Závislost západní civilizace na fosilních palivech a jejich tenčící se zásoby před ni kladou zásadní otázky, jež někteří „alarmisté“ chápou jako fatální. V kontextu této závislosti se stále častěji skloňuje termín „frakování“ neboli hydraulické štěpení. Tato metoda těžby nerostných surovin podle jejích stoupenců umožní „slít“ větší množství ropy a zemního plynu z míst, ze kterých by se jinak těžba nevyplatila.
Co je to frakování?
Wikipedie k nepříliš známému termínu „frakování“ uvádí: „Frakování z anglického hydraulic fracturing, zkráceně fracking, je metoda vytváření puklin ve vrstvě zpevněných sedimentárních hornin pomocí stlačené tekuté směsi vody s pískem a pomocnými chemikáliemi. Písek o určité zrnitosti má udržet pukliny otevřené. Chemikálie se používají proto, aby usnadnily migraci tekutin.“
Břidlice jsou usazené horniny. Jsou uloženy v ploše spíše rovnoběžně (souběžně s povrchem) než do hloubky. Klasický vertikální vrt tedy zasahuje do břidlice jen velmi malou částí a byl by tudíž pro těžbu neučinný. U těžby plynu z břidlic je proto nutné, aby co nejdelší vrt procházel břidlicí, protože plyn se dá extrahovat jen v relativně blízkém okolí vrtu. Vytvořit samotný vrt ale nestačí, protože množství plynu uniklé z břidlic samovolně je velmi malé. Je proto nutné v hornině vytvořit velké množství malých trhlin, které plynu umožní uniknout.
Technologický postup těžby břidlicového plynu
Těžba břidlicového plynu i ostatních nekonvenčních zdrojů nutně vyžaduje využívání technologie hydraulického štěpení, bez které by těžba nebyla efektivní. Proces těžby břidlicového plynu zahrnuje několik fází:
- Příprava lokality: Ve vhodné lokalitě firma vytvoří prostor a zabezpečí jej před únikem použitých kapalin do okolí a půdy. Těžba začíná vybudováním kapacitní dopravní infrastruktury, která umožňuje těžkou nákladní dopravu. V místě vrtu je třeba připravit vrtnou základnu, která představuje zábor území o rozloze 1 až 3 hektary. V kopcovitých terénech vznikají velké antropogenní terasovité útvary. Průzkumné a následně těžební vrty mají standardně podobu průmyslového objektu sestaveného z mobilních buněk a kontejnerů účelově rozmístěných na vrtné základně, v jejímž středu dominuje minimálně jedna vrtná věž sestavená z robustní příhradové konstrukce, jejíž výška je obvykle vyšší než 50 m. Tato plocha je následně obvykle napojena na plynovod podzemním nebo povrchovým vedením. Vrtná věž i vrtná základna bývá z důvodu nepřetržitého provozu i z důvodu bezpečnosti letového provozu trvale osvícena po celou dobu provádění vrtu až do doby demontáže vrtné věže. Z důvodu minimalizace dopadů na obyvatelstvo bývají vrty umisťovány mimo současně zastavěné území do volné krajiny.
- Vrtání: Zahloubí se úvodní kolona a vyvrtá klasický svislý vrt. Pracuje se ve více fázích s postupně se zmenšujícím průměrem vrtné hlavice. Vrt se zajišťuje vsouváním ocelových trubek a cementováním. Pro dokonalé oddělení vrtu od aquiferů se v této fázi osadí do vrtu ocelová trubka, tedy technická kolona a zacementuje se. Hloubka vrtu může být 1 až 5 kilometrů a svisle se vrtá až do hloubky asi sto metrů nad břidlicovou vrstvou s plynem. Po skončení vrtání se opět vytáhne a do vrtu se zasune tenčí trubka (těžební kolona) a opět zacementuje. V blízkosti povrchu a v místech, kde se může vyskytovat podzemní voda, je vrt utěsněn sendvičem z několika ocelových trubek a vrstev cementu mezi nimi. U těžby plynu z břidlic je proto nutné, aby těžaři v blízkosti vrstvy břidlice stočili hlavu vrtáku do úhlu a vrtali horizontálně.
