Ropa — jak ją pozyskujemy?

„NIECH powstanie światło”. W XIX stuleciu w USA pilnie poszukiwano jakiegoś nowego źródła światła, które zastąpiłoby uciążliwie migające lampy z oliwą, tranem lub innymi substancjami. Co zaczęto wykorzystywać? Ropę naftową! A gdzie ją znajdowano?

W roku 1859 w pobliżu miejscowości Titusville w stanie Pensylwania emerytowany kolejarz Edwin Drake, używając maszyny parowej ze starego parowozu, wykopał szyb o głębokości przeszło 20 metrów i dotarł do złoża ropy. Był to początek ery naftowej w USA. Surowiec ten odkrywano w wielu częściach świata, co miało ogromny wpływ na gospodarkę i politykę. Nafta okazała się znakomitym źródłem tak bardzo potrzebnego sztucznego światła.

W regionach naftowych USA zaczęto więc gorączkowo nabywać ziemię i drążyć szyby. W owym czasie często można było usłyszeć o ludziach, którzy nagle się wzbogacili, lub o takich, którzy potem stracili całe fortuny. Jak na ironię, do tej drugiej grupy należał wspomniany już Edwin Drake.

Wkrótce mimo niezwykłego ożywienia gospodarczego — a może właśnie z jego powodu — w pensylwańskim przemyśle naftowym nastąpił pierwszy kryzys. Cena ropy spadła z 20 dolarów do 10 centów za baryłkę! W wyniku nadprodukcji i spekulacji ceny się obniżyły, a niektóre złoża szybko wyczerpały. Szczególnym świadkiem tamtych czasów jest wymarłe miasto Pithole. Powstało, rozkwitło i opustoszało w ciągu mniej więcej półtora roku. Takie wzloty i upadki stały się nieodłącznym elementem historii ropy naftowej.

W roku 1870 John Davison Rockefeller wraz z kilkoma kolegami założył koncern Standard Oil Company. Przedsiębiorstwo to dominowało na rynku, dopóki nie pojawiły się konkurencyjne firmy, zwłaszcza na terenie Rosji. Jednym z rywali był Marcus Samuel, założyciel koncernu znanego dziś jako Royal Dutch/Shell Group. Poza tym dzięki pomysłowości braci Noblia zrealizowano w Rosji zakrojone na szeroką skalę przedsięwzięcie pozwalające wydobywać ropę ze złóż w Baku.

Tak wyglądały początki przedsiębiorstw naftowych. Od tamtego czasu, aby zapobiec niestabilności cen i produkcji, założono rozmaite towarzystwa i organizacje. Jedną z nich jest Organizacja Krajów Eksportujących Ropę Naftową (OPEC). Jedenaście zrzeszonych w niej państw posiada łącznie większość odkrytych złóż tego surowca (zobacz ramkę na stronie 7).

Gdzie szukać ropy i ile jej jest?

Pod koniec XIX wieku zaczęto dość powszechnie wykorzystywać energię elektryczną, a to mogło zwiastować kres przemysłu naftowego. Jednakże sytuację radykalnie zmienił inny niezwykły wynalazek — wysokoobrotowy silnik o spalaniu wewnętrznym, używany głównie w samochodach. Pojazdy silnikowe, które pod koniec lat dwudziestych ubiegłego stulecia stały się dostępne w większości krajów rozwiniętych, napędzane były benzyną — pochodną ropy. Zapotrzebowanie na ropę znacznie więc wzrosło. Ale gdzie jej szukać?

Z upływem czasu dzięki odkryciu w różnych częściach globu około 50 000 nowych złóż ropa zaczęła dominować na rynkach światowych. Jednak pod względem produkcji najważniejsza nie jest liczba pól naftowych, lecz ich wielkość. Jakie mają one rozmiary?

