Theo Tuần kinh tế (Đức)
Kỹ sư Roger Day tại khu thử nghiệm của Amso
ở Colorado. Nguyên liệu sẽ được tách ra khỏi đá
và vận chuyển qua hệ thống đường ống.
Phương pháp "đun nóng" lòng đất để dầu chảy ra từ đá phiến đang được thử nghiệm để áp dụng trong tương lai ở khu mỏ dầu khổng lồ thuộc bang Colorado và các bang lân cận là Utah và Wyoming của Mỹ. Tuy việc thử nghiệm ở giai đoạn một đã thất bại hoàn toàn nhưng hãng American Shale Oil vẫn quyết định tiếp tục đầu tư cho phương pháp này.
Từ hàng chục năm nay Roger Day, một nhân vật nổi tiếng ở thị trấn Rifle bé nhỏ (gần Denver thuộc bang Colorado) với khoảng 10.000 dân, luôn chăm chú đào bới để tìm tài nguyên khoáng sản trong lòng đất. Ông là người phát hiện mỏ natron tự nhiên duy nhất ở Mỹ, nguyên liệu chính dùng làm bột nở cho các loại bánh, có mặt trong hầu hết các siêu thị ở Mỹ. Giờ đây ông ước mơ tên tuổi ông sẽ được biết đến ở tất cả các cây xăng trên đất nước này.
Ở tuổi 63, thực ra Day, vốn là đại diện của doanh nghiệp năng lượng American Shale Oil (Amso), có thể yên tâm chuẩn bị để nghỉ hưu. Tuy nhiên một nhiệm vụ to lớn, nặng nề nhất lại đang đợi ông ở phía trước - khai thác khu mỏ dầu khổng lồ ở Colorado và các bang lân cận Utah và Wyoming.
Theo ước đoán của Cơ quan địa chất Mỹ USGS thì trên diện tích khoảng 70.000 km2 ở đây, trữ lượng dầu mỏ lên tới 4,3 nghìn tỷ thùng. Theo các nhà địa chất, trong điều kiện tốt nhất, các doanh nghiệp có thể khai thác được ¼ trữ lượng này ở khu vực Green River – tức là gấp bốn lần trữ lượng dầu mỏ ước tính của A-rập Xê-út hiện nay.
Cái khó nằm ở chỗ, báu vật trong lòng đất không phải là loại dầu mỏ thông thường mà là tiền chất của nguyên liệu dầu mỏ có tên là Kerogen ở trong đá phiến.
Cội nguồn của Kerogen là các loài tảo, sinh vật phù du và vi khuẩn tích tụ hàng triệu năm dưới đáy một hồ muối khổng lồ. Nhưng do chỉ có một lượng nhỏ oxy tiếp cận được với lớp tích tụ này, chúng không thể trở thành dầu ở dạng lỏng. Mãi tới cách đây 5 triệu năm, nước mới biến mất. Nhưng để tạo thành dầu mỏ, cần có khoảng thời gian từ 50 triệu đến 300 triệu năm. Xét về mặt hoá học, đây là quá trình chuỗi carbon dài bị phá vỡ thành chuỗi carbon ngắn.
Không chỉ Mỹ mới có một khối lượng lớn Kerogen mà cả các nước như Israel, Jordani, Trung Quốc, Australia và Đông Âu cũng có trữ lượng lớn Kerogen trong lòng đất. Chính vì vậy nên Amso và hàng chục doanh nghiệp khác đang đặt vận may vào đá dầu.
Kỹ sư Roger Day đã có ý tưởng về việc biến Kerogen thành dầu.
Cách Rifle về phía bắc, khoảng 90 phút chạy xe ô tô, là khu vực thử nghiệm của Amso. Đây là một vùng đất hoang vu toàn sỏi đá với những cây thông thấp tè. Theo ông Day thì “dân săn bắn là những người duy nhất tự nguyện đến nơi hoang vắng này”.
