Хімія і Життя - Нафта і майбутнє

Британське Королівське товариство продовжує досліджувати перспективи сучасного соціуму, що стоїть на роздоріжжі. Минулого разу (див. «Хімію і життя», 2013, № 12) міркування про доступні людству матеріалах привели до висновку, що потрібно кардинально змінювати ставлення до поняття економічного зростання . А в січневому номері «Philosophical Transaction A» (2014 року, 372, 2006) йшлося про найголовніше - постачанні суспільства енергією.

сукцесія

Термін, винесене в підзаголовок, означає послідовну і необоротну зміну біоценозів в живій природі. Відповідно до концепцій, розробленої російськими екологами В.Н.Сукачевим і С.М.Разумовскім, така зміна веде до закономірного результату - створення стійкого співтовариства організмів, у якого немає внутрішніх причин для зміни; всі потоки речовини і енергії в ньому замкнуті. Такий стан називається клімаксом. Є думка, що дрімучий темний ялиновий ліс в середній смузі - це і є клімакс лісової екосистеми; скільки органічної речовини в ньому утворюється при фотосинтезі, стільки і розкладається в результаті сукупного дихання всієї спільноти. Потік сонячної енергії (або потік вуглекислого газу, якщо від енергії перейти до матерії) проходить через це спільнота, ніде не накопичуючись. Інша залежить від молодої системі: там при фотосинтезі вуглекислого газу (і відповідно енергії) фіксується більше, ніж витрачається при диханні; запаси органічної речовини збільшуються, зростає біомаса, як кількісно, так і якісно, - за рахунок біорізноманіття. До клімаксу, втім, справа може і не дійти, якщо процес перерветься пожежею або ураганом. Тоді виникла пустку заселять види-піонери, і сукцесія почнеться спочатку.

Як вважає географ Девід Мерфі з Північного університету Іллінойсу ( «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0126), ці ж міркування цілком застосовні до людського суспільства. Маючи можливість отримувати все більше і більше енергії, воно розвивається, збільшуючи рівень своєї соціальної та технологічної складності. При цьому зростає енергія, яку треба витрачати на свого роду метаболізм цивілізації - підтримка всієї цієї складності: ремонт доріг, мостів, експлуатацію електростанцій, зміст невиробничих секторів на зразок науки і культури, охорони здоров'я, соціального страхування і т. Д. І одного разу може так скластися, що на розвиток енергії не залишиться. Суспільство увійде в стабільний стан застою, відповідне клімаксу екосистеми. Якщо ж кількість енергії, яку має суспільство, скорочується, якісь його компоненти починають деградувати і відмирати: біорізноманіття падає. Для запобігання деградації та подолання застою потрібно або нове джерело енергії, або перебудова метаболізму цивілізації.

На відміну від природної екосистеми, людське суспільство може знаходити нові джерела енергії, і це траплялося не раз. Відомі три найважливіших енергетичних події, забезпечили розвиток цивілізації. Першим можна назвати приручення вогню, яке дозволило скоротити витрати енергії на перетравлення їжі - в приготованому вигляді вона легше засвоюється, на протистояння холоду і на виготовлення знарядь. Друге - винахід сільського господарства, зелена революція неоліту, що дала надійний і рясний джерело їжі і скоротила витрати енергії на її пошуки. Третє - використання викопного палива, що забезпечило незалежність від продуктивності природних екосистем і дало початок промислової революції.

століття нафти

Всередині трьох великих періодів - «вогонь» - «сільське господарство» - «викопне паливо» є і більш дрібні ділення. Так, третій період можна розділити на дві частини: з кінця XVIII століття основним паливом було вугілля, однак приблизно в середині XX століття першу роль стала грати нафту. У 2010 році в глобальному енергетичному балансі на неї припадало 32,3%, на вугілля -27,7%, газ - 23,3% (решта не так значимо: 9,9% - дрова і кізяки, 5,7 - ядерна енергія , 2,3 - гідроенергія, 0,5% - рідке біопаливо і 0,4% - Сонце з вітром). При цьому 95% палива для транспорту роблять з нафти.

