1. Đặctính
Dầu đá phiến là một loạidầu thô có trong lớp đá phiến sét trầm tích hạt mịn. Loại đá này giàu chấthữu cơ và chứa một lượng lớn kerogen (một hỗn hợp các hợp chất hữu cơ rắn). Quá trình nhiệt phân hóa học có thể biến đổi kerogentrong đá phiến dầu thành dầu thô tổng hợp.
Đá phiến dầu là một loại đá trầm tích hạtmịn giàu chất hữu cơ và chứa một lượng lớn kerogen có thể chiết tách các loạihydrocacbon lỏng.
Sự tích tụ đá phiến dầu diễn ra trên khắpthế giới, đa số là ở Hoa Kỳ. Ước tính lượng tích tụ này trên toàn cầu đạt khoảng2,8 đến 3,3 ngàn tỷ thùng.
Quá trình nhiệt phân hóa học có thể biếnđổi kerogen trong đá phiến dầu thành dầu thô tổng hợp. Nung đá phiến dầu ở mộtnhiệt độ đủ cao sẽ tạo ra hơi, quá trình này có thể chưng cất để tạo ra dầu đáphiến giống dầu mỏ và khí đá phiến dầu có thể đốt được.
2. Trữlượng tiềm năng và phân bố
Theo đánh giánăm 2005, tài nguyên đá phiến dầu trên toàn thế giới đạt khoảng 411 tỷ tấn - đủđể sản xuất 2,8 đến 3,3 ngàn tỷ thùng dầu đá phiến.
Trên thế giớicó khoảng 600 mỏ đá phiến dầu đã được phát hiện. Mặc dù tài nguyên đá phiến dầucó mặt ở nhiều nước nhưng chỉ có một vài nước có thể khai thác mang lại giá trịkinh tế.
Các mỏ lớn nhất thế giới tập trung ởHoa Kỳ, đạt khoảng 1,5-2,6 tỷ thùng, tập trung chủ yếu trong hệ tầng sông GreenColorado, Wyoming, và Utan. Các mỏ ở Hoa Kỳ chiếm 62% các nguồn tài nguyên trênthế giới, nếu tính cả Hoa Kỳ, Nga và Brazil thì con số này đạt 86%.
Brazil có cácnguồn tài nguyên đá phiến dầu xếp hàng thứ 2 trên thế giới (đá phiến sét Irativà các mỏ có nguồn gốc hồ) và hiện là một trong những nhà sản xuất dầu đá phiếnlớn trên thế giới.
Đá phiến dầuNga là các vỉa hydrocarbon tập trung chủ yếu ở Tây Siberia, theo thăm dò khiêmtốn nhất là có 22 tỷ tấn dầu có hàm lượng dầu cao.
Tại Châu Á: Cácmỏ chính phân bố ở Trung Quốc với trữ lượng ước tính khoảng 32 tỷ tấn, trong đó4,4 tỷ tấn có khả năng khai thác có lãi với công nghệ hiện tại.
Trữ lượng đáphiến dầu của Úc được ước tính vào khoảng 58 tỷ tấn tương đương 4.531 triệuthùng dầu đá phiến trong đó có khoảng 24 tỷ thùng có thể thu hồi được. Chủ yếulà các mỏ tuổi đệ tam ở Queensland (Úc),
Ngoài ra còn cócác mỏ lớn ở Thụy Điển, mỏ El-Lajjun ở Jordan, và các mỏ ở Pháp, Đức, nam MôngCổ.
Các mỏ này được đánh giá là có khả năngsản xuất ít nhất 40 lít dầu từ 1 tấn đá phiến dầu bằng thí nghiệm Fischer.
3. Sảnlượng
Cho đến năm 2010, việc chiết tách dầuđá phiến vẫn đang vận hành ở Estonia, Brazil, và Trung Quốc. Các ngành côngnghiệp này sản xuất khoảng 1.165 triệu lít dầu đá phiến trong năm 2008.
Năm 2012, sản lượng dầu của Mỹ đã tăng780.000 thùng/ngày so với một năm trước đó, chủ yếu nhờ sản lượng vượt trội củadầu đá phiến khai thác được ở khu vực Bắc Dakota.
Trong hai năm qua, các công ty như EOGResources Inc., Chesapeake Energy Corp. và SandRidge Energy Inc cũng đã cam kếtđầu tư 1 tỷ USD/công ty, để khai thác dầu từ Tầng đá phiến Bakken tại BắcDakota (Mỹ).
IEA dự báo đến năm 2016 sản lượng dầuđá phiến của Mỹ sẽ tăng khoảng 1 triệu thùng/ngày, lên 1,37 triệu thùng/ngày,so với mức 370.000 thùng/ngày trong năm 2010, thay thế lượng dầu nhập khẩu.
