Gaz łupkowy. Jusińska Dominika Kotowicz Michał Swoczyna Bernard. Studenckie Koło Naukowe Energetyki Niekonwencjonalnej

Transkrypt

1 Gaz łupkowy Jusińska Dominika Kotowicz Michał Swoczyna Bernard Studenckie Koło Naukowe Energetyki Niekonwencjonalnej Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska Warszawa 2013

2 Sprostowanie Niniejsza praca powstała w oparciu o indywidualną wiedzę i doświadczenie. Prezentowane poglądy są punktem widzenia autorów. Autorzy tej pracy w żaden sposób nie ponoszą odpowiedzialności za nieprawidłowości spowodowane cytowaniem poniższego artykułu.

3 Spis Treści I. Wprowadzenie...5 II Geologia gazu łupkowego...6 III Składniki gazu ziemnego...8 IV Gdzie jest gaz łupkowy?...10 V Wydobycie gazu łupkowego...12 VI Aspekt ekonomiczny...15 VII Szanse, jakie daje wydobycie gazu łupkowego...18 VIII Zagrożenia związane z eksploatacją gazu łupkowego...20 IX Podsumowanie...22 X Źródła...23

4

5 I. Wprowadzenie Gaz ziemny, określany też jako błękitne paliwo, którego głównym składnikiem jest najprostszy węglowodór metan, zyskuje coraz większe znaczenie gospodarcze na świecie. Jest określany mianem najczystszego paliwa kopalnego oraz charakteryzuje się relatywnie niską emisją CO 2 w stosunku do węgla czy płynnych paliw kopalnych, w przeliczeniu na jednostkę wytworzonej z niego energii. Zalety gazu ziemnego determinują szybki rozwój systemów energetycznych opartych na tym paliwie. Należy jednak podkreślić, że jest to źródło energii o wysokim koszcie jednostkowym i jak każdy surowiec naturalny, nie jest jednorodnie rozmieszczony na kuli ziemskiej. Poniżej przedstawiono dane (tab. 1.1) z roku 2012 dotyczących zasobów konwencjonalnego gazu ziemnego w poszczególnych państwach [1] : Kraj m 3 /10 12 % ś.z 1 Rosja 44,6 21,4 Iran 33,1 15,9 Katar Turkmenistan 24,3 11,7 USA 8,5 4,1 Świat 208,4 100% Tab. 1.1 Udowodnione zasoby gazu ziemnego wg BP plc. Ponad 65% światowych zasobów gazu ziemnego jest w posiadaniu zaledwie 5 państw, z czego, tylko dwa z nich są uważane za potęgi gospodarcze. Rosnący udział gazu ziemnego w produkcji energii elektrycznej przedstawiają poniższe diagramy kołowe (wyk 1.1 i wyk 1.2) [2] : Wyk 1.1 Udział paliw i innych źródeł energii w produkcji energii elektrycznej w 1973 roku. Kolorem zielonym oznaczono węgiel, następnie en. wodna (21%), ropa naftowa, inne (0,6%), gaz ziemny i paliwo jądrowe (3,3%). Energia elektryczna wyprodukowana na świecie TWh. Wyk 1.1 Udział paliw i innych źródeł energii w produkcji energii elektrycznej w 2010 roku. Kolorem zielonym oznaczono węgiel, następnie woda (16%), ropa naftowa (4,6%), inne (3,7%), gaz ziemny i paliwo jądrowe. Energia elektryczna wyprodukowana na świecie TWh. Z powyższych danych można wysnuć wniosek, że w najbliższych latach paliwo gazowe będzie zyskiwało na znaczeniu. Ponieważ kluczową sprawą dla każdego państwa jest dążenie do bezpieczeństwa energetycznego kraju, poszukuje się nowych źródeł surowców 1 ś.z światowych zasobów 5

6 energetycznych. Znanym od dawna, ale dotychczas wykorzystywanym z powodzeniem tylko na niewielką skalę źródłem gazu ziemnego są łupki gazonośne. Pierwsza instalacja do wydobywania tego gazu pojawiła się już 1825 roku w miejscowości Freedonia, w stanie Nowy York. Dopiero technologia odwiertu kierunkowego (Horizontal Directional Drilling) rozwijana od lat trzydziestych XX wieku i szczelinowania hydraulicznego (Hydraulic Fracturing) pierwsze eksperymenty przeprowadzono w latach czterdziestych XX wieku, dały nadzieję na przemysłowe otrzymywanie gazu z łupków. Wsparcie strony rządowej i wysokie nakłady pieniężne w końcowych dekadach ubiegłego wieku doprowadziły do rozwoju infrastruktury do wydobycia gazu łupkowego w USA. W 2000 roku, produkcja gazu z łupków w USA wynosiła zaledwie 1% całkowitej produkcji gazu. Przez jedną dekadę udział ten wzrósł 20 razy. Pozwoliło to na zmniejszenie importu i zależności USA od dostawców oraz przełożyło się na niższe ceny gazu w całym kraju. Uważa się, że przemysł związany z wydobyciem gazu łupkowego jest nie tylko szansą na obniżenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, ale również gwarantuje dużą liczbę miejsc pracy i przyczynia się do ożywienia koniunktury gospodarczej. Z drugiej strony, wiele instytucji wskazuje na niski poziom wiedzy na temat wpływu techniki szczelinowania na środowisko naturalne i apeluje o zaprzestanie kolejnych projektów wydobycia gazu łupkowego. Inne podważają rentowność przedsięwzięć łupkowych. Sprzeczne informacje dochodzące z rozmaitych źródeł budzą pewną nieufność wobec nowej technologii, szczególnie wśród społeczeństwa. W niniejszym opracowaniu przedstawi się podstawowe zagadnienia dotyczące zarówno technologicznych, ekonomicznych jak i środowiskowych aspektów otrzymywania gazu łupkowego oraz perspektyw dla tego źródła energii na terenie naszego kraju. II Geologia gazu łupkowego Gaz łupkowy powstał z pozostałości morskich organizmów żyjących w erze paleozoicznej i mezozoicznej. W tamtych czasach klimat Ziemi był znacznie cieplejszy niż dzisiaj z powodu wysokiej koncentracji gazów cieplarnianych, przez co poziom morza był o 70 metrów wyższy niż obecnie, a rozległe połacie lądów pokrywały płytkie, ciepłe morza. Korzystne warunki powodowały bogaty rozwój życia morskiego. W ówczesnym, ciepłym klimacie często dochodziło do zjawiska anoksji oceanicznej, kiedy to rozkład dużej ilości materii organicznej, w połączeniu z zatrzymaniem cyrkulacji termohalinowej, powodował powstanie strefy beztlenowej w warstwie przydennej oceanu. W tych warunkach rozkład materii organicznej postępował znacznie wolniej a pozostałości otwornic, glonów, trylobitów i bakterii zostały zagrzebane w morskim mule. Muł ten w ciągu milionów lat przekształcił się w skałę osadową zwaną łupkiem ilastym. Tam, gdzie zawartość materii organicznej w łupkach była wyjątkowo duża, powstały łupki bitumiczne i rozpoczął się proces przemiany detrytusu w ropę naftową i gaz ziemny. Ostatnim razem warunki beztlenowe zapanowały w oceanach podczas Paleoceńsko-Eoceńskiego Maksimum Termicznego 55 milionów lat temu i z tego okresu pochodzą najmłodsze pokłady ropy naftowej. W wyniku podwyższonej temperatury i ciśnienia we wnętrzu ziemi materia organiczna zaczęła ulegać przeobrażeniom. Szczątki roślin, zwierząt i bakterii przemieniły się w kerogen - czarne, nieregularne ziarna materii organicznej ułożone pomiędzy warstwami łupków. Kerogen jest jednym z głównych składników łupków bitumicznych - jednego z najpowszechniej występujących niekonwencjonalnych paliw kopalnych. Kerogen bywa nazywany "niedojrzałą ropą", gdyż w korzystnych warunkach ulega dalszym przemianom metamorficznym do gazu ziemnego i ropy naftowej. Większość obecnie wydobywanego gazu i ropy była niegdyś złożami kerogenu w skałach łupkowych. Jeśli złoża kerogenu poddawane 6