Зростання ВВП неминуче вимагає збільшення витрати енергії (David J. Murphy. The implications of the declining energy return on investment of oil production , «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/ rsta.2013.0126)

Споживання нафти зростає дуже швидко. З 1988 по 2012 рік її добули стільки ж, скільки за весь попередній час. А за всю свою історію людство викачало із земних надр 1,248 трлн. барелів нафти (барель - це бочка об'ємом 42 американських галона, або приблизно 159 літрів). У 2012 році кожна людина спожив 2,5 бочки, причому розподіл по країнах показує значну диспропорцію: в країнах Організації економічного співробітництва і розвитку (це 18% населення планети і 60% глобального ВВП) на кожного жителя припало 14 бочок, а лідери, американці, спалили по 25 бочок. Очевидно, цю диспропорцію виправити не можна в принципі: зараз споживання всіх горючих рідин становить 31,2 млрд. Барелів на рік і якби кожному з 7 млрд. Жителів Землі видати по 14 бочок, то споживання зросло б майже в три рази, до 98 млрд . барелів на рік, або 268 млн. в день. При цьому оптимісти сподіваються, що при сприятливих умовах ми зможемо в 2030 році подужати максимум 113 млн. Барелів нафти в день (сьогодні щоденне споживання становить 91 млн. Барелів всіх горючих рідин, а на сиру нафту з них припадає приблизно 85 млн.). Песимісти ж дорікають їх у надмірній мрійливості і відзначають, що нинішній рівень - межа, а далі буде тільки зниження, тим більше що цей рівень стабільно тримається вже вісім років. Так ми підійшли до проблеми піку нафтовидобутку.

доля родовища

Питання «коли скінчиться нафта?» Хвилює експертів не одне десятиліття. Чіткої відповіді як не було, так і немає: передбачення «нафту скінчиться через тридцять років» регулярно з'являється ось уже півстоліття, проте вона не закінчується, а навіть навпаки.

Вперше про пік видобутку заговорив Маріон Кінг Хуберт з дослідницької лабораторії компанії «Шелл» в Х'юстоні. У 1956 році він опублікував статтю про перспективи ядерної енергетики в зв'язку з вичерпанням запасів нафти і ввів поняття «пік нафтовидобутку», який ще називають хубертовскім піком. Проаналізувавши дані про роботу американських родовищ, про темпи відкриття нових запасів і про споживання нафтопродуктів, він передбачив, що пік американської видобутку буде пройдений між 1965 і 1970 роком.

Прогноз збувся, чому Хуберт і став знаменитістю. Проходження піку супроводжувалося серйозними неприємностями, оскільки в 1973 році сталося арабське нафтове ембарго для країн, що підтримують Ізраїль, а в 1979 році іранська революція ще посилила проблеми на ринку нафти. Підсумком став затяжна економічна криза, вийти з якого допомогли рішучі перетворення, початі в США Рональдом Рейганом (у Великобританії - Маргарет Тетчер), і крах СРСР.

Проте подальші події показали, що розрахунки Хуберта занадто схематичні і не враховують науково-технічний прогрес: з 90-х років в США почалося зростання нафтовидобутку. Він був пов'язаний з появою нових технологій: спочатку видобутку на глибоководних ділянках шельфу, потім розробки сланцевої нафти, а також канадських важких вуглеводнів. Зараз американська нафтовидобуток впевнено рухається до свого другого піку, і день, коли США перетворяться з імпортера на експортера нафти, на думку деяких експертів, не за горами. (Інші, втім, вказують, що потенціал широко розрекламованої сланцевої нафти для цього занадто малий.) Наявність такого другого піку дозволяє оптимістам стверджувати, що за ним, у міру появи відповідних методів, може послідувати і третій, і четвертий, чому вся проблема вичерпання нафти виглядає надуманою.

Перш ніж перейти до розмови про те, скільки ж нафти залишилося в земних надрах, подивимося разом зі співробітниками компанії «Брітіш петролеум» ( «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20120320; doi: 10.1098 / rsta.2012.0320) на долю нафтового родовища .

Нафта видобувають на нафтових полях. Зараз відомо від 45 до 70 тисяч таких полів. При цьому 25 сверхгигантских полів забезпечують чверть світового видобутку (найбільше поле Гавар в Саудівській Аравії дає 7%). Ще одна чверть припадає на кілька сотень полів з запасами понад 500 млн. Барелів. Очевидно, що зараз всі наявні на планеті гігантські поля вже знайдені, якщо тільки вони є в Антарктиді або Арктиці, де умови і для геологорозвідки і для видобутку набагато гірше, ніж в Техасі або на Аравійському півострові. Це означає: відкриття нових родовищ з роками дають все меншу надбавку до оцінок запасів. Самі ж запаси неминуче тануть, причому значна частина переходить з часом в розряд неізвлекаемой при сучасному рівні цін і технології.

