно-газовый. Добыча из нефтяных скважин стала меньше суммарной добычи газовых по сумме «газ-конденсат-NGPL». Стараниями шахтёров КНР уголь тоже обогнал нефть и вплоть до 2013 года шёл нос-к-носу с газом. Теперь уголёк выдохся, и с 2014 мы с вами живём полностью в газовом веке, с чем и поздравляю.

Всего с 1830 года из планеты Земля добыто 501±50 млрд тонн нефтяного эквивалента (toe). Половину этого количества добыли с 1830 по 1989 годы, то есть за 160 лет. Из оставшихся 250 млрд т, половину добыли и сожгли в пределах жизни подавляющего большинства из тех, кто читает эту книгу: с 1990 по 2005 годы, то есть за 16 лет. Те, кому в 2017 стукнуло двенадцать, стопроцентно поучаствовали в сжигании оставшейся четвертушки.

Накопленная добыча нефти и лицензионного газового конденсата с 1860 по 2017 годы – 184±9 млрд т. Накопленная добыча всех «жидкостей», включая конденсат, битум и широкие фракции лёгких углеводородов – 198±10 млрд т.

Начнём наши оценки с самого сложного ресурса: каменного угля и торфа. Подсчёты запасов осложняются фактом, что уголь бывает очень разный. Нас интересуют три параметра:

  1. Теплотворная способность: сколько энергии выделяет тонна угля при «высокотемпературном сгорании», то есть в топке современной эффективной ТЭЦ.

  2. Вредные примеси. Наиболее опасная – сера. При сгорании выделяется сернистый газ, а он приводит к «кислотному дождю» – штука крайне мерзкая. На некоторых месторождениях уголь содержит уран (весь уголь Монголии, к примеру), почти везде есть также ртуть, тяжёлые металлы и прочие радости гадости.

  3. Зольность: количество безопасных, но несгораемых примесей, главным образом глин. Чем больше зольность, тем чаще надо чистить топку, тем больше требуется установленная мощность на единицу выработки энергии.

Геологи делят уголь по рангам (сортам). Закон Хилта гласит: чем выше давление и температура образования угля, тем выше ранг. Из-за геотермального градиента, за углём более высокого ранга надо, при прочих равных условиях, копать более глубокие шахты. И наоборот: самый нижний ранг – торф – лежит прямо на поверхности. Приводимая ниже упрощённая международная классификация отличается как от российских «марок угля» так и от американских «рангов USGS», но мы будем пользоваться ею, так как в каждой стране мира – своя сортность, без упрощения не понять.

 

Ранг

Использование

% углерода

Теплота сгорания,

МДж/кг

Тонн нефтяного эквивалента

на тонну

1. Антрацит, мета-антрацит, паровозный уголь (кардиф)

Обогрев жилья,

паровой транспорт

86-100

28.0-35.3

0.83

2. Битуминозный уголь

Энергетика, кокс

85 и менее

28.0-35.3

0.65

3. Суббитуминозный уголь

Энергетика, химия

85 и менее

19.3-28.0

0.54

4. Лигнит (бурый уголь)

Энергетика

65 и менее

19.3 и менее

0.36 (сухой)

 

5. Торф

Энергетика, удобрения и т.п.

60 и менее

15 и менее

0.19 (сухой)

Кстати, о торфе: торфяники отлично изучены. Они покрывают более 2% территории суши, а всего на планете около 4·10¹² тонн сухого торфа, то есть 780 млрд т нефтяного эквивалента. Проблема лишь в низкой плотности этой энергии: порядка 500 тонн нефтяного эквивалента на квадратный километр «богатого» торфяника, или 50 toe на квадратике «бедного». Для масштаба величин, гипотетическое месторождение «дядя Джо» (из тех, что выгодно добывать в Юте, но не выгодно на Аляске) из главы 8 [ https://github.com/myak555/LIMITS_TO_LIMITS/blob/master/PDF/Ch_08.pdf ] имело на квадратном километре 16'000 тонн, а реальный Самотлор из девятой главы – 1'850'000 тонн/км².

Соответственно и трудозатраты на подготовку, вырезку и сушку торфа – громадные. Вот как добывали торф в начале XIX века и как добывают сейчас.

Подпись под фотографией из Ирландии 1910 года: «На торфе хрен заработаешь». Надеюсь, ни у кого из читателей не возникла идея, что торфом можно плавить сталь или выделять сверхчистый кремний для роботов. Производить тепло и электроэнергию из торфа можно, но выглядеть будет примерно так: большой начальник и его шестёрки катаются на «Теслах» (торф в изготовлении этих авто участия не принимал), полторы тыщи работяг довольны, что есть на чём баланду приготовить.

В 1920-х разработку пытались механизировать с использованием работающих на торфе локомобилей. Ничего хорошего не получилось: на добычу тонны сухого торфа мобильный паровик кушает полтонны и более. Промышленная механизированная разработка торфа с использованием машин с ДВС (на нефтепродуктах, Карл) сейчас есть в Великобритании, Финляндии, Ирландии, России, Канаде и Швеции. В первой торф используется исключительно для перегонки виски! От торфа напиток получает неповторимый аромат. В двух последних торф используют в качестве удобрений и подстилки для скота. Финляндия, Россия и Ирландия, помимо удобрений, используют торф в энергетике: в России использование энергетического торфа достигало 1.5 млн т в год1. В 2010 году вокруг Москвы горели осушенные ещё в 1980-х торфяники. Пришлось залить водою взад…

Ещё одна непреодолимая в долгосрочной перспективе проблема: торфяники не образуются в тропическом климате, а перевозка торфа на большие расстояния убыточна. Оттого торф могут продуктивно использовать лишь жители зоны рискованного земледелия.