7 są działaniu wysokiej temperatury przez wystarczająco długi czas zamieniają się w ropę naftową, która wycieka ze skał łupkowych. Najlepsze warunki dla powstania ropy naftowej są zawarte w tzw. "oknie naftowym" (oil window). Okno naftowe to warstwa skał o temperaturze od 65 do 150 stopni Celsjusza znajdująca się przeważnie na głębokości od 750 do 5000m pod powierzchnią ziemi. Jeśli temperatura jest za niska kerogen nie zamienia się w ropę, jeśli temperatura jest za wysoka powstaje gaz ziemny. W rejonach o wysokiej aktywności geotermalnej warunki korzystne dla powstania ropy i gazu występują na mniejszych głębokościach [3]. Z biegiem czasu ropa naftowa i gaz ziemny wyciekają ze skał łupkowych. Tam, gdzie uciekające węglowodory napotykają skałę o niskiej przepuszczalności, taką jak niektóre rodzaje piaskowca, powstają pokłady ropy zaciśniętej i gazu zaciśniętego (tight oil, tight gas) [4]. W miejscach, gdzie układ warstw skalnych tworzy pułapki stratygraficzne zapobiegające ucieczce węglowodorów, powstają konwencjonalne złoża gazu ziemnego i ropy naftowej. Pod wpływem grawitacji na samej górze złoża gromadzi się gaz ziemny, poniżej ropa naftowa, a na samym dole towarzysząca ropie woda. W niektórych miejscach nic nie blokuje odpływu gazu i ropy naftowej ku powierzchni, w wyniku czego powstają jeziora asfaltowe, piaski roponośne i naturalne wycieki gazu. W szczególnym przypadku, gdy wyciekający gaz ziemny zostaje uwolniony do głębin oceanicznych, gdzie panuje wysokie ciśnienie i niska temperatura, następuje powstanie klatratów metanu - złożonej z cząsteczek wody i metanu struktury o wyglądzie zbliżonym do lodu. Światowe złoża klatratów metanu są szacowane na bilionów metrów sześciennych metanu, czyli od 5 do 25 razy więcej, niż konwencjonalne zasoby gazu ziemnego [5][6]. Złoża klatratów metanu znajdują się w większości na stokach szelfu kontynentalnego, pod Oceanem Arktycznym i w wieloletniej zmarzlinie wokół bieguna północnego. Większość tych złóż znajduje się co najwyżej kilkaset metrów pod powierzchnią ziemi, lub dna morskiego, czyli znacznie płycej, niż większość obecnie eksploatowanych złóż ropy naftowej. Obecnie na świecie prowadzi się kilka pilotażowych projektów wydobycia metanu z klatratów, jednak żaden nie wszedł jeszcze w fazę komercyjną. Zwykle istotna część materii organicznej pozostaje w skale łupkowej m.in. ze względu na jej niską przepuszczalność. Część owych węglowodorów znajduje się w pionowych szczelinach przecinających skały łupkowe i może być wydobyta drogą odwiertów horyzontalnych, podobnie jak ropa zaciśnięta i gaz zaciśnięty. Zastosowanie szczelinowania hydraulicznego dodatkowo zwiększa tempo wydobycia gazu i ropy ze szczelin. Znacznie większa ilość paliwa jest jednak rozproszona w całej objętości skał łupkowych i nie może być wydobyta powyższymi metodami. Tam gdzie łupki bitumiczne leżą blisko powierzchni, a zawartość materii organicznej jest wyjątkowo duża (sięga 40%), możliwe jest opłacalne wydobycie ich metodą odkrywkową. Łupki bitumiczne o wysokiej zawartości kerogenu palą się, podobnie jak węgiel brunatny i mogą być spalane w elektrowniach. Działający w Estonii kompleks elektrowni Narva Elektrijaamad o mocy 2380 MW, zasilany tym paliwem, zaspokaja 95% potrzeb energetycznych kraju [7]. Zamiast spalać łupki bitumiczne można poddać je pirolizie, dzięki czemu uzyskuje się ropę syntetyczną do produkcji paliw silnikowych, oraz gaz z łupków bitumicznych będący mieszaniną metanu, wodoru, tlenków węgla, azotu i innych gazów. Poddawanie łupków bitumicznych pirolizie jest oczywiście droższe niż spalanie ich w piecu, ale za to pozwala na uzyskanie paliwa o znacznie lepszych parametrach, możliwego do wykorzystania w transporcie i przemyśle chemicznym. W ostatnich latach ze względu na rosnące ceny ropy naftowej rozpoczęła się dyskusja nad szerszym wykorzystaniem łupków bitumicznych, ropy zaciśniętej, ropy łupkowej i innych niekonwencjonalnych węglowodorów, jako jednego ze sposobów na zastąpienie kończących się zasobów lekkiej, łatwej w wydobyciu ropy konwencjonalnej. 7

8 Łupki gazonośne są zazwyczaj położone znacznie głębiej pod powierzchnią niż łupki bitumiczne, ze względu na to, że do ich powstania potrzebna była wyższa temperatura. Obecnie eksploatowane złoża gazu łupkowego mieszczą się przeważnie na głębokości od 1500 do 4000 metrów pod poziomem gruntu. Grubość warstwy łupków gazonośnych wynosi od 10 do 200 metrów, a zawartość materii organicznej to od 1 do 25% masy skały. W zależności od lokalizacji mogą zawierać niemal czysty metan, lub mieszankę metanu, etanu, propanu, butanu i cięższych węglowodorów. Dodatki te, znane pod angielską nazwą "natural gas liquids" są zaliczane do paliw ciekłych i mogą być wykorzystane m.in. w transporcie i energetyce. Często złożom metanu w łupkach towarzyszą też inne, niepalne gazy takie jak azot, oraz woda. W niektórych miejscach złoża łupków gazonośnych mogą być pofałdowane, lub przecięte uskokami, co utrudnia wydobycie i podnosi ryzyko inwestycyjne. Budowa łupków gazonośnych, ich struktura, zawartość gazu w złożu, substancje towarzyszące, a nawet temperatura wydobywanego gazu zależą od warunków geologicznych w jakich powstała skała łupkowa, warunków w jakich spoczywała pod ziemią, miejscowej aktywności geotermalnej, ruchów tektonicznych, aktywności wulkanicznej, oraz działania wód podziemnych. III Składniki gazu ziemnego Jednym z najważniejszych czynników charakteryzujących odwiert gazonośny jest skład gazu wydobywającego się na powierzchnię. Zarówno w przypadku złóż konwencjonalnych, jak i łupkowych, gaz wydobywający się z odwiertu zawiera wiele niepożądanych substancji, z których trzeba go oczyścić przed wysłaniem do odbiorcy. Głównym składnikiem gazu ziemnego (i najbardziej pożądanym) jest metan - najprostszy węglowodór składający się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru. Spalanie metanu pozwala uzyskać aż 55,5 MJ energii z kilograma paliwa, co jest najlepszym wynikiem spośród wszystkich węglowodorów. Metan stanowi od 50% do 98% masy całego gazu wydobywającego się z odwiertu. Według polskiej normy [8] gaz ziemny dostarczany do domów zawiera około 97,8% metanu. Im wyższa zawartość metanu, tym wyższa jest jakość gazu i cena jaką można za niego uzyskać. Kolejnymi istotnymi składnikami gazu ziemnego są węglowodory o dwóch atomach węgla - etan o wzorze C 2 H 6 i eten (etylen) o wzorze C 2 H 4. Gazy te oddziela się od metanu, gdyż ich temperatura wrzenia jest znacznie wyższa, co przy wysokim ciśnieniu panującym w gazociągach mogłoby doprowadzić do ich skroplenia. Etan i etylen są ważnymi surowcami w przemyśle chemicznym. Wykorzystuje się je m.in. do produkcji polietylenu, etanolu i polistyrenu. Cięższe frakcje gazowe - propan i butan również są oddzielane od gazu ziemnego i sprzedawane. Gazy te w postaci skroplonej używane są do ogrzewania domów, napędu samochodów (LPG), zasilania kuchenek gazowych i produkcji energii elektrycznej. Cięższe węglowodory zawierające pięć i więcej atomów węgla ulegają skropleniu w warunkach normalnych. Mieszanka ta, składająca się z pentanu, heksanu i pewnej ilości cięższych węglowodorów może być wykorzystywana do produkcji benzyny i nafty lotniczej. Wszystkie cięższe od metanu węglowodory zawarte w gazie ziemnym zwane są razem kondensatem, lub ciekłymi frakcjami gazu ziemnego (natural gas liquids), i zaliczane są do paliw ciekłych. W przypadku złóż, które zawierają wyjątkowo dużo ciekłych węglowodorów, ciekłe frakcje gazu ziemnego stanowią ważne źródło dochodów i mogą przesądzić o opłacalności odwiertu. Dla przykładu Katar, którego pola gazowe zawierają wyjątkowo dużo frakcji ciekłych, co roku eksportuje prawie 30 milionów ton kondensatu, co pozwala mu sprzedawać znacznie więcej płynnych węglowodorów, niż limit narzucony przez OPEC [9]. 8