Після того як з розвідувальної свердловини забив нафтовий фонтан, до нього підтягують нафтопроводи і починають промислове буріння, яке дає швидке зростання видобутку. Він триває від трьох до десяти років. Потім видобуток досягає піку і може два-три роки триматися на одному рівні - тривалість залежить від швидкості падіння тиску в пласті. Коли воно падає до критичного рівня, видобуток починає знижуватися, причому повільніше, ніж зростала, - по 10-15% на рік від пікового видобутку. Така первинна експлуатація вибирає 10-30% запасу нафти в пласті. На наступному етапі в пласт починають закачувати воду: створюючи тиск, вона підвищує віддачу нафти. В результаті вдається викачати вже 30-50% запасу. Після нового вичерпання починається третій етап експлуатації, коли нафтовикам доводиться йти на додаткові витрати: додавати в воду поверхнево-активні речовини, закачувати в пласт газ або створювати його на місці за допомогою бактерій, нагрівати нафту. Часом вдається таким способом довести витяг до 70-80%, але користуються цими методами рідко через проблеми з рентабельністю: зараз така «третинна» нафту дає 1,5% світового видобутку. Зазвичай же родовище консервують, залишивши в ньому 65% запасів.

З сланцевої нафтою ситуація гірша: у неї здобич не зростає, пік припадає на самий початок. Тому вичерпання відбувається швидше, а сам гідророзрив істотно ускладнює доступ до решти запасів, це не вичерпання тиску в пласті, а його руйнування; неочевидно, що коли-небудь такі запаси вдасться витягти. Швидке вичерпання сланцевої нафти веде до збільшення витрат - доводиться бурити більше свердловин і будувати протяжні нафтопроводи, а лягають ці витрати на менший обсяг нафти.

Ми на плато?

Подібний сценарій - швидке зростання, проходження піку, повільне падіння - можна застосувати і до окремої свердловині, і до нафтового полю, і до всієї глобальної нафтовидобутку. Його і враховують при оцінці запасів. Взагалі, з цими оцінками історія вельми заплутана. Наприклад, в 1920 році американці оцінювали свої запаси в 7 млрд. Барелів, однак до 1950 року вони викачали з надр 35 млрд. Барелів і ще приблизно залишалося 28 млрд. До 2011 року було видобуто вже 243 млрд. Барелів, а підтверджені запаси залишилися все на тому ж рівні в 30 млрд. барелів.

Після швидкого зростання, видобуток сирої нафти і газоконденсатних рідин в 2005 році вийшла на плато (Richard G. Miller, Steven R. Sorrell. The future of oil supply, «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20130179; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0179 )

Компанія «Брітіш петролеум» у 2011 році оцінювала глобальні запаси нафти в 1,26 трлн. барелів плюс 169 млрд. - нафта з канадських пісків і 220 млрд. - надважка венесуельська нафта. Потенціал же збільшення запасів, на думку аналітиків компанії, становив 2,49 трлн. барелів, що має на увазі як знахідку нових родовищ, так і переоцінку наявних з урахуванням технологічних можливостей, які з'являться в майбутньому. До речі, така переоцінка стала вирішальним фактором збільшення нафтових запасів: у період з 2000 по 2007 рік в середньому знаходили по 15 млрд. Барелів нової нафти і 33 млрд. Переоціненою на рік. Зростання ж споживання вже в 1985 році перевищив швидкість відкриття нових родовищ, яка як раз до 1980 року впала до нинішнього рівня. Тому якщо переоцінка має під собою технічне підставу, виходить, що запаси у нас ростуть швидше їх вичерпання, але, якщо тут мають місце ідеологія і приписки, тоді ситуація набагато сумніше. Всього ж, за даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), в 2012 році всі запаси рідких вуглеводнів становили 7,12 трлн. барелів. При цьому технічно можливо витягти 2,25 трлн. сирої нафти, 1,88 трлн. важкої нафти і бітуму з пісків, 1,07 трлн. керогена і 0,24 трлн. сланцевої нафти.

горючі рідини

Сира нафта - гетерогенна суміш вуглеводнів, яка залишається рідкою після з- потягу на поверхню. Залежно від щільності розрізняють легку нафту - 650- 870 кг / м3, середню - 871-910 кг / м3 і важку - 920-1050 кг / м3. Нафта утворюється із замкненого в колекторі органічної речовини, що опинився під нагріванням до 70-110оС. При більшому нагріванні довгі вуглецеві ланцюжка руйнуються і виходять низькомолекулярні вуглеводні.

Конденсат - дуже легка, летюча рідина, яка конденсується з газу, коли він остигає, досягнувши поверхні землі. Як правило, вона невіддільна від сирої нафти.

