Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

A kőolaj fényes karrierje I.

2012/11. lapszám | Dobai Gábor |  5444 |

Az alábbi tartalom archív, 9 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Csaknem negyven esztendő telt el az első olajsokk kirobbanása óta. Addig is tudtuk, hogy Földünk primer energiahordozó- és nyers- anyagtartalékai végesek, de valahogy nem akartuk tudomásul venni. Globális viszonylatban közlekedésünk 90%-át – történjen az földön, vízen, levegőben – a kőolaj tartja életben. Az üzletekben kapható összes áru 95%-ának előállítása során kőolajat használunk. Élelmiszereink 95%-ának megtermelése kőolaj nélkül lehetetlen volna. És persze az épületgépészetben is etalon a kőolaj, elég, ha csak az olajkazánokra vagy a gáz árának a kőolajéhoz való viszonyítására gondolunk.

Még egy tehén felneveléséhez és piacra szállításához is hat hordó olajra van szükség, ezzel egy autót Párizstól Moszkváig vezethetnénk. A világ különböző egyetemein és egyéb alkotóműhelyeiben az idővel versenyt futva folynak a kutatások a jövő energiaforrásainak megtalálására, melynek tétje nem a fenntartható fejlődés, hanem a fenntartható élet. A világ energiaellátásának problematikája azonban továbbra is jelentőségteljes kérdőjelként rajzolódik ki a világpolitika és a világgazdaság egén.

A XIX. század végén a kőolajfinomítók a benzint még titokban a folyókba és a tengerbe engedték, mert nem tudtak mit kezdeni vele. Alig húsz év múlva a közgazdászok és geológusok már aggodalmaskodó számításokat kezdtek végezni arra vonatkozólag, hogy vajon meddig elegendő még a Föld folyékony aranyának készlete.
 

Hogyan kezdődött?

Az angolszász történetírás szerint – amely nem vesz tudomást sem Jedlik Ányosról, sem Dériről, Bláthyról, Zippernovszkyról – 1859. augusztus 21-ére datálódik a kőolaj fényes karrierjének kezdete, amikor a Pennsylvania-beli Titusville-ben Edwin L. Drake egy farmon felállított olajfúró torony segítségével 21,1 m mélységből olajat hozott a felszínre. A megnyitott kút fénykorában 40 gallon olajat adott naponta, melyet vödrökben és whiskey-s hordókban fogtak föl. Azonnal bekövetkezett a konjunktúra.

A környékbeli telkek ára a magasba szökött, úgy, mint 1849-ben az aranyláz idején. A valóság ezzel szemben az, hogy Orosz-országban ekkor már ipari méretekben folyt a kőolaj feldolgozása. 1823-ban három orosz jobbágynak, a Dubinyin-fivéreknek sikerült egy nagyméretű üzemi berendezésben nyersolajat lepárolni. Dubinyinék berendezése egy téglából épült kemencében elhelyezett, 40 vödör kőolajat befogadó acélüst volt. Az edényt rézfedéllel zárták le, amelyhez rézcsövet csatlakoztattak, ezt pedig vízzel töltött fatartályon vezették keresztül. Ez volt a hűtő, melyből a párlat a csövön át egy favödörbe folyt. A negyven vödör kőolajból szakaszos lepárlással 16 vödör, világításra használható petróleumot állítottak elő. Dubinyinék eljárása rendkívül kezdetleges volt ugyan, de már megtalálhatók voltak benne mindazok a funkcionális és szerkezeti elemek, melyekkel a későbbi lepárlók működtek. 1858-ban a bakui olajmezők folyékony aranyának feldolgozására már nagy petróleumgyárat építettek a Nobel-fivérek.

A XIX. század harmadik harmadára a vasútépítési láz eredményeként már sok ezer kilométer vasút épült világszerte. A vasúti kocsik és mozdonyok tengelyágyai, a mozdonyok, hajók és textilgyárak gőzgépeinek vezérművei, hengerei és csapágyai rengeteg kenőolajat igényeltek, és az akkori kőolaj-feldolgozó ipar a világításra használt petróleum termelése mellett elsősorban ennek az igénynek a kielégítését szolgálta.