9 Rys 3.1 Ceny ciekłych frakcji gazu ziemnego w USA Oprócz węglowodorów, które stanowią cenne źródło energii, gaz wydobywający sie z odwiertów zawiera również substancje niepożądane. Najpowszechniej występującym w odwiertach zanieczyszczeniem jest azot. Gaz ten nie jest zbyt szkodliwy, ani niebezpieczny, lecz obniża jakość gazu wpływając na obniżenie jego wartości. Jeśli zawartość azotu przekracza 1-2%, gaz ziemny wymaga oczyszczenia, w przeciwnym razie sprzedawany jest jako tzw. gaz zaazotowany, zawierający zwykle od 19% do 28% azotu. Wyjątkowo kłopotliwym zanieczyszczeniem są substancje zawierające siarkę - siarkowodór, metanotiol, etanotiol i inne trujące gazy oraz ciecze o paskudnym zapachu. Substancje te muszą być usunięte z gazu ziemnego już w miejscu wydobycia, gdyż powodują korozję gazociągów. Związki te rozkłada się do siarki pierwiastkowej, która następnie sprzedawana jest odbiorcom przemysłowym. Do powszechnie występujących zanieczyszczeń zaliczyć też można wodę, która zamarza w gazociągach utrudniając przepływ gazu i dwutlenek węgla, który obniża jego wartość energetyczną. Skład gazu wydobywającego się z odwiertu ma bardzo istotny wpływ na opłacalność wydobycia, gdyż od tego zależy wartość opałowa paliwa, koszty potrzebne na jego oczyszczenie, oraz ewentualne zyski ze sprzedaży produktów ubocznych procesu oczyszczania. 9

10 IV Gdzie jest gaz łupkowy? Technologia wydobywania gazu łupkowego jest stosunkowo młoda, a samo czerpanie energii z gazu ziemnego dopiero niedawno zyskało na znaczeniu. Dlatego badania ciągle trwają, dostarczając coraz to nowych informacji, więc nie sposób jednoznacznie ocenić wielkości i położenia złóż gazu łupkowego dla każdej części świata. Można jednak sporządzić listę miejsc, które uważane są za najbardziej perspektywiczne na podstawie prac geologów. Złoża łupków - czyli skał posiadających możliwość do mechanicznego rozwarstwiania się - z największym prawdopodobieństwem znajdują się w dużych zagłębiach osadowych. Niestety nie wszystkie pokłady skalnych łupków są odpowiedniej grubości i zawierają w sobie gaz. Według raportu EIA (Energy Information Administration), amerykańskiej instytucji zajmującej się zbieraniem i analizowaniem informacji na tematy związane z energetyką, złoża gazu łupkowego znajdują się w wielu krajach: największe w Chinach, USA, Argentynie, ale również w Afryce i Europie. Rys 4.1 Zasoby gazu łupkowego na świecie. Na większości z tych złóż nie rozpoczęto jeszcze wydobycia 10

11 Wyk. 4.1 Zasoby gazu łupkowego w wybranych krajach (wg szacunków EIA) Spośród wszystkich państw umieszczonych w raporcie EIA największe zasoby gazu łupkowego posiadają Chiny. Eksploatacja owych złóż dopiero się zaczyna - na dzień dzisiejszy gaz ziemny stanowi 4% w całkowitym zużyciu energii tego państwa. Świat oczekuje boomu na wydobycie tego surowca, który miałby znaczący wpływ na gospodarkę Chin. Ważny jest również aspekt ekologiczny: przestawienie się azjatyckiej potęgi z węgla na gaz łupkowy obniżyłoby radykalnie emisję dwutlenku węgla. Trzecie co do wielkości złoża gazu łupkowego znajdują się w Argentynie. Państwo to mogłoby stać się gazową potęgą eksportową, jednak problemem jest niewłaściwie prowadzona polityka handlowa. Upaństwowienie głównej spółki energetycznej YPF w 2012 roku spowodowało problemy natury finansowej z hiszpańską firmą Repsol. W 2008 roku konsumpcja energii z gazu ziemnego przewyższyła produkcję. W Meksyku znajdują się czwarte co do wielkości złoża gazu łupkowego, jednak nie rozpoczęto jeszcze ich eksploatacji. Produkcja energii z tych złóż ma rozpocząć się w ciągu najbliższych 5-8 lat. Podobnie w Republice Południowej Afryki, której złoża określane są jako piąte co do wielkości na świecie. Wydobycie gazu łupkowego w Afryce dopiero się rozpocznie, ale przewiduje się, że niedługo kraje północnej Afryki będą w stanie zaopatrywać Europę w gaz z tego źródła. Z krajów o mniejszych zasobach gazu łupkowego na uwagę zasługują Kanada i Australia, w których dąży się do jak największego wydobycia i eksportu gazu, jak również Francja. 11

