ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební, obor geodézie a kartografie Katedra mapování a kartografie SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Těžba ropných písků v Kanadě Červen 2012 Zdeněk Lavička

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto semestrální práci vypracoval samostatně a veškeré použité podklady, ze kterých jsem čerpal, jsou uvedeny v seznamu použité literatury. V Praze, dne Zdeněk Lavička. Podpis

3 Abstrakt Tato semestrální práce se zabývá tématem těžby ropných písků v Kanadě. Práce je sepsána tak, aby čtenáři, který nemá o tématu obecný přehled, poskytla veškeré podstatné informace spojené s danou problematikou. V úvodu práce jsou v několika kapitolách vyloženy informace spojené s daným tématem. Proto v práci najdeme kapitolu věnující se Kanadě z geografického hlediska, které se těžba ropných písků týká, ale také kapitolu zabývající se ropou, jejím vznikem, složením a způsoby těžby. Klíčová slova Kanada, ropa, vývoj ceny ropy, ropné písky, bitumen, životní prostředí Abstract This essay deals with oil sands mining in Canada. It s written so to provide to the reader who does not have a general overview of the topic all relevant informations related to this topic. At the beginning of this essay we can found in a several chapters informations immediately concern with this topic. Therefore we found a charter about Canada in therms of geografy, which relates to oil sands mining, but also a charter dealing with oil, its origin, composition and methods of mining. Key words Canada, oil, development of oil prices, oil sands, bitumen, environment

4 Obsah 1. Úvod Cíl práce Struktura práce 6 2. Kanada Obecné informace Povrch Podnebí Obyvatelstvo 8 3. Ropa Vznik ropy Chemické složení ropy Těžba ropy Princip tvorby ceny ropy Kanadské ropné písky Historie ropných písků na území Kanady Fyzickogeografická charakteristika Technologie separace Povrchová těžba In Situ těžba Metoda primární Metoda CSS Metoda SAGD Dopad na životní prostředí Změna reliéfu Dopady na ovzduší Spotřeba a intoxikace vody Vliv na obyvatele regionu Závěr 20 Použité zdroje 21 Obrazová příloha 23

5 1. Úvod Ropa je směsí přírodních látek, která vznikla fyzikálně chemickými procesy během miliónů let. Naleziště ropy jsou velmi různorodá. Ropu lze těžit na souši, na dně moří a oceánů. Podle způsobu těžby ropy dělíme ropná naleziště na konvenční a nekonvenční. Rostoucí světová poptávka po energiích a ztenčující se zásoby ropy se promítly v nárůstu cen ropy. Porovnáme li cenu ropy Brent za barel (1barel=158,987 litrů) v roce 2001 a 2011, pak tento rozdíl činí zhruba 100 dolarů. Právě díky tomuto trendu zvyšování ceny ropy v posledních letech se stávají dříve alternativní způsoby těžby ropy čím dál zajímavější. Jedním z nejslibnějších způsobů těžby tohoto druhu ropy jsou ropné písky. Ropný písek je látka podobná asfaltu skládající se ze směsi písku, jílu, vody a bitumenu. Z takto složené látky lze speciálním způsobem získávat ropu. Ještě donedávna byl tento způsob těžby ropy oproti konvenční těžbě příliš nákladný (získávání ropy z ropných písků je přibližně desetkrát nákladnější než získávání ropy konvenčními způsoby takto získaný barel stojí zhruba 40 dolarů). Situaci ovšem změnil již zmiňovaný růst ceny ropy a v neposlední řadě rychlý rozvoj technologií. Ropné písky byly zjištěny v asi 70 zemích světa. Skutečně významné zásoby má pouze Venezuela a Kanada. Největší naleziště ropných písků na světě se nachází v kanadské provincii Alberta v oblasti nazývané Athabasca (označení pochází z názvu řeky Athabasca, která touto oblastí protéká), kde ropné písky pokrývají plochu o velikosti České republiky. Ještě před několika lety měla Kanada vcelku zanedbatelné množství, zhruba 5 miliard barelů, ověřených zásob ropy. Dnes má, díky ropným pískům, spolehlivě ověřené zásoby ropy o výši 174 miliard barelů, což ji staví na druhé místo v těžbě ropy na světě, hned za Saúdskou Arábii. Pokud bychom do těchto odhadů započítali i nepotvrzené zásoby ropy, pak by byly kanadské zdroje ropy stejně velké, jako u všech ostatních zemí OPEC dohromady. Velkým problémem tohoto způsobu získávání ropy je devastace životního prostředí. Odlesňováním oblasti je silně narušena druhová biodiverzita. Pro vytěžení jednoho barelu ropy je potřeba 3 5 barelů vody získávané z řeky Athabasca. Tímto způsobem je řeka ročně připravena o 539 miliónů m 3 vody, která je v průběhu zpracování ropných písků intoxikována škodlivými látkami a není tak možné ji vrátit zpět do řeky. 5