Из-за трудностей разработки и экологического ущерба современная добыча торфа в мире составляет менее 1 кг на человека в год. Несмотря на огромные запасы, добыча торфа следующие несколько веков вряд ли будет сильно отличаться от современной: как абсолютный и невероятный максимум, не более сотни килограмм на человека в год, то есть 20 кг нефтяного эквивалента, то есть 16 ватт мгновенной тепловой мощности. Пусть население планеты стабилизировалось на уровне 10 млрд человек. Тогда ресурса торфа хватит на 3400 лет и более. Так как торф естественным образом восстанавливается за пару тысяч лет, при такой скорости добычи его можно считать вечным (возобновляемым) ресурсом. Правда, и основой технологической цивилизации торф служить не может.

Часто утверждают, что все месторождения каменного угля были в основном открыты до 1930 года. Утверждение не совсем верное. Лучше сказать, что числа запасов к 1930 году были непомерно раздуты, а потом пошло массовое списание. М.К.Хабберт в статье 1956 года использовал официальные данные американской геологической службы USGS, но выдал такой комментарий:

…В случае с углём оценки мировых запасов подвергаются ревизии с 1913 года. Последние 10 лет [то есть с 1945 по 1955 – М.Я.] Геологической службой США проводилось уточнение запасов угля в нашей стране и в мире. Результаты исследований USGS (Эверитт, Беррихилл и Тэйлор, 1953) об извлекаемых запасах угля представлены на рис. 14. Общемировые извлекаемые запасы каменного угля и лигнита по новым оценкам не превышают 2'500 млрд метрических тонн, из которых в США находится примерно треть, в СССР – примерно четверть, и в КНР – одна пятая.

Особенно поражает снижение мировых запасов угля с ранее общепринятого значения 6'000 млрд т. Отчего же уменьшились запасы? Дело в том, что предыдущие оценки включали все запасы, в том числе, на запредельных глубинах. Новые оценки ограничены практической возможностью шахтной добычи, что немедленно уменьшило остаточные геологические запасы до 5'000 млрд т. Но главное, из указанных 5'000 млрд т технически можно извлечь около 50%. Учёт коэффициента извлечения и энергозатрат на добычу позволяет адекватно сравнивать извлекаемые запасы каменного угля с извлекаемыми запасами нефти. В самом деле: для сравнения продуктивности двух нефтяных месторождений, мы же не сравниваем геологические запасы одного с извлекаемыми запасами другого…2

Снижение запасов почти в два с половиной раза – а чего удивляться? Вспомним, как будущий президент Ирландского Геологического Общества Э.Халл насчитал на островах 80 млрд тонн угля, но Британия добыла с 1830 года 26 млрд тонн – и сдулась в полный ноль в 2016. Если же говорить о планете всей, на списаниях 1945-55 годов дело не остановилось.

За шестьдесят лет из балансовых отчётов угольных компаний бесследно исчезло более триллиона тонн угля, или около 770 млрд т нефтяного эквивалента3! Против течения какое-то время грёб лишь Китай, за 10 лет добавивший к начальным запасам около 130 млрд т. Недавний катастрофический обвал добычи угля в КНР намекает, что большая часть последних находок располагается на глубинах свыше 3 км и может быть добыта разве что подземной газификацией угля, а скорее всего – вообще никак.

В статье Хабберта данные по ресурсной базе Австралии и остальной Азии были непропорционально занижены. С 1956 года там был рост не бумажный, а реальный – порядка 280 млрд тонн. Однако, даже такой рост не смог справиться со списанием 611 млрд т угля в США. В Африке и Южной Америке геологическая изученность пока не позволяет делать окончательные выводы. Если новые месторождения угля (на небольших и доступных глубинах залегания) и будут открыты, то только там.

Страна

Остаточные

по данным USGS 1953 г

млрд т

Остаточные по данным «ВР» 2008 г

млрд т

Остаточные по данным «ВР» 2017 г

млрд т

Добыто с 1954 по 2017 по данным EIA

Пересчёт запасов с 1953 г

млрд т

США

912

243

252

50

-611

Канада

44

7

7

4

-33

Россия4

600

157

160

18

-422

Германия

167

7

36

16

-115

Великобри-тания

85

0.16

0.07

3

-82

Польша

39

8

24

10

-5

Прочая Европа

35

100

102

34

+101

КНР

506

115

244

103

-159

Прочая Азия

48

66

141

32

+125

Африка

40

51

14

12

-14

Австралия

14

77

145

16

+147

Южная и Центральная Америка

10

16

14

3

+7

ВСЕГО5:

2'500

850

1'140

300

-1'060

ВСЕГО в млрд тонн нефтяного эквивалента

1'560

4306

6507

140

-770

ВСЕГО начальные извле-каемые, млрд toe

1'600

590

850

 

 

 

Исходя из значения 2'500 млрд тонн, Хабберт – вслед за USGS – предсказывал, что пик добычи угля на уровне около 6 млрд тонн в год придётся на середину XXII века, а в качестве химического сырья уголь будут добывать и в 2700 году. Вероятно, отсюда берёт начало легенда, будто кто-то рассчитал, что после исчерпания запасов нефти можно ввести транспорт на синтетическом бензине, например, по технологии Фишера-Тропша из битуминозного угля либо по процессу Бергиуса из низкокачественного угля8.

