صناعة الصخر الزيتي

صناعة الصخر الزيتي هي صناعة تعدين ومعالجة الصخر الزيتي ، وهو صخر رسوبي دقيق الحبيبات يحتوي على كميات كبيرة من الكيروجين (مزيج صلب من المركبات الكيميائية العضوية )، والذي يمكن من خلاله تصنيع الهيدروكربونات السائلة . وقد تطورت هذه الصناعة في البرازيل والصين وإستونيا ، وإلى حد ما في ألمانيا وروسيا. وتجري العديد من الدول الأخرى حاليًا أبحاثًا على احتياطياتها من الصخر الزيتي وطرق إنتاجها لتحسين الكفاءة والاستخلاص. ^{[ 1 ]} وقد استحوذت إستونيا على حوالي 70% من إنتاج الصخر الزيتي العالمي، وذلك وفقًا لدراسة نُشرت عام 2005. ^{[ 2 ]}

استُخدم الصخر الزيتي للأغراض الصناعية منذ أوائل القرن السابع عشر، حين كان يُستخرج لاستخراج معادنه. ومنذ أواخر القرن التاسع عشر، استُخدم زيت الصخر الزيتي أيضاً لمحتواه النفطي، ووقوداً منخفض الجودة لتوليد الطاقة. ومع ذلك، باستثناء الدول التي تمتلك رواسب كبيرة من الصخر الزيتي، فإن استخدامه لتوليد الطاقة ليس واسع الانتشار. وبالمثل، يُعد الصخر الزيتي مصدراً لإنتاج النفط الخام الاصطناعي ، ويُنظر إليه كحل لزيادة الإنتاج المحلي للنفط في الدول التي تعتمد على الاستيراد.

استُخدم الصخر الزيتي منذ القدم. بدأ استخراج الصخر الزيتي الصناعي الحديث عام ١٨٣٧ في مناجم أوتون بفرنسا، ثم في بريطانيا وألمانيا وعدة دول أخرى. ^{[ ١ ] [ ٤ ]} بدأ قطاع الصخر الزيتي بالنمو قبيل الحرب العالمية الأولى نتيجةً للإنتاج الضخم للسيارات والشاحنات، وما كان يُعتقد أنه نقص في البنزين لتلبية احتياجات النقل. في عام ١٩٢٤، كانت محطة تالين لتوليد الطاقة أول محطة في العالم تتحول إلى استخدام الصخر الزيتي كوقود. ^{[ ٥ ]}

بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية ، تراجعت صناعة الصخر الزيتي نتيجة لاكتشاف كميات كبيرة من النفط الخام المتوفر بسهولة وبأسعار زهيدة. ^{[ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]} ومع ذلك، استمر إنتاج الصخر الزيتي في النمو في إستونيا وروسيا والصين.

في أعقاب أزمة النفط عام 1973 ، أُعيد تنشيط صناعة الصخر الزيتي في عدة دول، ولكن في ثمانينيات القرن الماضي، ومع انخفاض أسعار النفط ، واجهت العديد من الصناعات خطر الإغلاق. وشهدت صناعة الصخر الزيتي العالمية نموًا متجددًا منذ منتصف تسعينيات القرن الماضي. وفي عام 2003، أُطلق برنامج تطوير الصخر الزيتي في الولايات المتحدة، وفي عام 2005، طُبّق برنامج التأجير التجاري للصخر الزيتي والرمال النفطية. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

اعتبارًا من مايو 2007، تُعدّ إستونيا من الدول الرائدة في استغلال الصخر الزيتي على نطاق واسع، إذ تُساهم بنسبة 70% من إنتاج الصخر الزيتي المُعالَج عالميًا. ^{[ 10 ]} وتتميز إستونيا بكونها دولة فريدة من نوعها، حيث لا تتجاوز نسبة رواسب الصخر الزيتي فيها 17% من إجمالي الرواسب في الاتحاد الأوروبي ، إلا أنها تُولّد 90% من طاقتها من الصخر الزيتي. ويعمل في قطاع الصخر الزيتي في إستونيا 7500  شخص، أي ما يُعادل 1% من إجمالي العمالة الوطنية، ويُساهم بنسبة 4% من الناتج المحلي الإجمالي. ^{[ 11 ]}