6 1.1. Cíl práce Kanadské ropné písky jsou v současném světě jedno z nejkontroverznějších témat, kterým se zabývají významné světové organizace. Ve své práci bych chtěl čtenáři co nejvíce přiblížit princip těžby ropných písků a následný proces zpracování v obřích rafinériích, jehož výsledným produktem je ropa. Důležité je také zmínit vážnost vlivu na životní prostředí, které je tímto způsobem těžby silně narušeno na stovky let Struktura práce Práce je strukturována do jednotlivých kapitol. V kapitole 1 je krátký úvod do problému. V kapitole 2 je uveden krátký výklad geografických údajů o Kanadě. Kapitola 3 je věnována ropě, jejímu vzniku, chemickému složení a druhům ropy, které se na světě nacházejí. Kapitola 4 tvoří základní kostru celé práce. V této kapitole je v jednotlivých podkapitolách ukázán princip a následky získávání nekonvenční ropy z kanadských ropných písků. Kapitola 5 obsahuje shrnutí celé práce. 6

7 2. Kanada 2.1. Obecné informace Kanada je s rozlohou km 2 druhou největší zemí na světě rozkládající se v severní části Severní Ameriky. Kanada bývá často označována jako země emigrantů, kteří sem přivezli ze všech koutů světa své tradice a zvyky. Jedná se o konstituční monarchii a zároveň o parlamentní demokracii. Kanada je federací států, která vznikla v roce 1867 Aktem o Britské Severní Americe. Jako konstituční monarchie v rámci Britského společenství má formálně ve svém čele britskou královnu. Panovníkovy pravomoce vykonává generální guvernér, který je obvykle jmenován do funkce na šest let na doporučení předsedy vlády. Generální guvernér zastupuje královnu při podpisu zákonů. Země je rozdělena na deset provincií a tři teritoria : Yukon, Severozápadní teritoria a Nunavut. Většina z 30 miliónů obyvatel obývá jižní část země asi 300 km široký pás podél hranice s USA. Úředními jazyky v Kanadě jsou angličtina a francouzština. Kanada je země bohatá na přírodní zdroje. Má obrovské nerostné bohatství, rozsáhlé lesní porosty vhodné pro těžbu dřeva a velké plochy zemědělské půdy. Využitím tohoto potenciálu se Kanada zařadila mezi nejvyspělejší země světa, když i životní úroveň obyvatel patří k nejvyšším na světě Povrch Z hlediska povrchu lze Kanadu rozdělit do několika geografických oblastí. Největší z nich představuje Kanadský štít, zabírající téměř polovinu celé Kanady. Tuto oblast, rozkládající se v oblasti kolem Hudsonova zálivu, tvoří vyvřelé a metamorfované horniny předprvohorního stáří. Na východě od Kanadského štítu v jižním Ontariu a jihozápadním Quebecu se rozkládají nížiny Velkých jezer a povodí řeky Svatého Vavřince. Tato oblast je sice mnohem menší než oblast Kanadského štítu, za to se jedná o nejzalidněnější část Kanady. Na západ od velkých planin se táhnou kanadské Skalnaté hory až k pobřeží Tichého oceánu. Pás těchto hor je široký asi 800 km. Rovnoběžně se Skalnatými horami se na severu při západním pobřeží táhne pohoří svatého Eliáše, ve kterém se nachází nejvyšší hora Kanady Mount Logan s nadmořskou výškou 5951 m. 7

