Mikrovlny pro frakování

Svět se dnes dohaduje, zda technologie frakování k získávání ropy a zemního plynu je darem z nebes nebo ekologickou noční můrou. Bývalý pracovník v Oak Ridge National Laboratory ve státě Tennessee, Peter Kearl, se domnívá, že čistější a ekologičtější způsob získávání paliv by mohlo místo tlakové vody a chemikálií při frakování poskytnout používání mikrovln. To ale není vše. Nová technologie by mohla přispět i ke skladování CO₂, zamezit těžbě v dosud nedotčených oblastech a dokonce vyrábět pitnou vodu. Nová technologie by mohla zajistit nový lacinější zdroj ropy a plynu.

Technologie frakování byla ještě nedávno popisována jako „modrý most k zelené budoucnosti“. Mnozí však již v té době upozorňovali na to, že jakékoliv plány k získávání ještě více fosilních paliv emitujících CO₂ nebudou nikdy dobrou myšlenkou. Spěje proto svět s mikrovlnnou těžební technologií jen k frakování číslo dvě se všemi jeho výhodami, ale hlavně riziky? Například díky frakování splnily Spojené státy v roce 2012 limity emisí CO₂ podle kjótského protokolu, ačkoliv tento protokol vůbec nepodepsaly. Cenou za to však byla enormní spotřeba vody. Každý rok vyžaduje 35 000 frakovacích vrtů v USA 525 miliard litrů vody, což je roční spotřeba 3,8 milionů Američanů.

Jak je to s mikrovlnami

Mikrovlny budou moci využít podceňovanou charakteristiku některých uhlovodíků: zatímco při pokojové teplotě mohou mít pevnou strukturu podobnou asfaltu, kapalnými se stanou již při mírném zahřátí. Problém spočívá v tom, jak tepelný zdroj dostat do různých typů prostupných hornin, které v sobě zadržují ropu a zemní plyn. Porézní hornina je vynikající tepelný izolant, takže elektrické zahřívání zde nefunguje. Nefunguje dobře ani vstřikování páry, která může ohřát horninu jen v omezeném okruhu. Nejlepší variantou by bylo umístit do podzemí vysoce energetický vysílač mikrovln o frekvenci 2,45 GHz. Možná by je šlo vysílat vhodnou mikrovlnnou anténou. Zařízení však bylo ještě příliš velké na to, aby je bylo možné dostat do úzkého vrtu. Dnes jsou ale již k dispozici i menší zařízení, která by bylo možné k realizaci nové technologie dobývání využít. Jde např. o zařízení, která vyvíjí Peter Kearl, obranný průmysl USA, případně John Robinson a jeho tým z britské University v Nothinghamu.

Výhody

Keramický hrnek zůstává v mikrovlnce při ohřevu v něm obsažené kapaliny chladný, ani suchá hornina vystavená mikrovlnám, se neohřívá. Jiná situace nastává, jestliže hornina obsahuje vodu. Je-li v podzemí směs vody a pevných uhlovodíků, vařící voda je zahřívá a zkapalňuje. Voda se mění v páru a vše potom může stoupat potrubím na povrch (viz obr.). Celkový efekt je podobný jako u frakování, až na to, že se nepoužívají chemikálie. Vznikající pára zajišťuje, že podíl kyslíku je nízký, takže nemohoy vznikat podzemní požáry. Škody na životním prostředí jsou mnohem nižší než ty, které působí směs kyselin ve frakovací kapalině.

Budoucí byznys

Poté, co vyvinul svůj mikrovlnný systém v Oak Ridge, založil Kearl v roce 2013 společnost QMast v Grand Junction ve státě Colorado. Jejím cílem je dovést novou technologii na trh. V roce 2014 uveřejnila patent na využití mikrovlnné technologie ke zkapalňování a získávání ropy i společnost Conoco Phillips. Kearl se domnívá, že existuje i jiné bezprostřední využití nové technologie, a to dotěžování ropných vrtů. Jde o vrty, které se již nevyplatí provozovat, protože parafinový vosk a jiné nečistoty zablokují průtok ropy do potrubí. Poté, co mikrovlny roztaví vosk a odpaří vodu, bude moci ropa v zablokovaném vrtu opět proudit. Stephen Brown, energetický ekonom z University of Nevada z  Las Vegas, k tomu poznamenal, že když bude možné dotěžovat staré vrty, klesne zájem o otvírku nových zdrojů ropy.