- Hydraulické štěpení (frakování): Při hydraulickém štěpení se do vrtu pod tlakem napumpuje velké množství vody a písku s malou příměsí různých chemických přísad. Nejdříve se trhavinou iniciuje vznik puklin v hloubce podél horizontálních vrtů. Přídavné chemikálie plní mnoho různých funkcí a jsou hlavním ekologickým problémem těžby. Hydraulické štěpení se nedělá v celé délce vodorovné části najednou, ale po sekcích (zpravidla 8 až 12). Jednotlivé části se od sebe oddělují speciálními zátkami, které se nakonec odstraní. Poté tlakem vody trhliny rozšíří a rozvětví podél přirozených zlomů a slabších míst v hornině.
- Čerpání plynu: Nakonec se osadí potřebné těžební zařízení, postaví plynovod a může se začít s čerpáním plynu.
- Likvidace kapalin a rekultivace: Kapalina použitá pro hydraulické štěpení se poté odčerpá zpět do nádrží na povrchu, podle potřeby se pročistí a znovu použije nebo se vhodným způsobem ekologicky likviduje. Z vrtné základny se postupně odstraní vrtná věž, většina dosud potřebného technického vybavení, odstraněny bývají i menší jímky na zpětný odtok frakční kapaliny z vrtu a na místě zůstává trvale zhlaví vrtu s ventily a nejnutnější zařízení pro zpracování surového plynu (rafinaci), což představuje různé množství cisteren na kondenzát a různá technická zařízení. Následně bývá cca polovina plochy vrtné základny rekultivována odstraněním zpevněného povrchu a zatravněním.
Oblasti zdrojů břidličného plynu mnohdy sousedí s konvenčními ložisky ropy a zemního plynu. Plynonosné jílovce-břidlice se nalézají obvykle v hloubkovém intervalu 2 km až 6 km pod povrchem. V hloubkách pod 5 km roste riziko snížené propustnosti pro plyn a mnohem vyšších vrtných a těžebních nákladů.
Čtěte také: Materiály pro úpravu betonu
Intenzita vrtání
Na rozdíl od těžby konvenčních zdrojů zemního plynu je kvůli malé propustnosti zdrojové horniny zapotřebí umístit v krajině velké množství vrtů tak, aby horizontální vrty v hloubce co nejvíce a v co největší hustotě pokryly celou plynonosnou vrstvu. Dosah účinnosti hydraulického štěpení je totiž obvykle okolo 50 m od vrtu. Pro efektivní využití plynových polí je při těžbě břidlicového plynu umísťováno až 6 vrtů na 1 km2. Menší počet vrtných základen je podmíněn těžbou pomocí svazkových vrtů, kdy je z jedné vrtné základny pomocí směrového vrtání provedeno až 16 jednotlivých vrtů. Při průzkumu nekonvenčních zdrojů břidlicového plynu v oblasti zhruba 1,5 km2 je třeba průměrně odvrtat 16 vertikálních vrtů, každý umístěný na speciální vrtné základně. Alternativně se provádí 6-8 horizontální vrtů (často spíše více), které jsou všechny vrtány z jedné vrtné základny, což umožňuje redukci počtu těchto základen, četnost dopravy, náklady na jejich budování atd. Těmto vrtům předchází odvrtání testovacího vrtu včetně testu hydraulického štěpení na jednu vrstvu - úsek pro nastavení parametrů štěpení (objem vtláčené vody a chemikálií), ověření tlaků, hloubek atd. Testy jsou také obvykle zahájeny testem cementace, zapažení vrtu a jeho konstrukce.
Diskuse o rizicích a dopadech frakování
A to přesto, že četní kritici, včetně ekologů a dalších specialistů, kvůli tomuto způsobu získávání ropy, břidlicového plynu nebo dehtových písků dlouhodobě upozorňují na skutečnost, že jde o velice nebezpečnou metodu jak pro životní prostředí, tak pro samotného člověka.
