ไม่เป็นความลับที่ในโลกสมัยใหม่ เลือดของเศรษฐกิจโลกคือน้ำมัน ที่เรียกว่าทองคำดำ ตลอดศตวรรษที่ 20 และ 21 น้ำมันยังคงเป็นแร่ธาตุที่สำคัญที่สุดในโลกสำหรับมนุษยชาติ ในปี 2010 น้ำมันเป็นผู้นำในความสมดุลของเชื้อเพลิงและพลังงานของโลก คิดเป็น 33.6% ของการใช้พลังงานทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน น้ำมันเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ และมีการพูดคุยกันว่าไม่ช้าก็เร็วปริมาณสำรองของน้ำมันจะหมดไปเป็นเวลานานกว่าสิบปี
นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วในโลกจะมีอายุประมาณ 40 ปี และสำรองน้ำมันที่ยังไม่ได้สำรวจอีก 10-50 ปี ตัวอย่างเช่น ในรัสเซีย ณ วันที่ 1 มกราคม 2555 ตามข้อมูลที่เผยแพร่อย่างเป็นทางการ (จนถึงขณะนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับน้ำมันและก๊าซสำรองถูกจัดประเภท) ปริมาณสำรองน้ำมันสำรองประเภท A / B / C1 อยู่ที่ 17.8 พันล้าน ตันหรือ 129, 9 พันล้านบาร์เรล (ตามการคำนวณซึ่งน้ำมันอูราลส่งออกหนึ่งตันคือ 7.3 บาร์เรล) จากปริมาณการผลิตที่มีอยู่ ทรัพยากรธรรมชาติที่สำรวจเหล่านี้จะเพียงพอสำหรับประเทศของเราเป็นเวลา 35 ปี
ในเวลาเดียวกัน ในทางปฏิบัติ น้ำมันไม่ได้ถูกใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ คุณค่าหลักอยู่ในผลิตภัณฑ์ของการแปรรูป น้ำมันเป็นแหล่งเชื้อเพลิงเหลวและน้ำมัน ตลอดจนผลิตภัณฑ์ที่สำคัญจำนวนมากสำหรับอุตสาหกรรมสมัยใหม่ หากไม่มีเชื้อเพลิง เศรษฐกิจโลกจะหยุดลงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกองทัพด้วย รถยนต์และรถถังจะไม่ไปโดยไม่มีน้ำมัน เครื่องบินจะไม่ขึ้นสู่ท้องฟ้า ในเวลาเดียวกัน บางประเทศถูกลิดรอนจากแบล็กโกลด์ของตนเองในขั้นต้น เยอรมนีและญี่ปุ่นกลายเป็นตัวอย่างที่โดดเด่นของประเทศดังกล่าวในศตวรรษที่ 20 ซึ่งมีฐานทรัพยากรน้อยมาก ทำให้เกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 ซึ่งแต่ละวันต้องใช้เชื้อเพลิงมหาศาล ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เยอรมนีในระดับใหญ่ ในบางปีถึง 50% ตอบสนองความต้องการเชื้อเพลิงผ่านการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหิน ทางออกสำหรับเธอคือการใช้เชื้อเพลิงสังเคราะห์และน้ำมัน เช่นเดียวกับที่ทำในศตวรรษที่ผ่านมาในแอฟริกาใต้ที่ Sasol Limited ช่วยให้เศรษฐกิจแอฟริกาใต้ประสบความสำเร็จในการดำเนินงานภายใต้แรงกดดันจากการคว่ำบาตรระหว่างประเทศในช่วงปีของการแบ่งแยกสีผิว
เชื้อเพลิงสังเคราะห์
ในช่วงทศวรรษที่ 1920 นักวิจัยชาวเยอรมัน Franz Fischer และ Hans Tropsch ซึ่งทำงานในสถาบัน Kaiser Wilhelm ได้คิดค้นกระบวนการที่เรียกว่ากระบวนการ Fischer-Tropsch ความสำคัญพื้นฐานของมันคือการผลิตไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์และน้ำมันหล่อลื่น เช่น จากถ่านหิน ไม่น่าแปลกใจที่กระบวนการนี้ถูกคิดค้นขึ้นในประเทศที่ค่อนข้างยากจน แต่ในขณะเดียวกันก็มีเยอรมนีที่อุดมด้วยถ่านหิน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์เหลว เยอรมนีและญี่ปุ่นใช้เชื้อเพลิงทางเลือกนี้กันอย่างแพร่หลายในช่วงปีสงคราม ในประเทศเยอรมนี การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ประจำปีในปี 2487 สูงถึงประมาณ 6.5 ล้านตันหรือ 124,000 บาร์เรลต่อวัน หลังจากสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันที่ถูกจับได้ยังคงทำงานในพื้นที่นี้ต่อไป โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา พวกเขาเข้าร่วม Operation Paperclip ซึ่งทำงานให้กับสำนักเหมืองแร่
