Le sabbie bituminose di Alberta si surriscaldano

Per molti, le immagini della foresta boreale del Canada lacerata da operazioni tentacolari che sgombrano la terra e strappano via lo strato superiore della terra sono diventate il simbolo dei mali ambientali del petrolio nel 21° secolo. Le cosiddette miniere di superficie, che scoprono depositi durissimi di sabbia e argilla ricchi di una miscela pesante e appiccicosa di idrocarburi chiamata bitume, rappresentano ora una parte sostanziale delle esportazioni di petrolio del Canada, inclusa gran parte del petrolio che va negli Stati Uniti . Ma il volto dell'industria che sfrutta le sabbie bituminose del Canada settentrionale sta cambiando e forse sta diventando ancora più preoccupante.

Dirigiti a sud o a ovest da Fort McMurray, la città in espansione dell'Alberta che ospita molte delle miniere a cielo aperto e dei bacini di decantazione che hanno reso famigerata l'industria petrolifera della provincia, e le miniere lasciano il posto a siti industriali più ordinati in mezzo a muskeg bruno-verdastro paludoso e boschi di abete bianco, jack pine e pioppo tremulo. Queste strutture circondate da foreste hanno scambiato pale ed enormi camion con un processo di estrazione che perfora centinaia di metri in solidi nastri di bitume e, utilizzando grandi quantità di vapore, scioglie il petrolio catramoso sul posto. Il bitume liquefatto fuoriesce quindi attraverso un sistema di tubi paralleli. Tali operazioni di estrazione in situ ora rappresentano quasi la metà dell'attuale produzione del business petrolifero del nord dell'Alberta, e tale cifra non farà che aumentare. I 1,8 trilioni di barili di bitume dell'Alberta potrebbero essere il più grande accumulo singolo di idrocarburi al mondo, ma quattro quinti di questa risorsa si trovano più in profondità di quanto l'estrazione mineraria possa raggiungere.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2011

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L'estrazione in situ è ​​costosa: in media, non è redditizia se i prezzi mondiali del petrolio sono inferiori a $ 60 al barile. Ma con i prezzi di oggi costantemente ben al di sopra, la pratica è in piena espansione. Le sabbie bituminose genereranno oltre 1,5 milioni di barili di petrolio al giorno quest'anno, secondo la Canadian Association of Petroleum Producers, un gruppo con sede a Calgary. Ciò rappresenta più della metà del petrolio che il Canada convoglia negli Stati Uniti (il Canada è la più grande fonte di petrolio importato del suo vicino). Entro il 2025, si prevede che la produzione di sabbie bituminose raddoppierà di più, fino a 3,7 milioni di barili al giorno, e le operazioni in situ forniranno quasi i due terzi di tale incremento.

Il problema è che mentre la perforazione in superficie potrebbe sembrare meno distruttiva per l'ambiente rispetto all'estrazione mineraria, in molti modi la nuova tecnologia è molto più dannosa. Anche se i siti di perforazione non devastano il paesaggio come fanno le miniere, utilizzano grandi quantità di energia e di conseguenza producono molta anidride carbonica. L'uso del vapore per eliminare il bitume rappresenta il 2,7% delle emissioni totali di gas serra del Canada, o circa 19 megatoni di anidride carbonica l'anno scorso, pari alle emissioni annuali di scarico di 3,7 milioni di automobili. Crea più del doppio delle emissioni di produzione dell'estrazione convenzionale di sabbie bituminose. Esperti indipendenti affermano che quando il bitume viene raffinato e consegnato alle stazioni di servizio negli Stati Uniti, ha già rappresentato due o tre volte più gas serra per gallone di carburante rispetto alla benzina raffinata dal greggio convenzionale.