Вплоть до 2000 года человечество двигалась с небольшим обгоном предсказания Хабберта, однако недостаток энергоресурсов в КНР вынудил резко увеличить добычу. В 2013 году поставлен рекорд! В мире добыто 8'275 млн тонн, почти на 40% выше предсказанного в знаменитой статье пика. Обвал добычи тоже получился феерический: 10% за 3 года. Оптимисты указывают на период между 1989 и 1992 годами, когда мировая добыча угля за три года просела на 3.0%, однако три – не десять.

В крупнейшем добытчике угля – Китае – по данным 2011 года, 53% подтверждённых запасов находились на глубинах «свыше 1000 м от дневной поверхности», а глубина выработок, начатых после 2005 г, «превышала 600 м»9. Те же авторы указывали, что добыча угля в КНР может упасть до 3'400-3'500 млн т. Так и вышло. Месторождения с глубиной залегания менее 200-300 м в Индии, Пакистане, КНР уже выработаны в «технологический ноль».

В апреле 2017 года вышла статья З-Л. Ванга и других о наличии природного ископаемого топлива в КНР10, где запасы угля в стране навангавали в 225 млрд тонн, а пик добычи прогнозировался в 2020 году на уровне 4.4 млрд тонн в год. Что характерно, среди авторов статьи нет ни одного геолога, а сплошь экономисты и пиарщики, и даже это не уберегло от довольно пессимистического прогноза по углю. В том же году отчёт «ВР» показывал для КНР запасы 244 млрд тонн, то есть «при существующем уровне добычи» (3.97 млрд тонн в 2013 году) угля достаточно на 61 год. Отчёт «ВР» 2018 года внезапно оценивает запасы угля в Китае в 139 млрд тонн, а «при уровне добычи 2013 года» этого угля хватит всего на 35 лет.

Механизированная добыча во многих странах становится нерентабельной, оттого наблюдается массовый переход на ручную разработку, в том числе с транспортировкой гужевым и мускульным транспортом. Обратите внимание на цвет угля на снимках ниже. Явно не антрацит! По виду, зольность достигает 400 кг на тонну. О содержании серы, ртути и других полезных веществ можно только догадываться.

В США до ручной разработки угольных месторождений дело пока не дошло, но в добыче – точно как в Китае – нарастает доля низкосортного суббитуминозного угля, в то время как добыча антрацита уже ушла практически «в ноль», а добыча битуминозного угля непрерывно падает. Нарисуем графики программой Chapter 13\Graph_02_USA_Coal.py

Качество добываемого угля в США непрерывно снижалось: с 0.67 toe за тонну в 1950 году до обвального 0.53 toe/т (ниже, чем стандартный суббитуминозный) в 2017. Пик добычи битуминозного угля наступил в 1990 году – 627 млн тонн. В 2009 году добыча суббитуминозного угля в США по массе превысила битуминозные сорта. В 2011 – суммарную массу добытого битуминозного угля и антрацита. Если считать в абсолютных тоннах, пик добычи угля в США пришёлся на кризисный 2008 год – 1'063 млн тонн. По абсолютной энергии, однако, это был 1998 год – 603 млн toe. С 2012 года начались срочные переквалификации низкосортных месторождений в «как-бы битуминозные», а статистику по сортам публиковать перестали. Sapienti sat, а лохи могут инвестировать дальше.

Кстати, о рангах. В отчёте 2017 года «ВР» потрясла геологов заявлением: оказывается все эти годы мы говорили прозой не знали своих сортов угля! Мы-то, дураки, думали, что для превращения лигнита в антрацит требуются десятки миллионов лет, а оно эвоно как!

Америка изящным росчерком пера переквалифицировала 98.6 млрд тонн суббитуминозного угля в 112.9 млрд тонн битуминозного и антрацита (интересно, а отчего тогда добыча высоких рангов так весело падает?) Китай отличился ещё сильнее: из 38.3 млрд тонн суббитуминозного сделали 167.8 млрд тонн антрацита. Правда, китайцы в 2018 году посовестились и 105 млрд бумажных тонн просто списали. Россия сыграла «мизер», переквалифицировав 17.2 млрд тонн лигнита в 20.5 млрд тонн ценных битуминозных сортов.

Активно добавляли бумажные запасы в Австралии и Индии. В Казахстане суббитуминозных, по отчёту «ВР», вообще более не числится. Уголь Экибастуза, при всех его несомненных достоинствах, битуминозным не является. Зольность от 32 до 47%, теплота сгорания в среднем – 16.8 МДж/кг. Смотрим табличку выше.

На фоне этаких статистических выкрутасов достойно смотрится ЮАР, честно списавшая в 2017 году ⅔ своих когда-то «подтверждённых» запасов, или 21 млрд тонн. При текущем уровне добычи в 0.25 млрд тонн в год, оставшихся 9.8 млрд хватит ЮАР на сорок лет, а вовсе не на сто двадцать, как тамошнее начальство полагало ранее. ЮАР – единственная страна в мире, производящая коммерческие количества моторного топлива из угля, в основном по процессу Фишера-Тропша, – до 9 млн тонн в год, то есть около 30% от общего потребления страны.

