オイルシェール産業

オイルシェール産業は、オイルシェール（細粒の堆積岩で、ケロゲン（有機化合物の固体混合物）を大量に含み、液体炭化水素を製造できるもの）の採掘と加工を行う産業です。この産業はブラジル、中国、エストニアで発展しており、ドイツとロシアでもある程度発展しています。他のいくつかの国では現在、オイルシェールの埋蔵量と生産方法の効率と回収率を向上させるための研究が行われています。^[1] 2005年に発表された研究によると、エストニアは世界のオイルシェール生産の約70％を占めています。^[2]

オイルシェールは、鉱物の採掘が始まった17世紀初頭から工業用途に使用されてきました。19世紀後半からは、シェールオイルは油分として、また発電用の低品位燃料としても使用されてきました。しかし、オイルシェールの埋蔵量が多い国を除いて、発電用途での使用はそれほど普及していません。同様に、オイルシェールは合成原油の生産源であり、輸入に依存している国では国内の石油生産を増やすための解決策として見られています。

オイルシェールは古代から利用されてきた。近代的な産業用オイルシェール採掘は1837年にフランスのオータン鉱山で始まり、その後イギリス、ドイツ、その他数カ国で始まった。^{[1] [4]オイルシェール産業は、自動車やトラックの大量生産と輸送用ガソリンの不足により、}第一次世界大戦 の直前に成長し始めた。1924年、タリン発電所は世界で初めてオイルシェール燃料に切り替えた発電所となった。^[5]

第二次世界大戦の終結後、入手しやすく安価な原油が大量に発見されたため、オイルシェール産業は衰退した。^{[1] [4] [6] [7]}しかし、エストニア、ロシア、中国ではオイルシェールの生産は増加し続けた。

1973年の石油危機後、オイルシェール産業はいくつかの国で再開されましたが、1980年代に石油価格が下落すると、多くの産業が閉鎖に直面しました。世界のオイルシェール産業は1990年代半ばから再び成長しました。2003年には米国でオイルシェール開発プログラムが開始され、2005年にはオイルシェールとタールサンドの商業リースプログラムが導入されました。^{[8] [9]}

2007年5月現在、エストニアは大規模なオイルシェール採掘に積極的に取り組んでおり、世界で処理されるオイルシェールの70％を占めています。^{[10]エストニアは、オイルシェールの埋蔵量が}欧州連合 全体の埋蔵量のわずか17％を占めるに過ぎないという点でユニークですが、同国の電力の90％をオイルシェールから生産しています。エストニアのオイルシェール産業は7,500人を雇用しており、これは国内雇用の約1％、国内総生産の4％を占めています。^[11]

オイルシェールは、従来の地下採掘または露天採掘技術によって採掘されます。採掘方法はいくつかありますが、これらすべての方法に共通する目的は、シェールの破片を発電所や乾留施設に輸送できるようにオイルシェール鉱床を細分化することです。露天採掘の主な方法は、露天採掘と露天掘りです。地下採掘の重要な方法は、部屋と柱の方式です。^{[12]この方法では、材料は水平面で抽出されますが、屋根を支えるために手つかずの材料の「柱」が残ります。これらの柱により、崩壊の可能性が減ります。オイルシェールは、}石炭採掘の副産物としても得られます。^[1]

世界最大のオイルシェール鉱山は、エネフィット・カエヴァンドゥゼス社が運営するエストニア鉱山である。^[13] 2005年、エストニアは1,480万トンのオイルシェールを採掘した。^[11]同じ期間に、約2,400万トンの採掘許可が発行され、さらに2,600万トンの採掘の申請が受理された。^[14] 2008年、エストニア議会は「オイルシェールの利用に関する国家開発計画2008-2015」を承認し、オイルシェールの年間採掘量を2,000万トンに制限した。^[15]

オイルシェールは火力発電所の燃料として使用することができ、そこではオイルシェールは石炭のように燃やされ、蒸気タービンを駆動する。2012年現在、エストニア、 中国、ドイツに2,967メガワット（MW）の発電能力を持つオイルシェール火力発電所がある。 ^{[16] [17]} また、イスラエル、ルーマニア、ロシアでもオイルシェール火力発電所が稼働していたが、閉鎖されるか、天然ガスなどの他の燃料に切り替えられた。^{[1] [16] [18]} ヨルダンとエジプトはオイルシェール火力発電所を建設する計画を発表しており、カナダとトルコは発電所で石炭と一緒にオイルシェールを燃やす計画である。^{[1] [16] [19]}

