Břidlicový plyn nabývá v posledních letech na významu a obrovský boom zažívá především v USA, kde se stal v posledních 10 letech nejrychleji rostoucí těžařskou aktivitou. Zvýšení produkce plynu a ropy, především díky těžbě z břidlic, způsobilo rapidní pokles cen obou komodit a významně podpořilo růst amerického hospodářství. Ve světovém měřítku znamená pokles cen energetických nositelů pro americké společnosti významnou konkurenční výhodu. Evropa ovšem zaostává, což je z velké části dáno komplikovaností těžby a environmentálními riziky s ní spojenými.
Co je břidlicový plyn a jak se těží?
Břidlicový plyn je klasický zemní plyn. Název „břidlicový“ je odvozen od způsobu těžby, neboť plyn je vázaný na břidlice (jílovce), které se řadí mezi nekonvenční ložiska. Nekonvenční typy ložisek se oproti konvenčním vyznačují nízkým množstvím plynu (resp. ropy) v poměru k hornině, plyn je rozptýlen po velké ploše nepropustného podloží. Získávání břidlicového plynu tedy na rozdíl od konvenčních ložisek vyžaduje speciální technologii - hydraulické štěpení neboli frakování.
Při klasickém frakování se voda s pomocnými chemikáliemi vtlačuje kolmo pod místo vrtu a je možné jej provádět až do hloubky 5 km. V USA se provádí tzv. nekonvenční frakování v hloubkách do 3 km, kdy se voda pumpuje i do horizontálních chodeb. Tímto způsobem je možné získat více plynu. V průměru se v průběhu prvního roku vrty vyčerpají z 60 % a za dva roky obsahují okolo 20 % původního množství plynu.
Technologie hydraulického štěpení (frakování)
Po objevení ložiska, kde se nachází břidlicový plyn, k čemuž dochází nejčastěji mikroseismickým průzkumem s využitím měření sonické odezvy drobných řízených otřesů, se v místě provede vertikální vrt do hloubky dvou, tří, ale i pěti kilometrů až do tuhého kompaktního podloží. Na něj naváže horizontální vrt v délce dalšího kilometru či dvou. Vrt se následně osadí potrubím, kdy horizontální je perforované.
Do takto připraveného vedení se poté pod vysokým tlakem pumpuje voda s celou škálou chemikálií, která břidličné podloží dále rozruší bezpočtem prasklin, z nichž se uvolní dosud vázaný plyn. Ten, který samovolně uniká, se zachytává při ústí vrtu, další se získává při zpětném čerpání tlakové vody z potrubí. Potom vrtnou a štěpicí soustavu nahradí těžební aparatura, kdy zůstane v podstatě záhlaví vrtu s ventily doplněné zařízením na zachytávání a nutné prvotní zpracování surového plynu.
Čtěte také: tradiční česká břidlice
Hydraulické štěpení se uskutečňuje po částech, odděleně v jednotlivých sekcích horizontálního vrtu. Na jeden vrt je při tom potřeba 10 až 20 milionů litrů vody, může se použít ta z přírodních vodních ploch a toků, ale i pozemní, studniční, případně recyklovaná již průmyslově využitá. Samotná štěpicí kapalina tvořená z 95 až 98 procent vodou obsahuje přibližně půl procentního bodu chemických látek včetně kyselin a pesticidů. Ty mají snižovat tření, zamezují korozi, likvidují mikroorganismy, působí jako lubrikanty, napomáhají chlazení vrtné hlavice a slouží i pro kontrolu tlaku ve vrtu a celkově jde o desítky kubických metrů různých aditiv.
Objem kapaliny odčerpané zpět po vytvoření prasklin v břidlicích se podle charakteru vrtu a ložiska pohybuje v širokém rozpětí 15-80 procent původního množství, nicméně část použitých chemických látek vždy zůstane v podloží. Vyčerpaná odpadní voda tak obsahuje nejen písek a původní chemikálie usnadňující štěpení, ale i ropné látky a těžké kovy získané v hlubinném prostředí a může být i radioaktivní. Přečerpává se do odkališť k budoucímu postupnému transportu do čističek k recyklaci.
