オイルサンド: エネルギー進化と環境問題

目を閉じてタールピットを想像してください。何が思い浮かびますか？私たちの多くは、サーベルタイガーが保存されている黒い糖蜜のような湖を思い浮かべます。

これらの自然に発生するアスファルトの浸出液が観光客の罠となったこの場所は、地下の石油鉱床からの原油が亀裂や断層を通ってゆっくりと地表に浸透するにつれて、数千年以上にわたって形成されてきました。これらは、科学者、地質学の愛好家、学齢期の子供たちにとっても同様に非常に興味深いものです。

次に、オイルサンド、タールサンド、瀝青砂として知られる工業用タールピットがあります。そして、誰も驚くことではないが、エネルギー会社にとってそれらは大きな関心を集めている。しかし、その名前が示すように、この黒い金は間欠泉から湧き出るものではありません。それは実際には砂そのものの中にあります。

オイルサンドとは何ですか?

オイルサンドは、非在来型石油鉱床の一種です。それらは、およそ 90 パーセントが砂、水、粘土、そして約 10 パーセントが重くて粘性のある石油の混合物で構成されています。

黒くて粘着性のある砂は表土に似ていますが、暖かくなると粘性があり、低温ではコンクリートのように固まります。

しかし、それらを「タール」ピットまたは「タール」砂と呼ぶのは誤解を招きます。この厚くて黒い物質はタールではなく、炭化水素の混合物で構成されるアスファルトです。天然には固体または半固体の状態で存在する石油です。

しかし、天然の液体である従来の石油や石油とは異なり、ビチューメンは使用する前に砂から分離する必要があります。

アメリカにオイルサンドはありますか?

米国にもオイルサンド鉱床はありますが、カナダ、特にアルバータ州の主要なオイルサンド鉱床ほど広範囲ではなく、また知名度も高くありません。 (アルバータ州のアサバスカ オイル サンドは、世界的に最も重要なオイル サンド鉱床の 1 つです。)

米国では、最も重要なオイルサンド鉱床は、特に州東部のウインタ盆地にあります。ユタ州のオイルサンドにはカナダのオイルサンドと同様にアスファルトが含まれており、商業的な石油生産と開発の取り組みの対象となっています。

しかし、カナダのオイルサンド産業は米国の産業よりもはるかに大きく、経済的要因、環境への懸念、規制問題などのさまざまな課題が拡大に影響を与えています。

一方で、水圧破砕（フラッキング）技術の進歩により、シェールオイルやタイトオイルなどの非在来型石油資源の開発が米国のエネルギー情勢でより重要視されており、これが国内石油の大幅な増加につながっている。生産。

オイルサンドの生産

オイルサンドからの石油の抽出は、複雑でエネルギーを大量に消費するプロセスです。主に使用される方法は「現場」抽出と呼ばれるもので、蒸気と溶剤を地中に注入してアスファルトを加熱し、抽出を容易にする方法です。

露天掘りとして知られる別の方法は、オイルサンドが地表近くにある場合に使用されます。この場合、上にある物質を除去し、オイルサンドにアクセスするために大型の装置が使用されます。

アスファルトが抽出されると、砂、水、その他の不純物からアスファルトを分離するためにさまざまなプロセスが行われます。得られたビチューメンは、追加の精製プロセスを通じて合成原油にアップグレードできます。

オイルサンドは重要な石油生産源ですが、エネルギーを大量に消費する抽出プロセスと、その抽出と処理に伴う生息地の破壊、水質汚染、温室効果ガスの排出の可能性があるため、環境上の懸念の対象でもあります。

二酸化炭素の排出は大きな懸念事項です。オイルサンドからは、約 295 ポンド (134 キログラム) の二酸化炭素が大気中に放出されます。これを大局的に見てみると、2021 年には米国だけで1 日あたり約 300 トンの石油が消費されました。

オイルサンド操業のためのより環境的に持続可能な方法を開発し、この資源の環境への影響を軽減する努力が払われてきました。

世界のガソリン供給

世界の石油の 2 兆バレル以上がオイルサンドに眠っていますが、そのほとんどは深すぎるため掘削して処理することはできません 。オイルサンドは、カナダからベネズエラ、そしてご想像のとおり、中東に至るまで世界中で見つかります。