A kezdetleges technológiát a folyamatos újításoknak köszönhetően nagyobb termelékenységet biztosító, fejlettebb eljárások váltották fel, ennek során 1883-ban a Nobel-gyárban üzembe helyezték a Mengyelejev elképzelései alapján készült első folyamatos üzemű üsttelepet. A feldolgozás módszerei a különféle eljárások feltalálásával tovább tökéletesedtek, a lepárló üstök helyébe a sokkal termelé- kenyebb frakcionáló oszlopok léptek. 1906-ban Leonard Edelemanu román származású német vegyész feltalálta a ma is használatos extrakciós, másképpen szelektív kioldásos eljárást, melynek segítségével egy-egy speciálisan zavaró elemet lehet eltávolítani az olajból. Edelemanu még cseppfolyós kéndioxidot használt kőolaj-finomításra, de napjainkban már igen sokféle extraháló szert alkalmaznak.

Majd megjelentek még a katalitikus eljárások is, melyek az idők folyamán igen nagy jelentőségre tettek szert. Az Otto-motor feltalálásával és elterjedésével az addig csak macerás mellékterméknek tekintett benzin hirtelen értékes és keresett termékké lépett elő, amelyből 1902-ben 3276, 1912-ben már 376 800 tonnát gyártottak a világon. Földünk kőolaj-össztermelése a századfordulón még alig érte el a 20 millió tonnát évente, bár szigorúan véve még nem is igazán beszélhetünk világtermelésről, hiszen az Egyesült Államokon és Orosz-országon kívül sehol a világon nem folyt ipari méretű kőolaj-kitermelés. 1900-ban a világtermelés több mint felét a bakui olajmezőkön működő több mint 3000 olajkút adta, 40%-át Pennsylvania olajkútjai adták, egészen a texasi olaj 1901-ben történt felfedezéséig. Perzsia az 1912. évi 89 millió tonna termelésével lépett be a Nagy Játszmába, a tétet pedig az újabb kutak megnyitásával rohamosan emelte.

Rudolf Diesel 1892-ben feltalálta a róla elnevezett kompressziós gyújtású motort. A működő prototípust a Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg (M.A.N.) cég készítette el, de az új erőgép az Otto-motornál kedvezőtlenebb fajlagos teljesítménye (teljesítmény/tömeg arány) és az üzemanyag-ellátó rendszer tökéletlenségei miatt csak nehezen kezdett elterjedni. Diesel motorja eredetileg mogyoróolajjal működött, és tüzelőanyagként a növényi eredetű olajok használatát szorgalmazta, a jövő azonban mást hozott. 1913. szeptember 30-ának éjjelén Diesel Antwerpenben hajóra szállt, de úti céljához, Harwichba már nem érkezett meg. A hajóról eltűnt, holttestét néhány nap múlva halászták ki a tengerből. Halálának körülményei máig tisztázatlanok, a legvalószínűbb feltételezés szerint a német titkosszolgálat keze volt a dologban.

1907-ig az Egyesült Államokban mintegy 300 000 fúrást végeztek, melyből 230 000 sikeresnek bizonyult, 1920-ig összesen 400 000 fúrásból 260 000 volt produktív. Az első világháború kitöréséig igen jelentős termelésnövekedés állt be, az 1900. évi 20 millió tonna körüli termelés 50 millió tonnára emelkedett. Megteremtődtek a feltételei annak, hogy az olaj a Nagy Játszmában eljátssza első nagy szerepét a világpolitika színpadán, és célba vegye a csillagos eget a kőolaj fölfelé ívelő karrierje.
 

Mennyi van még?

Ez a több billió dolláros kérdés. Kérdezhetnénk persze úgy is, hogy vajon mennyi időre elegendők még a készletek, de ezzel csak átrendeztük az egyenletet, nem pedig megoldottuk. A kérdést már több mint egy évszázada feltették, válaszként azonban a hamis próféciák sorának drámai történetét kapjuk. Nézzük, milyen válaszok születtek.

