Łupkowe dylematy

Kwiecień, 2012  |  , ,    
Kwiecień, 2012

Gaz to relatywnie najczystsze z paliw kopalnych. Spalanie metanu prowadzi jedynie do powstania dwutlenku węgla i pary wodnej (i pewnych ilości tlenków azotu). Do pewnego stopnia gaz może też służyć jako paliwo w transporcie, zastępując szybko wyczerpującą się i drożejącą ropę. Nic więc dziwnego, że w obliczu widma kryzysów gospodarczego i demograficznego rząd Polski potraktował wizję obfitych złóż gazu ziemnego jak mannę z nieba i postanowił uczynić z nas drugą Norwegię. Plusy eksploatacji są liczne. Nie ma jednak róży bez kolców.

 

W miarę jak mieszkańcy krajów rozwijających bogacą się i naśladują zachodni sposób życia – kupują samochody, klimatyzację, telewizory i wycieczki lotnicze – rośnie zapotrzebowanie na energię. Zaspokojenie tej potrzeby staje się coraz trudniejsze, szczególnie, że trend poprawy efektywności energetycznej w ostatniej dekadzie zatrzymał się – od roku 2000 do 2010 światowy PKB wzrósł o 27%, podczas gdy zużycie energii w tym czasie wzrosło o 28%.

Dotychczasowe złoża paliw kopalnych, zaspokajające obecnie ponad 80% naszych potrzeb energetycznych, wyczerpują się. Opracowujemy nowe technologie pozwalające sięgnąć do miejsc, które jeszcze niedawno wydawały się zupełnie nieopłacalne: po piaski roponośne, złoża ropy leżące pod głębokim na 3 km oceanem, ropę w Arktyce czy gaz łupkowy.

Polska jest uzależniona od importu paliw kopalnych (ropy prawie w całości, gazu ziemnego w 2/3, a ostatnio także coraz bardziej węgla), przez co każdego roku kilka procent polskiego PKB wypływa za granicę. Polskie wydobycie gazu na poziomie 4 mld m3 wystarcza na zaspokojenie około 30% potrzeb – resztę importujemy, głównie z Rosji. Rezerwy gazu szybko maleją – w 1988 roku wynosiły 170 mld m3, w 1998 roku spadły do 140 mld m3, a w 2008 roku do 110 mld m3. Wygląda na to, że pozostaną nam już wkrótce jedynie rezerwy węgla, coraz niższej jakości i droższe w wydobyciu, a koszty importu będą dalej rosły.

Trochę o technice wydobywania

Gaz ziemny powstaje pod ziemią z resztek organicznych poddanych długotrwałemu działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia. Jeśli w skale macierzystej (z materiałem organicznym przekształconym w gaz) istnieją pory i szczeliny pozwalające na przemieszczanie się gazu, przesącza się on w górę i albo ucieka na powierzchnię, albo trafia na pułapkę z nieprzepuszczalnej skały, gdzie się gromadzi. Tak powstaje konwencjonalne złoże gazu, do którego możemy się dowiercić i wydobywać z niego gaz. Jeśli jednak skała macierzysta jest nieprzepuszczalna, to gaz nie może przemieszczać się do góry i pozostaje w niej. Jeśli dowiercimy się do takiego pokładu, nie ma z niego wielkiego pożytku, bo gaz nie przesącza się do odwiertu w ilościach wystarczających do opłacalnej jego eksploatacji.

Rozwój technologii odwiertów poziomych i kruszenia hydraulicznego pozwolił na dostęp do gazu i w takich złożach. Dochodzący do złoża odwiert z pomocą sterowanych głowic wiertniczych skręca i idzie poziomo nawet przez kilka kilometrów (najdłuższe odwierty na świecie to już 10 km). W powstałym tunelu dokonuje się mikrowybuchów, które kruszą skałę, tworząc w niej sieć szczelin. Następnie do każdej studni pompuje się pod ciśnieniem setek atmosfer 10–30 mln litrów wody i 100 lub więcej ton ceramicznego granulatu lub piasku, przy czym ten proces szczelinowania hydraulicznego dla pojedynczego odwiertu możne być powtarzany nawet kilkanaście razy. Woda ma za zadanie rozsadzić skały, a granulat zapobiec ponownemu zaciśnięciu się szczelin. Dodatkowo 0,5–2% tej mieszanki stanowią chemikalia – kwasy, środki rozpuszczające osady, płyny zmniejszające tarcie, biocydy, inhibitory korozji, zagęszczacze, demulgatory, pochłaniacze tlenu i wiele podobnych substancji. Przez powstałą sieć kanalików do odwiertu sączy się gaz, który można gromadzić i wykorzystywać.