เริ่มตั้งแต่กลางทศวรรษ 1930 เทคโนโลยีการแปรสภาพเป็นแก๊สของเชื้อเพลิงควบแน่นเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีและเคมีเริ่มแพร่หลายในเยอรมนี สหรัฐอเมริกา สหภาพโซเวียต และประเทศอุตสาหกรรมอื่น ๆ ของโลก ส่วนใหญ่เพื่อการสังเคราะห์สารประกอบทางเคมีต่างๆ รวมถึงน้ำมันเทียม และเชื้อเพลิงเหลว ในปี 1935 มีการผลิตน้ำมันเบนซินสังเคราะห์ 835,000 ตันและ 150,000 ตันในเยอรมนีและอังกฤษจากถ่านหิน อากาศและน้ำตามลำดับ และในปี พ.ศ. 2479 อดอล์ฟฮิตเลอร์ได้เปิดตัวโครงการของรัฐใหม่ในเยอรมนีซึ่งจัดทำขึ้นเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์และน้ำมัน
ในปีหน้า Franz Fischer ร่วมกับ Helmut Pichler (Hans Tropsch ออกจากเยอรมนีไปยังสหรัฐอเมริกาในปี 1931 ซึ่งเขาเสียชีวิตในอีกสี่ปีต่อมา) สามารถพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนที่ความดันปานกลางได้ ในกระบวนการของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโดยอาศัยสารประกอบเหล็ก ความดันประมาณ 10 บรรยากาศและอุณหภูมิสูง การทดลองของพวกเขามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานในเยอรมนีในการผลิตสารเคมีจำนวนมากของไฮโดรคาร์บอน จากการดำเนินการตามกระบวนการนี้ทำให้ได้พาราฟินและน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูงเป็นผลิตภัณฑ์หลัก เมื่อวันที่ 13 สิงหาคม พ.ศ. 2481 มีการประชุมที่ Karinhalle ซึ่งเป็นพื้นที่ล่าสัตว์ของรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการบิน Reich Hermann Goering ซึ่งเป็นโครงการพัฒนาการผลิตเชื้อเพลิงซึ่งได้รับสัญลักษณ์ "Karinhalleplan" การเลือกที่อยู่อาศัยของเกอริงและการลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นผู้จัดการโครงการนั้นไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เนื่องจากกองทัพที่นำโดยเขาใช้เชื้อเพลิงอย่างน้อยหนึ่งในสามที่ผลิตในเยอรมนี เหนือสิ่งอื่นใด แผนนี้มีไว้เพื่อการพัฒนาที่สำคัญในการผลิตเชื้อเพลิงเครื่องยนต์สังเคราะห์และน้ำมันหล่อลื่น
ในปีพ.ศ. 2482 กระบวนการ Fischer-Tropsch ได้เปิดตัวใน Reich ในระดับการค้าที่เกี่ยวข้องกับถ่านหินสีน้ำตาลซึ่งมีแหล่งสะสมที่อุดมสมบูรณ์โดยเฉพาะในตอนกลางของประเทศ เมื่อต้นปี พ.ศ. 2484 การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ทั้งหมดในนาซีเยอรมนีตามทันการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและเกินจำนวนดังกล่าว นอกจากเชื้อเพลิงสังเคราะห์ในอาณาจักรไรช์แล้ว กรดไขมัน พาราฟิน และไขมันเทียม ซึ่งรวมถึงไขมันที่บริโภคได้ ยังถูกสังเคราะห์จากก๊าซที่ให้กำเนิดอีกด้วย ดังนั้น จากเชื้อเพลิงควบแน่นธรรมดา 1 ตันตามวิธี Fischer-Tropsch จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับเมทานอล 0.67 ตันและแอมโมเนีย 0.71 ตัน หรือแอลกอฮอล์และอัลดีไฮด์ 1.14 ตัน รวมถึงไขมันแอลกอฮอล์ที่สูงขึ้น (HFA) หรือ 0.26 ตัน ของไฮโดรคาร์บอนเหลว
เมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง มากกว่าครึ่งปีนับจากฤดูใบไม้ร่วงปี 1944 เมื่อกองทัพของกองทัพแดงเข้ายึดครองทุ่งน้ำมันของ Ploiesti (โรมาเนีย) ซึ่งเป็นแหล่งวัตถุดิบธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการผลิตเชื้อเพลิง ซึ่ง ถูกควบคุมโดยฮิตเลอร์ และจนถึงเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2488 การทำงานของเชื้อเพลิงยานยนต์ในระบบเศรษฐกิจของเยอรมนีและกองทัพได้ดำเนินการเชื้อเพลิงเหลวเทียมและก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราสามารถพูดได้ว่าเยอรมนีของฮิตเลอร์เป็นอาณาจักรที่สร้างขึ้นจากวัตถุดิบที่มีคาร์บอนเป็นของแข็ง (โดยพื้นฐานคือถ่านหินและไม้ธรรมดาในระดับที่น้อยกว่า) น้ำและอากาศ กรดไนตริกเสริมสมรรถนะ 100% ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตระเบิดทางทหารทั้งหมด 99% ของยางและเมทานอลและร้อยละ 85 ของเชื้อเพลิงยานยนต์ถูกสังเคราะห์ในเยอรมนีจากวัตถุดิบเหล่านี้
โรงงานแปรสภาพเป็นแก๊สและไฮโดรจิเนชันของถ่านหินเป็นกระดูกสันหลังของเศรษฐกิจเยอรมันในช่วงทศวรรษที่ 1940 เหนือสิ่งอื่นใด เชื้อเพลิงสังเคราะห์สำหรับเครื่องบิน ซึ่งผลิตตามวิธี Fischer-Tropsch ครอบคลุมถึง 84.5% ของความต้องการทั้งหมดของกองทัพบกในช่วงปีสงคราม ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองในนาซีเยอรมนี วิธีการสังเคราะห์เชื้อเพลิงดีเซลนี้ใช้ในโรงงานแปดแห่ง ซึ่งผลิตน้ำมันดีเซลได้ประมาณ 600,000 ตันต่อปี นอกจากนี้ โครงการนี้ได้รับทุนจากรัฐอย่างเต็มที่ชาวเยอรมันสร้างโรงงานที่คล้ายกันในประเทศที่พวกเขาครอบครอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโปแลนด์ (เอาชวิทซ์) ซึ่งยังคงทำงานต่อไปจนถึงช่วงทศวรรษ 1950 หลังจากสิ้นสุดสงคราม โรงงานเหล่านี้ทั้งหมดในเยอรมนีถูกปิด และบางส่วนพร้อมกับเทคโนโลยี ถูกนำออกนอกประเทศด้วยค่าใช้จ่ายในการชดใช้ค่าเสียหายจากสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา
น้ำมันจากชั้นหิน
แหล่งที่สองสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงนอกเหนือจากถ่านหินคือน้ำมันจากชั้นหินซึ่งเป็นหัวข้อที่ไม่ได้ออกจากหน้าหนังสือพิมพ์โลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในโลกสมัยใหม่ แนวโน้มที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่สังเกตได้ในอุตสาหกรรมน้ำมันคือการผลิตน้ำมันเบาและน้ำมันความหนาแน่นปานกลางที่ลดลง การลดลงของปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วบนโลกใบนี้ทำให้บริษัทน้ำมันต้องทำงานร่วมกับแหล่งไฮโดรคาร์บอนทางเลือกและค้นหาแหล่งเหล่านี้ หนึ่งในแหล่งที่มาเหล่านี้ร่วมกับน้ำมันหนักและน้ำมันดินธรรมชาติคือหินน้ำมัน ปริมาณสำรองของชั้นหินน้ำมันบนโลกมีมากกว่าปริมาณสำรองน้ำมันตามลำดับความสำคัญ ปริมาณสำรองหลักของพวกเขากระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา - ประมาณ 450 ล้านล้านตัน (น้ำมันจากชั้นหิน 24.7 ล้านล้านตัน) มีทุนสำรองที่สำคัญในจีนและบราซิล รัสเซียยังมีทุนสำรองมากมายซึ่งมีประมาณ 7% ของทุนสำรองของโลก ในสหรัฐอเมริกา การผลิตน้ำมันจากชั้นหินเริ่มในช่วงปลายทศวรรษ 1940 และต้นทศวรรษ 1950 โดยใช้วิธีการขุด ส่วนใหญ่ การสกัดเป็นการทดลองและดำเนินการในระดับที่น้อย
วันนี้ในโลกมีสองวิธีหลักในการรับวัตถุดิบที่ต้องการจากหินน้ำมัน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการสกัดหินจากชั้นหินด้วยวิธีเปิดหรือเหมือง ตามด้วยการประมวลผลในเครื่องปฏิกรณ์ติดตั้งพิเศษ ซึ่งหินดินดานอยู่ภายใต้ไพโรไลซิสโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ ในระหว่างการดำเนินการเหล่านี้ หินดินดานได้มาจากหิน วิธีนี้พยายามพัฒนาอย่างแข็งขันในสหภาพโซเวียต โครงการที่คล้ายกันนี้เป็นที่รู้จักสำหรับการสกัดหินดินดานที่แหล่ง Irati ในบราซิลและในจังหวัด Fushun ของจีน โดยทั่วไปทั้งในยุค 40 ของศตวรรษที่ XX และตอนนี้วิธีการสกัดหินดินดานด้วยการประมวลผลที่ตามมายังคงเป็นวิธีการที่ค่อนข้างแพงและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายยังคงสูง ในปี 2548 ราคาน้ำมันหนึ่งบาร์เรลมีราคาอยู่ที่ 75- 90 ดอลลาร์ที่ผลผลิต