يُستخرج الصخر الزيتي إما بالتعدين التقليدي تحت الأرض أو بتقنيات التعدين السطحي . تتوفر عدة طرق للتعدين، لكن الهدف المشترك بينها جميعًا هو تفتيت رواسب الصخر الزيتي لتسهيل نقل شظايا الصخر إلى محطة توليد الطاقة أو وحدة التقطير. من أهم طرق التعدين السطحي التعدين المكشوف والتعدين الشريطي . ومن الطرق المهمة للتعدين تحت السطحي طريقة الغرف والأعمدة . ^{[ 12 ]} في هذه الطريقة، يُستخرج الصخر الزيتي عبر مستوى أفقي مع ترك "أعمدة" من الصخر غير المستخرج لدعم السقف، مما يقلل من احتمالية الانهيار. كما يُمكن الحصول على الصخر الزيتي كمنتج ثانوي لتعدين الفحم . ^{[ 1 ]}

يُعد منجم إستونيا، الذي تديره شركة إينيفيت كايفاندوسد ، أكبر منجم للصخر الزيتي في العالم . ^{[ 13 ]} في عام 2005، استخرجت إستونيا 14.8  مليون طن من الصخر الزيتي. ^{[ 11 ]} وخلال الفترة نفسها، صدرت تراخيص تعدين لما يقرب من 24  مليون طن، مع تلقي طلبات لتعدين 26  مليون طن إضافية. ^{[ 14 ]} في عام 2008، وافق البرلمان الإستوني على "الخطة الوطنية لتنمية استخدام الصخر الزيتي 2008-2015"، التي تحدد الاستخراج السنوي للصخر الزيتي بـ 20  مليون طن. ^{[ 15 ]}

يمكن استخدام الصخر الزيتي كوقود في محطات الطاقة الحرارية، حيث يُحرق مثل الفحم لتشغيل التوربينات البخارية. اعتبارًا من عام 2012، توجد محطات طاقة تعمل بالصخر الزيتي في إستونيا بقدرة توليد تبلغ 2967 ميغاواط ، وفي الصين، وألمانيا. ^{[ 16 ] [ 17 ]} كما شغّلت إسرائيل ورومانيا وروسيا محطات طاقة تعمل بالصخر الزيتي، لكنها أغلقتها أو تحولت إلى أنواع وقود أخرى مثل الغاز الطبيعي. ^{[ 1 ] [ 16 ] [ 18 ]} أعلنت الأردن ومصر عن خططهما لإنشاء محطات طاقة تعمل بالصخر الزيتي، بينما تخطط كندا وتركيا لحرق الصخر الزيتي في محطات الطاقة جنبًا إلى جنب مع الفحم . ^{[ 1 ] [ 16 ] [ 19 ]} 

تعتمد محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الصخر الزيتي كوقود في الغالب على نوعين من طرق الاحتراق. الطريقة التقليدية هي الاحتراق المسحوق (PC)، المستخدمة في الوحدات القديمة لمحطات الطاقة التي تعمل بالصخر الزيتي في إستونيا، بينما الطريقة الأكثر تطوراً هي الاحتراق في طبقة مميعة (FBC)، المستخدمة في مصنع هولسيم للأسمنت في دوترنهاوزن، ألمانيا، والتي كانت تُستخدم في محطة ميشور روتم للطاقة في إسرائيل. وتشمل تقنيات الاحتراق في طبقة مميعة الرئيسية: الاحتراق في طبقة مميعة فقاعية (BFBC) والاحتراق في طبقة مميعة دائرية (CFBC). ^{[ 16 ] [ 20 ]}

يوجد أكثر من 60  محطة طاقة حول العالم تستخدم تقنية الاحتراق في طبقة مميعة متداولة (CFBC) لحرق الفحم والليغنيت ، بينما تستخدم وحدتان جديدتان فقط في محطة نارفا للطاقة في إستونيا، ووحدة واحدة في محطة هواديان للطاقة في الصين، تقنية CFBC لحرق الصخر الزيتي. ^{[ 17 ] [ 19 ] [ 21 ] [ 22 ]} تُعدّ تقنية الاحتراق في طبقة مميعة مضغوطة (PFBC) الأكثر تطورًا وكفاءةً في حرق الصخر الزيتي . مع ذلك، لا تزال هذه التقنية في مراحلها الأولى. ^{[ 23 ]}