Упрямо стоит на своём Германия, продолжая называть лигнит Braunkohle (бурым углем), а не «антрацитом». При существующем уровне добычи 175 млн тонн в год этого угля в самом деле хватит надолго – более 200 лет. Однако, если поднять добычу до пикового 1985 года (521.6 млн тонн), этого угля хватит «всего» лет на семьдесят. Если же задаться целью полностью обеспечить страну собственным моторным топливом по рецепту Бергиуса11, то об экспорте энергетического угля в соседние страны Европы можно просто забыть.

Добычу угля в Великобритании мы обсуждали в главе 8. Начальная плотность ископаемого топлива в Великобритании – 95'000±15'000 тонн нефтяного эквивалента на квадратный километр, из них каменного угля – 70%, или 67'000±7'000 toe/км². Число по углю меняться уже не будет, так как добыча угля на островах закончилась.

А вот соседи британцев на противоположной стороне пролива: Франция и Бельгия, которые совместно эксплуатировали месторождения каменного угля как показано на графике из программы Chapter 13\Graph_03_France_Belgium_Coal.py Число тоже меняться уже не будет – весь уголь выработан. Суммарная территория Франции и Бельгии – 671'207 км² (в 2.75 раза больше, чем у Британских островов), а общая накопленная добыча – всего 6'500±700 toe/км², то есть в десять раз меньше, чем у британцев. Британии сильно повезло с углём, оттого она и стала в XIX веке «кузницей планеты».

Суммарная добыча каменного угля в США с 1800 года – 48 млрд toe. При площади территории в 9.525 млн км², получается по фактической кумулятивной добыче 5'000 toe угля с квадратного километра. Это в 13 раз меньше, чем добыто по факту в Великобритании и на 25% меньше, чем добыто по факту во Франции и Бельгии. Геологи USGS заявляют, что по абсолютным тоннам извлекаемые запасы угля в США выработаны на 20-25% – смотрим таблицу выше. Если же считать по чистой энергии, то выработано около 40%. Основную массу остаточных запасов угля (240-250 млрд тонн массы, то есть 125-130 млрд toe) составляют в основном малоценные суббитуминозный уголь и лигнит. Если верить USGS, конечная плотность извлекаемых запасов каменного угля и лигнита на территории США составит порядка 12'000 toe/км². Оценка, вероятно, оптимистическая.

В середине 2010 года геологи Тадеуш Пазек (из Университета Техаса в Остине) и Грегори Крофт (из Университета Калифорнии в Беркли) совместно выпустили странную, и, не побоимся этого слова, вредную статью12. Программа Chapter 13\Graph_04_Patzek_Croft_Coal.py Учёные доказывали, подумать только, что начальные экономически извлекаемые запасы энергетического угля на планете Земля исчисляются не 1'600 млрд toe, как считал Хабберт, не 850 млрд toe, как считала «ВР» в 2017 году, и даже не 590 млрд toe из отчёта «ВР» 2008 года, а всего лишь 330-340 млрд toe. Основание для такой подмены простое – учитывается только уголь, который можно добывать механизированным способом в карьерах или шахтах. То, что можно нарубить из десятисантиметровых пропластков кайлом (возможно с использованием детского труда, как на картинках выше) – «экономическим ресурсом» не считается.

Пазек и Крофт предсказывали пик добычи угля в 2011 году на уровне 4'000 млн toe. По факту получилось 3980±200 в 2012, и спад не такой жуткий, как у американских геологов. Очевидно, оценки реальной производительности индийских девочек китайских шахтёров слегка занижены.

За год до мирового пика угля статьёй отметился и горный инженер Дэйв Рутлидж из знаменитого «Калтеха»13. По данным добычи в 14 регионах мира он подсчитал вероятные начальные запасы угля между 650 и 750 млрд тонн, с наиболее вероятным значением 680 млрд тонн, что соответствует 390 млрд toe. По мнению автора, 90% экономически извлекаемого угля будет добыто к 2070 году.

В самом конце 2015 года, на 21-й Конференции по Климату в Париже представители 196 стран разработали рамочное соглашение о снижении выбросов парниковых газов. Высокие стороны договорились не жечь лишний уголь... ну или хотят, чтобы мы в это верили. Посмотрим, как обстоят дела с добычей и сжиганием угля в реальности (данные «ВР»). Программа Chapter 13\Graph_05_Paris_Accord_Coal.py

На момент подписания соглашения в апреле 2016 (пунктирная линия), добыча в США и КНР уже падала как кирпич. Добыча в Индии росла за счёт низкокачественного угля: 0.41 toe на тонну – это уже ближе к лигниту, чем к суббитуминозным сортам (торфяников в Индии нет – климат не располагает). Индийские «подтверждённые запасы антрацита и битуминозного угля» в 92 млрд тонн из отчётов «ВР» 2017 и 2018 годов – из области негодной фантастики. Очень странно и грустно, что уважаемая компания эту откровенную ложь публикует.