4. Quy trình khai thác và sản xuất dầu từ đá phiến dầu
4.1. Khai thác
a) Phương pháp khai thác mỏ lộ thiên
Đây là phương pháp thông thường nhất. Sửdụng khi các mỏ đá phiến dầu nằm gần mặt đất.
Để khai thác, người ta bốc đi lớp phủ(đất, thực vật) để lộ ra đá phiến dầu.
b) Phương pháp khai thác hầm lò
Áp dụng trong trường hợp mỏ nằm sâu dướilòng đất.
Phương pháp này chỉ bốc đi một phần nhỏlớp phủ trên bề mặt sau đó đào các đường hầm và khai thác theo kiểu buồng và trụchống.
4.2. Chiết tách dầu
Chiết tách dầuđá phiến hay sản xuất dầu đá phiến là một quy trình sản xuất sản phẩm dầu phitruyền thống. Quy trình này biến đổi kerogen trong đá phiến dầu thành dầu đáphiến bằng phương pháp nhiệt phân, thủy phân.
Dầu đá phiến thành phẩm được sử dụng giốngnhư dầu thô hoặc được nâng cấp để đạt các tiêu chí nhất định trong quá trình lọcbằng cách thêm vào hydro và loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh và nitơ.
Có thể xử lýtheo hai quy trình:
*Quy trình xử lý ngoài hiện trường (ex-situ)
Việc tách dầu và khí từ đá phiến dầu diễnra trên mặt đất sau khi khai thác mỏ đá phiến dầu và xử lý các sản phẩm nàytrong các cơ sở chế biến.
*Quy trình xử lý tại hiện trường (in-situ)
Đây là quy trình sử dụng công nghệ hiệnđại, cho phép việc xử lý chiết tách dầu có thể được tiến hành ngay dưới lòng đấtbằng cách sử dụng nhiệt và thu dầu thông qua các giếng dầu.
Trong cả haitrường hợp, quá trình nhiệt phân hóa học chuyển đổi kerogen trong đá phiến dầuthành dầu thô và khí tổng hợp.
Quytrình chiết tách đá phiến dầu (Nguồn: Wikipedia)
Các công nghệ biến đổi phổ biến nhất lànung đá phiến dầu trong điều kiện thiếu ôxy ở áp xuất mà tại đó kerogen phân hủythành khí, dầu cô đặc, và cặn dầu rắn. Quá trình này diễn ra trong khoảng nhiệtđộ từ 450 °C đến 500 °C. Quá trình phân hủy bắt đầu ở nhiệt độ tương đối thấp(300 °C), nhưng quá trình trở nên nhanh hơn và hoàn toàn hơn ở nhiệt độ cao hơn
4.3. Quátrình lọc dầu
Dầu chiết tách từ đá phiến dầu không thểthay thế những đặc tính ứng dụng của dầu thô một cách trực tiếp vì nó chứa hàmlượng olefin, ôxy và nitơ cao hơn dầu thô truyền thống mà phải trải qua các quátrình lọc dầu.
Một vài loại đá phiến dầu có thể có hàm lượnglưu huỳnh hoặc asen cao hơn. Khi so sánh với dầu thô ngọt nhẹ Texas WTI, hàm lượnglưu huỳnh trong đá phiến dầu sông Green biến động từ gần 0% đến 4,9% (trungbình 0,76%), trong khi đó hàm lượng này ở dầu WTI cao nhất là 0,42%. Hàm lượnglưu huỳnh trong đá phiến dầu của Jordan có thể lên tới 9,5%.
Hàm lượng asen sẽ là trở ngại đối vớiđá phiến dầu sông Green vì hàm lượng này càng cao cũng có nghĩa là dầu phải trảiqua các công đoạn nâng cấp chất lượng (xử lý hiđrô) trước khi đưa vào nhà máy lọcdầu.
Các quá trình chưng cất trên mặt đấtthường hướng đến các mỏ đá phiến dầu có chỉ số API thấp hơn các quá trình xử lýtại hiện trường.
Đá phiến dầu tốt nhất là dùng để chưngcất ra các sản phẩm trung bình như kerosen, và diesel. Tuy nhiên, các quá trìnhchưng cất thích hợp tương tự như cracking hiđrô có thể chuyển đá phiến dầuthành các hydrocacbon nhẹ như xăng.
5. Những tác động đến môi trường
5.1. Ô nhiễm môi trường từ các chất thải của quá trình khai thácvà chế biến
Việc khai thác và xử lý đá phiến dầu liên quan đến các vấn đềmôi trường đặc biệt là khai thác lộ thiên có ảnh hưởng nhiều hơn khi khai tháchầm lò.
Các yếu tố tácđộng như nước axít mỏ, các kim loại cuốn theo dòng nước mặt và nước dưới đất,tăng xói mòn, phát thải khí lưu huỳnh, nguy cơ ô nhiễm không khí từ các nhà máyxử lý, khâu vận chuyển trong quá trình khai thác và chế biến.