Ropa z kontaminovaných písků

Kearlova metoda ale není jediným způsobem, jak mohou mikrovlny pomoci čistit území po těžbě ropy a plynu. John Robinson z britské University of Nothingham vyvíjí systém k odstranění ropy z kontaminovaných písků po vrtných pracech. Po aplikaci mikrovln odkapávají těžké oleje a zůstává čistý písek. Společnost BP (British Petrol) požádala Robinsonův tým, aby odčerpával ropu z odpadních písků na oceánských vrtných plošinách tak, aby bylo možné čisté písky opět vracet do oceánu. Stejný postup je vhodný i při odstraňování oleje z dehtových písků, což je odpudivá břečka obsahující písek, hlínu, vodu a bitumen. Jediný způsob získávání ropy z tohoto zdroje spočívá zatím v lomové těžbě s použitím velkých hydraulických lopatových lžic.

Podobně jako je tomu u břidlic, mikrovlnné technologii neodolají ani málo kvalitní dehtové písky, protože obsahují vodu. Dlouhodobým cílem Robinsonova týmu je používání mikrovlnné technologie k masové těžbě uhlovodíků. Když Robinsonova technika mění vodu v dehtových píscích na páru, získává se nejenom ropa, ale i čistá pitná voda. Na rozdíl od dehtových písků, které obsahují jen 1 % vody, voda v olejových břidlicích dosahuje až 20 %. Kearl uvádí, že při těžbě roponosných hornin, například v oblasti Green River na západě USA, by bylo možné získat 1 barel vody na každé dva barely ropy. Přitom lze po kondenzaci vodu snadno oddělit od ropy.

Otázka rozsahu

Zatím probíhají jen laboratorní zkoušky, ale i další poloprovozní zkoušky budou teprve prvním krokem, který je ještě hodně vzdálený od realizace ve skutečných, jednu míli hlubokých vrtech. Kearl se domnívá, že mikrovlnou technikou lze těžbu dále rozšiřovat. Čím více kapaliny se z horniny pomocí mikrovln odstraní, tím hlouběji mohou mikrovlny kolem vrtu pronikat. Poté, co se ropa a voda odstraní, je hornina v podstatě transparentní a zahřívání pokračuje dále od vrtu. V současné době působí svazek mikrovln na vzdálenost kolem 25 metrů. Matteo Bientinesi z italského výzkumného střediska CPTM v Cecině prováděl další výzkum. V laboratoři použil mikrovlny s frekvencí 2,45 GHz k ohřevu 2 tun olejových písků na 200 stupňů Celsia. Některá místa pak byla přehřátá a jiná „nedovařená“, jak tomu bývá i u jídla v mikrovlnce. Problém řeší zlepšeným projektem antény a modelováním rezervoáru.

Větším problémem bude ale spotřeba energie. Nová technologie sice spotřebuje méně energie než konvenční metody, úspory ale přijdou vniveč v souvislosti s nízkou účinností provozu mikrovlnné antény napájené elektřinou. Kearl se domnívá, že mikrovlny by mohly ve srovnání s frakováním a se současnými konvenčními metodami získávat barel ropy o 9 dolarů levněji. I když existují argumenty ve prospěch této technologie, úspory nákladů mezi nimi nefigurují. Nejsou mezi nimi ani nižší emise CO₂.

Další problémy

Horizontální frakování dnes pomáhá zpřístupňovat nejen zásoby ropy a plynu, ale i hluboké uhelné sloje, které byly dříve zcela mimo náš dosah. To umožní přístup k palivům, která emitují další skleníkové plyny. Jaké nepředvídatelné důsledky proto může mít nová mikrovlnná technologie? V současné době to může být jen teoretický problém, protože největší překážkou aplikace mikrovlnné technologie nejsou technické, politické nebo ekologické otázky, ale situace na trhu ropy. Po mnoho let se cena ropy pohybovala kolem 100 dolarů za barel, ale v roce 2014 výrazně klesla a dnes je na úrovni 50 dolarů. Je přitom jen malá naděje, že se zvýší na původní hodnotu. V době převládajícího nadbytku ropy existují jen malé pobídky, aby společnosti investovaly do nových extrakčních technologií.

(David Hambling: Oil on ZAP. New Scientist, 2015, č. 3034, s. 34-37.)