В июне 2017 новый президент США Дональд Трамп объявил о выходе своей страны из Парижского соглашения такими словами (перевод мой):

Например, по этому соглашению, Китай сможет увеличивать свои выбросы в течение невероятно долгого времени: целых 13 лет. Они будут делать что хотят целых тринадцать лет. Мы – нет! Индия согласилась участвовать в соглашении на условии получения многих миллиардов долларов помощи от развитых стран. Есть и другие примеры. В сухом итоге, Парижское соглашение чрезвычайно несправедливо для США.

Далее, это соглашение блокировало развитие «чистого угля» в Америке. Мы покончили с этим, и угольные разрезы в США начинают открываться снова. Через две недели у нас у нас будет открытие нового разреза – неслыханное дело уже многие, многие годы! [М.Я.: президент не соврал, новый разрез в Пенсильвании ввели в строй. Глубиной 40 м, с запасами 5 млн тонн коксующегося угля14. Америке этого угля хватит на целых 4 дня! И к Парижскому соглашению ввод разреза отношения не имеет; нормальный план разработки, утверждённый ещё при Рейгане.] Пенсильвания, Огайо, Западная Вирджиния, много других мест. Горняки просили меня возродить американскую угольную промышленность – я обязан попробовать.

[В соответствии с соглашением,] Китаю можно строить сотни новых угольных ТЭС. Им можно, а нам – нельзя? Индия к 2020 году собирается нарастить добычу угля вдвое [М.Я.: Если считать по массе – нарастят непременно. По энергии – в лучшем случае увеличат на 30%, далее добыча рухнет]. Подумайте над этим: Индия может удвоить добычу угля, а Америка должна от собственного угля отказаться?[…]15

 

Ну а пока Трамп обсуждает, Китай и Индия удерживают потребление угля за счёт импорта. Крупнейшим донором высококачественного угля, как энергетического, так и металлургического, является Австралия. При добыче в 2017 году 297.4 млн toe (на третьем месте после Китая и США), страна экспортировала 255.1 млн, главным образом в Индию и Китай. Австралии крепко помогает Индонезия: 214.4 млн тонн «условной нефти» в год. Для сравнения, Россия в том же году вывезла «всего» 114 млн toe.

Конечно, помимо угля, что добывают в карьерах и шахтах, существуют запасы угля, которые можно добыть с подподвывертом. Метод существует с 1868 года (это не описка) и называется подземной газификацией угля – ПГУ (underground coal gasification – UCG). В разработке поучаствовали такие светила как сэр Уильям Сименс, Дмитрий Менделеев и ещё один сэр – лауреат Нобелевской премии химик Уильям Рамзай. В 1912 году В.И.Ленин тиснул статью в подпольной «Правде» насчёт того, как новейшая технология освободит, наконец, шахтёров от ужасающих условий труда. «Новейшей технологии» в том году стукнул ровно полтинник!

Идея проста как грабли. В угольный пласт бурится несколько скважин, в центральную закачивается воздух, пласт поджигают, и в остальные скважины начинает поступать «светильный газ» – аццкая смесь водорода, окиси углерода, метана, сернистого газа, сероводорода и паров скипидара. Далее смесь быстренько используют: окись углерода (CO) и сероводород (H₂S) – отравляющие газы! Полученный газ нужен для химии или производства электричества.

На деле «гладко было на бумаге». Ну или в «Детской энциклопедии», как на картинке выше. В реальности прокачивать достаточное количество воздуха через скважины не представлялось возможным, оттого в 1935 году в Головке попробовали другой метод: в пласт пробивается шахта для подачи воздуха, а из нескольких скважин выходит газ. Мечта Ленина об устранении опасностей для шахтёров, как видим, не сбылась, но появилась хоть какая-то надежда на рабочую технологию.

На деле всё равно получилось плохо. Подземная выработка – не химический реактор. Подал побольше воздуха – уголь горит, но на поверхность выходит не светильный газ, а углекислый. Он нам бесполезен. Подал чуть меньше – горение прекращается, а поджигать снова тяжело. Выход полезной энергии в светильном газе – не более 15% от энергии угля в пласте. Но самая главная проблема: по мере выгорания угля пласт начинает обваливаться, возникают трещины до самой поверхности – и ядовитый светильный газ вылетает в атмосферу, а более тяжёлые фракции загрязняют источники воды. В 1936 году контора «Подземгаз» отчиталась об успехе эксперимента, хотя прорыва в стоимости газа не произошло. По данным той же конторы, себестоимость светильного газа от подземной газификации составляла 46-51 копейку за 100 м³, а светильный газ гарантированного качества с промышленных реакторов «Демаг» стоил 70 копеек, плюс дармовое тепло для бани-прачечной. На 1937 год было запланирована постройка системы подземной газификации в посёлке Белово Кемеровской области для нужд Беловского цинкового комбината. После провала (буквально – провала грунта в Горловке) строительство в Белово законсервировали и более не возобновляли16. Как видим, не Великая Отечественная остановила подземную газификацию, как любят утверждать сторонники ПГУ, а кондовая геология совместно с бдительным НКВД.

После Второй Мировой технологией занимались все, кому надо было распилить-освоить. Единственная модификация по сравнению с Горловкой – заменили центральную шахту на направленное бурение с гидроразрывом. В США эксперименты проводились с 1947 по 1988 годы, во Франции, Испании и Бельгии – тоже до 1988, в Новой Зеландии попробовали в 1994. Китай пробует до сих пор (вроде бы целых 16 проектов), но без большого успеха. В 2015 году прошла информация, что удалые украинские парни собираются всего за $3.6 млрд американских долларов заниматься «газификацией угля»17. Потом, правда, сообщили, что речь всё-таки идёт о газификации уже добытого на поверхность угля в китайских химических реакторах. КНР выделила всего 16 млн баксов, дальше произошёл скандал с поставками в Китай украинского зерна, и «газовый проект», похоже, прекратили.