8 2.3. Podnebí Více než v polovině území Kanady převládá subarktické podnebí s chladnými léty a velmi studenými zimami. V polárních oblastech začíná zima již v srpnu a postupně zesiluje až do prosince. V létě nedosahují teploty na arktických ostrovech přílišných výšek, i když ve vnitrozemí mohou v některých oblastech nastat krátká období tepla, kdy teplota vystoupne až ke 30 C. Směrem k jihu, k hranici s USA, je podnebí typicky kontinentální s horkými léty a studenými zimami. Vlhký vzduch od Atlantského oceánu přináší v létě do Kanady hojné dešťové srážky a v zimě husté sněžení Obyvatelstvo Obyvatelstvo Kanady je etnicky velmi rozmanité. Podle posledního sčítání, které proběhlo v roce 2001 se v zemi vyskytuje 34 etnických skupin, k němž se hlásí minimálně obyvatel Kanady. Největší etnickou skupinu tvoří Kanaďané britského původu, kteří představují více než třetinu populace. Kanaďané francouzského původu tvoří čtvrtinu z celkové populace a jsou soustředěni zejména do provincie Quebec. Původní obyvatelé Kanady, Indiáni a Inuité, dnes představují pouhých 1,5% kanadské populace. Zbytek jsou potomci přistěhovalců z Evropy, hlavně z Německa, Itálie, Ukrajiny a Holandska. 8

9 3. Ropa V této kapitole je popsána ropa jako klíčová surovina dnešní společnosti. Jednotlivé podkapitoly jsou věnovány jejímu vzniku, složení, způsobu těžby atd. Ropa je hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina, která se získává z podzemních nalezišť. Starší označení pro tuto kapalinu bylo nafta. Dnes je tento název používán pro pojmenování pohonné hmoty vznětových motorů (Dieselovy motory). Současné označení ropa pochází z polštiny. V geologii a při těžbě ropy se však stále používá původní označení nafta. Ropa je významným zdrojem energie. V současné době pokrývá zhruba 40% světové spotřeby energie Vznik ropy O vzniku ropy existují různé teorie, které mají ve svých argumentech silné i slabé stránky. Proto je velice obtížné určit přesnou ucelenou teorii vzniku ropy. Hlavním faktorem omezujícím určení správné teorie je to, že ropa v podzemí obvykle působením tlaků a horotvorných procesů migrovala, proto se často nachází ve značných vzdálenostech od místa vzniku. Tím jak ropa migrovala různými geologickými podlažími mohlo docházet k absorpci některých látek obsažených v půdě, u těžších látek mohlo docházet ke štěpným procesům působením vysokých teplot, plyny a lehčí látky mohli vytěkat apod. Proto se složení původní ropy může výrazně lišit od ropy, která se dnes pod zemským povrchem nalézá. Teorie o vzniku ropy lze rozdělit do dvou základních skupin, které si navzájem odporují. Teorie anorganická a organická. Anorganický princip vzniku ropy předpokládá vznik ropy působením přehřáté páry na karbidy těžkých kovů v dobách, kdy se vyskytovaly blízko zemského povrchu. Tuto teorii potvrzují jednak laboratorní pokusy a také neustálý únik metanu ze zemského nitra v některých oblastech. Organická teorie, uznávaná většinou vědců zabývajících se tímto problémem, předpokládá, že ropa vznikla z prehistorických živočišných a rostliných zbytků, podrobených rozkladu. Vlivem tepla a tlaku se tyto zbytky přeměnily nejprve na kerogen (polymerní organické látky, které se nacházejí v usazených horninách), pak na živce a nakonec na ropu a zemní plyn. Ve prospěch této teorie hovoří zjištění, že mladší ropa s velkou relativní molární hmotností, zvýšeným obsahem kyslíku, síry a dusíku a velkým obsahem asfaltu se svým složením přibližuje původním organickým materiálům. Organickou teorii vzniku ropy dále podporuje to, že se často nachází v sedimentárních 9