Największe w klasyfikacji są złoża, z których można wydobyć przynajmniej 5 miliardów baryłek. Z kolejnych co do wielkości uzyskuje się od 500 milionów do 5 miliardów baryłek. Chociaż w pewnej publikacji na temat światowych zasobów ropy (U.S. Geological Survey World Petroleum Assessment 2000) podano listę około 70 krajów posiadających rezerwy ropy, to tylko niektóre z nich mają aż tak duże pola naftowe (zobacz ramkę na stronie 7). Najwięcej olbrzymich złóż znajduje się w arabsko-irańskim basenie roponośnym, w rejonie Zatoki Perskiej.

Poszukiwania nowych złóż ropy nie ustają. Wykorzystuje się w tym celu osiągnięcia nowoczesnej techniki. Uwagę producentów ropy przykuł niedawno basen Morza Kaspijskiego, w którym leżą Azerbejdżan, Iran, Kazachstan, Rosja, Turkmenistan i Uzbekistan. Według amerykańskiej organizacji Energy Information Administration obszar ten może mieć gigantyczne zasoby ropy naftowej i gazu ziemnego. Dlatego planowane są ewentualne szlaki transportowe wiodące na przykład przez Afganistan. Dodatkowe złoża wykryto też na Bliskim Wschodzie, na Grenlandii i w niektórych częściach Afryki. Jednakże przekształcenie węglowodorów w energię czy wyprodukowanie z nich przedmiotów codziennego użytku to już zupełnie inna historia.

Wydobycie

Geolodzy i inni specjaliści poszukują miejsc, w których można by wydobywać ropę. Po dokonaniu pomiarów i pobraniu próbek robią odwierty, aby potwierdzić obecność surowca. Dawniej natrafienie na złoże nieraz kończyło się gwałtownym wytryskiem błota i ropy, co powodowało straty i groziło eksplozją. Obecnie urządzenia pomiarowe i specjalne zawory zapobiegają takim wypadkom. Poza tym dziś można wykonywać otwory głębsze, ale o mniejszej średnicy.

Ciśnienie, które wypycha ropę i gaz ziemny na powierzchnię, z czasem zaczyna spadać. Aby je utrzymać, do złoża pompuje się wodę albo różne substancje chemiczne, takie jak dwutlenek węgla, azot lub inne gazy. W zależności od regionu ropa może mieć rozmaitą gęstość. Oczywiście najbardziej pożądana jest ropa lekka, którą łatwiej pozyskiwać i rafinować.

Jak wyjaśnia Amerykański Instytut Naftowy, do nowoczesnych technik zalicza się wiercenie poziome, niemal równoległe do powierzchni ziemi, umożliwiające zmniejszenie liczby szybów naftowych. Do gwałtownego wzrostu wydobycia ropy przyczyniło się pozyskiwanie jej z dna morskiego, które zainicjowano w 1947 roku w Zatoce Meksykańskiej. Sposób wydobycia ma rzecz jasna bezpośredni wpływ na cenę produktu końcowego.b

Transport

Od roku 1863 w Pensylwanii do transportu ropy wykorzystywano drewniane rurociągi o małej średnicy. Było to tańsze i praktyczniejsze niż przewożenie 159-litrowych baryłek na wozach zaprzężonych w konie.c Obecnie rurociągi mają znacznie bardziej skomplikowaną budowę i są o wiele dłuższe. Według pewnego stowarzyszenia działającego w tej branży w samych tylko USA ropa jest transportowana przewodami o łącznej długości przeszło 300 000 kilometrów!

Dzisiejsze rurociągi, najczęściej metalowe, transportują nie tylko surową ropę do rafinerii, ale też produkty końcowe do miejsc dystrybucji. Nowoczesne zautomatyzowane systemy monitorują przepływ i ciśnienie cieczy. Poza tym wynaleziono specjalne, umieszczane w przewodach urządzenia, które wykorzystując pole magnetyczne lub ultradźwięki, kontrolują setki kilometrów przewodów. Jednak przeciętny człowiek prawdopodobnie zauważy tylko znak informujący, że w danym miejscu pod ziemią biegnie rurociąg i że nie wolno robić tam żadnych wykopów.