12 Złoża gazu łupkowego w Polsce układają się w charakterystycznym pasie obejmującym około 12% powierzchni kraju. Skały łupkowe zalegają na głębokości ok m. "Pas łupkowy" obejmuje tereny od Pomorza, przez centrum kraju aż po Lubelszczyznę. Na podstawie badań najbardziej obiecującym obszarem są regiony nadbałtyckie i to na nich skupią się przyszłe prace. Według niedawnych raportów możliwe, że zasoby gazu łupkowego w Polsce są największe w Europie. Państwowy Instytut Geologiczny szacuje polskie zasoby gazu łupkowego na ok mld m3.takie zasoby mogłyby zapewnić dostawy gazu wystarczające na lat przy takim samym jak obecne zużyciu. Istnienie pokładów gazu niekonwencjonalnego potwierdziły dotychczasowe odwierty w liczbie ponad 40, jednak nie sposób oszacować faktycznej ilości gazu zamkniętego w łupkach. Najwięcej, bo aż 20 odwiertów poszukiwawczych wykonano na Pomorzu i właśnie ten region uchodzi za najbardziej perspektywiczny. Wydobywanie gazu łupkowego w Polsce posiada stosunkowo wysokie poparcie ludności "pasa łupkowego". Najpewniej wynika to z mentalności i skłonności Polaków do poświęceń na rzecz niezależności - w tym przypadku od dostaw gazu z Rosji. Do 2020 roku w Polsce zostanie wykonanych jeszcze 270 odwiertów poszukiwawczych, a jeśli potwierdzi się opłacalność wydobycia, możemy liczyć na uruchomienie masowej produkcji gazu łupkowego w przeciągu 5-10 lat. Optymistycznie nastraja także sojusz 5 polskich firm: Enei, KGHM, PGE, PGNiG i Tauronu w sprawie wspólnych prac związanych z gazem łupkowym. Mimo że większość koncesji na wydobycie jest w rękach zagranicznych inwestorów, to ci prawdopodobnie podejmą prace dopiero po uregulowaniu prawnym kwestii wydobycia. Niestety to właśnie brak regulacji prawnych jest głównym problemem w produkcji gazu łupkowego w Polsce. V Wydobycie gazu łupkowego Obecność gazu ziemnego w formacjach łupkowych jest faktem znanym od dawna, lecz dopiero w ostatnich latach gaz z łupków stał się istotnym źródłem energii i zaczął być wliczany do światowych rezerw. Nagłe zainteresowanie gazem łupkowym jest przede wszystkim wynikiem udoskonaleń w technologii jego wydobycia, które sprawiły, że stał się on interesującą alternatywą dla gazu konwencjonalnego. Historia wydobycia gazu łupkowego jest jednym z przykładów powszechnego w historii ludzkości zjawiska, gdy rozwój technologii wydobycia otwiera dostęp do nowych źródeł energii, napędzając dalszy rozwój cywilizacji. W wielu miejscach na świecie gaz ziemny w naturalny sposób wydostaje ze skał łupkowych, lub piaskowców, lecz zwykle ilość wyciekającego gazu jest zbyt mała, aby mógł on być wykorzystany gospodarczo. Jednym z przykładów naturalnego wycieku gazu są Wrota Piekieł w Turkmenistanie - zapadlisko, wewnątrz którego od czterdziestu dwóch lat nieprzerwanie płonie wydobywający się pod własnym ciśnieniem gaz ziemny. Pierwszy na świecie odwiert gazu ziemnego wykonany został w 1825 roku w miejscowości Freedonia w stanie Nowy Jork przez Williama Aarona Harta, miejscowego kowala [10]. Wywiercił on, za pomocą prymitywnych narzędzi, ośmiometrowej głębokości otwór w skale łupkowej, a następnie zaczął zbierać wydobywający się z niego gaz. Wkrótce Hart zaczął sprzedawać gaz lokalnym przedsiębiorcom, którzy używali go do oświetlania pomieszczeń. Jego firma Freedonia Gas Light Company stała się pierwszym gazowym przedsiębiorstwem na świecie. Jeden z krewnych Harta, Preston Barmore rozwijając wydobycie gazu z łupków szybko zorientował się, jak ważną rolę w wydobyciu gazu łupkowego odgrywają pęknięcia i szczeliny w skale macierzystej. Przeprowadził on eksperyment będący pierwszą świadomą 12

13 próbą szczelinowania skały łupkowej w celu zwiększenia przepływu gazu. W 1857 roku Preston spuścił na dno głębokiego na 37 metrów odwiertu cztery kilogramy prochu czarnego, po czym odpalił ładunek przy pomocy rozżarzonego żelaza. Eksplozja rozszerzyła naturalne szczeliny w skale i spowodowała powstanie nowych, w wyniku czego ilość gazu wypływającego z odwiertu znacznie się zwiększyła. Dwa lata później pułkownik Erwin Drake dowiercił się do ropy naftowej w położonym 150 km od Freedonii Titusville. Łatwa w transporcie i magazynowaniu ropa szybko wyparła gaz ziemny, który aż do początków XX wieku nie odgrywał znaczącej roli w światowej energetyce. Boom naftowy, jaki zaczął się w USA pod koniec XIX wieku miał bardzo szerokie konsekwencje dla gospodarki. Wraz ze wzrostem wydobycia nastąpił rozwój miejscowości położonych na terenach naftowych, oraz infrastruktury transportowej pozwalającej dowieźć ropę tam, gdzie było to potrzebne. Gaz ziemny towarzyszący ropie był znacznie tańszy od gazu łupkowego, tam więc, gdzie występowała ropa, nie było zapotrzebowania na dodatkowe odwierty gazowe. Na początku XX wieku na terenach naftowych gaz był tak tani, że spalano go w postaci flar, zamiast wykorzystywać gospodarczo. Wraz z rozwojem przemysłu naftowego upowszechniły się technologie, które pozwoliły sięgnąć po bardzo obfite i tanie w eksploatacji konwencjonalne zasoby gazu ziemnego. Ponieważ zapotrzebowanie na gaz ziemny było zawsze niższe niż zapotrzebowanie na ropę, a rezerwy gazu bardzo duże, przemysł gazowy mógł korzystać z technologii opracowanych wcześniej przez nafciarzy. Gdy upowszechniły się technologie pozwalające na dostęp do bardzo głębokich, lub podmorskich złóż ropy, przemysł gazowy również wkroczył na te tereny, dzięki czemu projekty eksploatacji gazu łupkowego można było na jakiś czas zarzucić. Przez wiele lat największym problemem związanym z gazem łupkowym była niska przepuszczalność skał. Z typowego odwiertu pionowego przebijającego się przez kilkadziesiąt metrów skały łupkowej wydobywało się zbyt mało gazu, aby pozyskiwanie go było ekonomicznie opłacalne. W ostatnich latach jednak w technologiach wiertniczych dokonał się znaczący postęp. Dziś można już przeprowadzić poziomy odwiert długi na dwa kilometry, do którego przesiąka ze skał znacznie więcej gazu niż z odwiertu pionowego. Dodatkowym ulepszeniem jest szczelinowanie hydrauliczne, które pozwala znacząco zwiększyć przepływ gazu ze skał do odwiertu. Procedura poszukiwania złóż gazu łupkowego rozpoczyna się od badań sejsmicznych. W wyniku sztucznie wzbudzanych drgań uzyskuje się dokładny obraz budowy geologicznej skał na głębokości kilku kilometrów, co pozwala odkryć najbardziej obiecujące złoża konwencjonalnego i niekonwencjonalnego gazu i ropy. Następnie przeprowadza się odwierty próbne, co pozwala określić ilość gazu w złożu. Pobrane próbki skał bada się w laboratoriach, aby określić zawartość gazu, jego skład, przepuszczalność skały, oraz potencjalne problemy, na jakie można napotkać przy wydobyciu. Oprócz badania próbek skał monitoruje się też ilość i skład gazu wydobywającego się z odwiertu próbnego. Jeśli uzyskane z odwiertu próbnego dane są obiecujące rozpoczyna się drążenie odwiertu wydobywczego. Po wydrążeniu pierwszych kilkuset metrów odwiertu wprowadza się do niego stalową rurę, a pozostałą przestrzeń pomiędzy rurą, a ścianami odwiertu wypełnia się betonem. W miarę drążenia w głąb operację powtarza się kilkukrotnie, aż cały odcinek odwiertu sąsiadujący z warstwami wodonośnymi zostanie właściwie zabezpieczony. Typowy odwiert łupkowy składa się z odwiertu pionowego o głębokości od półtora do czterech kilometrów, oraz odwiertu poziomego. Gdy wiertło zacznie zbliżać się do warstwy łupków rozpoczyna się operacja zmiany kierunku drążenia. Wiertło skręca drążąc odcinek w kształcie łuku, aż jego oś znajdzie się prawie w poziomie. Kolejne rury o coraz mniejszej średnicy spuszczane są na dno odwiertu tworząc jego ściany. Gdy proces drążenia zostanie zakończony 13