تُعدّ الصين وإستونيا أكبر منتجي النفط الصخري، بينما تحتل البرازيل المرتبة الثالثة بفارق كبير، في حين تخطط أستراليا والولايات المتحدة وكندا والأردن لإنشاء أو استئناف إنتاج النفط الصخري. ^{[ 24 ] [ 16 ] [ 19 ]} ووفقًا لمجلس الطاقة العالمي ، بلغ إجمالي إنتاج النفط الصخري من الصخر الزيتي في عام 2008 نحو 930 ألف  طن، أي ما يعادل 17700 برميل يوميًا (2810 م³ /يوم) ، منها 375 ألف طن للصين، و355 ألف طن لإستونيا، و200 طن لالبرازيل. وبالمقارنة، بلغ إنتاج النفط التقليدي وسوائل الغاز الطبيعي في عام 2008 نحو 3.95 مليار طن، أي ما ^يعادل 82.12 مليون برميل يوميًا (13056 ^× 10⁶ م³ / يوم ⁾ . ^{[ 1 ]}      

على الرغم من وجود العديد من تقنيات تقطير الصخر الزيتي، إلا أن أربع تقنيات فقط تُستخدم تجاريًا حاليًا، وهي: كيفيتر ، وغالوتر ، وفوشون ، وبتروسيكس . ^{[ 25 ]} الطريقتان الرئيسيتان لاستخراج النفط من الصخر الزيتي هما: الاستخراج خارج الموقع والاستخراج داخل الموقع . في طريقة الاستخراج خارج الموقع ، يُستخرج الصخر الزيتي من المناجم ويُنقل إلى وحدة التقطير لاستخراج النفط. أما في طريقة الاستخراج داخل الموقع، فيُحوّل الكيروجين وهو لا يزال على شكل رواسب صخرية زيتية، ثم يُستخرج عبر بئر، حيث يرتفع كبترول عادي. ^{[ 26 ]}

يُستخدم الصخر الزيتي في إنتاج الأسمنت من قِبَل شركة كوندا نورديك للأسمنت في إستونيا، وشركة هولسيم في ألمانيا، ومصنع فوشون للأسمنت في الصين. ^{[ 1 ] [ 27 ]} كما يُمكن استخدام الصخر الزيتي في إنتاج العديد من المنتجات الكيميائية ومواد البناء والمستحضرات الصيدلانية، مثل بيتومينوسلفونات الأمونيوم . ^{[ 11 ] [ 19 ]} مع ذلك، لا يزال استخدام الصخر الزيتي في إنتاج هذه المنتجات نادرًا جدًا وفي مراحل تجريبية فقط. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

تُعدّ بعض أنواع الصخر الزيتي مصدراً مناسباً للكبريت والأمونيا والألومينا وكربونات الصوديوم والناهكوليت، وهي مواد ثانوية تنتج عن استخلاص النفط الصخري. كما يُمكن استخدام بعض أنواع الصخر الزيتي لإنتاج اليورانيوم وعناصر كيميائية نادرة أخرى. خلال الفترة من 1946 إلى 1952، استُخدم نوع بحري من صخر الديكتيونيما لإنتاج اليورانيوم في سيلاماي ، إستونيا، وخلال الفترة من 1950 إلى 1989، استُخدم صخر الشب في السويد للغرض نفسه. ^{[ 6 ]} يُمكن أيضاً استخدام غاز الصخر الزيتي كبديل للغاز الطبيعي. بعد الحرب العالمية الثانية ، استُخدم غاز الصخر الزيتي المُنتَج في إستونيا في لينينغراد ومدن شمال إستونيا. ^{[ 28 ]} إلا أنه في ظلّ مستوى أسعار الغاز الطبيعي الحالي، لا يُعدّ هذا الأمر مُجدياً اقتصادياً. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