La cosa più preoccupante è che le operazioni di trivellazione nelle sabbie bituminose sono solo un esempio dell'aumento della produzione di petrolio non convenzionale, fonti precedentemente difficili da sfruttare che i recenti progressi tecnologici hanno reso economicamente sostenibili. Tali risorse nelle sole Americhe includono enormi quantità di petrolio simile al bitume in Venezuela, riserve petrolifere sottomarine profonde al largo delle coste del Brasile e tight oil detenuto nei depositi di scisto negli Stati Uniti e in Canada. Le risorse geologiche e le tecnologie utilizzate per produrre petrolio non convenzionale variano notevolmente, ma tutte richiedono processi di estrazione ad alta intensità energetica e dannosi per l'ambiente. Le sabbie bituminose sono la ragione principale per cui le emissioni annuali di gas serra del Canada, che il governo ha promesso di ridurre a 558 megatoni entro il prossimo anno, ora superano i 710 megatoni e si prevede che raggiungeranno i 785 megatoni entro il 2020.

La realtà è, tuttavia, che il mondo è diventato rapidamente dipendente dal petrolio non convenzionale, comprese le sabbie bituminose, poiché la domanda globale di energia ha continuato a crescere più rapidamente dell'offerta. E l'economia canadese, in particolare in Alberta, è diventata fortemente dipendente dalla crescita dell'industria delle sabbie bituminose. Gli investimenti delle aziende canadesi e dei giganti petroliferi globali hanno raggiunto i 13 miliardi di dollari nel 2010 e sono cresciuti quest'anno fino a raggiungere i 16 miliardi di dollari. Le sabbie bituminose hanno reso l'Alberta il luogo più caldo del Canada per posti di lavoro, investimenti e crescita, aiutando il paese a evitare molti dei problemi economici che affliggono gli Stati Uniti e gran parte dell'Europa.

Le sabbie bituminose significano centinaia di milioni di dollari in tasse e royalties e creazione di posti di lavoro da Terranova a Vancouver. Così tanti Terranova sono venuti in Alberta per lavorare a Fort McMurray che è la terza città più grande di Terranova, dice Murray Smith, un ex ministro dell'Energia dell'Alberta. Tale peso economico rende un dato di fatto che il Canada continuerà a sfruttare questa risorsa, afferma: Siamo accanto a un cliente che ha 250 milioni di veicoli che percorrono tre trilioni di miglia all'anno. Puoi essere sicuro che finché c'è quella domanda, ci sarà prodotto da vendere. Produrremo le sabbie bituminose.

Vaste risorse: Una veduta aerea mostra in primo piano l'estrazione di superficie vicino a Fort McMurray, mentre sullo sfondo sono visibili gli stagni di raffinazione e sterili che confinano con il fiume Athabasca.

L'era del vapore

Christina Lake, un'operazione di estrazione in situ in rapida espansione a 120 chilometri a sud di Fort McMurray, è davvero remota. Sebbene il taglio netto, la produzione di gas naturale e le miniere di ghiaia abbiano inciso nelle foreste, i cervi muli e le alci sono ancora più numerosi degli umani. Il vicino più prossimo di Christina Lake è la frazione di Conklin, popolazione di 300 abitanti, e a sud si trova il Cold Lake Military Air Range, una vasta terra di nessuno riservata agli esercizi di combattimento aereo e ai test di armi tattiche. Il senso di isolamento sta svanendo, tuttavia, poiché migliaia di lavoratori installano e gestiscono apparecchiature per miliardi di dollari a Christina Lake e in più di una dozzina di altri siti in Alberta.

QUALE PICCO OLIO?

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Gran parte del petrolio mondiale, comprese le vaste riserve di petrolio convenzionale in luoghi come l'Arabia Saudita e il Golfo del Messico, è una miscela di idrocarburi che sgorga dal suolo e scorre facilmente a temperatura ambiente. Le sabbie bituminose canadesi, invece, sono depositi catramosi in cui gli idrocarburi rivestono la sabbia e l'argilla. Una volta tolto dal terreno, l'olio ha la viscosità della melassa fredda. L'estrazione deve, in sostanza, invertire le forze naturali che hanno creato il bitume a partire da milioni di anni fa, quando l'ascesa delle Montagne Rocciose ha spinto il petrolio etereo a flusso rapido negli strati adiacenti di sabbia sepolta.