Самая последняя афера по ПГУ развернулась в Австралии. Основанная в 1996 году компания «Linc Energy» собиралась осчастливить всех «зелёным газом». Первые работы начались в 1999 году в городке Чинчилла (штат Квинсленд). Далее компания действовала как типичная финансовая пирамида, покупая по дешёвке всякий энергетический хлам и громко заявляя в прессе о «технологических прорывах». В 2005 купили лицензию на установку эрзац-бензина в компании «Синтролеум» (последняя обанкротилась и продалась в 2014)18. В 2006 заключили договор с ФГУПТ «Институт горного дела имени А. А. Скочинского» в Люберцах. В 2007 построили биореактор на говне и палках навозе и отходах сахарного производства.

В том же 2007 объявили об инвестициях в ПГУ в Узбекистане (поди проверь, что там за инвестиции). Уважаемые Хурсанов, Якубов и Раимжанов19 заявляют, что экспериментальная газификация угля на Ангренском буроугольном20 месторождении достигла апогея в далёком 1965 году, когда было выработано за год 1.4 млрд м³ газа. В 2010-х годах там же на Ангренском добывали в год 330-350 млн м³ светильного газа в год, притом газ состоял в основном из азота (50.1%) и углекислоты (22.1%). Ну да, мы же туда воздух закачиваем! Из горючих газов выделялись CO (4.6%), Н₂ (19.2%), CH₄ (3.0%) и H₂S (0.5%). Энергетическая ценность 3.6 МДж/м³, то есть 340 млн м³ светильного газа эквивалентны 36 млн м³ «среднего» природного газа или примерно 30'000 toe. Ангренское месторождение обеспечивает 0.08% потребности Узбекистана в природном газе! Ни о каких иностранных инвестициях авторы не упоминают. Вероятно, далее подписания соглашения о намерениях «инвестиции» австралийских лохотронщиков не заходили.

Но вернёмся к нашим баранам, то есть «Linc». В 2009 компания купила выработанные залежи угля в Монтане, Вайоминге и Северной Дакоте, затем внезапно в 2010 приобрела неподтверждённые запасы природного газа на Аляске и… 12% акций производителя щелочных батареек «AFC Energy», с которой вместе принялись строить установку для прямого преобразования светильного газа в электричество в той же Чинчилле. В 2011 приобретены три выработанных месторождения нефти от «Ранчер Энержи» (она стала банкротом в 2009), 14 мелких месторождений от «ERG» (тоже банкрот – 2015 года), и месторождение Юмиат на Аляске от компании «Ренессанс». Последнее месторождение тоже было на последнем издыхании и перепродано за бесценок компании «Маламут». В 2013 «Linc» внезапно объявило об открытии месторождения нефти на 200 млрд баррелей в Кубер-Педи (такая деревенька подземных хоббитов в штате Южная Австралия – кроме шуток; из-за жары дома строят как землянки).

Когда после «открытия» компания объявила, что уходит с австралийской биржи ASX на Сингапурскую, конкретным пацанам всё стало ясно, и пузырь лопнул, оставив менегеров пенсионных фондов с концом. А как же подземная газификация угля? Была! Чессна слово, была! В 2014 году правительство штата Квинсленд вынуждено было отселить более 80 фермерских семей, объявив 320 км² «временно непригодными для ведения сельского хозяйства» из-за загрязнения сероводородом и угарным газом. Подземные воды вероятно испорчены бензолом, как это получилось в 1980-х в экспериментировавшей с UCG американской Монтане. Министр охраны окружающей среды Стивен Майлс назвал всё это «крупнейшим загрязнением окружающей среды в истории штата Квинсленд»21. Бонд, Питер Бонд – бывший глава бывшей «Linc» – куда-то подевался, унеся в клювике около ста миллионов капусты.

Рядом с «Linc» в Австралии трудилась не покладая рук компания Александера Ясона Элкса «Моретон Ресорсес», она же «Пинакл Майнинг», она же «Кугар Энержи». Подземной газификацией угля занимались с размахом: были проекты и в Индии, и в Китае, и в Монголии, и в Пакистане, но ни один из них не осуществлён. А вот в австралийской деревеньке Кингарой (в том же многострадальном Квинсленде) успешно зажгли! Горело с марта по июль 2010 года. Потом в питьевой воде обнаружились бензол и толуол, местные власти проявили бдительность и скомандовали прекратить работы. «Кугар Энержи» подала на местные власти в суд, суд продолжался до сентября 2013 и в заключение истца (не описка, у каторжников всё по понятиям – зря предъявы не кидай!) признали виновным в загрязнении окружающей среды. Элкс заплатил штраф 75'000 австралийских долларов да 40'000 судебных издержек, закрыл «Кугар» и удалился в свой нормальный бизнес «MRV», где занимается классической добычей угля и металлов. Александер Элкс известен как честный бизнесмен. Вероятно, «Моретон Ресорсес» просто пала жертвой ПР-компании «Linc», торопливо проинвестировав в туфту. Поставщик «проверенной годами технологии» – зарегистрированная в Монреале компания «Ergo Exergy Technology» – существует до сих пор, хотя Элкс пока безуспешно с ней судится.