วิธีที่สองในการสกัดน้ำมันจากชั้นหินเกี่ยวข้องกับการสกัดโดยตรงจากอ่างเก็บน้ำ เป็นวิธีการที่พัฒนาขึ้นในสหรัฐอเมริกาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาและทำให้สามารถพูดคุยเกี่ยวกับ "การปฏิวัติจากชั้นหิน" ในการผลิตน้ำมันได้ วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเจาะหลุมแนวนอนตามด้วยการแตกหักแบบไฮดรอลิกหลายครั้ง ในกรณีนี้มักจำเป็นต้องดำเนินการให้ความร้อนทางเคมีหรือความร้อนของชั้นหิน เห็นได้ชัดว่าวิธีการขุดดังกล่าวซับซ้อนกว่ามาก และมีราคาแพงกว่าวิธีการขุดแบบเดิม โดยไม่คำนึงถึงเทคโนโลยีที่ใช้และความก้าวหน้าในสาขาวิทยาศาสตร์ จนถึงตอนนี้ ต้นทุนของน้ำมันจากชั้นหินสูงกว่าน้ำมันทั่วไปอย่างมาก ตามการประมาณการของบริษัทผู้ผลิตน้ำมันเอง การผลิตยังคงทำกำไรได้ด้วยราคาน้ำมันขั้นต่ำในตลาดโลกที่สูงกว่า 50-60 เหรียญสหรัฐต่อบาร์เรล นอกจากนี้ ทั้งสองวิธียังมีข้อเสียที่สำคัญบางประการ
ตัวอย่างเช่น วิธีแรกกับการทำเหมืองหินดินดานแบบเปิดโล่งหรือเหมืองหินและการประมวลผลที่ตามมานั้นมีข้อ จำกัด อย่างมากจากความจำเป็นในการใช้คาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก - CO2 ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการสกัดหินน้ำมันจากชั้นหิน ในที่สุด ปัญหาการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ยังไม่ได้รับการแก้ไข และการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศโลกก็เต็มไปด้วยปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง ในเวลาเดียวกัน เมื่อสกัดน้ำมันจากชั้นหินโดยตรงจากอ่างเก็บน้ำ ปัญหาอื่นก็เกิดขึ้น นี่เป็นอัตราที่ลดลงในระดับสูงของอัตราการไหลของบ่อน้ำที่นำไปใช้งาน ในระยะเริ่มต้นของการทำงาน หลุมเนื่องจากการแตกหักของไฮดรอลิกและการฉีดแนวนอนหลายครั้ง มีลักษณะเฉพาะด้วยอัตราการผลิตที่สูงมากอย่างไรก็ตาม หลังจากทำงานประมาณ 400 วัน ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่สกัดได้ลดลงอย่างรวดเร็ว (มากถึง 80%) เพื่อชดเชยการลดลงอย่างรวดเร็วและปรับระดับโปรไฟล์การผลิตอย่างใดหลุมในทุ่งหินดินดานจะต้องดำเนินการเป็นขั้นตอน
ในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การขุดเจาะแนวนอนและการแตกร้าวด้วยไฮดรอลิก ทำให้สหรัฐฯ เพิ่มการผลิตน้ำมันได้มากกว่า 60% ตั้งแต่ปี 2010 ทำให้มีปริมาณการผลิตอยู่ที่ 9 ล้านบาร์เรลต่อวัน ปัจจุบัน หนึ่งในตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดของการใช้เทคโนโลยีการผลิตน้ำมันจากชั้นหินคือแหล่ง Bakken ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐนอร์ทดาโคตาและรัฐเซาท์ดาโคตา การพัฒนาแหล่งน้ำมันจากชั้นหินโดยเฉพาะนี้ทำให้เกิดความอิ่มเอมใจในตลาดอเมริกาเหนือ เมื่อ 5 ปีที่แล้ว การผลิตน้ำมันในทุ่งนี้ไม่เกิน 60,000 บาร์เรลต่อวัน และตอนนี้ก็ 500,000 บาร์เรลแล้ว เมื่อทำการสำรวจทางธรณีวิทยาที่นี่ ปริมาณสำรองน้ำมันในแหล่งน้ำมันเพิ่มขึ้นจาก 150 ล้านเป็น 11 พันล้านบาร์เรล นอกจากแหล่งน้ำมันนี้แล้ว การผลิตน้ำมันจากชั้นหินในสหรัฐอเมริกายังดำเนินการที่ Bone Springs ในนิวเม็กซิโก, Eagle Ford ในเท็กซัส และ Three Forks ใน North Dakota