10 horninách. Stejně tak lze ovšem předpokládat, že se ropa do sedimentů dostala až sekundárně v důsledku migrace Složení ropy Ropa je olejovitá kapalina s hustou většinou mezi kg/m 3. Její základními složkami jsou plyny, kapaliny a tuhé látky. Převážná část ropy je tvořena uhlovodíky, dále bývají přítomny sirné, kyslíkaté a dusíkaté sloučeniny a v malém množství organické a anorganické soli obsahující kovy. Mezi plyny, které jsou v ropě obsaženy v největším množství patří především metan, etan, propan, butany, oxid uhličitý, sulfan, někdy může být přítomný i dusík nebo vzácné plyny. Převážná část ropy je tvořena kapalnými látkami. Mezi kapalné látky patří různé uhlovodíky, jako n-alkany, izoalkany, cykloalkany a aromáty. Dále mohou být přítomny různé sloučeniny obsahující heteroatomy, které jsou vázány jak v heterocyklech, tak v alkylových substituntech. Mezi tuhé látky v ropě patří tuhé uhlovodíky a také asfaltické látky. Tyto tuhé látky jsou rozpuštěny v kapalných sloučeninách. Jednotlivé typy sloučenin obsažené v ropě se liší svou strukturou, velikostí molekul a dalšími vlastnostmi. Vzájemný poměr těchto jednotlivých složek ropy se podle stáří ropy mění. Důležitým faktorem, který složení ropy významně ovlivňuje, je místo původu ropy. Obecně platí, že se stoupajícím bodem varu ropné frakce se zvětšuje složitost směsi, stoupá počet přítomných izomerů a zvětšuje se koncentrace heterosloučenin. Ropa obvykle obsahuje % hm. uhlíku, % hm. vodíku, 0,1 4 % hm. síry, 0,01 1,0 % hm. dusíku a 0,05 1,0 % hm. kyslíku. Kromě těchto prvků obsahuje také organicky vázané kovy, zejména vanad a nikl. Většinou platí, že čím je ropa těžší, tím větší má obsah heteroatomů. Obsah heteroatomů se dále zvětšuje s rostoucí teplotou varu ropné frakce, naopak je snižován obsah vodíku a uhlíku Těžba ropy Ropa se nachází pod povrchem Země v hloubce několika metrů až několika kilometrů. Většina ze světových zásob ropy je uložena v hloubkách 0,6 2,4 km. Mělká ložiska obsahují obvykle více ropy na jednotkový objem horniny, protože mělce uložené sedimentární horniny mají větší pórovitost než hlouběji uložené horniny, jejichž pórovitost se zmenšila v důsledku tlaku nadloží. 10