オイルシェールを燃料とする火力発電所では、主に2種類の燃焼方式が採用されている。伝統的な方式は、エストニアのオイルシェール火力発電所の古いユニットで使用されている粉砕燃焼（PC）であり、より先進的な方式は流動床燃焼（FBC）であり、ドイツのドッテルハウゼンにあるホルシムセメント工場で使用されており、イスラエルのミショア・ロテム発電所でも使用されていた。主なFBC技術は、バブリング流動床燃焼（BFBC）と循環流動床燃焼（CFBC）である。^{[16] [20]}

世界には石炭や褐炭の燃焼にCFBC技術を使用している発電所が60以上ありますが、オイルシェールの燃焼にCFBC技術を使用しているのは、エストニアのナルヴァ発電所の2つの新しいユニットと中国の華電発電所の1つのみである。 ^{[17] [19] [21] [22]} 最も先進的で効率的なオイルシェール燃焼技術は加圧流動床燃焼（PFBC）です。しかし、この技術はまだ未熟で、初期段階にあります。^[23]

シェールオイルの主要生産国は中国とエストニアで、ブラジルは大きく離されて第3位であるが、オーストラリア、米国、カナダ、ヨルダンはシェールオイル生産の新設または再開を計画している。^{[24] [16] [19]}世界エネルギー会議 によると、2008年のオイルシェールからのシェールオイルの総生産量は93万トン、1日あたり17,700バレル（2,810 m ³ /日）に相当し、そのうち中国が375,000トン、エストニアが355,000トン、ブラジルが200トンを生産した。比較すると、2008年の従来型の石油および天然ガス液体の生産量は39.5億トン、1日あたり8,212万バレル（13.056 × 10 ⁶  m ³ /日）に達した。^[1]^

オイルシェール乾留技術はいくつかあるが、現在商業的に使用されているのは4つの技術のみである。これらは、Kiviter、Galoter、Fushun、およびPetrosixである。^[25] シェールから石油を抽出する2つの主な方法は、ex-situとin-situである。ex -situ法では、オイルシェールを採掘して乾留施設に輸送し、石油を抽出します。in -situ法では、ケロゲンがオイルシェール鉱床の形のまま変換され、その後、井戸から抽出され、そこで通常の石油として上昇します。^[26]

オイルシェールは、エストニアのクンダ・ノルディック・セメント、ドイツのホルシム、中国の撫順セメント工場でセメント生産に使用されています。 ^{[1] [27]オイルシェールは、}ビタンスルホン酸アンモニウムなどのさまざまな化学製品、建設資材、医薬品の生産にも使用できます。^{[11] [19]}しかし、これらの製品の生産にオイルシェールを使用することはまだ非常にまれであり、実験段階のみです。^{[1] [6]}

一部のオイルシェールは、シェールオイル抽出の副産物として生じる硫黄、アンモニア、アルミナ、ソーダ灰、ナコライトの適切な供給源である。一部のオイルシェールは、ウランやその他の希少化学元素の生産にも使用できる。1946年から1952年にかけて、海洋性のディクチオネマ頁岩がエストニアのシラマエでウラン生産に使用され、1950年から1989年にかけては、同じ目的でスウェーデンでミョウバン頁岩が使用された。^[6]オイルシェールガスは、天然ガスの代替品としても使用できる。第二次世界大戦後、エストニア産のオイルシェールガスは、レニングラードや北エストニアの都市で使用された。 ^[28] しかし、現在の天然ガスの価格レベルでは、これは経済的に実現可能ではない。^{[29] [30]}

経済的に回収可能なオイルシェールの量は不明である。^[31] オイルシェール鉱床を開発するさまざまな試みは、特定の地域でのシェールオイル生産コストが原油またはその他の代替品の価格を下回った場合にのみ成功している。^[32] RANDコーポレーション が実施した調査によると、米国の仮想的な地表乾留施設（鉱山、乾留工場、精製工場、支援ユーティリティ、使用済みシェールの再生で構成）で1バレルのシェールオイルを生産するコストは、 2005年の値に調整すると70〜95米ドル（440〜600ドル/m ³）の範囲になるという。分析では、商業生産開始後の段階的な生産量増加を前提として、10億バレル（160 × 10 ⁶  m ^{3 ）の節目を達成した後、処理コストが徐々に1バレルあたり30～40ドル（190～250ドル/m 3} ）まで低下すると予測している。^{[11] [12]}ロイヤル・ダッチ・シェルは、シェルICP技術は原油価格が1バレルあたり30ドル（190ドル/m ³ ）以上であれば利益が出ると発表しているが、フルスケール生産の一部の技術では、原油価格が1バレルあたり20ドル（130ドル/m ³ ）以下でも利益が出ると主張している。^{[33] [34] [35]}^