Газоконденсатні рідини, жирний газ - ці поняття мають на увазі неметановими фракцію природного газу - від етану до пентану. Вона або є рідиною (пентан) при нормальних умовах, або легко в неї перетворюється при збільшенні тиску.

Надважка нафта має густину більше 1000 кг / м3. Зараз її добувають головним чином у басейні Оріноко (Венесуела). Через високу в'язкості її важко витягувати і перекачувати по трубах, тому для полегшення видобутку застосовують різні методи, наприклад додаючи розчинник.

Бітумінозні піски (див. «Хімію і життя», 2013, № 12) - розташовані недалеко від поверхні породи, що містять пісок, глину, воду і бітум, який ще щільніше і менш в'язкий, ніж надважка нафта. Бітум виходить в результаті деградації поверхневих покладів нафти, яка втратила легку фракцію через випаровування, вимивання ґрунтовими водами або розкладання бактеріями. Видобувають відкритим способом, відмивають бітум і перетворюють його в синтетичну нафту для перекачування по трубопроводах. Основне родовище - в канадському штаті Альберта.

Сланцева нафта - легка нафта, що видобувається гідророзривом зі сланцевих або карбонатних порід з дуже низькою проникністю пласта. Зараз її основні джерела - родовища Баккен (Монтана, Північна Дакота) і Ігл Форд (Південний Техас).

Керогеновая нафта - нафта, отримана з керогена, органічної речовини, замкненого в дисперсних в осадових породах. Кероген добувають шахтним способом, відокремлюють від породи, довго гріють, збираючи випарується речовина, і перетворюють в нафту. Є ідея нагрівати безпосередньо всередині землі, однак промислових методів поки немає через високу вартість. Одне з великих родовищ такого виду розташоване в Ізраїлі.

Синтетичне паливо з газу - перетворення метану в високомолекулярні вуглеводні, при цьому найчастіше використовують процес Фішера - Тропша. Метод дає якісне рідке паливо без шкідливих домішок, таких, як сірка.

Синтетичне паливо з вугілля виходить або піролізу вугілля, що дає малий вихід, або його газифікацією і подальшим перетворенням в рідину в процесі Фішера - Тропша.

Біопаливо - рідке паливо, отримане з рослин, перш за все етиловий спирт з цукру або крохмалю і біодизель з масла. Біопалива другого покоління, які не повинні конкурувати за орні площі з продуктами харчування, планують отримувати з водоростей і деревини. Можливо, з деревини також отримуватимуть бутиловий спирт.

Ні в якому разі не з усіх нетрадиційних видів нафти фахівці згодні між собою. Наприклад, деякі вважають, що кероген взагалі ніколи не вдасться використовувати, а це 19% запасів. Інші ж зазначають, що витягти вдасться лише шосту частину оцінених агентством запасів, або 1,2 трлн. барелів. Тобто рівно стільки, скільки ми витягли за всю історію нафтовидобутку. А так як половину з них, тобто 0,6 трлн., Викачали всього за чверть століття - з 1988 по 2012 рік, - виходить, що нафти при нинішньому темпі видобутку в принципі до 2060 року не залишиться. Втім, так далеко експерти не заглядають, зосередившись на періоді до 2030 року.

Пам'ятаючи про ті, что пророкування майбутнього нафтовідобутку - справа невдячна, всі смороду візнають, что пік колись стане и Суперечка между оптімістамі и песімістамі идет лишь про Терміни его проходження. При цьом всі Виходять з одних и тих же чисел. Головні среди них - співвідношення между швідкістю зростання споживання и швідкістю Збільшення запасів. При прогнозі споживання в 2030 году на Рівні 113 млн. Барелів на день (це значення дает оптімістічній сценарій виходів зі Світової економічної кри з подалі помірнім зростанням) и при нінішньому спожіванні 91 млн. Барелів на день виходів, что щорічне зростання відобутку винен становитися 1, 2 млн. барелів на день, або 1,4% від нінішньої відобутку. У тій же година, за оцінкамі МЕА, до 2030 року Видобуток сірої нефти з уже відкритих традіційніх джерел скороти з 68,5 млн. Барелів на день в 2011 году до 26 млн. В 2035-му. Компенсація цього падіння вимагає вводити щороку нові потужності обсягом 3 млн. Барелів на день, а для запланованого зростання буде потрібно 4,2 млн. Барелів на день. Для порівняння: Іран обіцяє після зняття санкцій протягом року підвищити видобуток з 1 до 3,5 млн. Барелів на день і потім довести її до 4 млн. Барелів. Таким чином, для забезпечення зростання потрібно щороку розконсервувати запаси двох Іран або кожні три роки знаходити одну нову Саудівську Аравію.