На картинке ниже представлены другие места с высокой концентрацией лохов проектов подземной газификации угля.

Кроме каменного угля, на планете Земля есть ещё природный битум, он же «битуминозные пески», он же «нефтяные пески». По традиции компания «ВР» добавляет битум к «жидкостям», хотя на поверхности это точно не жидкость. В естественной среде обитания природный битум представляет собой смесь очень тяжёлых и вязких углеводородов (5-25% по объёму) с песком. Запасы битума довольно значительны: до 100 млрд баррелей (технически извлекаемых) в Канаде и не менее 200 млрд баррелей в Венесуэле. Наверняка есть в России, немножко в КНР, ну и ещё по мелочи. Геологические запасы вообще огромны! В одной Канаде вероятно не менее 1.5 триллиона баррелей, то есть 200-220 млрд тонн. Проблема лишь в том, что очень трудно извлечь.

Технологий извлечения предложено масса, но кое-как работают пока лишь три.

Начнём, правда, с одной, которая точно не работает. Называлась она THAI (Toe-to-Heel Air Injection, буквально «Закачка воздуха от пальцев к пятке», то есть от забоя горизонтальной скважины к точке отхода от вертикали). Разжижение битума подземным сжиганием – запатентованный компанией «Петробанк» метод для извлечения тяжёлой нефти или битума. Сначала породу разогревают паром. Затем вместо пара подаётся сжатый воздух, а нефть воспламеняют. Тепло от сгорающей нефти продолжает разогревать окружающие породы до 400-500°Ц, и ещё не сгоревшая нефть стекает к добывающим скважинам. Предполагалось, что газы от сгорания помогут выталкивать нефть, и метод позволит извлечь 80-90% геологических запасов (ещё 10% – потери от сгорания). Экспериментальные работы показали, что эффект от газов незначителен, а дренаж происходит в основном под действием силы тяжести. В целом, метод оказался малоэффективен и значительно дороже альтернативного метода SAGD, о котором ниже. Производя менее 160 баррелей (около 25 тонн) синкруда в день, но с многомиллионным кредитом, «Петробанк» к 2014 году стояла на грани банкротства и была куплена компанией «Тачстоун». В 2016 специалисты «Тачстоун» плюнули на канадский битум и переключились на тайский(!) природный газ. Аббревиатура THAI помогла, наверное. Заметим, что банкротство «Петробанк» произошло ещё до обрушения спотовой цены нефти в 2015 году.

Вообще метод разжижения нефти сжиганием почти столь же древний, как ПГУ. Вот старинная картинка – тут скважины ещё вертикальные:

Кое-как работающий метод называется SAGD – Steam-Assisted Gravity Drainage. Это дренаж битума или тяжёлой нефти после разжижения паром. Примерно как в методе THAI, бурятся две параллельные горизонтальные скважины, в нагнетательную подаётся перегретый пар. Расплавленный битум или парафинистая нефть стекают в добывающую скважину. В отличие от THAI, воздух не закачивают, и нефть не поджигают, а тупо продолжают качать пар. На картинке ниже – технология с вертикальными скважинам из старинного учебника и современная конфигурация скважин. Метод работает и в Канаде, и в Венесуэле, но невероятно дорогой. Полустационарные парогенераторы обычно потребляют попутный газ – если греть воду электричеством – вылетишь в трубу. К сожалению, в битуминозных песках углеводороды, как выражаются геологи, «почти мёртвые», то есть попутного газа мало или совсем нет. Значит, к каждому парогенератору надо тащить местный газопровод и где-то искать «лишний» природный газ. В Канаде SAGD экономически эффективен, потому что лишний газ есть: и в самой Канаде, и в соседней Аляске, и в соседней Северной Дакоте. В Венесуэле пытались использовать для нагрева сам полученный битум, но выходило плохо: парогенераторы на битуме массивные и, в отличие от газовых, требуют частого обслуживания.

Геологические параметры пласта вдоль скважины – чуть разные. Вместо того, чтобы равномерно греть породу, пар быстро находит «слабую точку» и проедает «свищ» между скважинами. Ваш парогенератор начинает тупо снабжать добычную скважину кипячёной водой вместо нефти (у воды вязкость намного ниже, чем у битума). КПД системы резко падает, а добыча битума прекращается. Существует много трюков, как «свищей» избежать, но взамен приходится ещё больше ограничивать суточный дебит22.

Второй работающий метод извлечения природного битума – классика жанра. Технология битуминозных песков на реке Атабаске в Канаде мало отличается от добычи низкосортного угля. На картинках – битуминозный карьер «Шелл» в Альберте и угольный разрез «Пибоди» в Австралии. Кто где – догадайтесь сами!

 

Сначала смелые лесорубы утилизируют растительность. Затем драглайном снимается несколько десятков метров почвы и пород, в том числе торфяники. В карьер спускают самоходные лопаты. Один черпак – 60 тонн. Породу везут самосвалом на обогащение. На вынутую экскаватором тонну породы приходится от 100 до 250 кг битума, при этом затрачивается 5-15 литров дизтоплива в двигателях машин и до 50 м3 природного газа на обогатительной фабрике; на выходе, кроме битума, – около тонны жидкого шлама и около 200 кг отработанного каустического раствора. По окончании разработки тайга превращается в ядовитый лунный ландшафт, где лет пятьсот расти вообще ничего не будет. По доходности добыча битума открытым способом менее выгодна, чем разработка лигнита, однако существенно выгоднее, чем торф.