14 wiertło wyciąga się na powierzchnię i rozpoczyna się przygotowania do kolejnego procesu technologicznego - perforacji. Perforacja polega na przebiciu rur otaczających odwiert i sąsiadujących z nimi skał przy użyciu specjalnie zaprojektowanych ładunków wybuchowych. Na dno odwiertu spuszczane jest urządzenie perforujące (perforating gun), które składa się z wielu wypełnionych materiałami wybuchowymi segmentów. Idea perforacji opiera się na zastosowaniu tzw. ładunków kumulacyjnych [11]. Ładunek kumulacyjny to bryła materiału wybuchowego o cylindrycznym kształcie zawierająca wgłębienie w kształcie stożka zwrócone w kierunku celu. We wgłębieniu tym umieszczona jest wkładka kumulacyjna wykonana ze starannie dobranego stopu. Pod wpływem detonacji materiału wybuchowego zainicjowanej w tylnej części ładunku, wkładka kumulacyjna jest zgniatana i wystrzeliwana w kierunku celu, osiągając prędkość od dwóch do dziesięciu kilometrów na sekundę. Roztopiony metal, razem z gazami powybuchowymi przebija ścianę odwiertu i wbija się w skałę na głębokość od pięćdziesięciu do stu sześćdziesięciu centymetrów. Pozostałości po wybuchu częściowo zostają uwięzione w skale, a częściowo wracają na powierzchnię razem z perforatorem. W ładunkach wybuchowych używanych przy perforacji używa się heksogenu i oktogenu - najsilniejszych komercyjnie stosowanych materiałów wybuchowych o prędkości detonacji dochodzącej do 9000 metrów na sekundę. Każdy z segmentów perforatora zawiera od 12 do 20 ładunków kumulacyjnych, o masie od 3 do 50 gram każdy, na każdy metr swojej długości. Łącznie wewnątrz jednego odwiertu detonuje się od kilkuset do kilku tysięcy ładunków wybuchowych. Dzięki perforacji w skale powstają dodatkowe szczeliny, które następnie poszerzane są podczas kolejnego etapu - szczelinowania hydraulicznego [12]. Technologia szczelinowania hydraulicznego opracowana została pod koniec XX wieku przez Georga Mitchella przy wsparciu Departamentu Energii USA. Polega ona na wpompowaniu pod ziemię pod olbrzymim ciśnieniem tysięcy ton tzw. płuczki (płynu szczelinującego), która rozsadza skałę powiększając powstałe podczas perforacji szczeliny. Płyn szczelinujący składa się w ok. 99,5% z wody i piasku, resztę stanowią dodatki zmniejszające korozję, ograniczające rozwój bakterii, regulujące ph i lepkość płuczki. Dodawany do płuczki piasek wciska się w szczeliny powstałe przy szczelinowaniu i zapobiega ich zamknięciu się po obniżeniu ciśnienia. Do najczęściej stosowanych przy szczelinowaniu chemikaliów należą kwas solny, służący wstępnemu oczyszczeniu odwiertu, chlorek sodu (sól kuchenna), konserwujący pozostałe składniki płuczki, poliakrylamid, służący zmniejszeniu tarcia pomiędzy rurami odwiertu, a wpompowywaną płuczką, glikol etylenowy zapobiegający formowaniu się osadów wewnątrz odwiertu, kwasy boranowe utrzymujące lepkość płynu w podwyższonej temperaturze, aldehyd glutarowy zwalczający bakterie, guma guar zwiększająca lepkość i kwas cytrynowy zapobiegający korozji. Urządzenie perforujące obejmuje tylko niewielką część poziomego odcinka odwiertu, stąd aby w pełni wykorzystać możliwości odwiertu, procedurę perforacji i szczelinowania hydraulicznego powtarza się wiele razy na odcinkach coraz bliższych szybowi wydobywczemu, aż cały znajdujący się w skałach łupkowych odcinek odwiertu zostanie poddany szczelinowaniu. Łączna liczba zabiegów szczelinowania wykonanych na jednym odwiercie może przekroczyć trzydzieści, a ilość płuczki wpompowanej do pojedynczego odwiertu osiąga m 3. Dzięki szczelinowaniu hydraulicznemu w łupkach pojawiają się spękania sięgające na odległość kilkudziesięciu metrów od odwiertu, przez które gaz ziemny przedostaje się do odwiertu. Po obniżeniu ciśnienia szczeliny te kurczą się, lecz drobiny piasku zawarte w płuczce nie pozwalają im się zamknąć. Po rozpoczęciu wydobycia na powierzchnię wraca zużyty płyn szczelinujący, któremu towarzyszy wydostający się ze skał gaz. Z jednego odwiertu w złożu Barnett uzyskuje się przeciętnie ok. 6,5 mln m 3 gazu, z czego większość wypływa na powierzchnię już w pierwszym roku od rozpoczęcia wydobycia. 14

15 Wydobywanie gazu z łupków stawia przed inżynierami liczne wyzwania, a jednym z nich jest zagospodarowanie powracającej z odwiertu płuczki. Podczas przepływania przez skały zmienił się jej skład, wzrosła jej temperatura, stężenie soli, oraz pojawiły się siarkowodór i substancje promieniotwórcze. Obecnie część płynu szczelinującego wykorzystuje się ponownie, a reszta składowana jest koło odwiertu, w olbrzymich, wyłożonych folią zbiornikach, gdzie czeka pod gołym niebem na swój dalszy los. W wielu miejscach w USA zużyta płuczka wpompowywana jest z powrotem pod ziemię w specjalnie przygotowywanych do tego celu odwiertach. Z jednego kawałka terenu można wywiercić w ziemi kilkanaście odwiertów, które po osiągnięciu żądanej głębokości rozejdą się promieniście wokół terenu wiertni, dzięki czemu zajmując teren o powierzchni zaledwie hektara można wydobywać gaz z obszaru o powierzchni wielu kilometrów kwadratowych. Po zakończeniu wydobycia gazu, co następuje zwykle po kilku latach od rozpoczęcia wydobycia, teren wiertni zostaje wyrównany i zrekultywowany, dzięki czemu można nadal wykorzystywać go gospodarczo. VI Aspekt ekonomiczny Wydobycie gazu łupkowego wiąże ze sobą ważne aspekty ekonomiczne. Sama eksploatacja złóż i produkcja energii nie gwarantuje sukcesu. Powodzenie wydobycia gazu niekonwencjonalnego zależy od opłacalności przedsięwzięcia. Na koszt wydobycia gazu składają się wydatki na prace poszukiwawcze, wiercenia, proces perforacji i szczelinowania, opłaty za wodę i korzystanie z gruntu, koszt zakupu chemikaliów i paliw, podatki, płace dla pracowników i podwykonawców, rachunki za energię elektryczną i inne usługi, a także koszty związane z ochroną środowiska i zagospodarowaniem odpadów poprodukcyjnych. Koszty te różnią się w zależności od lokalizacji odwiertów, np. zgodnie z raportem Deloitte i DnB "Kierunki Pozytywne szoki gospodarcze?" ostateczna cena wydobycia gazu łupkowego w Polsce będzie wyższa niż w USA - koszty odwiertów są szacunkowo 2-3 razy wyższe. Wynika to z obiektywnych różnic, takich jak głębokość położenia złóż czy dostępność urządzeń wiertniczych. Wysokie nakłady trzeba ponieść jeszcze zanim na danym obszarze rozpocznie się wydobycie. Wykonanie jednego odwiertu pionowego to wydatek rzędu 800 tys. - 2 mln dolarów, a na odcinku poziomym koszt wzrasta nawet do 6-8 mln dolarów. Jeden pełny odwiert ze szczelinowaniem to około 15 mln dolarów. Zazwyczaj w ramach jednej koncesji wykonuje się od 2 do 3 odwiertów poszukiwawczych, co przy ponad 80 wydanych koncesjach w Polsce daje łączne nakłady ponad 3 mld dolarów na samo rozpoznanie złóż. Należy jednak zwrócić uwagę na przewidywane (wg prof. Stanisława Nagy z AGH) obniżanie się kosztów wydobycia w tempie 2% na rok, dzięki postępowi technologicznemu. Do ogólnych kosztów należy wliczyć te jeszcze nierozpoznane: wykup ziemi, usługi wiertnicze czy zużycie wody. W przypadku Polski należy jeszcze dodać koszty rozbudowy sieci przesyłowych - polski "pas łupkowy" znajduje się na terenach o słabo rozwiniętej infrastrukturze przesyłowej. Ponadto firmy wydobywcze są zobowiązane do wnoszenia różnego rodzaju opłat: koncesyjnych, eksploatacyjnych i podatków. Raport pt. "Gaz z łupków - przyszłość dla Polski. Projekt kierunkowych założeń do ustawy o wydobywaniu węglowodorów, ich opodatkowaniu i Węglowodorowym Funduszu Pokoleń" zakłada wprowadzenie dwóch nowych podatków od wydobycia gazu ziemnego i ropy naftowej na terenie Polski: - podatek od wydobycia niektórych kopalin w zakresie gazu i ropy w wysokości: 5% wartości wydobytego gazu ziemnego 10% wartości wydobytej ropy naftowej 15