Per quasi un secolo, gli imprenditori hanno lottato per separare i depositi solidificati dalla sabbia e trasformarli nuovamente in idrocarburi liquidi. Le miniere di Fort McMurray furono aperte negli anni '60 e all'inizio degli anni '70 e zoppicarono insieme al sostegno del governo fino a quando i prezzi del petrolio non iniziarono a salire alla fine degli anni '90, incoraggiando gli investitori. I siti in situ dell'Alberta sono il prodotto di un progetto di ricerca finanziato dal governo avviato nel 1974 per sollevare l'industria delle sabbie bituminose oltre l'estrazione mineraria. Alla fine degli anni '90, il progetto provinciale si era basato su una tecnologia: il drenaggio a gravità assistito dal vapore, o SAGD. Cenovus, la società con sede a Calgary che gestisce Christina Lake, ha creato il primo sito commerciale SAGD nel 1999 e ha iniziato i test pilota a Christina Lake tre anni dopo.

Sebbene sia più sofisticato dell'estrazione mineraria, in cui il bitume a meno di 75 metri sotto terra viene semplicemente dissotterrato dopo la rimozione dello strato superiore di terra, il SAGD è ancora in gran parte un metodo a forza bruta per aspirare bitume profondamente interrato. A Christina Lake, coppie di pozzi perforati affondano a 375 metri di profondità, raggiungendo uno strato di bitume di 25-30 metri di spessore. Lì, i pozzi si appiattiscono per percorrere 800 metri orizzontalmente attraverso il terzo inferiore del deposito, un pozzo cinque metri sopra l'altro. Il vapore viene forzato attraverso i pozzi superiori a 250 °C per riscaldare ed eventualmente sciogliere il bitume, che drena via dalla sabbia, dall'argilla e da altri minerali. I pozzi di produzione inferiori aspirano quindi una miscela di acqua e bitume fuso in superficie, dove l'acqua viene separata dal bitume e riciclata. Infine, il bitume viene miscelato con un diluente idrocarburico per renderlo sufficientemente sottile per le condutture prima di essere consegnato a un terminale petrolifero adiacente e iniziare il suo viaggio verso le raffinerie negli Stati Uniti.

In superficie, Christina Lake è un brusio di attività. Il sito spedisce più di 16.000 barili di bitume al giorno. Ad agosto, Cenovus ha completato un'espansione che è costata circa $ 900 milioni in dollari canadesi e ha aumentato la capacità a 58.000 barili al giorno. Ora il sito è alle prese con due espansioni equivalenti che hanno aumentato il personale a quasi 2.000 persone che lavorano, mangiano e dormono in loco per sette o dieci giorni consecutivi. C'è molta più crescita in arrivo, afferma Drew Zieglgansberger, il vicepresidente senior responsabile di Christina Lake. Zieglgansberger prevede che entro il 2019 il sito genererà oltre 250.000 barili di bitume al giorno, abbastanza, dice, per rifornire tutte le auto dell'Illinois. Dice che dovrebbe sostenere quel ritmo per 30 anni.

Il sito stesso è più simile a un impianto chimico di medie dimensioni che a un impianto minerario. Dominano cinque generatori di vapore alti 32 metri; altri quattro sono in costruzione. Questi giganteschi forni bruciano gas naturale ed emettono 250 milioni di BTU di vapore all'ora. In tutto, dice Zieglgansberger, emettono l'equivalente di calore di 50.000 griglie da giardino. (Con ogni ora di combustione e calore dai generatori di vapore di Christina Lake arrivano 75 tonnellate di emissioni di anidride carbonica, circa 45 chilogrammi di anidride carbonica per ogni barile di bitume.)