Kỹ sư Day và 12 cộng sự đã xây dựng khu thử nghiệm tại vùng đất hoang sơ hầu như không một bóng người này: rất nhiều chuyến xe tải chở thiết bị, máy móc thí nghiệm tới đây. Người ta đã dựng hai tháp khoan, trên đỉnh tháp là cờ Mỹ bay phấp phới. Hàng rào cao khoảng hai mét bao quanh khu thử nghiệm rộng mênh mông.
Đun dầu trong lòng đất
Mục tiêu của Day là đun nóng để dầu chảy ra từ đá phiến. Người ta tuồn hàng chục ống thép xuống độ sâu 650 mét trong lòng đất trên một khoảng diện tích rộng ít nhất 2,5 km2, giống như một dạng lò sưởi giữ ấm nền nhà. Lớp Kerogen ở độ sâu này dày chừng 300 mét.
Các nhà kỹ thuật dự kiến sẽ bơm vào một nửa số đường ống hơi một loại dung dịch đặc biệt có nhiệt độ khoảng 500 độ C. Sau khoảng ba tuần, sức nóng làm cho Kerogen biến thành hơi dầu. Do vật chất ở dạng khí giãn nở nên có thể tạo áp lực đủ để đẩy hơi dầu lên trên qua hệ thống đường ống thứ hai. Tại đây có các thiết bị máy móc làm lạnh để hơi dầu ngưng tụ và được làm sạch. Khí đốt cùng dầu bay lên trên dùng để vận hành nhà máy điện chuyên tạo hơi nóng, do đó không cần có nguồn năng lượng từ bên ngoài.
Theo tập đoàn Amso, chỉ cần 25 cơ sở cỡ này là đủ đáp ứng nhu cầu về dầu mỏ của nước Đức trong vòng 30 năm. Giá thành một thùng dầu 120 lít dao động từ 40 đến 80 đôla. Hiện tại giá một thùng dầu trên thị trường là trên 100 đôla.
Bản thân Day cho rằng, phải mất khoảng 10 năm nữa ông mới có thể đạt được mục tiêu nói trên. Cho đến nay, cơ sở đã khoan được hai giếng để đặt đường ống làm lò sưởi trong lòng đất nhưng các nhà kỹ thuật đang đứng trước khó khăn về nguyên liệu làm đường ống.
Khu thử nghiệm của Amso bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2008. Trong quá trình làm thử nghiệm, Day không phải bận tâm về chi phí. Amso và Total đã chi tổng cộng hơn 100 triệu đôla cho việc phát triển công nghệ này.
Sau khi nghiên cứu rất kỹ về địa chất, một quá trình mà Day gọi là “chụp X-quang lòng đất”, việc khoan được tiến hành trong bốn tháng và đặt được hàng kilômet đường ống, họ cũng kết nối xong với máy tính và hoàn thiện việc xây dựng một nhà máy phát điện cỡ nhỏ.
Trong thử nghiệm đầu tiên, Day không dùng hơi nước siêu nóng mà dùng một thiết bị giống như một que đun điện khổng lồ, do một doanh nghiệp ở Canada chế tạo với giá 600.000 đôla. Khi kết nối với nhau, que đun điện dài khoảng 30 mét nhưng chỉ to hơn bắp tay này tạo nhiệt độ lên đến 360 độ C và sẽ đun nóng lớp đá phiến trong sáu tháng liền.
Để đánh giá kết quả, người ta cài một máy quay phim xuống sâu trong lòng đất; ngoài ra còn có trên 700 cảm biến theo dõi công tác khoan trên địa bàn và cứ mỗi giây thu được hàng nghìn dữ liệu khác nhau.
Tuy nhiên việc thử nghiệm đã thất bại hoàn toàn.
Chỉ sau 21 ngày, que đun điện bị cháy. Không có chút dầu nào lên được khỏi mặt đất. Sau đó, người ta đã tuồn xuống lòng đất hai thiết bị rất đắt tiền nhưng tuổi thọ cũng chỉ dài hơn vài tuần lễ so với thiết bị thử nghiệm đầu tiên.