16 - podatek specjalny węglowodorowy od dodatnich skumulowanych przepływów finansowych w wysokości 25 % (cash flow tax) Podatki obejmą złoża konwencjonalne oraz łupkowe. Będą trafiać do budżetu państwa i Węglowodorowego Funduszu Pokoleń, którego zadaniem ma być inwestowanie pieniędzy z wydobycia, aby zabezpieczyć przyszłość gospodarczą i finansową narodu. Opisane podatki wejdą w życie wraz z wydobywaniem gazu łupkowego na dużą skalę, najwcześniej w 2015 roku. Tak samo zmiany w opłatach eksploatacyjnych, które przedstawiają się jak poniżej: - 24 zł za 1000 m3 wydobytego gazu wysokometanowego - 20 zł za 1000 m3 wydobytego gazu zaazotowanego - 50 zł za 1 tonę ropy naftowej Na uwagę zasługuje fakt, że 60% wartości opłat eksploatacyjnych trafi bezpośrednio do gmin, po 15% otrzymają powiaty i województwa, a 10% trafi do Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska. Wg Instytutu Studiów Energetycznych przy obecnie niskiej cenie węgla zastąpienie go gazem będzie opłacalne dopiero po podwyższeniu opłaty za emisję CO 2 do euro za tonę przy jednoczesnym spadku ceny gazu wysokometanowego o ok % dla przemysłu lub 10-35% dla dużych klientów. Rys 6.1 Cena gazu ziemnego na rynkach światowych Cena, jaką można uzyskać za gaz jest najważniejszym kryterium wpływającym na to, czy wydobycie gazu łupkowego będzie opłacalne. W 2007 roku cena gazu ziemnego w USA wynosiła ok. 7 dolarów za milion BTU, czyli około 260 dolarów za tysiąc m 3. Wówczas wydobycie gazu było bardzo opłacalne i wtedy rozpoczął się gazowy boom. W 2008 roku cena gazu ziemnego poszybowała do niemal 500 dolarów za tysiąc m 3, by potem w wyniku kryzysu spaść do zaledwie 74 dolarów za tysiąc m 3. Od tego czasu cena gazu ziemnego w USA oscyluje pomiędzy 70, a 220 dolarów za tysiąc m 3. Tak duże wahania cen bardzo utrudniają firmom wydobywczym planowanie i rozwój. Istnieją głosy, że przy obecnych 16

17 cenach gazu ziemnego w USA wydobycie gazu łupkowego się nie opłaca, a dowodem na to ma być spadająca liczba urządzeń wiertniczych. W 2008 roku w USA działało około 1500 wiertnic drążących w poszukiwaniu gazu, z czego większość stanowiły zwykłe wiertnice drążące otwory pionowe. W 2011 roku liczba aktywnych wiertnic spadła do 900, a większość stanowiły wiertnice przystosowane do drążenia odwiertów poziomych. W następnych latach liczba aktywnych wiertnic spadała, a obecnie tylko ok. 350 urządzeń drąży w poszukiwaniu gazu ziemnego. Część z tych wiertnic została przeniesiona do prac przy wydobyciu ropy łupkowej i ropy zaciśniętej, jednak efektem tego jest spowolnienie tempa wzrostu wydobycia gazu w USA. W latach 2010 i 2011, gdy przy wydobyciu gazu łupkowego pracowała największa ilość przystosowanych do tego celu wiertnic, wydobycie gazu łupkowego rosło w imponującym tempie m3 dziennie. W 2012 roku jednak wydobycie w najważniejszych do tej pory złożach - Barnett i Haynesville w Teksasie zaczęło spadać. Jak do tej pory spadek ten rekompensowany jest przez wzrost wydobycia ze złoża Marcellus w Wirginii Zachodniej i Pensylwanii, w efekcie sumaryczne wydobycie gazu ziemnego w USA od roku utrzymuje się na stałym poziomie. Na przykładzie USA można zauważyć, że rozwój wydobycia gazu łupkowego jest uzależniony przede wszystkim od ceny gazu, lecz reakcja na wzrost, lub spadek cen jest zawsze spóźniona o co najmniej kilka miesięcy. Jeśli ceny gazu ziemnego w USA będą dalej utrzymywać się na niskim poziomie, koncerny gazowe będą musiały poszukać innych rynków zbytu. Rys 6.2 Cena gazu ziemnego w USA i liczba wiertnic zaangażowanych w wydobycie gazu Oprócz zmian na rynku gazu ważnym aspektem wydobycia gazu łupkowego jest również ożywienie gospodarcze opisane szerzej w rozdziale "Szanse, jakie daje wydobycie". Nowe, związane z wydobyciem miejsca pracy mogą nie tylko zmniejszyć stopę bezrobocia, ale wpływają też na wzrost dochodów, co skutkuje zwiększeniem konsumpcji, a co za tym idzie zwiększeniem PKB. Zgodnie z przewidywaniami dzięki wydobyciu gazu łupkowego PKB w Polsce może wzrosnąć o 3%. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej rozwój wydobycia gazu niekonwencjonalnego spowoduje wielkie zmiany na rynku energii. 17

18 Własna produkcja gazu łupkowego może w wielu krajach wyprzeć import gazu ziemnego z krajów takich jak Rosja, a państwa podobne Polsce z importerów mogą stać się eksporterami. Rys 6.2 Wydobycie gazu łupkowego w USA z podziałem na regiony VII Szanse, jakie daje wydobycie gazu łupkowego Wydobycie gazu łupkowego wiąże się z wieloma korzyściami. Najbardziej odczuwalną dla przeciętnego konsumenta byłoby z pewnością obniżenie ceny gazu, dzięki zmniejszeniu importu. Produkcja energii z gazu łupkowego ma znaczący wpływ na bezpieczeństwo energetyczne kraju i uniezależnienie państwa od dostaw z zewnątrz - szczególnie w przypadku Polski, która polega na gazie konwencjonalnym z Rosji o wygórowanej cenie (wg raportu Instytutu Kościuszki pt. "Wpływ wydobycia gazu łupkowego na rozwój społeczno-ekonomiczny regionów - amerykańskie success story i potencjalne szanse dla Polski" Polska płaci najwyższą cenę za gaz w całej Unii Europejskiej). Optymistycznie nastraja przykład Stanów Zjednoczonych, gdzie własne wydobycie w ostatnich latach istotnie wzrosło. Ceny gazu w USA są teraz o 60% niższe niż w Polsce [13]. Istotną korzyścią w skali świata jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Zgodnie z raportem EPA (Environmental Protection Agency - Amerykańska Agencja Ochrony 18