لا تزال كمية الصخر الزيتي القابلة للاستخراج اقتصاديًا غير معروفة. ^{[ 31 ]} لم تنجح المحاولات المختلفة لتطوير رواسب الصخر الزيتي إلا عندما انخفضت تكلفة إنتاج النفط الصخري في منطقة معينة عن سعر النفط الخام أو بدائله الأخرى. ^{[ 32 ]} ووفقًا لدراسة استقصائية أجرتها مؤسسة راند ، تتراوح تكلفة إنتاج برميل واحد من النفط الصخري في مجمع تقطير سطحي افتراضي في الولايات المتحدة (يضم منجمًا، ومصنع تقطير، ومصنع تحسين ، ومرافق داعمة، ومحطة لإعادة تدوير الصخر الزيتي المستهلك) بين 70 و95 دولارًا أمريكيًا (440-600 دولار/م³ ⁾ ، بعد تعديلها وفقًا لقيم عام 2005. وبافتراض زيادة تدريجية في الإنتاج بعد بدء الإنتاج التجاري، يتوقع التحليل انخفاضًا تدريجيًا في تكاليف المعالجة إلى 30-40 دولارًا للبرميل (190-250 دولار/م³ ) بعد ^بلوغ هدف مليار برميل (160 × 10⁶ ^{م³ )} . ^{[ 11 ] [ 12 ]} أعلنت شركة رويال داتش شل أن تقنية شل ICP الخاصة بها ستحقق ربحًا عندما تتجاوز أسعار النفط الخام 30 دولارًا للبرميل (190 دولارًا/م³ ⁾ ، بينما تؤكد بعض التقنيات عند الإنتاج الكامل ربحيتها حتى عند أسعار نفط أقل من 20 دولارًا للبرميل (130 دولارًا/م³ ⁾ . ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}   

لزيادة كفاءة تقطير الصخر الزيتي، وبالتالي تعزيز جدوى إنتاج زيت الصخر الزيتي، اقترح الباحثون واختبروا العديد من عمليات التحلل الحراري المشترك، حيث تُعالَج مواد أخرى مثل الكتلة الحيوية ، والخث ، والبيتومين المُستَهدَف ، أو نفايات المطاط والبلاستيك ، مع الصخر الزيتي. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]} وتقترح بعض التقنيات المُعدّلة الجمع بين مُعَجِّر ذي طبقة مميعة وفرن ذي طبقة مميعة مُدَوَّرة لحرق نواتج التحلل الحراري (الفحم وغاز الصخر الزيتي)، وبالتالي تحسين إنتاجية الزيت، وزيادة الإنتاجية، وتقليل وقت التقطير. ^{[ 41 ]}

في مقال نُشر عام ١٩٧٢ في مجلة "بترول إنفورميشنز" (ISSN 0755-561X)، قورن إنتاج النفط الصخري بشكل سلبي مع تسييل الفحم . وذكر المقال أن تسييل الفحم أقل تكلفة، وينتج كمية أكبر من النفط، ويُحدث آثارًا بيئية أقل من استخراج النفط الصخري. وأشار إلى نسبة تحويل تبلغ ٦٥٠ لترًا (١٧٠ جالونًا أمريكيًا ؛ ١٤٠ جالونًا إمبراطوريًا ) من النفط لكل طن من الفحم، مقابل ١٥٠ لترًا (٤٠ جالونًا أمريكيًا ؛ ٣٣ جالونًا إمبراطوريًا ) من النفط الصخري لكل طن من النفط الصخري. ^{[ ٤ ]}        

يُعدّ قياس نسبة الطاقة المُنتجة من الصخر الزيتي إلى الطاقة المُستهلكة في استخراجه ومعالجته مقياسًا حاسمًا لجدوى استخدامه كمصدر للطاقة، وتُعرف هذه النسبة باسم "الطاقة المُستردة من الطاقة المُستثمرة" ( EROEI ). وقدّرت دراسة أُجريت عام 1984 نسبة EROEI لمختلف رواسب الصخر الزيتي المعروفة بين 0.7 و13.3 ^{[ 42 ]} ، بينما تُشير مشاريع تطوير استخراج الصخر الزيتي المعروفة إلى نسبة EROEI تتراوح بين 3 و10. ووفقًا لتوقعات الطاقة العالمية لعام 2010 ، تتراوح نسبة EROEI للمعالجة خارج الموقع عادةً بين 4 و5، بينما قد تنخفض إلى 2 فقط في حالة المعالجة داخل الموقع. ومع ذلك، تُشير وكالة الطاقة الدولية إلى إمكانية توفير معظم الطاقة المُستخدمة عن طريق حرق الصخر الزيتي المُستنفد أو غاز الصخر الزيتي. ^{[ 31 ]}

توفر المياه اللازمة في عملية تقطير الصخر الزيتي اعتبارًا اقتصاديًا إضافيًا: قد يشكل هذا مشكلة في المناطق التي تعاني من ندرة المياه .