11 Častými horninami, ve kterých je ropa uložena jsou pískovce a vápence, kde je obsažena v pórech těchto vysoce propustných hornin. Ropa se nikdy nenachází v podzemních jeskyních v podobě jezer či moří. Základním faktorem pro vytvoření ropného ložiska je obklopení propustných hornin horninami, které jsou pro ropu nepropustné. Nejběžnější způsob, jak získávat ropu je pomocí vrtů. V místech, kde jsou ložiska ropy je většinou přítomen i zemní plyn, který zajišťuje potřebný tlak, který ropu tlačí směrem vzhůru a ropa tak samovolně vytéká. Tomuto způsobu těžby se říká primární způsob. Tímto způsobem se těží zhruba 20 % ropy obsažené v daném nalezišti. S postupem času tlak v ložisku klesá, až do okamžiku, kdy je třeba použít pro čerpání ropy pumpy nebo udržovat podzemní tlak vodní injektáží, zpětným pumpováním zemního plynu, vzduchu nebo CO 2. Tyto metody se nazývají sekundární a lze jimi vytěžit % celkového množství ropy. Další metodou je metoda terciární. Tato metoda se používá ve chvíli, kdy již nestačí metoda sekundární. Používá se tehdy, pokud je těžba ještě stále ekonomicky výhodná, což úzce souvisí s aktuální cenou ropy. Principem této metody je snížení viskozity zbývající ropy, což se většinou provádí injektáží horké vodní páry. Touto metodou lze z ložiska vytěžit dalších 5 15 ropy. Výše uvedenými způsoby jsou získávány tzv. konvenční zdroje ropy. Druhou skupinou jsou nekonvenční zdroje ropy o jejichž principu těžby, zejména pak principu těžby ropných písků, pojednává následující kapitola Princip tvorby ceny ropy Velmi důležitým faktorem, nejen pro těžbu ropných písků, jak již bylo řečeno v úvodu, pro ropný průmysl je cena ropy na trhu. Tvorba ceny ropy je velmi složitý proces odvíjející se od několika faktorů, které mají významný vliv na aktuální cenu ropy na světových trzích. Hovoříme-li o cenách ropy, je třeba mít na mysli několik hodnot měnících se v čase, ale zároveň několik hodnot ve stejném časovém okamžiku. Neexistuje pouze jedna cena ropy a zároveň neexistuje pouze jedna kvalita ropy. Liší se především v měrné hmotnosti a obsahu síry. Nejcennější ropou na světových trzích je lehká, tekutá světlá ropa, ze které se dá získat velké množství benzínu. Těžké ropy se využívají zejména pro výrobu asfaltu. Ropu lze dále rozdělit na sladkou a kyselou. Toto rozdělení je určováno obsahem síry na hmotnost. Pokud ropa obsahuje méně než 1 % síry je označována jako sladká. Pokud 11

12 obsahuje 3-4 % síry, pak je označována jako kyselá. Tyto vlastnosti, pozorované u ropy, patří mezi ty nejdůležitější při tvorbě její ceny. Ropa se platí v amerických dolarech (USD), proto se cena ropy obvykle uvádí v USD/bbl. Největší komoditní trhy se nachází v Londýně, New Yorku a Singapuru. Sledují se zejména čtyři následující druhy ropy, od kterých se odvozuje cena druhů ostatních: Brent ropa ze severního moře WTI West Texas Intermediate americká ropa, lehká, sladká Dubai ropa z oblasti Perského zálivu Nigerian Light africká ropa U tvorby ceny ropy je důležité rozlišit, zda se jedná o tzv. okamžité ceny, o ceny v místě naleziště nebo o ceny včetně dopravy a pojištění. Ceny ropy v místě naleziště zahrnují cenu těžby a transportu do exportního místa včetně daně producentské země a zisku společnosti. Významnou položkou v ceně ropy jsou daně. Určují se z množství suroviny a její ceny na mezinárodních trzích, přičemž se pohybují v rozmezí 2 50 %. Daně lze rozdělit do dvou kategorií: daně za vytěžení a různé typy spotřebních daní v zemi dovozu. Tyto daně jsou významnou složkou, téměř 75 %, ceny ropy v zemích EU. Odlišná situace je v USA, kde je spotřební daň pouze 25 %. Stejně jako v případě dalších produktů, je základním faktorem ceny ropy vzájemný vztah poptávky a nabídky na trhu. Nabídka je ovlivněna množstvím světových zásob ropy a tím, jak se daří vyhledávat nová ložiska ropy (např. využití alternativních zdrojů ropy). Je tedy zřejmé, že důležitější než celková velikost zásob je jejich dynamika a dlouhodobý vývojový trend. Poptávka po ropě je dána hlavně spotřebou energetických zdrojů, ovlivněnou tempem růstu, zvyšujícího se počtu obyvatel, dynamikou světových cen, efektivitou politiky šetření energiemi, změnou klimatu a dalšími jevy, které nelze předvídat. Dalším faktorem, který významně působí na cenu ropy je politická situace ve světě. Pro země, které disponují ropnými nalezištěm, se jedná o ohromný zdroj bohatství, zároveň je nutným pohonem ekonomického růstu spotřebitelských zemí. Proto mají na cenu ropy významný vliv občanské války, teroristické útoky nebo chladné vztahy mezi dodavatelem a spotřebitelem ropy. 12