1885-ben a United States Geological Survey, amely az Egyesült Államok legfőbb szaktekintélye a geológiai kutatásban és mérlegek készítésében, megállapította, hogy kevés, illetve egyáltalán nincs kilátás arra, hogy Kaliforniában olajat találjanak. Hét évvel később a United States Bureau of Mines, az Egyesült Államok kormányának legmagasabb bányászati hivatala megállapította, hogy az ország egész jövőbeli olajtermelése kereken egymilliárd tonna lehet. Ez volt 1892-ben. Csak 1961-ig és csak Kaliforniában több mint 1,1 milliárd tonna olajat termeltek ki, a többiről nem is beszélve.

1920-ban ismét a nyilvánosság elé lépett egy jóslattal a United States Geological Survey. Megállapította, hogy „az Egyesült Államoknak külföldi olajra és szintetikus hajtóanyagokra van szüksége, mert az itthon lehetséges kitermelés csúcspontját már csaknem elérték.” 1922-ben közölt véleménye alapján pedig a föld kőolajkészlete megközelíti a tízmilliárd tonnát. Ugyanakkor Wunstorf német szakértő a kiaknáz- ható készletet hatmilliárd tonnára becsülte. 1922-ben az akkori hatmilliárd tonnás becslést és az évi 120 millió tonnás termelést alapul véve a világkészlet még ötven évre lett volna elegendő. A második világháborút közvetlenül megelőző években a rendelkezésre álló készletekre vonatkozóan az amerikai Garfias V. R. becslését volt szokás elfogadni. Szerinte az addig művelés alatt álló területek biztos kőolajkészle- te nem több, mint 3,5 milliárd tonna. Az 1937-ben kitermelt 280 millió tonnával és a Garfias-féle becsléssel számolva a világkészlet 12 évre lett volna elegendő.

Az 1. táblázatban közöljük a világ kőolaj- készletére vonatkozó becslési adatokat, melyek a Zeitschrift f.prakt. Geologie 1924. évi első füzetében jelentek meg, s az egyes országok készleteinek becsült élettartamát is megadják az 1922. évi termelés alapján. A 43 055 millió barrelre (5988 millió tonnára) becsült világkészlet az ismert és kitermelésre alkalmasnak tartott mennyiséget jelenti. A világ 1922. évi kőolaj-termelése 851,54 millió barrel (118 433 936 tonna) volt.

A különféle módokon keletkezett szakvélemények tehát jelentős eltéréseket mutatnak egymáshoz és a termelési adatokhoz képest is, a mai adatokkal pedig köszönő viszonyban sincsenek. Igazságtalan volna azonban kárhoztatni a majd száz éve élt szakembereket, hiszen a rendelkezésükre álló eszközökkel a legjobb tudásuk szerint jártak el, másrészt a megismerés útja szükségszerűen tévedések során át vezet, de a gyarapodó ismeretek birtokában egyre kevesebbet tévedünk, és fokozatos közelítésekkel egyre közelebb jutunk az objektív valósághoz. Ez a megismerés természete.

Szovjet-Oroszország termelése 1921-re a polgárháborús állapotok miatt egykori termelésének 13%-ára esett vissza, helyébe 1918-tól Mexikó lépett, amely már az Egyesült Államokkal vetélkedett az első helyért. 1900-ban az európai kontinens kőolajtermelése, mely voltaképpen Oroszország termelésével volt azonos, a világtermelés 60%-át szolgáltatta, 1913-ban 25%-át, 1921-ben már csak 3,3%-át adta. Ezzel szemben Amerika az 1900. évi 40%-ról 1924-re már 90%-nál nagyobb arányban vette ki részét a világtermelésből. Ezzel a termelési ütemmel az Egyesült Államok becsült kőolajkészletének 40%-át már felhasználta, míg a többi ország olajkészlete csak 5-6%-át termelte ki.