Розуміючи безперспективність подібних мрій, оптимісти - американські аналітики Пітер Джексон і Літа Сміт з компанії IHS (Information Handling Services, тобто Служба обробки інформації), що веде найдетальнішу базу даних про родовища нафти і газу ( «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20120491. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0491), сподіваються на нові методи розвідки і видобутку, які дозволять збільшити видобуток на діючих родовищах і відкрити нові. В результаті видобуток нафти з традиційних джерел не тільки не впаде, а навіть підросте до 2020 року. Газоконденсатні рідини, бітумінозні піски, сланцева нафта і рідке біопаливо забезпечать зростання споживання: щорічна прибавка від них аж до 2030 року складе близько 1 млн. Барелів на день. Решта 2-3,5 млн. Барелів на день треба, мабуть, добирати з знову розвіданих або переоцінених традиційних джерел.

Впевненість американських аналітиків в тому, що нафтовидобуток з традиційних джерел вийшла нема на пік, а на плато, базується швидше на ідеологічних міркуваннях: високі ціни нафти, а за прогнозом, злегка впавши в 2014 році, вони знову будуть вище ста доларів за барель після 2015 року, стимулюють, по-перше, нафторозвідку, а по-друге, застосування дорогих методів отримання додаткового нафти з збіднілих родовищ. Ця ж висока ціна дозволяє розробляти і малорентабельні нові джерела на зразок глибоководного шельфу, північних територій і всіх нетрадиційних джерел. Перспектив же зниження ціни не видно: відновлення економіки після кризи викличе зростання потреби в нафті, а дешевих її джерел не залишилося.

Автори статті відзначають, що п'ятиріччя високих цін на нафту поки не прискорило скільки-небудь помітно відкриття нових родовищ, але вважають, що стагнація незабаром закінчиться. Правда, введення в експлуатацію дорогих джерел нафти зажадає чималих витрат капіталу: замість 1,2 трлн. доларів у 2012 році доведеться вже в 2016-му витратити 1,6 трлн. доларів, або 220% від вартості робіт в 2006 році. Що стосується маловірів, які побачили в стабілізації видобутку сирої нафти і газоконденсатних рідин (швидкість зростання з 1995 по 2005-й була 1,5% на рік, а зараз 0,3%) свідоцтво довгоочікуваного піку Хуберта і навіть вказали на його проходження в 2008 році, - вони не туди дивляться. Високі ціни підштовхнули зростання загального видобутку горючих рідин, і вона стрибнула в 2012 році до 91 млн. Барелів на день, підтвердивши принципи ринкової економіки. Хоча, звичайно, це сталося завдяки сланцевої і інший нетрадиційної нафти - видобуток сирої нафти і газоконденсатних рідин збереглася на колишньому рівні 85 млн.

Ми на піку?

Взагалі-то вже сам факт стрімкого зростання витрат на підтримання нафтовидобутку в статті американських аналітиків робить прогнози менш оптимістичними. Однак британці Річард Міллер і Стівен Соррель з Енергетичної групи Сассекського університету ( «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20130179; http://dx.doi.org/10.1098/ rsta.2013.0179) вирішили детально розібратися з можливими джерелами зростання. На їхню думку, немає ніяких підстав думати, що темпи відкриття нових полів або залучення в оборот використаних збережуться. Адже нікуди не дітися від факту, що основні родовища вже обрані на ті 30%, які відповідають піку нафтовидобутку. А всі технічні прийоми дозволяють лише уповільнити швидкість падіння, але ніяк не повернути пікову продуктивність. Тому, на їхню думку, нафтовидобуток з традиційних джерел в глобальному масштабі почне знижуватися раніше, ніж настане 2020 рік.

Надії на газоконденсатні рідини і жирний сланцевий газ (які, згідно з прогнозом, складуть в 2030 році 19% видобутку всіх горючих рідин) можуть також виявитися надмірно райдужними навіть не тому, що перспективи видобутку переоцінені. Кількість енергії в бочці такої рідини на третину менше, ніж в бочці нафти. Надії на сланцеву нафту можуть не виправдатися в принципі, оскільки її запаси невеликі, лише 10% від запасів сирої нафти, так і родовище виснажується дуже швидко. Бітумінозні піски навіть при сприятливому розвитку ситуації дадуть в 2030 році лише 5 млн. Барелів на день, тобто не більше 6% від потреби в цьому році. Що ж стосується синтетичного рідкого палива з газу і вугілля, в також біопалива, то вони вимагають таких витрат енергії, що вигода неочевидна, - ці проекти можуть триматися тільки за рахунок дотацій або в критичних умовах, наприклад ембарго на постачання нафтопродуктів як у нацистській Німеччині чи в ПАР часів апартеїду.

