Oliezanden van Alberta warmen op

Voor velen zijn beelden van het boreale bos van Canada dat verscheurd is door uitgestrekte operaties die het land ontruimen en de bovenste laag van de aarde ontdoen, een symbool geworden voor het milieu-ongemak van aardolie in de 21e eeuw. De zogenaamde oppervlaktemijnen, die keiharde afzettingen van zand en klei blootleggen die rijk zijn aan het zware, kleverige mengsel van koolwaterstoffen, bitumen genaamd, nemen nu een aanzienlijk deel van de Canadese olie-export voor hun rekening, waaronder een groot deel van de aardolie die naar de Verenigde Staten gaat. . Maar het gezicht van de industrie die de oliezanden van Noord-Canada exploiteert, verandert - en wordt mogelijk nog verontrustender.

Ga naar het zuiden of westen vanuit Fort McMurray, de boomtown van Alberta waar veel van de stripmijnen en residubekkens zijn die de olie-industrie van de provincie berucht hebben gemaakt, en de mijnen maken plaats voor schonere industriële locaties te midden van drassige groenachtig bruine muskeg en stands van witte sparren, jack pine, en esp. Deze met bossen omzoomde faciliteiten hebben schoppen en enorme vrachtwagens ingeruild voor een extractieproces dat honderden meters diep boort in massieve bitumenlinten en met behulp van grote hoeveelheden stoom de teerachtige aardolie op zijn plaats smelt. Vloeibaar gemaakt bitumen sijpelt vervolgens naar buiten via een systeem van parallelle leidingen. Dergelijke in-situ winningsoperaties zijn nu goed voor bijna de helft van de huidige productie van de olie-industrie in het noorden van Alberta, en dat cijfer zal alleen maar toenemen. Alberta's 1,8 biljoen vaten bitumen zijn misschien wel 's werelds grootste accumulatie van koolwaterstoffen, maar viervijfde van deze hulpbron ligt dieper dan mijnbouw kan bereiken.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 2011

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

In-situ-extractie is duur - gemiddeld is het niet winstgevend als de wereldolieprijzen lager zijn dan $ 60 per vat. Maar met de huidige prijzen die daar constant ver boven liggen, is de praktijk booming. Volgens de Canadian Association of Petroleum Producers, een groep uit Calgary, zullen de oliezanden dit jaar meer dan 1,5 miljoen vaten olie per dag genereren. Dat is goed voor meer dan de helft van de olie die Canada naar de Verenigde Staten leidt (Canada is de grootste bron van geïmporteerde olie van zijn buurland). Tegen 2025 zal de oliezandproductie naar verwachting meer dan verdubbelen, tot 3,7 miljoen vaten per dag, en in-situ operaties zullen bijna twee derde van die boost opleveren.

De valkuil is dat, hoewel het boren aan de oppervlakte misschien minder destructief lijkt voor het milieu dan stripmining, de nieuwere technologie in veel opzichten veel schadelijker is. Ook al verwoesten de boorlocaties het landschap niet zoals de mijnen, ze gebruiken enorme hoeveelheden energie en produceren daardoor veel koolstofdioxide. Het gebruik van stoom om bitumen weg te spoelen is verantwoordelijk voor 2,7 procent van de totale uitstoot van broeikasgassen in Canada, of naar schatting 19 megaton kooldioxide vorig jaar, gelijk aan de jaarlijkse uitlaatemissies van 3,7 miljoen auto's. Het veroorzaakt meer dan tweemaal de productie-emissies van conventionele oliezandwinning. Onafhankelijke experts zeggen dat tegen de tijd dat het bitumen is geraffineerd en afgeleverd bij benzinestations in de Verenigde Staten, het al twee of drie keer zoveel broeikasgas per gallon brandstof heeft veroorzaakt als benzine die is geraffineerd uit conventionele ruwe olie.

Het meest zorgwekkende is dat de booroperaties in de oliezanden slechts één voorbeeld zijn van de toegenomen productie van onconventionele olie, voorheen moeilijk te exploiteren bronnen die door recente technologische ontwikkelingen economisch levensvatbaar zijn gemaakt. Dergelijke bronnen in Amerika alleen al omvatten enorme hoeveelheden bitumen-achtige olie in Venezuela, diepe onderzeese oliereserves voor de kust van Brazilië, en tight olie in schalievoorraden in de Verenigde Staten en Canada. De geologische hulpbronnen en technologieën die worden gebruikt om onconventionele olie te produceren, variëren sterk, maar ze vereisen allemaal extractieprocessen die energie-intensief en milieuvernietigend zijn. Teerzanden zijn de belangrijkste reden waarom de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen in Canada, die de regering beloofde volgend jaar te verminderen tot 558 megaton, nu de 710 megaton overschrijdt en tegen 2020 naar verwachting 785 megaton zal bereiken.

De realiteit is echter dat de wereld snel afhankelijk is geworden van onconventionele olie, inclusief de oliezanden, aangezien de wereldwijde vraag naar energie sneller is blijven groeien dan het aanbod. En de Canadese economie, met name in Alberta, is sterk afhankelijk geworden van de groei van de oliezandindustrie. Investeringen van Canadese bedrijven en wereldwijde oliereuzen bedroegen in 2010 in totaal $ 13 miljard en groeiden dit jaar naar $ 16 miljard. De oliezanden hebben van Alberta de warmste plek in Canada gemaakt voor banen, investeringen en groei, waardoor het land veel van de economische problemen die de Verenigde Staten en een groot deel van Europa teisteren, heeft kunnen voorkomen.

De oliezanden betekenen honderden miljoenen dollars aan belastingen en royalty's, en het scheppen van banen van Newfoundland tot Vancouver. Er zijn zoveel Newfoundlanders naar Alberta gekomen om in Fort McMurray te werken dat het de op twee na grootste stad van Newfoundland is, zegt Murray Smith, een voormalig minister van Energie van Alberta. Door zo'n economisch gewicht is het een gegeven dat Canada deze hulpbron zal blijven exploiteren, zegt hij: we staan ​​naast een klant die 250 miljoen voertuigen heeft die drie biljoen mijl per jaar rijden. U kunt er zeker van zijn dat, zolang die vraag er is, er producten zullen zijn om te verkopen. We zullen de oliezanden produceren.

Uitgebreide middelen: Een luchtfoto toont de dagbouw nabij Fort McMurray op de voorgrond, terwijl raffinage- en afvalvijvers die grenzen aan de Athabasca-rivier zichtbaar zijn op de achtergrond.

Age of Steam

Christina Lake, een snel groeiende in-situ winningsoperatie 120 kilometer ten zuiden van Fort McMurray, is werkelijk afgelegen. Hoewel kaalslag, aardgasproductie en grindmijnen de bossen hebben geëtst, zijn er nog steeds meer muilezelherten en elanden dan mensen. De naaste buur van Christina Lake is het gehucht Conklin, met 300 inwoners, en in het zuiden ligt de Cold Lake Military Air Range, een uitgestrekt niemandsland gereserveerd voor luchtgevechtsoefeningen en tactische wapentests. Het gevoel van isolatie verdampt echter nu duizenden arbeiders voor miljarden dollars aan apparatuur installeren en gebruiken bij Christina Lake en meer dan een dozijn andere locaties in Alberta.

WELKE PIEKOLIE?

Grafieken vergroten

Veel van de olie in de wereld, inclusief de enorme reserves aan conventionele olie in plaatsen zoals Saoedi-Arabië en de Golf van Mexico, is een mengsel van koolwaterstoffen dat uit de grond opborrelt en gemakkelijk wegvloeit bij kamertemperatuur. De Canadese oliezanden daarentegen zijn teerachtige afzettingen waarin de koolwaterstoffen het zand en de klei bedekken. Eenmaal uit de grond verwijderd, heeft de olie de viscositeit van koude melasse. Het extraheren ervan moet in wezen de natuurlijke krachten omkeren die het bitumen creëerden dat miljoenen jaren geleden begon, toen de opkomst van de Rocky Mountains snelstromende petroleumether in aangrenzende lagen begraven zand duwde.

Bijna een eeuw lang hebben ondernemers geworsteld om de gestolde afzettingen van het zand te scheiden en er weer vloeibare koolwaterstoffen van te maken. De mijnen van Fort McMurray werden geopend in de jaren zestig en het begin van de jaren zeventig en hinkten mee met overheidssteun totdat de olieprijzen eind jaren negentig begonnen te stijgen, wat investeerders aanmoedigde. De in situ-locaties van Alberta zijn het resultaat van een door de overheid gefinancierd onderzoeksproject dat in 1974 werd gestart om de oliezandindustrie voorbij de mijnbouw te tillen. Tegen het einde van de jaren negentig had het provinciale project een technologie gekozen: stoomondersteunde zwaartekrachtdrainage of SAGD. Cenovus, het in Calgary gevestigde bedrijf dat Christina Lake exploiteert, creëerde de eerste commerciële SAGD-site in 1999 en begon drie jaar later met pilottests bij Christina Lake.

Hoewel het geavanceerder is dan stripmining, waarbij bitumen op minder dan 75 meter onder de grond eenvoudig wordt opgegraven nadat de bovenste laag aarde is verwijderd, is SAGD nog steeds grotendeels een brute-force-methode om diep begraven bitumen op te zuigen. Bij Christina Lake zinken paren geperforeerde putten 375 meter diep en bereiken ze een bitumenlaag van 25 tot 30 meter dik. Daar worden de putten vlakker en lopen ze 800 meter horizontaal door het onderste derde deel van de afzetting, de ene put vijf meter boven de andere. Stoom wordt bij 250 °C door de bovenste putten geperst om het bitumen, dat van het zand, de klei en andere mineralen wegvloeit, te verhitten en uiteindelijk te smelten. De onderste productieputten zuigen vervolgens een mengsel van water en gesmolten bitumen naar de oppervlakte, waar het water van het bitumen wordt gescheiden en gerecycled. Ten slotte wordt het bitumen gemengd met een koolwaterstofverdunningsmiddel om het dun genoeg te maken voor pijpleidingen voordat het wordt overgedragen aan een aangrenzende olieterminal en begint aan zijn reis naar raffinaderijen in de Verenigde Staten.

Boven de grond bruist het Christina-meer van activiteit. De site verscheept meer dan 16.000 vaten bitumen per dag. In augustus voltooide Cenovus een uitbreiding die ongeveer 900 miljoen dollar in Canadese dollars kostte en de capaciteit verhoogde tot 58.000 vaten per dag. Nu zit de site in de greep van twee gelijkwaardige uitbreidingen waardoor het personeelsbestand is gegroeid tot bijna 2.000 mensen die zeven tot tien dagen achter elkaar op het terrein werken, eten en slapen. Er komt nog veel meer groei, zegt Drew Zieglgansberger, de senior vice-president die verantwoordelijk is voor Christina Lake. Zieglgansberger verwacht dat de site tegen 2019 meer dan 250.000 vaten bitumen per dag zal produceren - genoeg, zegt hij, om alle auto's in Illinois vol te tanken. Hij zegt dat het dat tempo 30 jaar moet volhouden.

De site zelf lijkt meer op een middelgrote chemische fabriek dan op een mijnbouwinstallatie. Erboven torent vijf stoomgeneratoren van 32 meter hoog; er zijn er nog vier in aanbouw. Deze gigantische ovens verbranden aardgas en blazen 250 miljoen BTU stoom per uur uit. In totaal, zegt Zieglgansberger, stoten ze het warmte-equivalent uit van 50.000 barbecues in de achtertuin. (Met elk uur verbranding en warmte van de stoomgeneratoren van Christina Lake komt 75 ton koolstofdioxide-uitstoot vrij - ongeveer 45 kilogram koolstofdioxide voor elk vat bitumen.)

Het slechte nieuws voor de oliezandindustrie in Alberta is dat Christina Lake vandaag de dag het beste scenario is voor SAGD. Zieglgansberger hoeft slechts twee vaten water te stomen om een ​​vat bitumen te produceren, waardoor het de meest efficiënte in-situ operatie van Alberta is. Zijn concurrenten (en de meeste toekomstige SAGD-operaties) moeten zich richten op dunnere bitumenafzettingen, sommige met strepen van steen en water die de geïnjecteerde warmte afleiden. Als gevolg hiervan had het gemiddelde vat bitumen dat vorig jaar via SAGD werd geproduceerd, iets minder dan drie vaten stoom nodig, volgens de Energy Resource Conservation Board van Alberta. Dat is de reden waarom, als rekening wordt gehouden met scheepvaart en raffinage, het in-situ productieproces van Alberta veel meer uitstoot van broeikasgassen veroorzaakt dan het maken van brandstof uit conventionele ruwe olie.

Die cijfers zijn niets anders dan schandalig voor John Nenniger, de oprichter en CEO van N-Solv, een in Calgary gevestigde startup die technologieën onderzoekt voor het exploiteren van oliezanden. Nenniger zegt dat de industrie weinig is verbeterd sinds de eerste SAGD-veldpilot eind jaren tachtig: die allereerste test had een stoom-tot-olieverhouding van 2,38. Sindsdien zijn de stoom-olieverhoudingen zelfs verslechterd. Er is helemaal geen vooruitgang geboekt.

Gasslurpers: Enorme stoomgeneratoren bij Christina Lake verbranden aardgas om enorme hoeveelheden stoom te produceren, die in 375 meter diepe putten wordt geïnjecteerd om de teerachtige olie te verwarmen en naar de oppervlakte te laten zuigen.

Terugbetaling?

Het is niet alsof niemand het probeert. Grote oliemaatschappijen, waaronder Shell, Suncor Energy en Exxon-dochter Imperial Oil, evenals ondernemende startups zoals N-Solv en Laricina, testen een groeiend aantal in-situ-technieken in de praktijk. Sommigen pompen lucht diep onder de grond en steken wat bitumen aan in de hoop de rest efficiënter te laten smelten. Anderen zien potentieel in het gebruik van elektriciteit om diep begraven bitumen te verwarmen.

Cenovus test een methode die een combinatie van stoom en een oplosmiddel, butaan, gebruikt om het bitumen los te maken. Pad A02 ziet eruit als alle andere bij Christina Lake, behalve dat het slechts één paar putten heeft die worden ondersteund door wat extra hardware: drie 15 meter lange opslagtanks voor het butaan en apparatuur om het te mengen met de stoom van 250 ° C die in per pijp van de stoomgeneratoren. Door die apparatuur toe te voegen, stijgen de kosten van het bouwen van een nieuwe site met bijna een derde, maar het is het waard, zegt Harbir Chhina, uitvoerend vice-president voor oliezanden van Cenovus. Chhina zegt dat het toevoegen van butaan 10 tot 15 procent meer bitumen oplevert uit dezelfde bron en dit ongeveer 30 procent sneller doet.

De effecten van die verbetering op het energieverbruik, de winst en de vervuiling door broeikasgassen zijn dat een eerste test op commerciële schaal wordt uitgevoerd in Narrows Lake, een in-situ project direct ten noordwesten van Christina Lake, waar Cenovus hoopt 130.000 vaten bitumen per dag te produceren tegen 2016. (Goedkeuring voor Narrows Lake wordt volgende zomer verwacht; Alberta heeft nog nooit een aanvraag voor oliezanden afgewezen.) Chhina's voorspelling: de stoom-tot-olieverhouding van Narrows Lake zal ongeveer 1,7 zijn, 15 procent lager dan zonder de oplosmiddel. Hij zegt dat de technologie de uitstoot van broeikasgassen op de meeste SAGD-locaties met maar liefst 30 procent kan verminderen.

Ondertussen bereidt Nenniger zich voor op tests van een proces dat alleen oplosmiddelen bevat, dat in de jaren zeventig werd uitgevonden door zijn vader, die vice-president was voor procestechniek bij Hatch, het op één na grootste ingenieursbureau van Canada en de meerderheidsaandeelhouder van N-Solv. Vanuit een geïmproviseerde werkruimte in Hatch's Calgary-kantoren, beraamt Nenniger de comeback van de technologie: een pilottest van $ 60 miljoen is aan de gang op de Dover-site van Suncor Energy ten noordwesten van Fort McMurray, dezelfde plaats waar het SAGD-proces oorspronkelijk werd getest.

Nenniger schat dat het elimineren van het gebruik van stoom en het verlagen van de temperaturen $ 9 zal besparen op elk vat bitumen. Bovendien kan het oplosmiddelproces de beste kwaliteit bitumen extraheren, waardoor meer van de zwaarste asfaltachtige materialen in de grond achterblijven. Dat zou het bitumen van N-Solv gemakkelijker te verfijnen moeten maken, waardoor producenten $ 15 extra krijgen voor elk vat dat ze verzenden. Nenniger verwacht ook dat het proces 80 tot 90 procent minder energie per vat bitumen zal verbruiken dan SAGD, waardoor de CO2-uitstoot dienovereenkomstig wordt verminderd.

N-Solv is van plan deze winter observatieputten te boren in zijn proeffaciliteit, en injectie- en productieputten zouden in de zomer moeten volgen. Warm oplosmiddel zou al in de herfst van 2012 kunnen beginnen te stromen en de volgende zomer productieresultaten opleveren. Nenniger projecteert toepassing op commerciële schaal in slechts vijf jaar. Bewijzen dat we beter zijn dan SAGD op een onderlinge basis, zal de hele oliezandmarkt openen, zegt hij.

De vraag voor innovators in oliezanden is of het financiële risico van de ontwikkeling van nieuwe soorten in situ-technologieën vruchten zal afwerpen. Cenovus heeft een wereldwijde olieprijs van slechts $45 tot $50 per vat nodig om winst te maken op zijn investeringen in Christina Lake; met prijzen die nu boven $ 75 per vat liggen, verdient het goed geld. In een tijdperk van goedkoop aardgas en dure olie zullen de Canadese bitumenproducenten een extra duwtje in de rug nodig hebben voordat ze miljarden dollars inzetten voor alternatieven voor mijnbouw en SAGD. Nenniger is van mening dat besluitvormers van bedrijven weinig prikkels hebben om te veranderen onder de huidige economische omstandigheden, waar de energiekosten laag en fiscaal aftrekbaar zijn en de CO2-uitstoot gratis is. Je hebt een systeem dat geen market pull creëert, zegt hij.

Snellere extractie: Een experimentele versie van in situ extractie voegt een oplosmiddel toe aan de stoom om de bitumenterugwinning sneller en efficiënter te maken.

Heather MacLean, een professor in engineering en openbaar beleid aan de Universiteit van Toronto, zegt dat er een soort van beleidsimpuls moet zijn om de meest efficiënte productie en vermindering van broeikasgassen en andere milieueffecten echt te motiveren. Wat nodig is, zegt ze, is een prijs op koolstof. Twee jaar geleden introduceerde Alberta een CO2-belasting van $ 15 per ton, maar dat dekt slechts een deel van de industriële emissies, en zelfs oliemanagers wijzen de impact ervan op investeringen af. Het zit in de tientallen centen per vat, zegt Zieglgansberger.

Een groter probleem

Deze zomer maakten vooraanstaande klimaatactivisten de oliezanden van Alberta een begrip met twee weken van protesten voor het Witte Huis. De actie was gericht op de voorgestelde Keystone XL-pijpleiding, die een half miljoen vaten aardolie per dag zou leveren aan raffinaderijen aan de Amerikaanse Golfkust via een 36-inch pijpleiding die 2.673 kilometer van Alberta naar Port Arthur, Texas loopt. Meer dan 1.000 demonstranten, waaronder NASA-klimaatwetenschapper James Hansen, werden gearresteerd. Het is de bedoeling dat president Obama deze winter een definitief besluit neemt over de pijpleiding.

Ken Caldeira, een van de 20 toonaangevende klimaatwetenschappers die een open brief aan de president hebben gestuurd die zich verzet tegen Keystone XL, stelt dat het stoppen ervan de marketingkosten van Alberta's bitumen zou verhogen en zo de producenten de facto een koolstofprijssignaal zou geven. We bieden gezamenlijk een gratis subsidie ​​aan de fossiele brandstofindustrie door hen toe te staan ​​hun afval in de atmosfeer te dumpen, zegt Caldeira, atmosferisch wetenschapper aan het Carnegie Institution of Washington in Stanford, Californië. Die subsidie ​​moeten we afschaffen.

Caldeira zegt dat het ultieme probleem dat hij ziet met investeringen in oliezanden is dat ze de afhankelijkheid van aardolie dreigen te versterken, en de verbranding van aardolie in voertuigen genereert meer dan een vijfde van de wereldwijde uitstoot van kooldioxide. Door het extractieproces voor oliezanden te verbeteren, wordt die afhankelijkheid alleen maar groter. Met de huidige methoden, schat de regering van Alberta, kunnen 169 miljard vaten bitumen in de oliezanden economisch worden geproduceerd - minder dan een tiende van de begraven hulpbron. Efficiëntere technologieën zullen zoveel meer olie opleveren om in de auto's en vrachtwagens van de wereld te verbranden. Als we willen evolueren naar een koolstofarm energiesysteem, moeten we geen extra infrastructuur voor fossiele brandstoffen bouwen, zegt Caldeira.

Het stoppen van de Keystone XL-pijplijn kan echter onbedoelde gevolgen hebben. Als president Obama het project blokkeert, zullen de producenten hun bitumen nog steeds verkopen en het in tankwagens of via voorgestelde pijpleidingen naar de Canadese havens in de Stille Oceaan sturen. Ondertussen zou een vertraagde bitumenproductie in Canada waarschijnlijk producenten elders ertoe aanzetten om aan de blijvende vraag naar brandstof te voldoen door hulpbronnen zoals olieschalie, moeilijk te controleren diepzeebronnen of zelfs steenkool te exploiteren. Het ontmoedigen van de productie van oliezanden zal de wereldwijde aardoliestroom waarschijnlijk niet stoppen, zegt Adam Brandt, een professor aan de afdeling Energy Resources Engineering van Stanford University: De marktkrachten zijn gewoon overweldigend. MacLean is het daarmee eens. Landen die vandaag grote hoeveelheden olie importeren, zullen daar morgen niet mee ophouden, zegt ze. Ze stappen het komende decennium niet allemaal over op elektrische voertuigen. Dus een beleid hebben om geen infrastructuur voor fossiele brandstoffen meer te gebruiken, lijkt me niet echt realistisch.

Een aantal experts zegt dat het verminderen van de totale vraag naar olie uiteindelijk de enige manier is om de milieu-impact van de oliezandindustrie in Alberta te verminderen, en een alom gerespecteerde meta-analyse uit 2009 van levenscyclusstudies door MacLean en collega-levenscyclusanalisten Alex Charpentier en Joule Bergerson van de Universiteit van Calgary lijken hen te steunen. Volgens de analyse produceert een kilometer autorijden 320 tot 350 gram koolstofdioxidevervuiling als de benzine afkomstig is van in-situ-installaties. Als de benzine wordt geraffineerd uit conventionele ruwe olie, produceert dezelfde rit minder vervuiling: 250 tot 280 gram koolstofdioxide. Maar de verbranding van de aardolie zelf, ongeacht hoe de brandstof werd geproduceerd, is in beide gevallen goed voor 212 van die grammen.

Waar het op neerkomt, zegt Brandt: als we echt boos zijn over de oliezanden, moeten we serieus worden over onze oliegewoonte.

Peter Fairley is een freelance schrijver gevestigd in Victoria, British Columbia. Zijn speelfilm Zullen elektrische voertuigen eindelijk slagen? verscheen in het januari/februari nummer van Technologie beoordeling .

zich verstoppen