13 4. Kanadské ropné písky I když spotřeba ropy ve světě neustále roste, díky intenzivní prospekci se každým rokem daří nalézt nové zásoby ropy, které prozatím převyšují množství vytěžené ropy, takže ověřené zásoby ropy také mírně rostou. Mezi nejvýznamnější zdroje nekonvenční ropy na světě patří ropné písky. V této kapitole je podrobně probrána problematika týkající se tohoto materiálu, který by v budoucnosti mohl oddálit konec etapy lidstva založené na ropě jako základním zdroji energie Historie ropných písků na území Kanady Unikátních vlastností bituminózních písků využívali již původní obyvatelé žijící poblíž nalezišť této hmoty. Nazývali je černé lepidlo a používali je především k topení, impregnaci kanoí, ale i v medicíně. Toto využití našli původní obyvatelé Kanady dávno předtím, než se začalo přemýšlet o tom, že by se z nich dala separovat ropa. Evropany byla ložiska objevena v 18. století. Prvním Evropanem, který se poprvé podíval až k ložiskům byl v roce 1778 Peter Pond. Přibližně o sto let později, poté co bylo objeveno naleziště ve Fort McMurray a byla roku 1842 založena Kanadská geologická služba, začaly v oblasti geologické průzkumy. Robert Bell, který vedl jednu z výprav do této oblasti, označil zdejší naleziště za jedno z největších na světě, což dalo této oblasti nový význam, především komerční. První větší rozvoj technologie, která by umožnila těžbu ropných písků a následnou separaci ropy přinesl počátek 20. století. Ropné písky z počátku sloužily jako materiál pro tvorbu cest. V roce 1913 provedl Sydney Ellis zásadní pokrok, když začal experimentovat s těžbou ropy pomocí horké vody. V období první světové války si Kanada uvědomila, že je země výrazně závislá na dovozu ropy. Proto byla v roce 1919 založena rada pro výzkum v Albertě a vláda se začala více zajímat i o technologii separace ropy z bituminózních písků. Významný pokrok v separaci ropy z ropných písků zaznamenal Robert C. Fitzsimmons, farmář z města Bitumount, který aplikoval metodu separace pomocí horké vody, založil firmu International Bitumen Company Ltd. Tato společnost byla v roce 1948 převzata vládou, která do ní začala investovat finanční prostředky. Již v roce 1949 bylo touto společností vytěženo a zpracováno 450 tun bituminózních písků denně. Protože vláda v projektu neviděla příliš velký finanční potenciál, byl podnik zavřen a prohlášen za historický objekt. 13