Chociaż ropociągi są bardzo praktyczne, nie zdają egzaminu w wypadku transportowania dużych ilości ropy na tereny zamorskie. Ale już dawno znaleziono rozwiązanie — ogromne tankowce, specjalnie skonstruowane statki o długości nawet 400 metrów. Należą do największych jednostek pływających i mieszczą milion baryłek ropy, a czasem jeszcze więcej. Niestety, choć wydają się solidne, to jak wskazują dane z ramki „Wycieki ropy naftowej”, są podatne na uszkodzenia. Poza tym sporo ropy przewozi się barkami i pociągami. Ale transport to tylko jeden etap całego procesu.

Widok niewielkiego płomienia nad wysokim kominem — pełniącym funkcję zaworu bezpieczeństwa — najprawdopodobniej oznacza, że masz przed sobą rafinerię. Ogólnie rzecz ujmując, w rafinerii surową ropę się podgrzewa i przesyła do atmosferycznych kolumn destylacyjnych, gdzie ulega rozdzieleniu na kilka frakcji. Frakcje te mają różną gęstość — najlżejsze są gazy, na przykład butan, a najcięższe to między innymi takie, z których produkuje się smary (patrz strony 8 i 9). Nadal jednak pozostaje pytanie: Czy ropa naftowa nie przynosi więcej szkody niż pożytku?

[Przypisy]

[Ramka i ilustracja na stronie 5]

BARYŁKI CZY TONY?

Pierwsze firmy naftowe z Pensylwanii przewoziły ropę w 180-litrowych beczkach do wina. Do takich baryłek wlewano tylko 159 litrów ze względu na możliwość wycieków podczas transportu. Do dziś baryłka (159 litrów) jest powszechnie przyjętą jednostką objętości ropy.

Od samego początku na kontynent europejski ropę naftową przewożono drogą morską, a jej ilość ustalano też na podstawie wagi — w tonach — co praktykuje się do dziś.

[Prawa własności]

Źródło: Amerykański Instytut Naftowy

[Ramka na stronie 6]

JAK POWSTAŁY ZŁOŻA ROPY?

Od lat siedemdziesiątych XIX wieku większość uczonych przychyla się do tak zwanej teorii organicznej. Według niej „znajdujące się w osadach szczątki organiczne z czasem się rozkładają, tworząc ropę i gaz ziemny, które później gromadzą się w szczelinach skał osadowych w zewnętrznych warstwach skorupy [ziemskiej]”. W wyniku tego procesu powstaje ropa naftowa, której głównym składnikiem są węglowodory, czyli związki węgla z wodorem. Jednak od lat siedemdziesiątych XX wieku niektórzy naukowcy kwestionują taki pogląd.

W czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences z 20 sierpnia 2002 roku opublikowano artykuł „Pochodzenie węglowodorów i ropy naftowej”. Jego autorzy argumentują, że ropa powstała „w płaszczu ziemi”, a nie na znacznie mniejszych głębokościach, jak się zazwyczaj uważa.

Fizyk Thomas Gold zaproponował kilka kontrowersyjnych teorii, a ich dokładne objaśnienie podał w książce The Deep Hot Biosphere — The Myth of Fossil Fuels (Głęboka, gorąca biosfera — mit o paliwach kopalnych). Napisał: „W USA i w większości krajów europejskich tak bardzo preferowano teorię o organicznym pochodzeniu węglowodorów, że skutecznie powstrzymało to badania nad odmiennymi hipotezami. Nie stało się tak jednak w krajach byłego Związku Radzieckiego (...), prawdopodobnie dlatego, że szanowany rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew popierał teorię nieorganiczną. Przedstawione przez niego argumenty, dzięki dostępnym dziś obszernym danym, są jeszcze bardziej przekonywające”. A co głosi teoria nieorganiczna?