Schemat wydobycia gazu łupkowego. Grafika własna autora.

Z jeziorkiem wpompowanej do odwiertu i pełnej chemikaliów wody trzeba coś zrobić. Na publicznie dostępnej, liczącej setki pozycji liście używanych przy szczelinowaniu chemikaliów znajdują się związki rakotwórcze, neurotoksyczne i mutagenne, a wiele związków stosowanych przy wydobyciu w ogóle nie zostało zbadanych pod kątem szkodliwości.

Jak to się robi w Ameryce

W Stanach Zjednoczonych, „ojczyźnie gazu łupkowego”, prezydent George W. Bush w 2005 roku wyłączył wydobycie gazu z ustawy o ochronie złóż wodonośnych (Safe Drinking Water Act), przez co wydobycie gazu jest praktycznie nieuregulowane, a skład chemiczny stosowanej przez koncerny wydobywcze mieszanki stanowi ich tajemnicę handlową. Przy wypompowywaniu gazu na powierzchnię wraca 30–70% wpompowanego do odwiertu toksycznego płynu wymieszanego z solami mineralnymi wypłukanymi ze skał, tworząc miliony litrów silnie korodujących ścieków poprodukcyjnych. Wymagają one kosztownej utylizacji, bądź wpompowania z powrotem pod ziemię. Dla obniżenia kosztów eksploatacji firmy wydobywcze idą jednak zwykle „na skróty”, odzyskując jedynie około 3% wlewanej do odwiertów wody. Cała reszta jest albo rozpylana w powietrzu, aby odparowała, albo rozwożona ciężarówkami po okolicy i zrzucana wzdłuż dróg, albo przewożona do miejskich oczyszczalni ścieków. Wszystkie te sposoby pozbywania się problemu skutkują zanieczyszczeniem powietrza, wód i gleby.

Podobnie wydobywany na powierzchnię metan jest zanieczyszczony parą wodną i lotnymi związkami organicznymi, takimi jak benzen, toluen czy ksylen, które oddziela się od metanu w separatorze. Oczywiście najtaniej jest to wszystko po prostu wypuścić do atmosfery.

Nie sposób dokładnie przewidzieć, jak przebiegnie szczelinowanie i jak zareagują sąsiadujące warstwy skał. W rezultacie metan ze złoża może zacząć ulatniać się do otoczenia, może też rozpuszczać się w wodach gruntowych. Z rozszczelnionego złoża, wraz z metanem, do wód gruntowych może przenikać mieszanka szczelinująca, zatruwając je.

Udokumentowano już ponad tysiąc przypadków zatruć wody w Kolorado, Nowym Meksyku, Alabamie, Ohio, Wyoming i Pensylwanii. W bogatym w łupki gazonośne Wyoming, w regionach wydobycia można spotkać studnie, w których zalega oleista, brązowa ciecz. Testy Scientific American wykazały, że rejestrowany w studniach poziom benzenu przekraczał dopuszczalny poziom nawet 1500 razy. Mimo to firmy wydobywcze zapewniają, że ponieważ łupki gazonośne znajdują się głęboko poniżej źródeł wody pitnej, a eksploatacja złóż łupkowych z definicji dotyczy złóż o niskiej przepuszczalności, to zanieczyszczenie wód jest niemożliwe.

W stanie Nowy Jork planuje się wywiercenie 80 tys. studni, w sąsiedniej Pensylwanii – 100 tys. Ponieważ są to tereny zaopatrujące w wodę Nowy Jork, przeciwko odwiertom zaprotestowały władze miejskie szacując, że w razie zanieczyszczenia wód budowa stacji uzdatniania będzie kosztować nawet 20 mld dolarów, a jej funkcjonowanie milion dolarów dziennie. Gdy już raz zanieczyści się złoża podziemne, ich oczyszczenie jest niezwykle kosztowne, a często wręcz niemożliwe.

W Polsce, ze względu na głębsze położenie złóż, można mieć nadzieję, że metan nie przedostanie się do pokładów wodonośnych (choć z drugiej strony koszt eksploatacji takich głębszych złóż będzie wyższy).