Historie a rozmach těžby z břidlic v USA
Historie břidlicového plynu je spojena především se Spojenými státy a sahá až do roku 1821, kdy byla v Apalačském pohoří zahájena první těžba. Těžbu v průmyslovém měřítku odstartovala v 70. letech 20. století klesající produkce z konvenčních ložisek v důsledku jejich značné vyčerpanosti, která donutila americkou vládu k investicím do výzkumu nových technologií a možností získávání plynu z méně propustných hornin.
Vysoké ceny plynu společně s dokonalejšími metodami výzkumu znamenaly vysokou rentabilitu těžby plynu z břidlic. Od roku 1998 je břidlicový plyn v USA nejrychleji rostoucím zdrojem a tento fakt nastartoval vyhledávání ložisek v řadě dalších zemí. Především rozvoj technologií horizontálního vrtání a hydraulické těžby za použití chemických přísad společně s vyjmutím hydraulické těžby ze zákona o bezpečnosti pitné vody v roce 2005 znamenal další rozmach odvětví.
První těžba byla zahájena již před několika desítkami let v břidličných horninách v oblasti Bossier v 70. letech minulého století a v břidličných horninách v oblasti Antrim v 90. letech minulého století. K rychlému rozvoji oblastí těžby břidličného plynu však došlo především okolo roku 2005 díky rozvoji oblasti Barnett v Texasu. Za pět let zde bylo provedeno téměř 15 000 vrtů. Vedlejším účinkem tohoto hospodářského úspěchu je selekce malých společností, jako Chesapeake, XTO a dalších, které prováděly vrty. Tyto společnosti se v období boomu rozrostly na multimiliardové společnosti přitahující pozornost velkých korporací, jako jsou ExxonMobil nebo BHP Billiton.
Čtěte také: Přehled těžebního průmyslu v ČR
Klíčová ložiska břidlicového plynu v USA
Několik ložisek hrálo klíčovou roli v rozvoji těžby břidlicového plynu v USA:
- Barnett Shale: Nachází se ve Fort Worth Basin v severo-centrálním Texasu. Lokalizováno je v hloubce od 1 980 do 2 590 m, shora je ohraničeno převládajícími vápencovými formacemi. Rozkládá se na ploše cca 8000 km2 s průměrnými mocnostmi břidlic mezi 30-180 m.
- Fayetteville Shale: Ložisko v Arkoma Basin v severním Arkansasu a východní Oklahomě v hloubce od 304 do 2 133 m. Průzkum byl zahájen kolem roku 2000 na základě úspěšného průzkumu v Barnett Shale. Rozloha Fayetteville je zhruba dvojnásobná v porovnání s Barnett Shale s 14 400 km2, průměrná mocnost plynonosných vrstev je mezi 9-60 m.
- Haynesville Shale: Situováno v severní Louisianě a části východního Texasu v hloubkách mezi 3 200 až 4 100 m. Rozkládá se na rozloze zhruba 14 400 km2 s průměrnými mocnostmi produktivních vrstev mezi 60-90 m. Toto ložisko zažívá v současné době největší expanzi.
- Marcellus Shale: Produktivní horizont se nachází v hloubkách mezi 1 200 až 2 590 m. Těžba byla zahájena v roce 2005. Marcellus Shale má průměrné mocnosti produktivních vrstev mezi 15-60 m.
- Woodford Shale: Nachází se v Oklahomě v hloubkách kolem 1 820 až 3 350 m. Těžba byla zahájena v letech 2003 a 2004 vertikálními vrty. Rozkládá se na rozloze zhruba 17 600 km2 s průměrnými mocnostmi produktivních vrstev mezi 36-67 m. Předpokládá se objem vytěžitelných zásob 320 miliard m3.