Profesor Gold wyjaśnia: „Według teorii nieorganicznej węglowodory wchodziły w skład materii, z której wskutek nagromadzania się ciał stałych jakieś 4,5 miliarda lat temu powstała ziemia”. Składniki ropy naftowej miałyby więc znajdować się głęboko pod powierzchnią naszego globu od początku jego istnienia.d

[Przypis]

[Ramka i ilustracja na stronach 10, 11]

WYCIEKI ROPY NAFTOWEJ

◼ W latach 1970-2000 ze zbiornikowców wyciekło ogółem 5 322 000 ton ropy

◼ Do największego skażenia ropą naftową doszło w 1979 roku, kiedy na Morzu Karaibskim zbiornikowiec Atlantic Empress zderzył się z Aegean Captain, wskutek czego wyciekło 287 000 ton ropy

◼ Głośny wypadek statku Exxon Valdez to dopiero 34 pod względem wielkości wycieku katastrofa tankowca

◼ Chociaż większość wycieków następuje podczas załadunku, rozładunku i przechowywania ropy, do najpoważniejszego skażenia dochodzi wskutek kolizji tankowców i ich osiadania na mieliźnie

◼ Kilka większych wycieków niespowodowanych awarią tankowca:

● Wybuch na wieży wiertniczej Ixtoc I w 1979 roku w Zatoce Meksykańskiej. Wyciek: 500 milionów litrów ropy

● Wybuch na platformie wiertniczej w 1983 roku w rejonie Zatoki Perskiej. Wyciek: 300 milionów litrów ropy

● Celowe wypuszczenie ropy do Zatoki Perskiej w 1991 roku — 900 milionów litrów

[Ilustracja]

Zbiornikowiec „Erika” utonął w pobliżu francuskiego przylądka Penmarch Point 13 grudnia 1999 roku

[Prawa własności]

Źródła: International Tanker Owners Pollution Federation Limited, „Oil Spill Intelligence Report”, „The Encarta Encyclopedia”

© La Marine Nationale, Francja

[Diagram i ilustracje na stronach 8, 9]

[Patrz publikacja]

PRODUKCJA ROPY — SCHEMAT UPROSZCZONY

1 — BADANIA

SATELITA

Globalny System Lokalizacji (GPS) ułatwia prowadzenie dokładnych badań

GEOFONY

CIĘŻARÓWKI Z GENERATORAMI FAL DŹWIĘKOWYCH

HYDROFONY

STATEK Z GENERATOREM FAL DŹWIĘKOWYCH

Podczas analizy sejsmicznej bada się podziemne odbicia sztucznie wytworzonych fal dźwiękowych

2 — WYDOBYCIE

LĄDOWE WIEŻE WIERTNICZE

PLATFORMA PRZYBRZEŻNA

PLATFORMA GŁĘBOKOWODNA

Do wydobywania ropy służą lądowe wieże wiertnicze, a także platformy przybrzeżne i głębokowodne. Aby utrzymać ciśnienie ropy, czasami do złoża pompuje się wodę, gazy lub inne substancje chemiczne

[Ilustracja]

PLATFORMA GŁĘBOKOWODNA

Do instalowania urządzeń wiertniczych na dnie morza używa się zdalnie sterowanych łodzi podwodnych

[Ilustracja]

WIERCENIE POZIOME

Inżynier może na odległość nadzorować pracę maszyn, które obracają świder, oraz kontrolować czujniki wykrywające złoża

3 — TRANSPORT

RUROCIĄGI

TANKOWIEC

Ropa jest transportowana rurociągami naziemnymi, podziemnymi lub podmorskimi. Wykorzystuje się też tankowce, barki i pociągi

4 — RAFINACJA

RAFINERIA

Ropę naftową podgrzewa się, destyluje, a następnie dzieli na frakcje, które są wykorzystywane podczas produkcji artykułów codziennego użytku