Năm 2002, ngành công nghiệp năng lượng ởEstonia sử dụng đá phiến dầu làm nguồn nguyên liệu chính phát thải khí lànguyên nhân cho 97% ô nhiễm không khí, 86% ô nhiễm chất thải và 23% ô nhiễm nước.
Khai thác đáphiến dầu có thể phá hủy giá trị của đất về mặt sinh học và giải trí, và hệsinh thái trong khu vực khai thác mỏ. Các quá trình đốt và tạo nhiệt phát sinhra nhiều chất thải rắn và thải vào khí quyển các chất khí như điôxít cacbon,khí nhà kính thậm chí là nhiều hơn các nguyên liệu hóa thạch thông thường.
Quá trình xử lý dầu tại hiện trường (dưới lòng đất)mang tính thử nghiệm và các công nghệ hấp thụ và chứa cacbon có thể làm giảmthiểu những lo lắng này trong tương lai nhưng cùng lúc cũng có thể gây ra nhữngvấn đề môi trường khác như ô nhiễm nước dưới đất.
Quá trình khai thác và xử lý các mỏ lộ thiên và lọc dầungoài hiện trường (trên mặt đất) tạo ra từ 8–38 lít nước thải trên mỗitấn đá phiến dầu được xử lý, theo bản báo cáo hiện trạng tác động môi trường đượcCục địa chính Hoa Kỳ phát hành năm 2007.
5.2. Nguy cơ cạn kiệt nguồn nước
Một số nhà nghiên cứu nhấn mạnh đến việcsử dụng nước trong ngành công nghiệp đá phiến dầu.
Quá trình xử lý đá phiến dầu trên mặt đất, thông thườngsử dụng từ 1 đến 5 thùng nước để sản xuất ra 1 thùng dầu, tùy thuộc vào côngnghệ.
Quá trình xử lý tại đá phiến dầu tại hiện trường sử dụng khoảng1/10 lượng nước như trên.
Năm 2002, công nghiệp năng lượng đốt đáphiến dầu ở Estonia sử dụng 91% tổng lượng nước tiêu thụ của nước này.
Đối với ngành công nghiệp đá phiến dầu tạiHoa Kỳ sản suất 2,5 triệu thùng/ngày thì cần khoảng 105 đến 315 triệu thùng nướcmột ngày. Nước được sử dụng cho phát điện, xử lý nhiệt tại hiện trường, lọc,tinh chế, kiểm soát bụi và các nhu cầu của nhân công tại nơi làm việc.
Mối quan tâm về nước trở thành vấn đề đặcbiệt nhạy cảm đối với các khu vực khô cằn như miền tây Hoa Kỳ và sa mạc Negev củaIsrael, vì nơi này các dự án có từ trước mở rộng chiết tách dầu bất chấp sự cạnkiệt nguồn nước.
6. Tiềm năng của ngành công nghiệp dầu đá phiến
6.1. Sản xuất dầu đá phiến là mục tiêu mới của các nước sản xuấtdầu mỏ
Đá phiến dầu đượcchú ý đến như là một nguồn năng lượng khi mà giá dầu thô thông thường tăng caovà cũng là một lựa chọn đối với các khu vực phụ thuộc vào năng lượng cung cấp từbên ngoài.
Hiện nay, Estonia, Mỹ, Brasil, Nga,Trung Quốc, Úc là nhà những nhà sản xuất dầu từ đá phiến hàng đầu thế giới.
CarltonCarroll, người phát ngôn của Viện Dầu mỏ Mỹ (API), nhận xét: "Sự bùng nổkhai thác dầu đá phiến ở Mỹ chỉ mới đang bắt đầu, và đó là cơ may chưa từng cóđể tạo ra hàng triệu việc làm mới cũng như đem lại hàng tỉ USD cho chính quyền"
Các công nghệ khai thác dầu mỏ tiên tiếnnhất hiện nay cho phép Mỹ bắt đầu hưởng lợi từ các trầm tích dầu khí tự nhiên tạinhững khu vực như nguồn đá phiến Bakken Shale ngầm có nhiều ở Bắc Dakota vàMarcellus Shale bên dưới Pennsylvania, hay tại các bang khác ở miền Đông nước Mỹ.
Công ty dự báo quốc tế của Mỹ IHS dự báo, đá phiếndầu sẽ vượt qua dầu khoan truyền thống vào năm 2015 và đạt gần 4,5 triệu thùngmỗi ngày vào năm 2020, chiếm gần 2/3 tổng sản lượng dầu thô và các sản phẩm dầutinh lọc khác.