Ez a körülmény gondolkodóba ejtette az amerikai politikusokat, hiszen az Egyesült Államok évente kétszer annyi olajat termelt ki, mint a többi állam együttvéve, holott a fenti készletbecslés szerint a világkészletnek csak mintegy hetedrészét bírják. Ilyen fergeteges ütemű termelésnövekedés mellett az Egyesült Államok készlete 15-20 év alatt kimerül. 1900 és 1922 között lényegében csak Európa és Amerika versenyeztek egymással a kőolajtermelésben, csakúgy, mint a szénbányászatban. A többi világrész egyelőre a háttérben meghúzódva, csendes szemlélőként tartogatta készleteit arra az időre, amikor a már említett világrészek kimerültek. A kőolajtermelés várható csökkenésével kapcsolatos válságok és gazdasági átalakulások felismerésére vall az Egyesült Államokban, hogy az 1916-ban megalakult Nemzeti Kutatási Tanács (National Research Council) a kormánytól feladatul kapta a kevésbé gazdaságos kőolaj-termelési és -feldolgozási módok tökéletesítését.

A műbenzin

Részben a készletek várható elapadása miatt érzett amerikai aggodalom, részben az első világháború után kialakult politikai helyzet olyan sajátságos gazdasági berendezkedéseket hozott létre, amelyek miatt súlyos kényszerűségből foglalkozni kellett a szintetikus üzemanyagok előállításának problémájával, és a kutatások több országban új lendületet vettek. A Párizs-környéki békék egyik nagy tanulsága, hogy a legyőzött nemzetek talpra állásukat kizárólag maguk vívhatják ki. Ez a magárautaltság alakította ki elsősorban Német-országban a gazdasági önellátás rendszerét. Mivel Németországnak nem volt számottevő kőolaja, szene viszont igen, kézenfekvő, hogy a legnagyobb vehemenciával ott vetették bele magukat a kutatásba, ahol legnagyobb volt a szükség, és adottak voltak a feltételek.

Tévedés volna azonban azt hinnünk, hogy a mesterséges benzint és olajat előállító eljárások mindenestől a XX. század kémiájának virtuóz termékei. A szénben és kátrányban foglalt vegyületeket a XXI. század kémikusa több százféleképpen tudja feldolgozni és több ezerféle terméket tud előállítani belőle, de ebben nem egészen úttörő.

Már évszázadokkal korábban is állítottak elő szénből világítóolajat. A szénolaj-gyártás mellékterméke kis mennyiségű benzin volt, amivel nem tudtak mit kezdeni. A XVII. század elején már tudták, hogy a spontán felszínre szivárgott kátrányt éppúgy lehet szakaszos lepárlásnak alávetni, mint ahogy azt a kőolajipar 250 évvel később nagyban megvalósította.

A kátrány lepárlásának középső frakciója világítóolajként örvendett nagy keresletnek, különösen miután a bálnavadászok a világításra használt halolaj alapanyagául szolgáló bálnákat kis híján sikeresen kiirtották. A kátrányon kívül a széntelepek közelében előforduló bitumenes palákat is felhasználták szénolaj előállítására. Magyarországon, Stájerlakon már 1860-ban működött szénlepárló üzem. A kőolaj megjelenése ezeket a kisüzemeket vagy elsorvasztotta, vagy kőolaj-feldolgozásra tértek át.

Az első világháború után beállott üzemanyaghiány ráirányította a figyelmet erre a csendben elhalálozott benzintermelési lehetőségre. A német vegyészek 1918 után behatóan kezdtek foglalkozni a kérdéssel, és a világ akkori legnagyobb vegyipari vállalkozása, az I. G. Farbenindustrie laboratóriumaiban több száz vegyész látott munkához. Ez sem volt azonban előzmények nélkül való.

1869-ben M. Berthelot, a nagy francia kémikus üvegcsőbe forrasztott aprított szenet jódhidrogénnel nagy nyomáson hevített. Az üvegcsőből a szilárd szén eltűnt, és a helyén folyadék jelent meg. Az ezt követő elemzés a folyadékot petróleumszerű szénhidrogén- keverékként azonosította. Berthelot-nak ez a majd másfél évszázados kísérlete megvalósította a szén elfolyósításának folyamatát, és rámutatott arra, hogy kellően magas hőmérsékleten és nyomáson a szén simán felveszi a hidrogént petróleum képződése közben.