- Antrim Shale: Nachází se ve svrchní části Michiganského poloostrova v Michigan Basin v hloubkách kolem 180-670 m. Rozkládá se na ploše zhruba 19 200 km2 s malými průměrnými mocnostmi produktivních vrstev.
- New Albany Shale: Nachází se v jihovýchodní části státu Illinois, severozápadní části státu Indiana a severozápadním Kentucky v Illinois Basin, v hloubkách kolem 150-600 m. Rozkládá se na celkové ploše zhruba 69 600 km2, avšak s průměrnými malými mocnostmi produktivních vrstev mezi 15-30 m. Předpokládají se vytěžitelné zásoby na zhruba 540 miliard m3 plynu.
Dopady těžby z břidlic na americké hospodářství
Díky těžbě břidličného plynu jsou v USA třetinové ceny a pětinové oproti Japonsku. Průmysl v USA prochází renesancí, a to nejen petrochemie, ale i spotřebitelský průmysl a těžký průmysl, který potřebuje nižší ceny elektřiny. USA nebudou muset díky těžbě z břidlic dovážet tolik ropy jako nyní a zřejmě se stanou čistým vývozcem plynu. Již několikátým rokem předstihují USA Rusko v těžbě zemního plynu.
Edward Chow, americký energetický expert, komentoval v reportáži na ČT24 vliv těžby břidlicového plynu na ceny energií v USA. "Před 10 lety bych tomu nevěřil. Měli jsme dojem, že energetické zdroje v USA jsou již vytěženy, ale s těžbou z břidlic přišla skutečná globální energetická revoluce, ve které Evropa zatím zaostává."
Edward Chow také poznamenal, že se někdy mylně uvádí téma těžba břidlicového plynu, ale z břidlic se těží ropa i zemní plyn. "Když se podíváte 5-10 let do budoucna, USA nebudou muset díky těžbě z břidlic dovážet tolik ropy jako nyní a zřejmě se stanou čistým vývozcem plynu."
Mezinárodní agentura pro energii (IEA) odhadla, že Spojené státy mohou díky mohutnému rozvoji zásob břidlicového plynu do pěti let definitivně předstihnout v těžbě zemního plynu Rusko a stát se jeho největším světovým producentem. Podle agentury bude levný plyn vytěsňovat z americké energetiky uhlí a snižovat závislost USA na dovozu drahé ropy. Americké průmyslové firmy díky němu budou moci získat převahu nad svými evropskými konkurenty.
Čtěte také: Poznejte význam stavebního kamene pro budoucnost výstavby
| Komodita | USA (orientační cena) | Evropa (orientační cena) | Japonsko (orientační cena) |
|---|---|---|---|
| Zemní plyn | 1-2 dolary za jednotku | 3x až 4x vyšší než v USA | 5x vyšší než v USA |
| Ropa | Historická maxima, očekávaný pokles za 5 let | (ovlivněno globálním trhem) | (ovlivněno globálním trhem) |
| Zdroj: Různé expertní odhady a reportáže (např. ČT24) | |||
Další ekonomické dopady
Aktuální energetická krize, která v posledních měsících způsobila prudký nárůst cen energetických komodit na globálních trzích, je silným impulsem pro těžaře fosilních paliv. Energy Information Administration (EIA) měla v únoru vzrůst těžba ropy o zhruba 77 tisíc barelů denně (bpd), a dosáhnout tak nového rekordu o hodnotě 9,38 milionů bpd. Růst bude podle agentury nicméně nejnižší za poslední více než rok, jelikož jej brzdí nižší produktivita jednotlivých vrtů a inflace, která má negativní vliv na objem finančních prostředků, které mohou těžaři soustředit na rozvoj těžby.