Vấn đề thứ hai là thất bại khi đưa những ống thép xuống dưới lòng đất. Áp lực lớn làm cho các ống kim loại gặp nhiệt bị bẹp dúm như vỏ hộp cola. Vì vậy Day và các chuyên gia về nguyên liệu đã phải tạo ra những hợp kim mới có khả năng chịu lực và tồn tại nhiều năm trong lòng đất.
Tuy vậy Day không hoàn toàn không hài lòng với giai đoạn thử nghiệm này. Các cảm biến mỗi ngày thu được hơn một terabyte dữ liệu, Day giải thích, và các nhân viên của ông giờ đây phải đánh giá các dữ liệu đó. Để tối ưu hoá hệ thống này, họ cần biết đá ở trên diện tích rộng bao nhiêu đã được đun nóng đến mức độ nào trong lòng đất và áp lực ở dưới độ sâu này là bao nhiêu.
Cuối năm nay, Day sẽ triển khai những thí nghiệm đầu tiên với hơi nóng. Hiện đã có một loại gel đặc biệt có thể cách nhiệt những ống nằm ở gần mặt đất. Như vậy lượng nhiệt toả xuống lòng đất hầu như không bị thất thoát do đó tăng hiệu quả của công nghệ.
Không phải tất cả các doanh nghiệp dự định khai thác Kerogen ở trong lòng đất ở Colorado đều thấy rằng trong tương lai gần việc khai thác này là có hiệu quả kinh tế. Thí dụ hãng Shell cách đây vài tháng đã bỏ dự án đá dầu của mình ở gần khu thí nghiệm của Amso.
Vấn đề nổi cộm ở đây không phải là sự cố đối với thanh đun điện, mà là chi phí bảo vệ nguồn nước ngầm quá tốn kém.
Các kỹ sư của hãng Shell có ý định tạo một bức tường băng trong lòng đất xung quanh khu vực khoan để bảo vệ nguồn nước ngầm. Shell không công bố nguyên nhân đích thực của việc ngừng không tiến hành dự án khai thác Kerogen tại đây.
Các nhà bảo vệ môi trường lên tiếng
ExxonMobil có ý định áp dụng phương pháp gây sốc điện trong lòng đất. Phương pháp này còn có tên là Elektrofracking. Theo đó, các ống kim loại sẽ được tuồn theo chiều thẳng đứng vào lòng đất với khoảng cách chừng vài trăm mét một ống. Ở khoảng trống, người ta sẽ bơm một loại chất lỏng có khả năng dẫn điện. Điện chạy trong đất và nung nóng Kerogen, làm bốc hơi và bay lên trên mặt đất.
Mọi phương pháp mà các doanh nghiệp dầu khí đang dự định áp dụng ở Colorado đều là những phương pháp mới mẻ về kỹ thuật. Bởi vậy không có gì lạ khi lực lượng bảo vệ môi trường cũng như cơ quan quản lý nhà nước hết sức chăm chú theo dõi mọi biến động tại đây. Sự bùng nổ phương pháp fracking ở những vùng khác nhau thuộc Mỹ đã giúp mỗi ngày khai thác được khoảng 2 triệu lít dầu mỏ và nhiều km3 khí đốt, nhưng điều này càng làm cho những người bảo vệ môi trường thêm lo lắng.
Tuy có nhiều nghiên cứu nhưng cho đến nay vẫn chưa thể đánh giá cụ thể phương pháp fracking nguy hại đến mức độ nào đối với môi trường. Phương pháp này bơm hàng triệu lít nước trộn với cát và hoá chất vào trong lòng đất để lấy dầu hay khí đốt từ đá phiến. Việc khai thác Kerogen từ trong lòng đất cho đến nay hoàn toàn không có những thẩm định đáng tin cậy về tác động đối với môi trường.
Vì lý do này, giờ đây chính phủ ở Denver đã thu hẹp đáng kể diện tích khu thử nghiệm khai thác Kerogen.
Ở Israel, giới bảo vệ thiên nhiên cũng đã có đơn kiện giới ủng hộ Kerogen ra toà, cho nên chưa chắc việc khai thác sẽ được phê chuẩn. Cách đây năm năm, chính phủ Israel đã chèo kéo ông Harold Vinegar, phụ trách nhóm nghiên cứu Kerogen của hãng Shell, nhằm nghiên cứu khai thác mỏ đá dầu tại nước này. Người ta hy vọng Israel sẽ không còn bị lệ thuộc vào việc nhập khẩu dầu mỏ. Tuy nhiên sự phản đối của lực lượng bảo vệ thiên nhiên có thể làm cho dự án này phải ngừng hoạt động.
Xuân Hoài lược dịch
Ở tuổi 63, thực ra Day, vốn là đại diện của doanh nghiệp năng lượng American Shale Oil (Amso), có thể yên tâm chuẩn bị để nghỉ hưu. Tuy nhiên một nhiệm vụ to lớn, nặng nề nhất lại đang đợi ông ở phía trước - khai thác khu mỏ dầu khổng lồ ở Colorado và các bang lân cận Utah và Wyoming.
Theo ước đoán của Cơ quan địa chất Mỹ USGS thì trên diện tích khoảng 70.000 km2 ở đây, trữ lượng dầu mỏ lên tới 4,3 nghìn tỷ thùng. Theo các nhà địa chất, trong điều kiện tốt nhất, các doanh nghiệp có thể khai thác được ¼ trữ lượng này ở khu vực Green River – tức là gấp bốn lần trữ lượng dầu mỏ ước tính của A-rập Xê-út hiện nay.
Cái khó nằm ở chỗ, báu vật trong lòng đất không phải là loại dầu mỏ thông thường mà là tiền chất của nguyên liệu dầu mỏ có tên là Kerogen ở trong đá phiến.
Cội nguồn của Kerogen là các loài tảo, sinh vật phù du và vi khuẩn tích tụ hàng triệu năm dưới đáy một hồ muối khổng lồ. Nhưng do chỉ có một lượng nhỏ oxy tiếp cận được với lớp tích tụ này, chúng không thể trở thành dầu ở dạng lỏng. Mãi tới cách đây 5 triệu năm, nước mới biến mất. Nhưng để tạo thành dầu mỏ, cần có khoảng thời gian từ 50 triệu đến 300 triệu năm. Xét về mặt hoá học, đây là quá trình chuỗi carbon dài bị phá vỡ thành chuỗi carbon ngắn.
Không chỉ Mỹ mới có một khối lượng lớn Kerogen mà cả các nước như Israel, Jordani, Trung Quốc, Australia và Đông Âu cũng có trữ lượng lớn Kerogen trong lòng đất. Chính vì vậy nên Amso và hàng chục doanh nghiệp khác đang đặt vận may vào đá dầu.
Kỹ sư Roger Day đã có ý tưởng về việc biến Kerogen thành dầu.
Cách Rifle về phía bắc, khoảng 90 phút chạy xe ô tô, là khu vực thử nghiệm của Amso. Đây là một vùng đất hoang vu toàn sỏi đá với những cây thông thấp tè. Theo ông Day thì “dân săn bắn là những người duy nhất tự nguyện đến nơi hoang vắng này”.
Kỹ sư Day và 12 cộng sự đã xây dựng khu thử nghiệm tại vùng đất hoang sơ hầu như không một bóng người này: rất nhiều chuyến xe tải chở thiết bị, máy móc thí nghiệm tới đây. Người ta đã dựng hai tháp khoan, trên đỉnh tháp là cờ Mỹ bay phấp phới. Hàng rào cao khoảng hai mét bao quanh khu thử nghiệm rộng mênh mông.
Đun dầu trong lòng đất
Mục tiêu của Day là đun nóng để dầu chảy ra từ đá phiến. Người ta tuồn hàng chục ống thép xuống độ sâu 650 mét trong lòng đất trên một khoảng diện tích rộng ít nhất 2,5 km2, giống như một dạng lò sưởi giữ ấm nền nhà. Lớp Kerogen ở độ sâu này dày chừng 300 mét.
Các nhà kỹ thuật dự kiến sẽ bơm vào một nửa số đường ống hơi một loại dung dịch đặc biệt có nhiệt độ khoảng 500 độ C. Sau khoảng ba tuần, sức nóng làm cho Kerogen biến thành hơi dầu. Do vật chất ở dạng khí giãn nở nên có thể tạo áp lực đủ để đẩy hơi dầu lên trên qua hệ thống đường ống thứ hai. Tại đây có các thiết bị máy móc làm lạnh để hơi dầu ngưng tụ và được làm sạch. Khí đốt cùng dầu bay lên trên dùng để vận hành nhà máy điện chuyên tạo hơi nóng, do đó không cần có nguồn năng lượng từ bên ngoài.
Theo tập đoàn Amso, chỉ cần 25 cơ sở cỡ này là đủ đáp ứng nhu cầu về dầu mỏ của nước Đức trong vòng 30 năm. Giá thành một thùng dầu 120 lít dao động từ 40 đến 80 đôla. Hiện tại giá một thùng dầu trên thị trường là trên 100 đôla.
Bản thân Day cho rằng, phải mất khoảng 10 năm nữa ông mới có thể đạt được mục tiêu nói trên. Cho đến nay, cơ sở đã khoan được hai giếng để đặt đường ống làm lò sưởi trong lòng đất nhưng các nhà kỹ thuật đang đứng trước khó khăn về nguyên liệu làm đường ống.
Khu thử nghiệm của Amso bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2008. Trong quá trình làm thử nghiệm, Day không phải bận tâm về chi phí. Amso và Total đã chi tổng cộng hơn 100 triệu đôla cho việc phát triển công nghệ này.
Sau khi nghiên cứu rất kỹ về địa chất, một quá trình mà Day gọi là “chụp X-quang lòng đất”, việc khoan được tiến hành trong bốn tháng và đặt được hàng kilômet đường ống, họ cũng kết nối xong với máy tính và hoàn thiện việc xây dựng một nhà máy phát điện cỡ nhỏ.
Trong thử nghiệm đầu tiên, Day không dùng hơi nước siêu nóng mà dùng một thiết bị giống như một que đun điện khổng lồ, do một doanh nghiệp ở Canada chế tạo với giá 600.000 đôla. Khi kết nối với nhau, que đun điện dài khoảng 30 mét nhưng chỉ to hơn bắp tay này tạo nhiệt độ lên đến 360 độ C và sẽ đun nóng lớp đá phiến trong sáu tháng liền.
Để đánh giá kết quả, người ta cài một máy quay phim xuống sâu trong lòng đất; ngoài ra còn có trên 700 cảm biến theo dõi công tác khoan trên địa bàn và cứ mỗi giây thu được hàng nghìn dữ liệu khác nhau.
Tuy nhiên việc thử nghiệm đã thất bại hoàn toàn.
Chỉ sau 21 ngày, que đun điện bị cháy. Không có chút dầu nào lên được khỏi mặt đất. Sau đó, người ta đã tuồn xuống lòng đất hai thiết bị rất đắt tiền nhưng tuổi thọ cũng chỉ dài hơn vài tuần lễ so với thiết bị thử nghiệm đầu tiên.
Các đường ống trên bãi thử nghiện của Amso. Chúng bị bẹp dúm
như vỏ hộp Coca vì không chịu nổi nhiệt độ cao ở độ sâu 650 mét.
như vỏ hộp Coca vì không chịu nổi nhiệt độ cao ở độ sâu 650 mét.
Vấn đề thứ hai là thất bại khi đưa những ống thép xuống dưới lòng đất. Áp lực lớn làm cho các ống kim loại gặp nhiệt bị bẹp dúm như vỏ hộp cola. Vì vậy Day và các chuyên gia về nguyên liệu đã phải tạo ra những hợp kim mới có khả năng chịu lực và tồn tại nhiều năm trong lòng đất.
Tuy vậy Day không hoàn toàn không hài lòng với giai đoạn thử nghiệm này. Các cảm biến mỗi ngày thu được hơn một terabyte dữ liệu, Day giải thích, và các nhân viên của ông giờ đây phải đánh giá các dữ liệu đó. Để tối ưu hoá hệ thống này, họ cần biết đá ở trên diện tích rộng bao nhiêu đã được đun nóng đến mức độ nào trong lòng đất và áp lực ở dưới độ sâu này là bao nhiêu.
Cuối năm nay, Day sẽ triển khai những thí nghiệm đầu tiên với hơi nóng. Hiện đã có một loại gel đặc biệt có thể cách nhiệt những ống nằm ở gần mặt đất. Như vậy lượng nhiệt toả xuống lòng đất hầu như không bị thất thoát do đó tăng hiệu quả của công nghệ.
Không phải tất cả các doanh nghiệp dự định khai thác Kerogen ở trong lòng đất ở Colorado đều thấy rằng trong tương lai gần việc khai thác này là có hiệu quả kinh tế. Thí dụ hãng Shell cách đây vài tháng đã bỏ dự án đá dầu của mình ở gần khu thí nghiệm của Amso.
Vấn đề nổi cộm ở đây không phải là sự cố đối với thanh đun điện, mà là chi phí bảo vệ nguồn nước ngầm quá tốn kém.
Các kỹ sư của hãng Shell có ý định tạo một bức tường băng trong lòng đất xung quanh khu vực khoan để bảo vệ nguồn nước ngầm. Shell không công bố nguyên nhân đích thực của việc ngừng không tiến hành dự án khai thác Kerogen tại đây.
Các nhà bảo vệ môi trường lên tiếng
ExxonMobil có ý định áp dụng phương pháp gây sốc điện trong lòng đất. Phương pháp này còn có tên là Elektrofracking. Theo đó, các ống kim loại sẽ được tuồn theo chiều thẳng đứng vào lòng đất với khoảng cách chừng vài trăm mét một ống. Ở khoảng trống, người ta sẽ bơm một loại chất lỏng có khả năng dẫn điện. Điện chạy trong đất và nung nóng Kerogen, làm bốc hơi và bay lên trên mặt đất.
Mọi phương pháp mà các doanh nghiệp dầu khí đang dự định áp dụng ở Colorado đều là những phương pháp mới mẻ về kỹ thuật. Bởi vậy không có gì lạ khi lực lượng bảo vệ môi trường cũng như cơ quan quản lý nhà nước hết sức chăm chú theo dõi mọi biến động tại đây. Sự bùng nổ phương pháp fracking ở những vùng khác nhau thuộc Mỹ đã giúp mỗi ngày khai thác được khoảng 2 triệu lít dầu mỏ và nhiều km3 khí đốt, nhưng điều này càng làm cho những người bảo vệ môi trường thêm lo lắng.
Tuy có nhiều nghiên cứu nhưng cho đến nay vẫn chưa thể đánh giá cụ thể phương pháp fracking nguy hại đến mức độ nào đối với môi trường. Phương pháp này bơm hàng triệu lít nước trộn với cát và hoá chất vào trong lòng đất để lấy dầu hay khí đốt từ đá phiến. Việc khai thác Kerogen từ trong lòng đất cho đến nay hoàn toàn không có những thẩm định đáng tin cậy về tác động đối với môi trường.
Vì lý do này, giờ đây chính phủ ở Denver đã thu hẹp đáng kể diện tích khu thử nghiệm khai thác Kerogen.
Ở Israel, giới bảo vệ thiên nhiên cũng đã có đơn kiện giới ủng hộ Kerogen ra toà, cho nên chưa chắc việc khai thác sẽ được phê chuẩn. Cách đây năm năm, chính phủ Israel đã chèo kéo ông Harold Vinegar, phụ trách nhóm nghiên cứu Kerogen của hãng Shell, nhằm nghiên cứu khai thác mỏ đá dầu tại nước này. Người ta hy vọng Israel sẽ không còn bị lệ thuộc vào việc nhập khẩu dầu mỏ. Tuy nhiên sự phản đối của lực lượng bảo vệ thiên nhiên có thể làm cho dự án này phải ngừng hoạt động.
Xuân Hoài lược dịch