A kísérletnek sokáig nem volt visszhangja. Ugyan kit érdekelt volna a szénből készült petróleum, amíg a folyékony aranyat a föld bőségesen ontotta magából? 1897-ben Sabatier francia kémikus rájött, hogy hidrogén és szén-monoxid-gáz elegye közönséges nyomáson és 250 °C hőmérsékleten olyan reakcióra bírható, melynek eredménye a legegyszerűbb szénhidrogén, azaz a metán.

A századfordulón Ipatiew, a moszkvai tüzérakadémia tudós tanára újra foglalkozott a kérdéssel. Ő már acélcsövet használt, melybe nagy nyomáson hidrogént sajtolt. 1903-1904-ben Szentpéterváron A. E. Favorszkij munkatársaival hasonló eredményekre jutott.

Németországban Friedrich Bergius 1910-óta végzett a szén katalitikus hidrogénezésével kapcsolatos kísérleteket, és 1913-ban szabadalmaztatta módszerét, de a szén ipari elfolyósításának napja még mindig nem virradt fel. A műbenzin előállítását még nem motiválta sem elméleti érdekesség, sem gazdasági kényszer. Erre csak a vesztett háború utáni ínségben került sor, amikor Franz Fischer és Hans Tropsch német vegyészek munkáját koronázta siker. Fischerék eljárásukat az 1926-ban bejelentett 1746464 sz. USA szabadalommal levédették. Ezzel az eljárással kis nyomáson szén-monoxid és hidrogén keverékéből lehet folyékony szénhidrogének elegyét előállítani. Kiderült, hogy az eljárás alapjául szolgáló kémiai folya- mat nagyon hőmérsékletfüggő. Ha Sabatier 30 °C-kal alacsonyabb hőmérsékleten is megvizsgálta volna a hidrogénezés folyamatát, akkor ő lenne az egyik fontos benzinszintézis feltalálója. Így ez a babér Fischernek és Tropsch-nak jutott.

Az eljárás ipari alkalmazásáig azonban még rendkívüli nehézségeket kellett leküzdeni. Meg kellett oldani, hogy a reakció- térben pontosan beállítható, egyenletes hőmérséklet legyen, és megfelelő katalizátorokat kellett találni, amelyek a kémia nagy bűvészei. Az ipari méretű termelés problémáit megoldották, ennek során nagyon sok, egymástól csekély mértékben eltérő eljárás jött létre. Ezeknek egy részét ma összefoglalva Fischer-Tropsch szintézisnek vagy Fischer-Tropsch kémiának nevezzük. Bergius módszere is továbbfejlődött. 1950-ben már több mint 300-féle, kisebb-nagyobb mértékben eltérő eljárást alkalmaztak. Mindkét szintézis szinte beláthatatlan lehetőségeket rejt magában. A katalizátor és a reakciókörülmények módosításával benzinen kívül gázolaj és kerozin előállítása is lehetővé vált kőszénből, szintézisgázból, földgázból.

Németország lázas sietséggel igyekezett szénolaj-iparát fejleszteni, és mivel a szintézisgázt előnyösen lehet kokszból előállítani, ami ott gazdaságos, ahol kokszolás folyik, a Ruhr-vidék pedig a német kokszolóipar hazája, kézenfekvő, hogy az első Fischer-Tropsch benzingyár a Ruhr-vidéken épült fel. 1937-re már elérték, hogy Németország benzinszükségletének több mint felét a birodalom határain belül állították elő. Ez óriási mennyiség, figyelembe véve, hogy Németország benzinfogyasztása abban az évben 2,3 millió tonna volt. 1941-ben már húsz gyár termelt szintetikus motorhajtóanyagot, további 6 üzem termelésével együtt 1941 és 1943 között kb. 5 millió tonnát évente. A Harmadik Birodalom szintetikus üzemanyag-termelésének csúcspontja 1943-ban volt, ez 36 212 400 hordót, azaz 5 036 495 tonnát tett ki.