Vliv na životní prostředí a zdraví
- Znečištění vody: V průběhu hydraulického štěpení dochází nejen ke znečišťování pitných zdrojů, ale i k rozsáhlému ničení plodin, flóry a fauny. Zdrojem zápachu bývají také jímky či laguny na zachycení kontaminované vody, která se vrací zpět z vrtu na povrch po provedeném hydraulickém štěpení. Tyto nádrže bývají obvykle budovány poblíž vrtů. Nebezpečné průmyslové odpadní vody, které vznikají při použití technologie hydraulického štěpení ve velkých objemech řádu až desítek tisíc m3 na 1 vrt, bývají v některých případech recyklovány a využívány na dalších vrtech nebo alespoň dočasně ukládány na lagunách, které obvykle dosahují plochy 0,25 až 1 hektaru a hloubky několik metrů. Mají podobu otevřené nádrže utěsněné plastovou fólií. Někdy bývají budovány i pro čistou vodu, která bude teprve pro technologii hydraulického štěpení použita. Americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) se také věnuje studiu dopadů frakování na zdroje pitné vody ve Spojených státech. EPA nyní vyšetřuje dopady frakování na kvalitu vody a na veřejné zdraví v návaznosti na řadu stížností a soudních žalob na snížení hodnoty nemovitostí, poškození zdraví a v jednom případě smrti 17 kusů dobytka, který se napil unikající frakovací kapaliny. I v Evropě už se při frakování odehrála celá řada nehod, včetně té v německém Söhlingenu v roce 2007, kdy byly zdroje podzemní vody znečištěny benzenem a rtutí po úniku kapalin z odpadního potrubí. Ačkoli měly úřady k dispozici oficiální informace, veřejnost se o nehodě dozvěděla až v roce 2011.
- Emise metanu: Podle novinářů a výzkumníků bude při hydraulickém štěpení za dvacet let metan - plyn, který se při frakování dostává do atmosféry - 72 krát škodlivější, než je v současnosti oxid uhličitý. Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) vydala prohlášení, že těžba ropy i hydraulické štěpení představují druhé největší odvětví, které se podílí na emisi skleníkových plynů.
- Chemické látky: V procesu podpovrchového frakování za účelem uvolnění plynu se přidává do vody asi 0,5 % chemikálií podporujících průběh frakování. Jedná se především o látky snižující tření, látky zamezující korozi, látky likvidující mikroorganismy a další složky. Objem použité vody se samozřejmě mění vrt od vrtu. Tato voda pochází většinou z přírodních nádrží, řek, jezer, ale může být také používána podzemní voda, voda ze studen, recyklovaná voda z jiného průmyslového použití. Pro přípravu štěpného roztoku je třeba dodání chemických látek o objemu v řádu minimálně desítek m3 a stovky tun propanantového písku pro otevření trhlin. Po provedení hydraulického štěpení se zpět vrací 15-80 % objemu frakční vody, část chemických látek tedy zůstává trvale v podloží. Chemické složení štěpící kapaliny se určuje dle charakteru hornin na základě fyzikálních vlastností prostředí, tlaku, hloubky, teploty a vrtného zařízení atd. V USA bylo mezi lety 2005 až 2008 hlavními servisními olejářskými a plynařskými společnostmi použito více než 2500 chemických produktů, které obsahovaly 750 chemických látek a komponentů (US EPA, 2011).
- Radioaktivita: V průběhu hydraulického štěpení se na povrch mohou dostat s vrtnou kapalinou také drobné úlomky hornin, představující materiál s nízkou přirozenou radioaktivitou, způsobenou především obsahy thoria, uranu a radia. Se zemním plynem se na povrch dostává zejména izotop radonu 222. Pokud by tyto kapaliny zůstaly v odkalištích delší dobu, po odpaření a sedimentaci kalů je třeba tuto radioaktivitu průběžně monitorovat.
- Hluk a zápach: Vlastní vrtání a zejména provoz při provádění hydraulického štěpení působí značný hluk, do okolí vrtu se může šířit zápach různých uhlovodíků (nejčastěji bývá zmiňován benzen a toluen), které vznikají spalováním nafty množstvím dieselových motorů pohánějícími technologické aparatury nutné k těžbě a které mohou také unikat zejména z technologie úpravy surového plynu, odpařování kapalných příměsí, nebo díky odpouštění surového (tzv. mokrého) plynu na počátku těžby.