Analizy pokazują też, że eksploatacja gazu łupkowego wiąże się ze znaczącą ucieczką do atmosfery metanu – silnego gazu cieplarnianego, przez co wykorzystanie gazu łupkowego jako źródła energii wiąże się z emisjami gazów cieplarnianych porównywalnych do emisji przy spalaniu węgla. Co nawet istotniejsze – z punktu widzenia zmiany klimatu nie jest szczególnie ważne, w jakim tempie będziemy spalać paliwa kopalne i emitować gazy cieplarniane – takim jak obecnie, o połowę mniejszym, czy dwa razy większym. Liczy się sumaryczna ilość emisji – a każdy kolejny nowy wykorzystany rezerwuar paliw kopalny zwiększa te emisje.

Wokół szkodliwości wydobycia gazu łupkowego narosło sporo kontrowersji. Wiele z nich zostało poruszonych w głośnym filmie „Gasland”, ostro skrytykowanym przez lobby gazowe. Do momentu wyjaśnienia tych kontrowersji w wielu miejscach uchwalono wstrzymanie wydobycia. W Pensylwanii władze lokalne zaczęły wprowadzać zakazy wydobycia gazu łupkowego metodą szczelinowania hydraulicznego, a władze stanu Nowy Jork ustanowiły czasowe moratorium na nowe pozwolenia wydobywcze. Podobną drogą poszły władze kanadyjskiej prowincji Québec, blokując wydobycie aż do momentu przeprowadzenia badań naukowych sprawdzających szkodliwość tego procesu. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska rozpoczęła kompleksowe badania mające określić stopień szkodliwości wydobycia gazu łupkowego. Francja, Bułgaria i Szwecja stwierdziły, że ze względów środowiskowych (a w przypadku Szwecji także ze względu na konsekwentnie prowadzoną politykę uniezależniania się od paliw kopalnych) nie będą eksploatować swoich złóż gazu łupkowego. W zasadzie Polska pozostała jedynym krajem Unii Europejskiej mającym znaczące złoża gazu łupkowego, który zamierza je eksploatować.

Polscy eksperci nie mają jednak najmniejszych wątpliwości, że eksploatacja gazu łupkowego będzie bezpieczna dla środowiska. Oby mieli rację.

Nadmierny optymizm?

Sytuacja jest podobna do tej z innymi źródłami energii – może być tanio albo bezpiecznie dla lokalnych społeczności i środowiska. Przy zachowaniu właściwych środków ostrożności i technologii gaz łupkowy może być eksploatowany w sposób relatywnie bezpieczny – jego wydobycie nie będzie wtedy jednak tanie. Z drugiej strony, można uprościć proces wydobycia, nie zawracając sobie głowy ewentualnymi problemami „ubocznymi”, i przenieść koszty na społeczeństwo, dzięki czemu cena gazu będzie niska, a zyski wydobywających go firm wysokie. Obecnie Polska prowadzi działania mające na celu zablokowanie unijnych przepisów regulujących środowiskowe aspekty wydobycia gazu łupkowego, otwarcie przyznając, że mogłyby one być zbyt uciążliwe i nadmiernie podnosić cenę gazu. Cóż, wiele wskazuje na to, że niezależnie od takich czy innych kosztów środowiskowych, w naszej pogoni za energią prawdopodobnie zignorujemy je i uznamy, że w imię wydobycia gazu powinniśmy się z nimi pogodzić.

I tu pojawia się krytyczne pytanie: na jakie wydobycie gazu łupkowego rzeczywiście można liczyć? Według przemysłu gazowego, polityków i mediów gaz łupkowy będzie w stanie zaspokoić potrzeby energetyczne kraju przez dziesiątki lat. Czy to wyobrażenie odzwierciedla rzeczywistość?

Może być ono zbyt optymistyczne. Różowym perspektywom przedstawianym przez przemysł wydobycia gazu łupkowego sprzyja rozpoczęcie wydobycia od najlepszych miejsc i ekstrapolacja rezultatów na inne potencjalne regiony. Z kolei establishment polityczny, wraz z podlegającymi mu agencjami (jak amerykańska EIA lub polski Państwowy Instytut Geologiczny), nerwowo rozglądając się za źródłami energii będącymi w stanie zasilić przyszły wzrost gospodarczy i zapewnić bezpieczeństwo energetyczne, bezkrytycznie przyjmują to optymistyczne spojrzenie i za pośrednictwem mediów przekazują je społeczeństwu. Podchwytują je nawet niektóre organizacje ekologiczne, widząc w gazie „paliwo przejściowe”, mogące zastąpić węgiel.