Результати розрахунку економічної моделі. Суцільна лінія - базовий сценарій, пунктир - різні рівні еластичності попиту на нафту. Показані зміни перерахованих показників у відсотках до початкового значення через 5-20 років після нафтового шоку (Michael Kumhof, Dirk Muir. Oil and the world economy: some possible futures. «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20120327; http: // dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0327)

Загалом, нетрадиційні джерела горючих рідин дадуть в 2030 році лише 11-15 млн. Барелів на день, що в сумі з надійно оціненими 26 млн. Барелів від існуючих родовищ забезпечує 37-41 млн. Барелів, або приблизно третину від тих 113 млн. барелів, що закладені в план. Інші дві третини оптимісти покривають надіями на краще майбутнє. При цьому в розрахунок не беруться політичні неприємності на зразок воєн, революцій і різного роду ембарго відносно нафтовидобувних країн.

Почім дровишки?

Дворазове збільшення витрат за десять років на витяг нафти може бути пов'язано з ще одним вкрай неприємним для прихильників нетрадиційної видобутку обставиною. Точніше, з індексом, званим по-англійськи EROI (energy return on investment) - відношення енергії витягнутого палива до тієї енергії, що потрібно затратити на його вилучення та транспортування до місця переробки. Цю проблему детально обговорює вже згаданий Девід Мерфі.

Ідея вважати такий показник виникла в американського еколога Чарльза Холла, коли він в 1968-1971 роках вивчав міграцію риб в одній з річок Північної Кароліни. Він зауважив, що чим більша риба, тим з більшою ймовірністю вона навесні рухається вгору за течією, витрачаючи при цьому чимало енергії на відміну від дрібних риб, що пливуть за течією. Хол пояснив це так: так, риба витрачає багато енергії, але вона потрапляє в місце, багате їжею, і відновлює енергію з лишком, якої вистачає на зростання і розмноження. А ось дрібної риби так робити невигідно - вона витратить занадто багато енергії на плавання і не зможе її компенсувати.

Цю ж ідею можна застосувати до економіки, більш того, вже не один раз пропонували оцінювати результати виробничої діяльності саме в натуральних, енергетичних одиницях, а не в грошових, цінність яких вельми умовна ( «Хімія і життя» подібні статті публікувала, і їх легко знайти в електронному архіві журналу). У США цю ідею в 1974 році запропонував до обговорення Пітер Чапман, головний редактор журналу «Energy Policy», а приводом стало горезвісне арабське ембарго. У тому ж році конгрес США схвалив пропозицію використовувати енергетичні оцінки для проектів в енергетиці. На жаль, в 1979 році пролунала іранська революція, і Рональд Рейган заборонив будь-які нові механізми регулювання, вигода від яких для суспільства неочевидна. Лише в 2005 році ідею знову стали обговорювати, на цей раз у зв'язку з ефективністю біопалива. Проте дослідники продовжували працювати, і в 1981 голу той же Чарльз Холл, проаналізувавши ефективність американської енергетики, ввів термін EROI. Коли ж виникла стурбованість глобальним потеплінням, з'ясувалося: цей показник тісно пов'язаний з оцінками викидів вуглекислого газу при виборі альтернативних шляхів розвитку енергетики, що привернуло до нього увагу.

Розраховувати його нелегко. Проте, за наявними оцінками, глобальний EROI для нафти і газу становив 26 в 1992 році, піднявся до 36 в 1999 і впав до 18 в 2006-му. Це багато: частка витрат енергії на видобуток палива нехтує мала, а зв'язок між ціною на нафту і цим показником виявляється лінійної. Чи не так воно є, якщо EROI падає нижче 10, - зв'язок перестає бути лінійною, і ціна починає різко, по експоненті, рости. Правда, свою роль відіграє і жадібність нафтовидобувальників. Так, якщо вони задовольняються рентабельністю в 10%, ціна нафти при EROI 11 виявляється 20 доларів за барель, а при 100% - вже 60. При падінні нижче 4 ціна на нафту виявляється між 100 і 200 доларами; EROI 1,5 вже вимагає 150-350 доларів (в залежності від планової рентабельності).