しかし、カナダはサウジアラビアとベネズエラに次ぐ世界第3位の原油埋蔵量を保有している。

カナダは合計 1,710 億バレルの相当量の石油埋蔵量を保有しており、その大半は約 1,650 億バレルです。これは世界の原油総埋蔵量の約10パーセントを占めます。アルバータ州には、新しい検索技術が開発されるまで利用できないものだけでなく、指数関数的にさらに多くのものが存在する可能性があると推定されています。

では、砂から油を濾すにはどうすればよいでしょうか?次に、ビチューメンがどのように抽出され、加工され、毎日使用する驚くべき製品に変換されるかを見ていきます。

砂から油を搾る

ほとんどのビチューメンは、ガソリン、ジェット燃料、家庭用暖房油として使用するために精製されますが、石油はボールペン、口紅、フライング ディスク、さらには T シャツなど、予想外の 3,000 以上の製品にも使われています。ただし、何かに使用する前に、まず砂から抽出して処理する必要があります。

アスファルトを採掘するにはいくつかの異なる方法があります。オイルサンドの約 20 パーセントを占める浅層埋蔵量は、露天掘りで採掘する露天掘りによって回収されます 。露天掘りのプロセスは会社によって多少異なりますが、一般的にはコンディショニング、分離、泡処理が含まれます。

コンディショニングでは、砂とアスファルトを分離するプロセスが開始され、大きなオイルサンドがあれば細かく砕かれます。オイルサンドはスラリーと呼ばれる温水と混合され、パイプラインで抽出施設に輸送されます。ここで、スラリーは分離プロセスにかけられ、砂が底に沈み、不純なアスファルトの泡が上部に上昇します。

泡を蒸し、脱気し、ナフサ (可燃性炭化水素混合物) で希釈して残留固形物を除去し、流れを促進します。希釈されたアスファルトは、傾斜プレートセトラー (IPS) と遠心分離機で処理されます。どちらの方法でもアスファルトをさらに洗浄します。

以上で抽出は完了です。

深く堆積したアスファルト埋蔵量は、露天掘りでは到達できず、蒸気補助重力排水などの現場技術を使用して回収されます ()。この方法では、オイルサンド内の井戸に蒸気を注入します。激しい温度と圧力によってアスファルトと水が砂から分離され、アスファルトは熱で柔らかくなり、砂はそのままで表面に現れます。

その他の現場技術には、地下坑井への垂直および水平空気注入を組み合わせた比較的新しいプロセスであるトゥー・トゥ・ヒール空気注入 (THAI) や、SAG-D に似ているが溶媒注入を伴う蒸気抽出プロセス (VAPEX) などがあります。蒸気の代わりに。

アスファルトのアップグレード

重くて厚く粘度の高い石油であるビチューメンのアップグレードには、合成原油のような軽量で価値の高い製品に変換する精製プロセスが含まれます。このプロセスは通常、アスファルトアップグレード装置などの専門施設で実行されます。

環境への懸念

アスファルトを回収して合成原油に変換することは、文字通り、環境的にも汚い仕事です。改良型合成原油 1 バレルを生産するために必要な採掘と加工には、家庭の 4 日間の暖房に必要な量の天然ガスが使用されます。

さらに、オイルサンドの抽出と処理作業は、2022 年のカナダの温室効果ガス排出量の 8,100 万トンに影響を及ぼしました 。採掘はまた、川や森林（世界最大の無傷の生態系の一つであるカナダの を含む）を危険にさらします。

それは心配するのに十分ではないかのように、分離プロセス中に生成される重金属を豊富に含む廃棄物である尾鉱のためのカナダの 2 つの有毒廃棄場が宇宙から見ることができます 。

カナダは、石油会社に古い採掘鉱山の埋め戻しと植樹を義務付けることで、オイルサンドのレンダリングによる環境への悪影響に対処しようとしている。しかし、化石燃料への依存度を下げる努力は、エネルギー集約的で低収量の採掘の必要性を減らし、採掘によって生じる枯死を最小限に抑えることになるだろう。