WIEŻA DESTYLACYJNA

Kiedy lepką, ciemną ropę ogrzeje się w piecu, węglowodory ulatniają się w postaci gazów. Gazy te w różnych temperaturach przechodzą z powrotem w stan ciekły. W ten sposób z ropy wyodrębnia się poszczególne składniki, czyli frakcje

20°C

GAZY RAFINERYJNE

Zaliczamy do nich metan, etan, propan i butan

20-70°C

BENZYNA

Wykorzystywana jako paliwo samochodowe oraz surowiec do wyrobu tworzyw sztucznych

70-160°C

BENZYNA CIĘŻKA

Można z niej produkować tworzywa syntetyczne, paliwo samochodowe i inne środki chemiczne

160-250°C

NAFTA

Wytwarza się z niej paliwo dla odrzutowców i do pieców

250-350°C

OLEJ NAPĘDOWY

Stosowany do napędzania silników Diesla i jako paliwo do pieców

PIEC

400°C

POZOSTAŁOŚCI

Pozostałe składniki ropy przetwarza się na paliwa rafineryjne, oleje ciężkie, parafinę, smary i asfalt

REAKTOR KRAKINGOWY

Węglowodory podgrzewa się parą wodną i dodaje do nich katalizator — glinokrzemiany w postaci proszku. W wyniku tego węglowodory rozpadają się na mniejsze, bardziej użyteczne cząsteczki (proces ten zwany jest krakingiem)

Do ogrzanych parą wodną węglowodorów dodaje się sproszkowany katalizator

ETANOL

Rozpuszczalnik służący do wyrobu farb, kosmetyków, perfum, mydeł i barwników

TWORZYWA SZTUCZNE

Na przykład polistyren powstaje w wyniku polimeryzacji styrenu (połączenie benzenu z etylenem)

DODATKI DO BENZYNY

Podwyższenie liczby oktanowej zapobiega zbyt szybkiemu zapalaniu się mieszanki w silniku i zwiększa jego wydajność

[Prawa własności]

Zdjęcie: dzięki uprzejmości Phillips Petroleum Company

[Wykres na stronie 7]

[Patrz publikacja]

GŁÓWNI EKSPORTERZY ROPY NAFTOWEJ

Szacunkowa zasobność wyrażona w miliardach baryłek. Nie obejmuje źródeł nieodkrytych

▪ Kraj zrzeszony w OPEC

• Kraj posiadający co najmniej jedno olbrzymie pole naftowe

Całkowite wydobycie

◆ Rezerwy

▪ • ◆ 332,7 ARABIA SAUDYJSKA

• ◆ 216,5 STANY ZJEDNOCZONE

• ◆ 192,6 ROSJA

▪ • ◆ 135,9 IRAN

▪ • ◆ 130,6 WENEZUELA

▪ • ◆ 125,1 KUWEJT

▪ • ◆ 122,8 IRAK

▪ • ◆ 113,3 ZJEDNOCZONE EMIRATY ARABSKIE

• ◆ 70,9 MEKSYK

• ◆ 42,9 CHINY

▪ • ◆ 41,9 LIBIA

▪ ◆ 33,4 NIGERIA

◆ 21,2 KANADA

▪ ◆ 21 INDONEZJA

◆ 20,5 KAZACHSTAN

▪ • ◆ 18,3 ALGIERIA

◆ 17,6 NORWEGIA

◆ 16,9 WIELKA BRYTANIA

[Ilustracje na stronie 4]

Pierwszy szyb naftowy w USA, Titusville, Pensylwania, 1859 rok

Ropa wytryskująca z szybu naftowego w Teksasie

[Prawa własności]

Brown Brothers

[Ilustracja na stronie 5]

Dawne pole naftowe, Beaumont, Teksas

[Ilustracja na stronie 5]

Wóz konny przewożący baryłki z ropą

[Ilustracja na stronie 10]

Płonący szyb naftowy w Kuwejcie

[Prawa własności do ilustracji, strona 5]

Wszystkie zdjęcia: Brown Brothers