Kritika a podpora
Společnosti, jako jsou Exxon Mobil, Chevron Corporation, ConocoPhillips nebo Marcellus Shale Corporation, vedou za stovky milionů dolarů masivní kampaň v médiích a publikují odborné studie, ve kterých jejich autoři a mecenáši líčí ekonomické a environmentální výhody plynoucí z hydraulického štěpení s odůvodněním, že tato metoda dobývání fosilních paliv není pro životní prostředí ani člověka nebezpečná. Na internetových stránkách časopisu Forbes lze narazit na řadu textů, jejichž autoři hájí těžbu ropy, zemního plynu včetně frakování, a naopak vystupují proti ekologickým aktivistům, kteří dlouhodobě protestují například proti výstavbě kontroverzního ropovodu Keystone XL na území Kanady a Spojených států. David Blackmon, který v ropném průmyslu působí 33 let, upozorňuje, že některé informační zdroje veřejnost cíleně dezinformují, co se nebezpečí hydraulického štěpení týče, a dodává, že při frakování nedochází ke kontaminaci vody, jak tvrdí odpůrci této metody.
Známý a vlivný intelektuál Noam Chomsky na americkém zpravodajském webu Huffingtonpost naopak tvrdí, že v souvislosti s dobýváním „posledních kapek“ fosilních paliv existuje mezi americkou vládou, oběma významnými politickými stranami v USA a mezinárodním tiskem vzácná názorová shoda týkající se pozitivního pohledu na hydraulické štěpení. Díky tomu se Spojené státy údajně nacházejí „ve šťastném století nezávislosti na energiích“. Podle Chomskyho k tomu ale dochází na úkor fatálních změn klimatu a udržitelného života na modré planetě. Chomsky druhým dechem dodává, že takzvané „primitivní“ země, jako je třeba Ekvádor, naopak schvalují zákony o tom, aby fosilní paliva zůstala v zemi, kde mají své místo, protože jejich těžba je pro planetu příliš škodlivá.
Regulace a transparentnost
Těžební společnosti většinou nezveřejňují plné chemické složení frakovacích kapalin a bagatelizují rizika spojená s chemikáliemi, které využívají v procesu těžby. Říkají, že se jedná o běžné chemikálie využívané v domácích čisticích prostředcích, kosmetice a potravinách, jejichž pozření nebo vdechnutí neohrožuje zdraví. Federální zákony ve Spojených státech nenařizují firmám zveřejňovat chemické složení frakovacích kapalin. V jedenácti státech, kde to vyhlášky nebo zákony nevyžadují, nemusí firmy zveřejňovat úplné složení. Od roku 2011 zveřejnily některé firmy složení kapalin dobrovolně na stránce FracFocus, webu, který spravují státní regulátoři. Americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) nemůže na základě výjimky ze zákona o čisté a bezpečné pitné vodě regulovat vhánění frakovacích kapalin do podloží. Výjimka pro ropný a plynový průmysl umožňuje vhánět při frakování do podzemních zdrojů pitné vody nebo jejich okolí známé nebezpečné látky bez další kontroly. Tuto výjimku schválil Kongres USA při posledním čtení zákona o čisté energii v roce 2005.
Čtěte také: Postupy pro povrchovou úpravu betonu
Negativními dopady hydraulického štěpení, jak už bylo uvedeno, se detailně zabývají investigativní žurnalisté, jako jsou blogger v New York Times Andrew Revkin, který pravidelně informuje o dopadech těžby břidlicového plynu na zdraví obyčejných lidí, dále pak Tom Wilber, autor publikace Under the Surface pojednávající o těžebních aktivitách koncernu Marcellus Shale Corporation, Bryan Walsh z časopisu Time a další. Ožehavému tématu frakování se rovněž věnuje celá řada nezávislých či alternativních sdělovacích prostředků, jež nejsou napojené na ropnou lobby a mohou si dovolit kritičtější způsob práce. Přicházejí též s alternativními způsoby, jak řešit, či aspoň redukovat nezdravou závislost ekonomicky vyspělých zemí na fosilních palivech. Onu alternativu spatřují v zelených technologiích; fotovoltaice, solárně-termálních elektrárnách, větrné energii atd.
Alternativní metody a budoucnost
Některé firmy prohlašují, že spotřebu vody by mohlo snížit vylepšení technologií při použití gelů a pěn. Tyto technologie jsou nicméně stále ve fázi testů. Vedle užití vody a chemikálií je možné uvolňovat plyn jen pomocí zkapalněného plynu propanu. V tomto případě se významně snižuje zátěž na životní prostředí.