Wnioski dotyczące perspektyw wydobycia wyciągane są z doświadczeń z najobfitszymi i najłatwiejszymi w eksploatacji złożami. Podczas gdy początkowe wypływy gazu z odwiertów po skruszeniu skały są bardzo wysokie, to zwykle już w ciągu pierwszego roku maleją nawet o 85%, a przepływy gazu z odwiertów po kilku latach ustalają się na bardzo niskich poziomach. By utrzymać wydobycie na niezmienionym poziomie, liczba odwiertów musi rosnąć. Zadanie staje się coraz bardziej kosztowne, zwłaszcza że kolejne instalacje wydobywcze będą lokowane w coraz trudniejszych w eksploatacji i dających mniejszy zwrot z inwestycji miejscach. W pewnym momencie nie da się dłużej utrzymać wzrostu tempa produkcji – zarówno ze względu na ograniczenia finansowe, jak i z powodu niedostatku wykwalifikowanych pracowników.

Jeśli jednak wszystkie te trudności zostaną tak czy inaczej pokonane, to na jak wiele gazu możemy liczyć?

Polskie perspektywy

Polska może posiadać bardzo obfite złoża gazu łupkowego. Według geologów może to być nawet 1500–3000 mld m3 możliwego do wydobycia w przyszłości gazu, czyli 100–200 razy więcej, niż wynosi nasze obecne roczne zużycie. Amerykańska EIA mówi nawet o 5300 mld m3 gazu łupkowego, choć ze względu na długą historię hurraoptymistycznych, lecz negatywnie weryfikowanych przez rzeczywistość oszacowań, liczba ta może być znacząco zawyżona.

Nie wiemy, jak wiele gazu łupkowego znajdziemy. Może się okazać, że polskie złoża nie nadają się do eksploatacji – mogą leżeć za głęboko, być zbyt małej grubości, może być w nich zbyt mało materii organicznej, materia organiczna może być w niewystarczającym stopniu przetworzona w gaz, w gazie może być zbyt wiele azotu, ciśnienie gazu może być zbyt niskie, żeby przesączał się do kanalików, formacje geologiczne mogą być niepodatne na szczelinowanie, mieć skomplikowaną strukturę geologiczną lub być w inny sposób trudne w eksploatacji. Nie wystarczy, że gaz po prostu gdzieś tam jest. Aby eksploatacja złoża była opłacalna, większość tych warunków musi być spełniona łącznie, co ma miejsce tylko w szczególnych przypadkach.

Wiele wskazuje na to, że w porównaniu z warunkami w amerykańskich złożach, takich jak np. Barnett Shale, nasze złoża charakteryzują się znacznie niższymi parametrami, a szacunki EIA są zawyżone.

Ale załóżmy, że dzielenie skóry na niedźwiedziu zakończy się pomyślnie i rzeczywiście mamy nadające się do eksploatacji pokłady gazu w maksymalnej rozważanej ilości 5 000 mld m3 – co oznaczałoby, że mamy rezerwy gazu większe niż konwencjonalne rezerwy gazowe Norwegii lub wszystkich krajów Unii Europejskiej razem wziętych. Czy rozwiązuje to nasze polskie problemy energetyczne i na jak długo?

Dzisiaj gaz zaspokaja niecałe 13% naszego zużycia energii. Tak więc „gaz na 100 lat przy obecnym poziomie zużycia” to tylko energia na 13 lat naszych obecnych potrzeb energetycznych, o ich wzroście czy eksporcie nawet nie wspominając. Nawet złoża gazu „na 200 lat” to 25 lat naszych potrzeb energetycznych.

Opierając się na gazie i kierując naszą uwagę i środki w tym kierunku, możemy zaniedbać technologie bezwęglowe, poświęcając ich rozwój na ołtarzu szybkich korzyści oferowanych przez gaz. Nie powinniśmy traktować gazu łupkowego jako docelowego rozwiązania naszych problemów energetycznych. Może to stworzyć iluzję bezpieczeństwa energetycznego i umocnić nas w fałszywej wierze, że zawsze coś się wymyśli i postęp technologii wydobywczych będzie przesuwać granicę w nieskończoność.

 

Marcin Popkiewicz
Analityk megatrendów; redaktor portalu ZiemiaNaRozdrozu.pl







Zobacz także