Đến năm 2020, IHS dự đoán thị trườnglao động Mỹ sẽ có thêm khoảng 1,3 triệu việc làm trong ngành công nghiệp đá phiếndầu.
Tháng 11/2011,Tây Ban Nha cho biết đã phát hiện ra mỏ dầu đá phiến lớn nhất từ trước đến nay ởArgentina với trữ lượng 927 triệu thùng.
Theo Cơ quan thông tin năng lượng Mỹ(EIA), Argentina là một trong những nước có trữ lượng đá phiến lớn nhất thế giới,đứng thứ ba thế giới về những tài nguyên có thể khai thác.
Tháng 10/2012 mớiđây, Nhật Bản lần đầu tiên khai thác thành công dầu đá phiến.
Các kỹ sư tại mỏ dầu Ayukawa ở thành phốYurihonjo, tỉnh Akita đã bơm axít để làm tan chảy đá phiến ở độ sâu 1.800m dướilòng đất.
Mỏ dầu đá phiến Ayukawa có trữ lượngkhoảng 5 triệu thùng dầu, trong khi trữ lượng dầu trên toàn tỉnh Akita có thểlên đến 100 triệu thùng, tương đương 10% lượng dầu Nhật Bản tiêu thụ hàng năm.
6.2. Phụ thuộc nhiều vào dầu thô truyền thống
Một dự án hoànchỉnh để phát triển công nghiệp đá phiến dầu đòi hỏi mức đầu tư lớn và có thểmang nhiều tiềm năng gây thiệt hại cho các doanh nghiệp khi giá dầu truyền thốnggiảm, đồng nghĩa với chi phí sản xuất dầu có thể vượt quá mức giá mà họ có thểthu lại được. Nếu giá một thùng dầu thô thấp hơn giá sản xuất ra một thùng dầutừ đá phiến thì việc khai thác sẽ không có lời.
Trong suốt đầu thế kỷ 20, công nghiệp dầu thô phát triểnmạnh, từ đó những nỗ lực khai thác các mỏ đá phiến dầu chỉ đạt nhiều thành côngkhi giá đá phiến dầu trong một khu vực cụ thể giảm xuống thấp hơn giá dầu thôhoặc so với các sản phẩm thay thế khác. Theo cuộc khảo sát của RAND Corporation,chi phí sản xuất một thùng dầu tại một tổ hợp chưng chất trên mặt đất ở Hoa Kỳ(bao gồm mỏ, nhà máy chưng cất, nhà máy nâng cao chất lượng, hỗ trợ vận chuyển,và hoàn thổ đá phiến sét), nằm trong khoảng 70–95 USD (440–600 USD/m3, điều chỉnhtheo giá năm 2005). Để vận hành có lợi nhuận, giá dầu thô cần duy trì không rớtxuống các mức như dự đoán ở trên.
Vào nửa cuối thế kỷ 20, sản xuất đá phiến dầu đã dừnglại ở Canada, Scotland, Thuỵ Điển, Pháp, Úc, Romania, và Nam Phi do giá dầu thấpvà các nguồn nhiên liệu khác cạnh tranh.
Ở Hoa Kỳ, trong suốt cuộc khủng hoảng dầuhỏa năm 1973 các nhà kinh doanh hy vọng rằng giá dầu dừng ở mức cao 70USD/thùng, và đã đầu tư rất nhiều vào ngành công nghiệp đá phiến dầu. Sản lượngđá phiến dầu thế giới đạt đỉnh điểm 46 triệu tấn vào năm 1980. Nhưng do sự cạnhtranh từ dầu giá rẻ thập niên 1980, việc đầu tư trở nên không đem lại hiệu quảkinh tế.
Ngày 2 tháng 5 năm 1982, hay gọi là"Chủ nhật đen", Exxon đã hủy dự án đá phiến dầu Colony gần Parachute,Colorado trị giá 5 tỷ USD do giá dầu thấp và chi phí sản xuất tăng. Do bị lỗtrong thập niên 1980, các công ty dè dặt trong việc đầu tư vào các dự án sản xuấtdầu đá phiến mới.
6.3. Vấp phải sự phản đối do gây ô nhiễm môi trường
Hoạt động khaithác dầu từ đá phiến mang lại những lợi nhuận nhất định, nhưng do nguy cơ gây ônhiễm môi trường cao và là một trong những nguyên nhân tạo nên các cơn địa chấnnên vẫn vấp phải rất nhiều sự phảnkháng.
Năm 2004, Công ty Tài nguyên Năng lượngQueensland (Queensland Energy Resources) buộc phải dừng dự án đá phiến dầuStuart (Stuart Oil Shale Project) ở Úc do sự phản đối mạnh mẽ của các nhà hoạtđộng môi trường, bao gồm các thành viên của tổ chức Hòa bình xanh.
Nguồn tin tham khảo: wikipedia, gafin, tuoitre, vietnam+