19 Środowiska) sektor produkcji ropy i gazu jest drugim co do wielkości sektorem powodującym emisję gazów cieplarnianych w USA. Największym stałym źródłem zanieczyszczeń są elektrownie, ale duża emisja cechuje też odwierty. Gaz łupkowy mimo to wpłynął na obniżenie emisji CO 2, ponieważ zaczął wypierać węgiel z jego powszechnego użycia w energetyce. Szczególnie duże korzyści przyniosłoby przestawienie się energetyki Chin (zużywających prawie połowę światowego węgla) na gaz ziemny, które spowodowałoby bardzo znaczące obniżenie emisji gazów cieplarnianych w skali świata [14]. Rys 7.1 Produkcja energii elektrycznej w USA z różnych źródeł energii Na przykładzie Stanów Zjednoczonych widać, że wydobycie gazu łupkowego wpłynęło również bardzo ożywczo na gospodarkę. Rozpoczęcie eksploatacji złóż i produkcji energii z gazu łupkowego to przede wszystkim nowe miejsca pracy. Raport Instytutu Kościuszki przewiduje, że w perspektywie 10 lat sektor gazu łupkowego w Polsce zapewni zatrudnienie ok tysiącom ludzi. Brane pod uwagę jest nie tylko zatrudnienie bezpośrednio przy wydobyciu, ale również w innych sektorach gospodarki: począwszy od branży budowlanej przez branżę usługową - ochroniarską, ubezpieczeniową, bankową, medyczną, prawną, aż po sprzedaż detaliczną, np. obuwia pracowniczego i uniformów. Wydobycie gazu łupkowego oprócz korzyści globalnych, ma również niesamowity wpływ na rozwój lokalny. Bez wątpienia w okolicach odwiertów łatwiej będzie o zatrudnienie, ale warto też wspomnieć o innych korzyściach dla poszczególnych gmin. Najważniejsze byłoby zwiększenie dopływu środków na inwestycje publiczne dzięki podatkom dochodowym oraz podatkom od nieruchomości, a także dzięki opłacie eksploatacyjnej [15]. Ponadto kopalnie, odwierty i zbiorniki gazu powodują wzrost dochodów własnych mieszkańców gminy, a zatem zwiększenie środków inwestycyjnych ludności i poprawę jakości życia. Warto wspomnieć również o rozwoju infrastruktury - transport surowca spowoduje większy ruch i dzięki temu wymusi budowę lub modernizację dróg dojazdowych, z których korzystać będzie cała gmina. Firmy wydobywcze często wspierają inicjatywy lokalne, a mieszkańcy okolicznych miejscowości zazwyczaj zyskują dostęp do tańszego gazu. Może to być impulsem do rozwoju wielu lokalnych przedsięwzięć. 19

20 VIII Zagrożenia związane z eksploatacją gazu łupkowego Każda eksploatacja złóż kopalnianych wiąże się z negatywnym wpływem na środowisko naturalne. Przy ekstrakcji i transporcie ropy naftowej, do środowiska oceanicznego dostają się miliony litrów węglowodorów rocznie. Są to nie tylko losowe wycieki spowodowane katastrofami tankowców, ale również będące rezultatem nieszczelności platform wiertniczych. Powszechnie znane są obrazy zalanych ropą plaż czy zwierząt pokrytych naftą. Właściwości chemiczne ropy powodują, że szybko rozprzestrzenia się na powierzchni wody, tworząc warstwę izolacyjną dla tlenu i światła słonecznego. To oznacza powolne wymieranie organizmów morskich wskutek braku warunków do fotosyntezy i oddychania. Czy zatem nie warto szukać innych, bezpieczniejszych źródeł energii? Ekstrakcja gazu łupkowego nie jest wyjątkiem i również wiąże się z pewnymi niebezpieczeństwami. Oczywistym zagrożeniem jest uwolnienie gazów cieplarnianych do atmosfery, przede wszystkim metanu. Metan jest znacznie silniejszym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla, lecz w odróżnieniu od CO 2 po kilku latach samoczynnie rozkłada się w atmosferze do dwutlenku węgla. Szacuje się, że średni czas życia metanu w atmosferze wynosi około 8,4 lat, zaś jego potencjał cieplarniany jest 23 razy wyższy niż potencjał CO 2 w stuletnim horyzoncie czasowym. Szacuje się, że zawartość metanu w atmosferze wzrosła z 715 części na miliard w epoce przedprzemysłowej do ponad 1750 części na miliard obecnie [16], a jednym z głównych źródeł metanu w atmosferze są wycieki związane z wydobyciem gazu ziemnego [17]. Sprawą budzącą wiele kontrowersji i niepokojów jest metoda szczelinowania hydraulicznego. Zgodnie z tym co zostało napisane w poprzednich rozdziałach płyn do szczelinowania zawiera związki chemiczne, które mogą degradować m.in. podziemne zasoby wodne. Co więcej, podczas procesu dochodzi do desorpcji i rozpuszczenia w tym płynie wielu substancji (do tej pory były one bezpiecznie zamknięte w formacjach łupkowych), które są poważnym zagrożeniem w przypadku niekontrolowanego wycieku. Warto dodać, że 30-50% wtłoczonego płynu zostaje na zawsze w odwiercie i stanowi potencjalne źródło skażenia środowiska. Wielu specjalistów zauważa, że łupki charakteryzują się bardzo niską przepuszczalnością i ryzyko podziemnego skażenia w przypadku prawidłowo wykonanego odwiertu jest niewielkie. Niestety, ponieważ jest to młoda technologia trudno przewidzieć dalekosiężne skutki takiej eksploatacji. Istotnym problemem, a raczej wyzwaniem dla inżynierii utylizacji odpadów jest zużyty płyn szczelinujący. Podczas ekstrakcji zużywane są ogromne ilości płuczki, która wracając zawiera około 0,5% związków chemicznych bazowych i dodatkowo wszystko to co zostaje w niej rozpuszczone podczas kontaktu ze skałami łupkowymi. W USA powszechną praktyką jest wpompowywanie powracającej płuczki z powrotem pod ziemię. Prawo stanu Pensylwania zabrania tego zabiegu, dlatego płyn wydobywający się z odwiertów w tym stanie jest wożony ciężarówkami do sąsiedniej Wirginii Zachodniej i tam zatłaczany pod ziemię. W Europie, gdzie normy dotyczące ochrony środowiska są surowsze, niż w USA, powracającą płuczkę trzeba będzie oczyszczać, co z pewnością podniesie koszty eksploatacji odwiertu. Wśród szkodliwych substancji zawartych w płuczce są takie związki jak benzen, naftalen i poliakrylamid, które są uznawane za kancerogenne. Warto dodać, że dokładny skład płynu szczelinującego nie jest podawany do informacji publicznej, gdyż jest on objęty tajemnicą przedsiębiorstwa. Brak jasności co do kwestii składu medium jest jednym z głównych argumentów ekologów i ludności w protestach przeciwko ekspansji łupkowej. Warto wspomnieć o transporcie wszystkich mediów do lub od miejsca wydobycia. W przypadku USA, brak infrastruktury rurociągowej w miejscach gdzie wydobywany jest gaz 20