La cattiva notizia per l'industria delle sabbie bituminose dell'Alberta è che Christina Lake è lo scenario migliore per SAGD oggi. Zieglgansberger ha bisogno di cuocere a vapore solo due barili d'acqua per produrre un barile di bitume, il che lo rende l'operazione in situ più efficiente dell'Alberta. I suoi concorrenti (e la maggior parte delle future operazioni SAGD) devono mirare ai depositi di bitume più sottili, alcuni striati di roccia e acqua che deviano il calore iniettato. Di conseguenza, il barile medio di bitume prodotto tramite SAGD lo scorso anno ha richiesto poco meno di tre barili di vapore, secondo l'Energy Resource Conservation Board dell'Alberta. Ecco perché, una volta prese in considerazione la spedizione e la raffinazione, il processo di produzione in situ dell'Alberta crea molte più emissioni di gas serra rispetto alla produzione di carburante dal greggio convenzionale.

Queste cifre non sono altro che scandalose per John Nenniger, fondatore e CEO di N-Solv, una startup con sede a Calgary che esplora le tecnologie per lo sfruttamento delle sabbie bituminose. Nenniger afferma che l'industria è migliorata poco dal primo pilota sul campo SAGD alla fine degli anni '80: quel primissimo test aveva un rapporto vapore/olio di 2,38. Da allora i rapporti vapore-olio si sono effettivamente deteriorati. Non c'è stato alcun progresso.

Divoratori di gas: Enormi generatori di vapore a Christina Lake bruciano gas naturale per produrre grandi quantità di vapore, che viene iniettato in pozzi profondi 375 metri per riscaldare l'olio catramoso e consentirne l'aspirazione in superficie.

Restituire?

Non è come se nessuno ci stesse provando. Grandi compagnie petrolifere, tra cui Shell, Suncor Energy e la controllata Exxon Imperial Oil, nonché startup imprenditoriali come N-Solv e Laricina, stanno testando sul campo un numero crescente di tecniche in situ. Alcuni pompano aria in profondità nel sottosuolo e accendono del bitume nella speranza di sciogliere il resto in modo più efficiente. Altri vedono il potenziale nell'uso dell'elettricità per riscaldare il bitume sepolto in profondità.

Cenovus sta testando un metodo che utilizza una combinazione di vapore e un solvente, butano, per aiutare a sciogliere il bitume. Il pad A02 assomiglia a tutti gli altri a Christina Lake, tranne per il fatto che ha solo un paio di pozzi supportati da un hardware extra: tre serbatoi di stoccaggio lunghi 50 piedi per il butano e l'attrezzatura per mescolarlo con il vapore a 250 ° C che ruggisce per tubo dai generatori di vapore. L'aggiunta di quell'attrezzatura aumenta il costo di costruzione di un nuovo sito di quasi un terzo, ma ne vale la pena, afferma Harbir Chhina, vicepresidente esecutivo per le sabbie bituminose di Cenovus. Chhina afferma che l'aggiunta di butano fornisce dal 10 al 15% in più di bitume dalla stessa risorsa e lo fa circa il 30% più velocemente.

Gli effetti di tale miglioramento sull'uso dell'energia, sui profitti e sull'inquinamento da gas serra sono di ottenere un primo test su scala commerciale a Narrows Lake, un progetto in situ immediatamente a nord-ovest di Christina Lake, dove Cenovus spera di produrre 130.000 barili di bitume al giorno entro il 2016. (L'approvazione per Narrows Lake è prevista entro la prossima estate; Alberta non ha mai rifiutato una domanda di sabbie bituminose.) Previsione di Chhina: il rapporto vapore/petrolio di Narrows Lake sarà di circa 1,7, 15% inferiore a quello che sarebbe senza il solvente. Dice che la tecnologia potrebbe ridurre le emissioni di gas serra fino al 30% nella maggior parte dei siti SAGD.