До чого нам такі розрахунки? А до того, що для видобутку нафти з глибоководного шельфу EROI виявляється менше 9. Виробництво ж нафти з горючих сланців (не плутати зі сланцевої нафтою!) Має EROI 1,5 - стає зрозумілим, чому, незважаючи на великі запаси, проекти по її вилученню не змогли розвиватися. Для біопалива EROI знаходиться в межах 1-3 - це дуже дороге задоволення; як тільки припиняються субсидії, споживання такого палива різко падає. Заходи підвищення віддачі вироблених пластів також вимагають все більших витрат енергії - і на закачування води, і на синтез полімерів, не кажучи вже про розігріві нафти. Тому переоцінка традиційних запасів внаслідок впровадження нової технології, на яку сподіваються оптимісти, неминуче призведе до подальшого падіння нафтового EROI.

Якщо дивитися на баланс енергії, то виходить, що при EROI 5 суспільству дістається 80% видобутої енергії - решта витрачається власне на видобуток, а при EROI 1,5 ця частка дорівнює 50%. Звідси видно, що чим нижче EROI джерела нафти, тим більше цієї нафти треба добути, щоб компенсувати її недолік з більш вигідного джерела. В іншому випадку енергетичне забезпечення суспільства буде скорочуватися.

Зворотній зв'язок ціни на нафту з EROI неминуче призводить до його прямого зв'язку з економічним зростанням. Економісти, проаналізувавши останні 40 років, визначили той рівень нафтових цін, який забезпечує рецесію: 40-60 доларів за барель. Якщо ціни нижчі 40, то в світі спостерігається зростання, якщо більше 60 - фіксується чіткий глобальний спад. Однак багато альтернативні методи видобутку, на які зараз покладають надії, мають низьке значення EROI і стають рентабельними при ціні вище 90 доларів за барель. Виникає парадокс: для стійкого зростання необхідно збільшити виробництво нафти, але для цього потрібно підвищувати ціну на неї, що веде до економічного спаду і скорочення споживання. Способи подолання цього парадоксу неясні.

Майбутнє в високих цінах

Отже, аналіз перспектив нафтовидобутку, проведений з двох можливих точок зору, призводить до одного висновку: епоха дешевої нафти закінчилася просто тому, що навіть підтримка її на нинішньому рівні вимагає залучення в оборот джерел з високими витратами на видобуток. Суперечка йде про те, чи буде так тривати далі або все виявиться ще гірше. А що таке «гірше»? Про це найкраще судити економістам-риночникам, наприклад, з такої авторитетної організації, як Міжнародний валютний фонд. Статтю на цю тему опублікували Майкл Кумхоф і Дірк Мюїр з дослідницького департаменту МВФ ( «Philosophical Transaction A», 2014 року, 372, 20120327; http://dx.doi.org/10.1098/ rsta.2012.0327).

У розглянутій ними математичної моделі передбачалося, що у виробництві беруть участь три сили: капітал, робітники і енергія. Вартість енергії визначається ціною на нафту, яка, в свою чергу, залежить від попиту і обсягу виробництва. При цьому мається еластичність попиту: ціна продукції може зростати повільніше ціни на нафту, оскільки її можна замінити на щось не настільки дороге. У цього процесу є обмежувач - так звана ентропія, яка показує, яку частку нафти не можна замінити нічим. Наприклад, зараз немає реальної заміни нафти в якості моторного палива або сировини для хімічної продукції: всі альтернативи настільки незначні, що враховувати їх не має сенсу. Третій параметр - роль нафти в виробництві. З формальної точки зору її потрібно оцінювати вагою ціни на нафту в собівартості продукції, що становить кілька відсотків. Проте є думка, що ця роль істотніше, оскільки саме зростання споживання енергії забезпечив майже половину всього зростання промисловості в XX столітті.

В якості вихідних умов вибрали ситуацію, коли після нафтового шоку і значного зростання ціни вище 60 доларів за барель слід падіння виробництва зі швидкістю 2% в рік, при цьому країни-експортери стерилізують більшу частину доходів в суверенних фондах, які зберігають в боргових зобов'язаннях розвинених країн . Чимось це нагадує нинішню ситуацію: в 2008 році трапився різке зростання ціни на нафту до 140 доларів за барель, потім пішло зниження ціни до нинішніх приблизно 100 доларів за барель. Виробництво ж, як було сказано, майже не зростає, а умови для падіння цілком дозріли. Так, за даними МЕА, річна швидкість падіння видобутку на копальнях, які пройшли пік (а це переважна більшість великих полів і країн-експортерів нафти), становить 6,5% від пікової потужності. Оптимісти кажуть, що якщо врахувати ще не відкриті родовища, де видобуток буде спочатку бурхливо рости, а також нові, ще не пройшли піку, то повна швидкість падіння складе 3,5% в рік. Падіння буде скомпенсировано за рахунок перерахованих вище факторів на кшталт видобутку з альтернативних джерел, що повинно забезпечити зростання в 1,8%. Прийняті в моделі 2% щорічного скорочення - цілком розумна альтернатива на випадок, якщо оптимісти помиляються.