Těžba ropných břidlic v Estonsku
Estonsko je jedním z příkladů zemí, které se aktivně věnují těžbě ropy z břidlic. Zpracování ropných břidlic se zde vyrábí už od dvacátých let minulého století pod značkou Enefit. Estonsko obstarává přes 80 % energie z ropných břidlic, které jsou pro Estonsko historickým zdrojem elektřiny. Ropné břidlice obsahují organický materiál, nazývaný kerogen. Obsah kerogenu se pohybuje mezi 10% a 30%.
Technologie a inovace
Estonské firmy vyvinuly vlastní technologie na zpracování ropy z břidlic. Starší rafinerie produkují 70 tun ropy za hodinu, novější Enefit 280 dvakrát tolik. Estonci sondují půdu například v Brazílii a Jordánsku. V Brazílii a Číně už mají koupené pozemky pro výrobu ropy z břidlic. Eesti Energia plánuje v Jordánsku investovat do ropy loni v prosinci. Jejich nový závod Kohtla-Jarve má naplno pracovat příští rok. Operátoři se proto učí s rafinerií zacházet. Estonští experti se učí za pochodu. Zvyšuje se podíl přidané hodnoty při zpracování ropných břidlic, což by Estonsku umožnilo být nezávislý například ve výrobě nafty.
Environmentální aspekty v Estonsku
Dříve bylo celé východní Estonsko pokryté prachem, ale dnes se situace zlepšila. Montované elektrárny na elektrárně Eesti už jsou mnohem čistší. Pro období do roku 2016 má Eesti Energia vyjednané limity, které zavedla Evropská unie. Estonské firmy tvrdí, že budou limity splňovat. Část popela z břidlic lze také prodat jako stavební materiál, vhodný na zpevnění podmáčené půdy, nebo na neutralizaci kyselé půdy. Estonci tak plánují silnici mezi dvěma elektrárnami a budou studovat, jak se silnice bude chovat. Přes zlepšení situace stále dochází k stále většímu znečištění ovzduší, jak uvádí místní institut. V Estonsku je zajímavý kontrast mezi větrníkovým parkem, vybudovaným za pomoci evropských fondů, a kouřícími komíny elektráren v dálce.
Čtěte také: Postupy pro úpravu venkovního betonu
Ekonomické a politické aspekty
Eesti Energia hodlá investovat do ropy, když je cena ropy nad 60 dolarů za barel. Podle zástupců Eesti Energia, ruští výrobci elektřiny jsou v konkurenční výhodě, protože na ruské straně se vývoj a těžba ropných břidlic zastavily. Ruští výrobci elektřiny mají výborné propojení a nemají emisní omezení, což jim snižuje náklady na povolenky na oxid uhličitý. Estonsko je výborně propojené, ale má regulace emisí a špatné propojení, což zvyšuje náklady. Estonské elektrárny a doly zaměstnávají i ruskou menšinu. Od 1. ledna chtějí Estonci začít prodávat naftu a další výrobky s vyšší přidanou hodnotou. Estonská vláda má obecně velkou podporu politických stran ohledně těžby ropných břidlic, na rozdíl od některých organizací.
| Metoda | Popis | Výhody | Nevýhody / Rizika |
|---|---|---|---|
| Hydraulické štěpení (frakování) | Vytváření puklin ve vrstvě zpevněných sedimentárních hornin pomocí stlačené tekuté směsi vody s pískem a chemikáliemi. | Umožňuje těžbu ropy a plynu z dříve nedostupných ložisek, zvyšuje energetickou nezávislost. | Znečištění pitné vody, emise metanu, použití nebezpečných chemikálií, hluk, zápach, riziko radioaktivity. |
| Horizontální vrtání | Stočení vrtáku do úhlu a vrtání rovnoběžně s břidlicovou vrstvou pro maximalizaci dosahu. | Zvyšuje efektivitu těžby z břidlicových ložisek. | Vyžaduje složitější techniku vrtání. |
| Použití gelů a pěn | Alternativní látky místo vody při frakování pro snížení spotřeby vody. | Snížení spotřeby vody a potenciálně i ekologické zátěže. | Stále ve fázi testů. |
| Použití zkapalněného propanu | Uvolňování plynu pouze pomocí zkapalněného propanu místo vody a chemikálií. | Významné snížení zátěže na životní prostředí. | - (informace o nevýhodách nejsou uvedeny v textu) |
tags: #povrchova #tezba #bridlice #ropy