Nel frattempo, Nenniger si sta preparando per i test di un processo solo solvente che è stato inventato negli anni '70 da suo padre, che era vicepresidente per l'ingegneria di processo presso Hatch, la seconda società di ingegneria del Canada e azionista di maggioranza di N-Solv. Da uno spazio di lavoro improvvisato negli uffici di Calgary di Hatch, Nenniger traccia il ritorno della tecnologia: è in corso un test pilota da 60 milioni di dollari presso il sito di Dover di Suncor Energy a nord-ovest di Fort McMurray, lo stesso luogo in cui è stato originariamente testato il processo SAGD.

Nenniger stima che eliminando l'uso del vapore e abbassando le temperature si risparmieranno $ 9 su ogni barile di bitume. Inoltre, il processo a solvente può estrarre il bitume della migliore qualità, lasciando nel terreno una quantità maggiore di materiali simili all'asfalto più pesanti. Ciò dovrebbe rendere il bitume di N-Solv più facile da raffinare, facendo guadagnare ai produttori $ 15 in più per ogni barile che spediscono. Nenniger prevede inoltre che il processo utilizzerà dall'80 al 90% in meno di energia per barile di bitume rispetto al SAGD, riducendo di conseguenza le emissioni di carbonio.

N-Solv prevede di perforare pozzi di osservazione presso la sua struttura pilota questo inverno, e in estate dovrebbero seguire pozzi di iniezione e produzione. Il solvente caldo potrebbe iniziare a fluire già nell'autunno del 2012, fornendo risultati di produzione entro l'estate successiva. Nenniger prevede applicazioni su scala commerciale in appena cinque anni. Dimostrare che siamo migliori del SAGD in un testa a testa aprirà l'intero mercato delle sabbie bituminose, dice.

La domanda per gli innovatori delle sabbie bituminose è se il rischio finanziario di sviluppare nuovi tipi di tecnologie in situ sarà ripagato. Cenovus ha bisogno di un prezzo globale del petrolio di soli 45-50 dollari al barile per realizzare un profitto sui suoi investimenti in Christina Lake; con i prezzi che ora superano i 75 dollari al barile, sta guadagnando bene. In un'era di gas naturale a basso costo e petrolio costoso, i produttori di bitume del Canada avranno bisogno di una spinta in più prima di impegnare miliardi di dollari in alternative all'estrazione mineraria e al SAGD. Nenniger ritiene che i decisori aziendali abbiano pochi incentivi a cambiare nelle attuali condizioni economiche, dove i costi energetici sono bassi e deducibili dalle tasse e le emissioni di carbonio sono gratuite. Hai un sistema che non crea attrazione del mercato, dice.

Estrazione più rapida: Una versione sperimentale dell'estrazione in situ aggiunge un solvente al vapore per rendere più veloce ed efficiente il recupero del bitume.

Dice Heather MacLean, professoressa di ingegneria e politiche pubbliche presso l'Università di Toronto, Ci deve essere un qualche tipo di spinta politica … per motivare davvero la produzione e la riduzione più efficienti dei gas serra e di altri impatti ambientali. Quello che serve, dice, è un prezzo sul carbonio. Due anni fa, l'Alberta ha introdotto una tassa sul carbonio di $ 15 per tonnellata, ma che copre solo una parte delle emissioni industriali, e persino i dirigenti petroliferi ne ignorano l'impatto sugli investimenti. È nelle decine di centesimi al barile, dice Zieglgansberger.

Un problema più grande

Quest'estate, i principali attivisti per il cambiamento climatico hanno reso le sabbie bituminose dell'Alberta un nome familiare con due settimane di proteste davanti alla Casa Bianca. L'azione ha preso di mira il proposto gasdotto Keystone XL, che consegnerebbe mezzo milione di barili di petrolio al giorno alle raffinerie sulla costa del Golfo degli Stati Uniti attraverso un gasdotto da 36 pollici che corre per 2.673 chilometri da Alberta a Port Arthur, in Texas. Più di 1.000 manifestanti, tra cui lo scienziato del clima della NASA James Hansen, sono stati arrestati. Il presidente Obama dovrebbe prendere una decisione definitiva sul gasdotto questo inverno.