EIA dle agentury Reuters očekává, že v únoru by měly růst táhnout ze zhruba 40 % ložiska v oblasti Permské pánve ve státech Texas a Nové Mexiko, které jsou hlavní oblastí výskytu hlavních břidlicových formací v USA. Těžba v tomto regionu by tak v únoru měla vzrůst na rekordních 5,6 milionů bpd.
Kromě těžby ropy by v únoru měla ve Spojených státech rovněž růst i těžba zemního plynu. Podle predikcí EIA by celkově měla těžba břidlicového plynu v hlavních oblastech těžby stoupnout o zhruba půl miliardy stop krychlových denně (bcf/d) na rekordních 96,7 bcf/d, což odpovídá přibližně 2,7 miliardám metrů krychlových plynu denně.
V Evropě, která je hustěji osídlená než Spojené státy, komerční těžba břidlicového plynu v podstatě neprobíhá. V zemích jako Francie nebo Německo těžbu dokonce zakazuje zákon. S ohledem na snahu nahradit dodávky ruského plynu dražším dovozem zkapalněného plynu LNG už začátkem loňského roku německý ministr financí Christian Lindner navrhl zrušení tohoto zákona. Kancléř Olaf Scholz i ministr hospodářství Robert Habeck ale tuto možnost nepřipustili.
Environmentální rizika a společenský odpor
Dopady těžby na životní prostředí jsou předmětem mnoha diskuzí a sporů a jsou důvodem, proč nedošlo k většímu rozšíření produkce v Evropě. Mezi nejzávažnější problémy, které doprovázejí získávání břidlicového plynu, patří riziko vyvolání zemětřesení, kontaminace podzemních vod, vysoká spotřeba vody a vliv na kvalitu ovzduší a změnu klimatu. To je důvodem, proč v mnoha zemích Evropy bylo na hydraulické frakování uvaleno moratorium.
V mezidobí se občané a regionální politici stále více seznamovali s vedlejšími účinky na životní prostředí. Nejdůrazněji se diskutovalo o oblasti těžby Marcellus, neboť tato oblast pokrývá velké části státu New York. Vypadá to, že rozvoj této oblasti je v rozporu s ochranou území s chráněnými vodními zdroji města New York.
Podle odborníků stoupá riziko znečištění podzemních vod. Vyčerpaná odpadní voda obsahuje nejen písek a původní chemikálie usnadňující štěpení, ale i ropné látky a těžké kovy získané v hlubinném prostředí a může být i radioaktivní. Fragmentované podloží po odtěžení břidlicového plynu zůstane už navždy nestabilní a v seismicky aktivních oblastech může být náchylné k zemětřesením.
Břidlicový plyn v Evropě: Výzvy a potenciál
Oproti USA je vývoj v Evropě opožděn o několik desetiletí. Do konce roku 2012 bylo v Evropě uskutečněno přes tři desítky průzkumných vrtů, z čehož dvě třetiny spadaly do Polska. Předpokládá se, že téměř polovina nekonvenčních zdrojů plynu v Evropě je právě ve formě břidlic. Zdroje nekonvenčního plynu se nacházejí zejména v Rakousku, Bulharsku, Dánsku, Francii, Německu, Nizozemsku, Polsku, Rumunsku, Švédsku a ve Velké Británii.
Díky informacím z USA ovšem velmi rychle narůstá odpor veřejnosti. Národní shromáždění ve Francii například zavedlo moratorium na vrty a zakázalo hydraulickou těžbu. Licence na průzkum těžby vydala francouzská vláda v březnu 2011, ale po masivních protestech byl průzkum pozastaven. Senát schválil zákaz frakování v červnu 2011. Frakování je ale stále dovoleno pro vědecké účely a nejasnosti v novém zákoně vzbuzují pochybnosti, zda průzkum, pokud se nazve jinak než frakování, přece jen není možný. Francouzská vláda také zřídila komisi pro posouzení environmentálních rizik frakování.