1945. május 9. után a szövetségesek egymással versengve hajkurászták a német tudósokat, mérnököket és kvalifikált szakmunkásokat Európában. Az Egyesült Államok hadserege az Operation Paperclip hadművelet keretében szervezetten és tömegesen telepítette az Egyesült Államokba az elfogott német szakembereket. Az Egyesült Államok kongresszusa 1944. április 5-én 30 millió dollárt hagyott jóvá a hadsereg szintetikus folyékony üzemanyag-programjához a fejlesztések finanszírozására.

Ennek során egy Missouri állambeli, szintetikus ammóniát gyártó üzemet átállítottak üzemanyaggyártó kísérleti üzemmé. A személyzet részét képezte a Gémkapocs Hadművelet keretében dolgozó 7 német szakember is. A Bergius-folyamat alkalmazásával 1949-ben napi 200 barrel (28 tonna) gázolajat állítottak elő.

1948-ban a korábbi 5 éves program futamidejét 8 évre emelték, és további 60 millió dollárt szavazott meg a kongresszus az újabb fejlesztésekre. A Fischer-Tropsch folyamat alapján működő második üzem ezúttal Luisianában épült fel, és 1951-ben napi 40 000 gallon (132 tonna) üzemanyagot termelt.

A két kísérleti üzemben szerzett tapasztalatok képezték az amerikai szintetikus üzemanyaggyártás alapját. Az első kereskedelmi célú üzemanyaggyár a texasi Brownsville-ben épült, és FT-folyamat alkalmazásával 7000 hordó (974 tonna) üzemanyagot termelt naponta. 1950-1955-ig működött, majd leállították, mert a közel-keleti nagy olajfeltárások okozta olajár-csökkenés gazdaságtalanná tette működését.

Nagy-Britanniában Alfred Augustus Aicher több szabadalmaztatott módosítással járult hozzá az FT-szintézis tökéletesítéséhez.

A világ egyre növekvő energiaigénye és a fogyatkozó készletek közötti hézag szűkítésére egyéb energiatermelési módok mellett a szintetikus üzemanyagok ügye újra előkerült. Napjainkban a világ több országában foglalkoznak szintetikus üzemanyagok előállításával, de a termelés volumene egyelőre egyetlen ország kivételével meg sem közelíti az igényeket. A kivétel Dél-Afrika, és ez nem véletlen. 1948-ban Dél-Afrikában a Nemzeti Párt hatalomra jutásával létrejött az apartheid rendszer, mely az ország számára az egykori Németországéhoz hasonlóan elszigetelődést hozott magával. Szintén hasonlóan Német-országhoz Dél-Afrikának sincs számottevő olaja, de van szene.

A feladat adott volt, az ország üzemanyag-ellátását meg kellett oldani. A szénlelőhelyek önként kínálták a megoldást, és az FT-szintézisre épülő CTL (Carbon To Liquid) technológiát tökélyre fejlesztették. Dél-Afrika piacvezető cége, a SASOL ma világklasszis ebben a műfajban.

A cikksorozat részei:

A kőolaj fényes karrierje III.

A kőolaj fényes karrierje II.

Jellegzetes A kőolaj fényes karrierje I.

Jelenleg a SASOL működteti a világon az egyetlen kereskedelmi célú szénalapanyagú FT-üzemet a Secunda létesítményben, melynek termelése napi 150 000 hordó, azaz 21 000 tonna, továbbá a katari Ras Laffan városban működő GTL (Gas To Liquid) gázalapanyagú üzemében is állít elő szintetikus üzemanyagot napi 29 000 hordó, azaz 4000 tonna mennyiségben. Kereskedelmi célú szintetikus üzemanyagból a világtermelés jelenleg 240 000 hordó (33 000 tonna) naponta.

Több nagy projekt áll kivitelezés alatt az Egyesült Államokban, Katarban és Kínában. Egyes elemzők szerint Kína szénalapú folyékony üzemanyag-termelése 2015-re meghaladja Dél-Afrikáét. (folytatjuk) (folytatjuk)


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem