Углеводороды
В начале XX века нефть в значительных количествах добывали немногие страны, и она обеспечивала только 3 % от всей энергии, даваемой ископаемым топливом. К 1950 году доля выросла до 21 %, энергетический вклад сырой нефти превзошел вклад угля к 1964 году и достиг пика в 1972-м, когда составил 46 % от всего ископаемого топлива. Два распространенных мнения – что XX век был временем доминирования нефти, а девятнадцатый временем доминирования угля – оба ошибочны. Дерево было самым важным топливом до 1900 года и, если взять XX век в целом, то он в большей степени определялся углем (Smil 2010а). Мои лучшие расчеты показывают, что уголь примерно на 15 % опережает нефть (приблизительно 5,2 ИДж против 4 ИДж) и даже если включить неэнергетическое использование нефтепродуктов (смазки, дорожные материалы), то уголь все равно будет впереди жидких углеводородов. В лучшем случае, если учесть сущностную неопределенность при превращении извлеченной массы в эквивалент общей энергии, то кумулятивное производство двух типов топлива в XX веке окажется примерно одинаковым.
Но жидкое топливо, полученное очищением нефти, превосходит все виды угля, и в то время как угольный рынок XX века (как только что было показано) постепенно сократился до двух больших секторов, генерации электричества и кокса, рынок жидких углеводородов постоянно расширялся, и там, где они вытесняли другое топливо, и с появлением новых секторов потребления. Главные замены – это переход от угля к нефтепродуктам в морском транспорте (начался перед Первой мировой войной, ускорился в 1920-х годах), и в наземном транспорте (начался в 1920-х); так же от угля к нефтепродуктам (а затем к природному газу) в промышленном и домашнем отоплении, и от угля к жидким и газообразным углеводородам как базе для синтетической химии (после Второй мировой войны).
Первый новый большой рынок возник с появлением удобных автомобилей, начался этот процесс перед Первой мировой с «Модели Т» Форда, и быстро ускорился после Второй мировой войны. Второй – с появлением реактивных двигателей в 1950-х годах, инновации, которая превратила авиацию в масштабную индустрию (Smil 2010b). Нефтяная промышленность смогла справиться с растущим спросом, поскольку использовала множество технических достижений буквально в каждом аспекте своего существования. Список основных улучшений XX века в этой области содержит более дюжины пунктов (Smil 2008а).
Его нужно начать с прогресса в методах геофизической разведки: они включают идею измерения электрической проводимости (1912), диаграммы каротажа сопротивления скважин (1927) для идентификации углеводородсодержащих поверхностных слоев, потенциал собственной поляризации (1931) и индукционный каротаж (1949), предложенные Конрадом Шлюмберже (1878–1936) и его родственниками, и впоследствии усовершенствованные нефте- и газодобытчиками (Smil 2006). К инновациям в методах добычи необходимо в первую очередь отнести повсеместное распространение вращательного бурения (первый раз использовалось на нефтяном фонтане Спиндлтоп около Бомона, Техас, в 1901 году, см. рис. 5.7), затем внедрение шарошечной буровой головки Говардом Хьюзом (1905–1976) в 1909 году, изобретение трехшарошечного конического долота в 1933-м, и улучшения в наблюдении и регулировании потока нефти и предотвращении прорывов на скважинах. Рост использования вторичных и третичных методов добычи (применение воды и других жидкостей или газов, чтобы выдавить больше нефти на поверхность) продлевал сроки эксплуатации скважин и увеличивал традиционно очень низкую производительность (добывалось обычно всего лишь 30 % пластовой нефти).
Все большее значение в добыче нефти приобретали скважины на территории шельфа. Бурение с пирсов было распространено в Калифорнии к 1900 году, но первая скважина за пределами вида с берега появилась в 1947-м в водах штата Луизиана. Морские буровые установки (большей частью наполовину подводные) работают на глубинах более 2000 м. Платформы, смонтированные на главных шельфовых полях, относятся к числу наиболее массивных сооружений. И самые недавние достижения в продуктивности случились благодаря росту экстракции из нетрадиционных источников сырой нефти, включая высоковязкую нефть (во многих местах по всему миру), нефть, содержащуюся в битуминозных песках (Альберта, Венесуэла), и добыче сланцевой нефти с помощью гидравлических разрывов. Данная техника, впервые освоенная в США, оказалась столь успешной, что страна вновь стала одним из крупнейших в мире производителей сырой нефти и нефтепродуктов. Если рассматривать только сырую нефть, то Саудовская Аравия все еще немного впереди (на 2015 год), она производит 568,5 Мт против 567,2 Мт в США.
Система транспортировки сырой нефти претерпела трансформацию благодаря появлению бесшовных стальных труб, из которых состоят магистральные трубопроводы, способные пересекать континенты. Именно они являются самым безопасным, надежным, чистым и компактным способом транспортировки топлива по суше. Американские линии, переносящие нефть из Мексиканского залива на Восточное побережье, были построены во время Второй мировой войны, но их превзошли созданные в 1970-х годах структуры, призванные доставить нефть из
Западной Сибири в Европу. Нефтепровод Усть-Балык – Курган – Альметьевск (диаметр 120 сантиметров, длина 2120 километров) доставляет в год 90 Мт нефти из супергигантского Самотлорского нефтяного месторождения в европейскую часть России, а затем еще 2500 километров ветвящихся линий гонят жидкое топливо на европейские рынки, дотягиваясь до Германии и Италии. Послевоенный спрос на импортную нефть в Европе и Японии привел к быстрому росту размеров нефтяных танкеров (RatclifFe 1985). В результате нефть стала доступна повсюду, и расстояние между местом добычи и точкой потребления сделалось далеко не самым важным экономическим параметром (ежегодная торговля сырой нефтью на межконтинентальном уровне превосходит 2 Гт; примечание 5.13).
Примечание 5.13. Гигантские нефтяные танкеры
Первый танкер, построенный в Британии немецкий GIQckauf, спущенный на воду в 1886 году, мог перевозить только 2300 тонн нефти (Tyne Built Ships 2015). Последующий рост добычи привел к появлению кораблей водоизмещением 20 тысяч тонн к началу 1920-х годов. Во время войны наиболее широко используемые американские танкеры (Т-2) имели водоизмещение в 16 500 тонн, быстрый рост объемов начался только после возникновения глобальной торговли нефтью (поставки в Европу и Японию) в конце 1950-х. Universe Apollo был первым судном с водоизмещением в 100 тысяч тонн (1959); в 1966 году Idemitsu Маги достиг 210 тысяч тонн, и когда ОПЕК подняла цены в пять раз в 1973 году, самый большой корабль мог везти более 300 тысяч тонн (Kumar 2004).
Постройка корабля, способного перевезти миллион тонн, была технически осуществимой, но непрактичной по многим причинам: размер и осадка ограничивали количество возможных маршрутов и портов назначения, например, такие корабли не могли бы ходить через Суэцкий и Панамский каналы, им требовалось большое расстояние для остановки, их было очень дорого страховать, и они становились причиной катастрофических разливов нефти, например Amoco Cadiz (Франция 1978), Castillo de Belver (Южная Африка 1983) и Exxon Valdez (Аляска 1989). Крупнейший в мире танкер Seawise Giant сошел со стапелей в 1979 году (водоизмещение 564 763 тонны), получил повреждения во время ирано-иракской войны, снова вышел в море как Jahre Viking (почти 459 метров длиной, 1991–2004), затем под именем Knock Nevis использовался как плавающий склад и наливная станция в Катаре (2004–2009), потом был продан индийским разрушителям кораблей и назван Mont для последнего путешествия в порт Аланг в Гуджарате (Konrad 2010).