Наконец, третий работающий метод добычи природного битума: шахта! Мы уже упоминали уникальную нефтяную шахту в Яреге, где с глубины 220 метров сверхтяжёлую нефть (с консистенцией при 50Ц - как у сметаны) добывают примерно теми же методами, как каменный уголь. Коэффициент извлечения, натурально, близок к единице, но шахта – дело дорогое и медленное, да и не везде геологические условия благоприятствуют.

А пока предварительные итоги:

  • В 2012, как всегда ВНЕЗАПНО, мировая добыча угля пошла к югу.  Основной обвал случился в КНР, и сейчас к обвалу уже прикрутили объяснялку про чистоту китайского воздуха. С Парижским соглашением 2016 года падение добычи в Китае и США точно не связано, тем более что США уже и выйти успели.
  • ВНЕЗАПНО проснулся интерес к старинным и очень грязным технологиям добычи угля из низкопродуктивных пластов. Параллельно старинные "грязные" технологии угледобычи полезли в нефтянку - на месторождениях сверхтяжёлой нефти и природного битума.
  • В 2017 году ВНЕЗАПНО 'ВР' поменяла в отчёте сортность каменного угля. Низкокачественные сорта повсеместно были переписаны в высокосортные, но при этом показатель энергетического качества угля непрерывно снижается.
  • Кое-кто из западных геологов и даже некоторые китайские экономисты КАГЭБЭ намекают, что на 200 лет угля никак не хватит, а хватит (при существующих аппетитах) лет на 30-70.
  • Даже для удовлетворения существующих аппетитов мощностей не хватает.
  • Паниковать не надо, но чесать репу про реакторы-бридеры явно пора. Почему-то кроме России никто серьёзно не чешет.

Удачи.

1То есть менее 0.3 млн т нефтяного эквивалента; сравните с добычей российских нефти и газа: 554 и 546 млн toe соответственно.

2См [19] стр. 13-14.

3Во времена Хабберта лигнит и торф считались «субэкономическими сортами». Переводной коэффициент до 1960 года, в связи с преобладанием битуминозного угля в структуре добычи – 0.63 toe на тонну угля.

4USGS в 1956 г под «Россией» подразумевала «СССР». Часть запасов была позже переквалифицирована в отделившиеся союзные республики под категориями «прочая Европа» и «прочая Азия».

5Сумма округлена до 10 млрд тонн.

6Пересчёт в нефтяной эквивалент по отчёту 2008 г: 431 млрд т антрацита и битуминозного угля, 417 млрд т суббитуминозного и лигнита.

7Пересчёт в нефтяной эквивалент по отчёту 2017 г: 816 млрд т антрацита и битуминозного угля, 323 млрд т суббитуминозного и лигнита. Игры в статистику продолжаются. Так, США переквалифицировали 100 млрд т суббитуминозного угля в битуминозный (уголь «созрел» за 10 лет, так-то).

8В нацисткой Германии использовался как процесс Фишера-Тропша, так и процесс Бергиуса. Всего было построено 9 заводов по первой технологии и 12 заводов по второй, первые выпускали в год до 3 миллионов тонн дизтоплива и смазочных масел, вторые – до 18 млн тонн синтетического (в том числе авиационного) бензина. Относительно низкая доля процесса Фишера-Тропша в производстве объясняется отсутствием подходящего сырья – уголь высоких рангов требовался для паровозов. Процесс Фишера-Тропша получил незаслуженную популярность в прессе, так как после падения Германии на территории ГДР продолжало функционировать три завода, в то время как все заводы по технологии Бергиуса были разбомблены и их восстановление признали экономически нецелесообразным. Более подробно см. Anthony N. Stranges, Germany's Synthetic Fuel Industry 1927-1945, Energia, Vol 12, No 5, 2001.

9 Ксе Хипинг, Ли Хонг и Ву Ганг. Скачано с http://cornerstonemag.net/chinas-coal-industry-must-follow-the-path-of-sustainable-production-capacity/ 4 сентября 2017 г.

10Jian-Liang Wang, Jiang-Xuan Feng, Yongmei Bentley, Lian-Yong Feng, Hui Qu, A review of physical supply and EROI of fossil fuels in China, Pet. Sci. (2017) 14:806–821

11Именно Бергиуса, а не Фишера-Тропша. Во время Второй Мировой Германия добывала (в границах 1937 года) 182-191 млн тонн каменного угля и ещё 260-280 млн тонн лигнита. На момент написания этой книги каменный уголь выработан «в ноль» и добывается исключительно лигнит – по 175 млн тонн в год. С 2007 года добыча сокращалась в среднем по 1.4% за год.

12Tadeusz W.Patzek, Gregory D.Croft, A global coal production forecast with multi-Hubbert cycle analysis, Energy, vol 35, issue 8, pp 3109-3122.

13David Rutledge, Estimating long-term world coal production with logit and probit transforms, International Journal of Coal Geology 85 (2011) 23–33

Просмотров: 19 | Добавил: caminsbet1982 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0


Создать бесплатный сайт с uCoz
Copyright MyCorp © 2018