14 Během války v Pacifiku byly ohroženy dodávky ropy, a tak byla těžba federální vládou více podporována. I přes tuto snahu vlády o dosažení větší soběstačnosti v oblasti ropy, dováželo se do Kanady stále 90 % ropy. Největším dodavatelem ropy pro Kanadu byly USA. Když bylo v padesátých letech jasné, že se konvenční zdroje ropy budou stále ztenčovat, začala se produkce bituminózních písků zdát ekonomicky přijatelná. Vláda nabídla ropným společnostem pronájem pozemků za velmi výhodných podmínek. I přes řadu problémů, jako byla nadprodukce konvenční ropy v 60. letech 20. století, byl nakonec otevřen první ropný důl světového významu, nacházející se severně od Fort McMurray. Společnost s názvem Great Canadian Oil Sands Ltd., dnešní název této společnosti je Suncor Energy, začala s produkcí ropy z tohoto dolu až v roce Město Fort McMurray se tak stalo jedním z nejrychleji rostoucích měst na světě. Porovnáme-li nedávné údaje, pak populace města vzrostla mezi roky o 28,7 %. V následujících letech začaly do této oblasti soustředit i další ropné společnosti jako Shell Canada Ltd. Na konci 90. let 20. století oznámila tato společnost spuštění projektu Athabasca Oil Sands a roku 2003 byl otevřen první závod společnosti Shell Canada na řece Muskeg. V tomto období se také začaly objevovat první náznaky možné stavby kontroverzního plynovodu Mackenzie Valley, který měl být použit pro dodávku plynu z Beaufortova moře k trhům v Kanadě a to včetně bituminózních písků. Tento projekt byl na několik let odložen. Zásadním problémem proč nebyla stavba započata bylo právo původních obyvatel na místní půdu. Stavba byla nakonec zahájena v roce 2010 a s dostavbou se počíta v roce V dnešní době, sice ne tak rychle jak se očekávalo, poptávka po ropě stále roste. Proto je v současné době velký tlak na výzkum geologický a technologický v oblastech, kde se nacházejí zdroje ropy. Velikou devízou Kanady je její politická stabilita, která je pro těžbu a vývoz ropy důležitým faktorem. Na druhé straně je vůči těžbě tohoto druhu ropy spousta pochybností a negativ. Těžba je velice nákladná a závislá na vývoji trhu a ceně ropy. Těžba je ekologicky tak nákladná, že se počítá s investicí 20 dolarů na každý vytěžený barel ropy, pro odstranění těchto škod a následnou revitalizaci oblasti. Dalším problémem je již nevratný zásah do práv místních obyvatel. V dnešní době je těžba silně politicky podporována jak Liberální stranou, tak Konzervativní stranou, jejímž předsedou a zároveň premiérem Kanady je bývalý zaměstnanec Imperial Oil Stephen Harper. 14

15 4.2. Fyzicko-geografická charakteristika Bitumenové písky, které se často označují také jako asfaltové písky, ropné písky nebo dehtové písky, jsou směsí písku, hlíny, vody a vysokoviskózních organických sloučenin, které tvoří tzv. bitumen. Z geologického hlediska lze říci, že bitumenové písky jsou shodné se zdroji konvenční ropy, avšak je nelze těžit stejným způsobem. Typické bitumenové písky obsahují % hm. anorganických látek, 3-5 % hm. vody a % hm. bitumenu. Zrna písku se vzájemně opírají, jsou pevně spojena a prostor mezi nimi vyplňuje kapalná fáze. V řadě nalezišť je písek hydrofilní, zrna písku jsou v tenké vrstvě obklopena vodou, která odděluje bitumen od písku, což velice usnadňuje separaci bitumenu při jeho těžbě. O původu bitumenu existují dvě základní teorie. Ta první říká, že ropa migrovala z mateční horniny na geograficky vzdálená místa tvořená pískem, kde byla postupně vystavena vlivům dešťové vody a biodegradace. Druhá teorie vysvětluje vznik bitumenu tak, že zdrojem ropy byla ještě nezralá ropa, která byla uložena ve stejném souvrství. Hlavními předpoklady jsou v obou případech organické materiály, bakterie, dostatečná teplota, tlak a dostatečně dlouhá doba. Vědci datují stáří bitumenu již do období ordoviku. Kvůli vysokému obsahu křemene jsou zdejší písky velmi hrubé, což způsobuje rychlé opotřebení používané techniky. Zrna jsou trojhranná a podle Mohsovy relativní stupnice tvrdosti mají tvrdost 7,4. Na druhé straně, písky v této oblasti jsou charakterizovány vysokou porézností, což výrazně usnadňuje těžbu. Díky tomu, že se bitumen v píscích nachází separován od minerálních zrn, je možné ho z písků získávat extrakcí horkou párou. V kanadské Albertě se nachází největší ložisko ropných písků na světě. Vědci odhadují, že se zde nachází pravděpodobně 2 bilióny barelů bitumenu, což představuje přibližně 70 % všech světových zásob této látky. Věrohodnější údaje jsou však údaje o tzv. dokázaných zásobách, které jsou stanoveny na 169 mld. Barelů. Díky těmto údajům je Kanada řazena na třetí místo v dokázaných zásobách ropy na světě. Zdroje bitumenu v Albertě se vyskytují převážně ve vegetačním pásu lesů a zaujímají oblast o rozloze km 2, což představuje téměř dvojnásobnou rozlohu Česka. Podle geografického rozmístění a geologických vlastností lze oblast výskytu bitumenu rozdělit na čtyři základní oblasti a to Athabasca, Cold Lake, Peace River a Wabasca. V dnešní době jsou oblasti Athabasca a Wabasca sjednocené do jedné. 15