21 łupkowy, pociąga konieczność transportu płynów za pomocą cystern. Dla szczelinowania hydraulicznego wysokiej skali jest to około 8 tysięcy m 3 wody otrzymanej w dość krótkim okresie czasu [18]. Nie jest to najekonomiczniejsza i najbezpieczniejsza metoda przewozu chemikaliów. W przypadku gęsto zaludnionej Europy, szansa na szybki rozwój takiej infrastruktury jest większa. Z drugiej strony trzeba liczyć się z tym, że na naszym kontynencie woda słodka jest towarem deficytowym, co może przełożyć się na wyższe koszty eksploatacji. Wśród innych czynników zakłócających harmonię środowiska w obrębie platformy wydobywczej należało by wymienić hałas, wypalanie niezagospodarowanych węglowodorów i zagrożenie wstrząsami sejsmicznymi. Źródłem hałasu w takim przypadku są maszyny tworzące instalacje wydobywcze, w szczególności pompy wtłaczające płyn pod ciśnieniem. Tak jak wcześniej zostało powiedziane, brak infrastruktury rurociągowej powoduje, że część uzyskanych związków organicznych, jest po prostu spalana. Potencjalnie, związki te można by zagospodarować i sprzedać, natomiast w przypadku gdy platformy są odległe od ośrodków przemysłowych ich transport jest nieopłacalny. Specyfika odwiertów pod wydobycie łupków i hydroszczelinowanie powoduje, ze istnieje ryzyko indukcji wstrząsów sejsmicznych. W USA istnieje około 35 tys. odwiertów i tylko jeden z nich jest podejrzewany o propagację niewielkich wstrząsów. Jedyne, udokumentowane trzęsienie ziemi, które można powiązać ze szczelinowaniem hydraulicznym miało miejsce w miejscowości Blackpool w Wielkiej Brytanii. Miało ono siłę 2.4 w skali Richtera, jednak specjaliści zaznaczają, że działania wydobywcze gazu łupkowego prawdopodobnie tylko przyśpieszyły wstrząsy, które i tak w przyszłości mogłyby powstać [19]. Nagły rozwój wydobycia węglowodorów powoduje też nieodwracalne zmiany w życiu lokalnych społeczności. Napływ dużej liczby robotników powoduje gwałtowny wzrost czynszów, w wyniku czego dotychczasowi mieszkańcy zmuszani są do wyprowadzki, a ich mieszkania zajmują pracownicy koncernów wydobywczych. Wydobycie gazu łupkowego powoduje też zwiększenie ruchu drogowego, hałasu i liczby wypadków. Dotychczas istniejąca infrastruktura wodna, kanalizacyjna i energetyczna okazuje się niewystarczająca i gminy zmuszane są do znacznych inwestycji w ich rozbudowę. Wzrasta zapotrzebowanie na żywność i artykuły codziennego użytku, więc lokalne sklepy podnoszą ceny do poziomu przystosowanego do zarobków nafciarzy. Napływ dużej liczby robotników powoduje też wzrost przestępczości związanej m.in. z prostytucją i nadużywaniem alkoholu. Gdy wydobycie gazu zaczyna nieodwracalnie spadać, co w przypadku odwiertów łupkowych zwykle następuje już po kilku latach, główną troską koncernu staje się jak najszybsze zabranie swojego sprzętu i przeniesienie go w inny rejon wydobycia. Gdy wydobycie w danym regionie spada, firmy wydobywcze wycofują swoich pracowników, spada popyt na usługi świadczone przez lokalną społeczność, a bezrobocie rośnie. Sklepy, hotele i stacje benzynowe, które inwestowały w rozwój podczas koniunktury, teraz muszą mierzyć się ze spadkiem przychodów i problemami z utrzymaniem przerośniętej infrastruktury. Spadek podatków dotyka bardzo mocno gminy, które dodatkowo muszą spłacać odsetki od kredytów zaciągniętych na rozbudowę infrastruktury. Po zaprzestaniu wydobycia okolica biednieje i wyludnia się, a wielu mieszkańców czuje się rozgoryczonych takim obrotem spraw. W USA znane są przypadki miast - duchów (ghost towns), czyli miejscowości, które rozkwitły, gdy w pobliżu odkryto złoża ropy, zaś po ich wyczerpaniu wyludniły się i zostały pochłonięte przez pustynię. Oceniając potencjalne zagrożenia związane z wydobywaniem gazu łupkowego, należy pamiętać, że człowiek stale się uczy i stale dąży do poprawy opracowywanych technologii. Wszyscy wiemy o minionym problemie związanym z ołowiem zawartym w benzynie, czy wykorzystywanym do produkcji rur wodociągowych i jego konsekwencjach dla zdrowia 21

22 człowieka. Unowocześnianie technologii wydobywania gazu łupkowego połączone z rozsądnym tworzeniem regulacji prawnych dotyczących tej gałęzi daje szansę na zminimalizowanie szkodliwych dla środowiska aspektów wydobycia gazu z łupków. IX Podsumowanie Obecność gazu ziemnego w skałach łupkowych jest faktem znanym ludzkości od pierwszej połowy XIX wieku. Jego wydobycie jest trudniejsze i bardziej kosztowne, niż wydobywanie gazu konwencjonalnego, który już na początku XX wieku wyparł gaz łupkowy z większości jego zastosowań. Od czasu II wojny światowej zużycie gazu ziemnego na świecie nieustannie rośnie wywierając coraz większą presję na konwencjonalne zasoby tego paliwa. Pod koniec XX wieku w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto badania nad nowymi technikami wydobycia węglowodorów takimi jak odwierty poziome i szczelinowanie hydrauliczne. Efektem prac badawczych były nowe technologie górnicze, które szybko znalazły zastosowanie w wydobyciu gazu i ropy. Na początku XXI wieku, w związku z ogólnoświatowym wzrostem cen energii, nowe zasoby, takie jak gaz łupkowy stały się opłacalne w wydobyciu, co wywołało tak zwany boom łupkowy skutkujący znacznym zwiększeniem produkcji gazu ziemnego w USA. Eksploatacja węglowodorów uwiezionych w skałach łupkowych przynosi bez wątpienia wymierne korzyści gospodarce. Korzystanie do własnych zasobów geologicznych podnosi bezpieczeństwo energetyczne kraju, wpływa na obniżenie cen energii, stymuluje rozwój przemysłu i wzrost gospodarczy, a dzięki podatkom i opłatom zapewnia również znaczne przychody budżetowi państwa i samorządów. W krajach, gdzie dominuje energetyka węglowa, przestawienie się na gaz może też przynieść znaczne zmniejszenie emisji CO 2, związków siarki, pyłów i innych zanieczyszczeń. Dynamiczny rozwój wydobycia gazu ze skał łupkowych zwrócił uwagę opinii publicznej na potencjalne problemy związane ze stosowanymi podczas odwiertu technologiami. Jednym z głównych zagrożeń jest tzw. płyn szczelinujący, który wykorzystywany jest w ilościach sięgających kilkudziesięciu tysięcy ton na odwiert. Płyn ten zawiera niebezpieczne chemikalia, które mogłyby potencjalnie skazić wodę i glebę, dlatego korzystanie z technologii szczelinowania hydraulicznego wymaga zachowania wysokich standardów bezpieczeństwa na wszystkich etapach produkcji. Część płynu szczelinującego powraca na powierzchnię, gdzie wymaga utylizacji, zaś reszta pozostaje w złożu, skąd w niektórych przypadkach może przedostać się do położonych płycej warstw wodonośnych doprowadzając do ich skażenia. Podczas odwiertów wykorzystywane są licznie również inne niebezpieczne substancje, takie jak smary, paliwa i materiały wybuchowe, które także wymagają odpowiedniego traktowania i nadzoru. Nie należy również zapominać o metanie uwalniającym się z odwiertów i dwutlenku węgla powstającemu wskutek spalania gazu. Te dwa ważne gazy cieplarniane przyczyniają się do globalnego ocieplenia i zakwaszania oceanów. Rozpoczęcie wydobycia na dotychczas rolniczym obszarze powoduje napływ dużej liczby robotników, co może rodzić problemy społeczne, takie jak zwiększenie ruchu na drogach, większa liczba wypadków, hałas, wzrost cen mieszkań na wynajem, czy wzrost przestępczości. Problemy te rekompensowane są jednak wyższymi dochodami gminy wynikającymi z opłat eksploatacyjnych i podatków, co pozwala ulepszyć lokalną infrastrukturę i podnieść poziom życia mieszkańców. Dotychczas jedynym państwem w którym udało się rozpocząć wydobycie gazu z łupków na prawdziwie masową skalę są Stany Zjednoczone. Znaczne złoża gazu łupkowego znajdują się również w innych krajach takich, jak Chiny, Kanada, Polska, Francja, czy 22