オイルシェールの乾留効率を高め、それによってシェールオイル生産の実現可能性を高めるために、研究者らは、バイオマス、泥炭、廃ビチューメン、ゴムやプラスチックの廃棄物などの他の材料をオイルシェールと一緒に乾留するいくつかの共熱分解プロセスを提案し、テストしてきました。^{[36] [37] [38] [39] [40]} いくつかの改良技術では、流動床レトルトと循環流動床炉を組み合わせて熱分解の副産物（炭化物とオイルシェールガス）を燃焼させ、それによって石油収率を改善し、スループットを増やし、乾留時間を短縮することが提案されています。^[41]

1972年に石油情報誌（ISSN 0755-561X）に掲載された論文では、シェールオイル生産は石炭液化に比べて不利であるとされていた。記事では、石炭液化はオイルシェール抽出よりも安価で、より多くの石油を生成し、環境への影響が少ないと述べられていた。石炭1トンあたりの石油変換率は650リットル（170米ガロン、140英ガロン）であるのに対し、オイルシェール1トンあたりのシェールオイル変換率は150リットル（40米ガロン、33英ガロン）であるとされていた。^[4]

オイルシェールがエネルギー源として実現可能であるかどうかの重要な尺度は、シェールによって生産されるエネルギーと、採掘および処理に使用されたエネルギーの比率、つまり「エネルギー投資に対するエネルギー回収率」（EROEI）と呼ばれる比率である。1984年の研究では、さまざまな既知のオイルシェール鉱床のEROEIは0.7～13.3と推定されているが^{[42] 、既知のオイルシェール抽出開発プロジェクトではEROEIが3～10であると主張している。}世界エネルギー展望2010 によると、 ex-situ処理のEROEIは通常4～5であるのに対し、in-situ処理では2まで低くなることもある。しかし、IEAによると、使用されるエネルギーのほとんどは、使用済みシェールまたはオイルシェールガスを燃焼させることで供給できる。^[31]

オイルシェール乾留プロセスに必要な水は、さらなる経済的考慮事項をもたらします。これは、水不足の地域では問題を引き起こす可能性があります。

オイルシェールの採掘には多くの環境影響があり、坑内採掘よりも露天採掘の方が顕著である。^[43]これらには、かつて埋蔵されていた物質の突然の急速な露出とそれに続く酸化によって引き起こされる酸性排水、水銀を含む金属の表層水と地下水への流入^{[44] 、}浸食の増加、硫黄ガスの排出、処理、輸送、サポート活動中に粒子状物質が生成されることによって引き起こされる大気汚染などがある。 ^{[45] [46]} 2002年には、エストニアの大気汚染の約97％、総廃棄物の86％、水質汚染の23％が、発電の主な資源としてオイルシェールを使用する電力産業に起因していた。^[47]

オイルシェールの採掘は、採掘地域の土地や生態系の生物学的価値やレクリエーション価値を損なう可能性がある。燃焼と熱処理により廃棄物が発生する。さらに、オイルシェールの処理と燃焼による大気排出物には、温室効果ガスである二酸化炭素が含まれる。環境保護論者は、従来の化石燃料よりも多くの温室効果ガスを排出するため、オイルシェールの生産と使用に反対している。^[48] 実験的な原位置変換プロセスと炭素回収・貯留技術により、将来的にはこれらの懸念の一部が軽減される可能性があるが、同時に地下水汚染などの他の問題を引き起こす可能性がある。^[49] オイルシェールの処理によく伴う水質汚染物質には、酸素と窒素の複素環式炭化水素がある。よく検出される例としては、キノリン誘導体、ピリジン、およびピリジンのさまざまなアルキル同族体（ピコリン、ルチジン）がある。^[50]

水問題は、水不足にもかかわらずオイルシェール採掘を拡大する計画がある米国西部やイスラエルのネゲブ砂漠などの乾燥地域では敏感な問題である。 ^[51] 技術に応じて、地上での乾留では、生産されるシェールオイル1バレルあたり1〜5バレルの水を使用する。^{[12] [52] [53] [54]}米国土地管理局が2008年に発行した計画的環境影響評価書によると、露天掘りと乾留作業では、処理されたオイルシェール1ショートトン（0.91トン）あたり2〜10米ガロン（7.6〜37.9リットル、1.7〜8.3英ガロン）の廃水が発生する。^{[52]ある推定によると、}原位置処理では、約10分の1の水を使用する。^[55]

グリーンピースのメンバーを含む環境活動家は、オイルシェール産業に対する強力な抗議活動を組織してきた。その結果、クイーンズランド・エネルギー・リソーシズは、オーストラリアで計画されていたスチュアート・オイルシェール・プロジェクトを2004年に保留にした。 ^{[45] [56] [57]}

• オイルシェール埋蔵量