Ken Caldeira, uno dei 20 principali scienziati del clima che ha inviato una lettera aperta al presidente in opposizione a Keystone XL, sostiene che fermarlo aumenterebbe il costo della commercializzazione del bitume dell'Alberta e quindi fornirebbe un segnale di fatto sui prezzi del carbonio ai produttori. Stiamo offrendo collettivamente un sussidio gratuito all'industria dei combustibili fossili consentendo loro di scaricare i loro rifiuti nell'atmosfera, afferma Caldeira, che è uno scienziato atmosferico presso la Carnegie Institution di Washington a Stanford, in California. Dovremmo rimuovere quel sussidio.

Caldeira afferma che il problema finale che vede con gli investimenti nelle sabbie bituminose è che minacciano di rafforzare la dipendenza dal petrolio e la combustione del petrolio nei veicoli genera oltre un quinto delle emissioni globali di anidride carbonica. Migliorare il processo di estrazione delle sabbie bituminose renderà solo più profonda questa dipendenza. Con i metodi attuali, stima il governo dell'Alberta, si possono produrre economicamente 169 miliardi di barili di bitume nelle sabbie bituminose, meno di un decimo della risorsa sepolta. Tecnologie più efficienti produrranno molto più petrolio da bruciare nelle auto e nei camion di tutto il mondo. Se vogliamo evolvere verso un sistema energetico a basse emissioni di carbonio, non dovremmo costruire ulteriori infrastrutture per i combustibili fossili, afferma Caldeira.

Tuttavia, l'arresto del gasdotto Keystone XL potrebbe avere conseguenze indesiderate. Se il presidente Obama blocca il progetto, i produttori continueranno a vendere il loro bitume, inviandolo in cisterne ferroviarie o attraverso gli oleodotti proposti ai porti del Pacifico del Canada. Nel frattempo, il rallentamento della produzione di bitume in Canada spingerebbe probabilmente i produttori altrove a soddisfare la domanda duratura di carburante sfruttando risorse come scisti bituminosi, pozzi di acque profonde difficili da controllare o persino carbone. È improbabile che scoraggiare la produzione di sabbie bituminose fermi il flusso globale di petrolio, afferma Adam Brandt, professore presso il Dipartimento di Ingegneria delle risorse energetiche della Stanford University: Le forze di mercato sono semplicemente schiaccianti. MacLean è d'accordo. I paesi che importano grandi volumi di petrolio oggi non smetteranno di farlo domani, afferma. Non passeranno tutti ai veicoli elettrici nel prossimo decennio. Quindi avere una politica di non più infrastrutture per i combustibili fossili non mi sembra davvero realistico.

Un certo numero di esperti afferma che la riduzione della domanda complessiva di petrolio è in definitiva l'unico modo per ridurre l'impatto ambientale dell'industria delle sabbie bituminose dell'Alberta e una meta-analisi del 2009 ampiamente rispettata degli studi sul ciclo di vita di MacLean e dei colleghi analisti del ciclo di vita Alex Charpentier e Joule Bergerson dell'Università di Calgary sembrerebbero confermarli. Secondo l'analisi, guidare un'auto per un chilometro produce da 320 a 350 grammi di anidride carbonica se la benzina è derivata da piante in situ. Se la benzina viene raffinata dal greggio convenzionale, la stessa corsa produce meno inquinamento: da 250 a 280 grammi di anidride carbonica. Ma la combustione del petrolio stesso, indipendentemente da come è stato prodotto il carburante, rappresenta 212 di quei grammi in entrambi i casi.

La linea di fondo, dice Brandt: se siamo davvero arrabbiati per le sabbie bituminose, dobbiamo prendere sul serio la nostra abitudine al petrolio.

Peter Fairley è uno scrittore freelance con sede a Victoria, British Columbia. Il suo lungometraggio I veicoli elettrici avranno finalmente successo? apparso nel numero di gennaio/febbraio di Revisione della tecnologia .

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