Змінюючи все три параметра, дослідники могли отримати безліч різних рішень. Зупинимося на двох. У базовому ні еластичність попиту, ні ентропія не враховувалися, а роль нафти виражалася її часткою в ціні. Тоді ціни на нафту безперервно ростуть, досягаючи через 20 років після шоку 200 доларів за барель. При цьому суверенні фонди наповнюють борговий ринок, викликаючи зниження процентної ставки на кредити. Але це не рятує світову економіку: ВВП падає у всіх. У експортерів він падає тому, що виникає голландська хвороба - гроші йдуть на споживання, а всі галузі промисловості, крім пов'язаних з трубою, хиріють. (В Голландії після відкриття газових родовищ в 1959 році почалося швидке зростання експорту газу, в результаті в промисловому секторі скоротилися робочі місця і розвинулася інфляція.) У розвинених країн, які винесли виробництво в країни, що розвиваються, зростають витрати і падає споживання. Країни, що розвиваються в перші десять років отримують невеликий виграш: споживання з боку експортерів нафти викликає зростання виробництва, проте згодом і він сходить нанівець. Відповідно у експортерів виходить величезний профіцит платіжного балансу - майже 10% від ВВП. У решти - відповідний дефіцит.

Якщо дорогу нафту вдається чимось замінити (висока еластичність), ці диспропорції істотно згладжуються. Розвинені країни в короткостроковій перспективі примудряються виправити платіжний баланс, а решта світу - виростити ВВП і навіть збільшити внутрішнє споживання та інвестиції. Ентропійних обмеження на таку заміну роблять ситуацію гірше, ніж при базовому сценарії, але не суттєво, картина якісно залишається тією ж, хіба що нафта через двадцять років досягає 300 доларів за барель. Повний же крах світову економіку очікує, якщо роль нафти в економіці перевищує її частку в ціні продукції. В цьому випадку падіння ВВП може обчислюватися десятками відсотків, споживання у експортерів за двадцять років подвоюється або навіть потроюється, профіцит балансу наближається до ВВП, у імпортерів ж виявляється дефіцит в кілька відсотків ВВП. Тобто, весь світ працює на експортерів. Очевидно, що такий розвиток подій неможливо і проблема буде вирішуватися політичними методами на кшталт вилучення запасів нафти на користь всього людства. Гуманніші сценарії, швидше за все, штовхають значну частину людства до пошуку нового джерела енергії і до суспільства, що знижуються потужностей, мова про який йшла в статті « цивілізація лахмітника »В грудневому номері« Хімії і життя »за 2013 рік.

Про вичерпності нафти

З точки зору найбільш поширеною біотичної гіпотези походження нафти, запропонованої в нашій країні М.В.Ломоносовим, - її запаси вичерпуються, хоча вона і утворюється постійно зі швидкістю кілька мільярдів барелів на рік. Є й інші точки зору. У числі екзотичних - походження нафти в результаті кометного бомбардування (див. «Хімію і життя», 2005, № 6). В принципі така ідея не суперечить сучасній теорії походження планет: на периферії Сонячної системи конденсировались саме вуглеводневі фракції протопланетної хмари; там сформувалися насичені метаном, водою і вуглекислим газом Юпітер і Сатурн. Утворилися в цій зоні малі тіла цілком могли бомбардувати внутрішні планети, приносячи туди сировину для виготовлення нафти. Кометна нафту так само є вичерпними. А ось абіогенний гіпотеза Д. І. Менделєєва про походження вуглеводнів з містяться в магмі карбонатів передбачає практично невичерпність її запасів. Деякі підтвердження адепти цієї точки зору знаходять в тих фактах, що нафта часто добувають з таких порід, де тваринної і рослинної органіки взятися нізвідки. В якомусь сенсі ці гіпотези рівноправні, оскільки, як зазначає І.М.Королев (див. «Хімію і життя», 2005, № 6), нафта може дуже швидко, за десятиліття, утворюватися як з біогенного, так і абіогенного вуглецю ; головне, щоб в місці його залягання були достатні тиск і температура.