ينطوي استخراج الصخر الزيتي على عدد من الآثار البيئية، وهي أكثر وضوحًا في التعدين السطحي منها في التعدين تحت الأرض. ^{[ 43 ]} تشمل هذه الآثار تصريف الأحماض الناتج عن التعرض السريع والمفاجئ للمواد المدفونة سابقًا وما يتبعه من أكسدة ، ودخول المعادن، بما في ذلك الزئبق ^{[ 44 ]} ، إلى المياه السطحية والجوفية، وزيادة التعرية ، وانبعاثات غازات الكبريت، وتلوث الهواء الناجم عن إنتاج الجسيمات الدقيقة أثناء عمليات المعالجة والنقل والأنشطة الداعمة. ^{[ 45 ] [ 46 ]} في عام 2002، كان حوالي 97% من تلوث الهواء، و86% من إجمالي النفايات، و23% من تلوث المياه في إستونيا ناتجًا عن قطاع الطاقة، الذي يستخدم الصخر الزيتي كمصدر رئيسي لإنتاج الطاقة. ^{[ 47 ]}

يمكن أن يُلحق استخراج الصخر الزيتي ضرراً بالقيمة البيولوجية والترفيهية للأراضي والنظام البيئي في منطقة التعدين. وتُنتج عمليات الاحتراق والمعالجة الحرارية نفايات. إضافةً إلى ذلك، تشمل الانبعاثات الجوية الناتجة عن معالجة الصخر الزيتي واحتراقه ثاني أكسيد الكربون ، وهو أحد غازات الدفيئة . ويعارض دعاة حماية البيئة إنتاج الصخر الزيتي واستخدامه، لأنه يُنتج غازات دفيئة أكثر من الوقود الأحفوري التقليدي. ^{[ 48 ]} قد تُخفف عمليات التحويل التجريبية في الموقع وتقنيات احتجاز الكربون وتخزينه بعض هذه المخاوف في المستقبل، ولكنها في الوقت نفسه قد تُسبب مشاكل أخرى، بما في ذلك تلوث المياه الجوفية . ^{[ 49 ]} ومن بين ملوثات المياه الشائعة المرتبطة بمعالجة الصخر الزيتي الهيدروكربونات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على الأكسجين والنيتروجين. ومن الأمثلة الشائعة التي يتم رصدها مشتقات الكينولين ، والبيريدين ، ومختلف متجانسات الألكيل للبيريدين ( البيكولين ، واللوتيدين ). ^{[ 50 ]}

تُعدّ قضايا المياه من القضايا الحساسة في المناطق القاحلة، مثل غرب الولايات المتحدة وصحراء النقب في إسرائيل ، حيث توجد خطط لتوسيع استخراج الصخر الزيتي رغم نقص المياه. ^{[ 51 ]} وبحسب التقنية المستخدمة، يستهلك التقطير السطحي ما بين برميل واحد وخمسة براميل من الماء لكل برميل من الزيت الصخري المُنتَج. ^{[ 12 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]} وذكر بيان تقييم الأثر البيئي البرنامجي الصادر عام 2008 عن مكتب إدارة الأراضي الأمريكي أن عمليات التعدين السطحي والتقطير تُنتج ما بين 2 إلى 10 جالونات أمريكية (7.6 إلى 37.9 لترًا؛ 1.7 إلى 8.3 جالونًا إمبراطوريًا ) من مياه الصرف لكل طن قصير (0.91 طن متري) من الصخر الزيتي المُعالَج. ^{[ 52 ]} بينما يستهلك المعالجة في الموقع ، وفقًا لأحد التقديرات، عُشر كمية المياه تقريبًا. ^{[ 55 ]}    

نظّم نشطاء البيئة ، بمن فيهم أعضاء منظمة السلام الأخضر (غرينبيس) ، احتجاجاتٍ شديدة ضد صناعة الصخر الزيتي. ونتيجةً لذلك، علّقت شركة كوينزلاند إنرجي ريسورسز مشروع ستيوارت للصخر الزيتي المقترح في أستراليا عام 2004. ^{[ 45 ] [ 56 ] [ 57 ]}

• احتياطيات الصخر الزيتي