V Německu započal průzkum v roce 2008, kdy společnost ExxonMobil uskutečnila šest vrtů v Dolním Sasku a Severním Porýní-Vestfálsku a v letech 2010 - 2015 plánovala investice ve výši jedné miliardy dolarů. I zde ovšem kvůli protestům došlo v březnu 2011 k uvalení moratoria na průzkumné vrty. V dubnu 2012 si německé ministerstvo životního prostředí nechalo vypracovat studii, která doporučila zákaz frakování v blízkosti minerálních pramenů a zdrojů pitné vody a provádět vyhodnocení environmentálních vlivů před zahájením nových průzkumných vrtů. V roce 2014 byl podán návrh zákona, jež do roku 2021 zakazuje těžbu pomocí hydraulického frakování z hloubky menší než 3000 metrů. Podle německých je zákon nedostačující a zákaz by měl platit absolutně, naopak proti zákazu stojí argument ohrožení německé energetické nezávislosti.
V České republice by údajné množství břidlicového plynu pokrylo pouze okolo 3 % spotřeby, což při zhodnocení rizik znamená, že je v současnosti stejně jako ve Francii uvaleno moratorium na průzkum i těžbu.
Opačný přístup než výše zmíněné země zvolilo Polsko, jež se snaží břidlicovým plynem vymanit ze závislosti na Rusku. V roce 2014 premiér Donald Tusk avizoval schválení zákonů, které by měly nalákat investory k těžbě. Po společnostech ExxonMobil, Total a Marathon Oil ovšem ukončil začátkem tohoto roku průzkum polských ložisek i americký těžební koncern Chevron Corporation. Nebyly naplněny původní odhady množství zásob plynu a geologické podmínky případné těžby se ukázaly jako velmi složité.
Proč je těžba břidlicového plynu v USA tak úspěšná a v Evropě se jí nedaří?
Především je nutno poznamenat, že metoda frakování je vhodná pro krajiny s velmi nízkou hustotou osídlení, kde je mnohem snazší provedení případné sanace havárií či kontaminace podzemních vod. V Evropě se také hovoří o podstatně vyšších hloubkách odhadovaných ložisek. Evropa má větší hustotu osídlení a je těžší získat tu pro těžbu podporu. Těžbu formou hydraulického štěpení některé země již i zakázaly, např. Francie.
Důležité je také, že v Evropě suroviny pod zemí nevlastní majitel pozemku, nejsou zda malé a střední těžařské firmy a nelze zde snadno pronajmout těžební zařízení. Evropští politici nevěnují tématu dostatečnou pozornost. Edward Chow k tomu dodává: "Možná budeme moudřejší za 3-5 let. Evropští lídři řeší konkurenceschopnost průmyslu, ale této cestě nevěnují dostatečnou pozornost. Podnikatelé se bojí o svou konkurenceschopnost, a to i díky evropské energetické politice."
Více než evropští politici si to uvědomují v Číně, Austrálii i jinde, kde pravděpodobně začnou těžit dříve než v Evropě. Spojené státy byly před rozmachem těžby z břidlic největším světovým dovozcem plynu, během pouhých několika let se ale staly v zásadě soběstačnými a američtí producenti připravují jeho vývoz.
Čína, Spojené státy a Kanada už několik let experimentují s původně ruskou metodou frakování na bázi plazmatické pulzní technologie. Využívá vysokoenergetický plazmový oblouk, který krátkodobě generuje energii ve formě tepelných a akustických vln, takže nepotřebuje štěpicí kapalinu s jejími škodlivými přísadami. Zkouší se zatím na stovkách menších vrtů a vykazuje slibné výsledky. Pokud se osvědčí, mohla by být řešením i pro Evropu, která má rozsáhlá ložiska v Polsku, Litvě, Bulharsku a Rumunsku.
tags: #energetika #těžba #z #břidlic #USA #přehled