16 4.3. Technologie separace Bitumen získávaný ze zdejších ložisek má příliš vysokou viskozitu na to, aby bylo možné ho čerpat z hloubek aplikací stejné metody jako u těžby konvenční ropy. Proto lze odlišit dvě základní metody využívané pro těžbu: metoda povrchová a metoda in situ. V dřívějších dobách, v počátcích těžby bitumenu, nebyl dostupná žádná mechanizace, a tak se veškerá práce prováděla ručně. Separace bitumenu byla prováděna metodou vztlaku za použití horké vody. Práce byla velmi náročná a její efektivita byla příliš nízká Povrchová těžba Tato metoda byla v minulosti jedinou ekonomicky výhodnou metodou pro získávání bitumenu. Těžitelnost tímto způsobem je závislá především na hloubce uložení, mocnosti vrstvy a nasycenosti písků bitumenem. Povrchovou těžbu lze provádět v hloubkách do 65 m. Ložiska, ze kterých lze získávat bitumen tímto způsobem, zabírají pouze malou oblast asi 5000 km 2 podel řeky Athabasca. Princip této metody je podobný těžbě uhlí v západočeských pánvích. Před začátkem samotné těžby je zapotřebí provést skrývku nadloží včetně vegetace. Tímto způsobem těžby dochází k neselektivní devastaci lokálního ekosystému s veškerou faunou a florou. Pro těžbu jsou vybudovány jednotlivé terasy o výšce zhruba 15 m. Vrstva bitumenu je pak těžena hydraulickými rypadly, které jsou na jeden záběr schopny nabrat objem písku o hmotnosti 90 tun. Takto nabraný materiál je odvážen největšími nákladními automobily na světě s nosností až 400 tun do drtičů, kde je písek mechanicky rozmělněn. Takto upravený materiál je smíchán s horkou vodou o teplotě zhruba 55 C a hydroxidem sodným, který usnadňuje separaci. Směs putuje potrubím, ve kterém již dochází k separaci bitumenu. Potrubím je směs odvedena do separačních buněk, kde je bitumen sbírán v podobě bitumenové pěny. Takto vytvořená suspenze je dále upravována. Před dalším zpracováním dochází k další separaci, neboť takto získaný bitumen obsahuje stále 30 % hm. vody a 10 % hm. jemných částic písku. Nezávisle na použité technologii těžby je bitumen poté zpracován na syntetickou surovou ropu. Při povrchové těžbě se zpracuje 4-6krát více čisté vody než při procesu in situ In situ metoda Tento způsob těžby je využíván v případě, kdy je bitumen uložen hlouběji než 150 m. V takovém případě by bylo dobývání písků neekonomické. Tímto způsobem lze vytěžit 16

17 zhruba 80 % dokázaných zásob bitumenu v této oblasti. Produkce metodou in situ roste každoročně od roku 2001 přibližně od 11 %. Podle získaných údajů lze touto metodou vytěžit ropné písky z plochy km 2. Ve srovnání s metodou povrchovou je spotřebováno méně vody. Na druhou stranu je u tohoto způsobu těžby vyšší produkce skleníkových plynů, což zavádí diskuzi na použití jiných alternativních zdrojů energie namísto zemního plynu používaného při těžbě pro ohřev vody a tím výrobě páry. Principem metody je tvorba vrtů a snížení viskozity bitumenu. Toho se dosáhne hnáním páry do vrtů o teplotě vyšší než 250 C. Metody založené na tomto principu lze rozdělit na tři základní: primární, CSS a SAGD Metoda primární Základem této metody je vhánění páry a polymerů do vrtů. Z celkové těžby metodou in situ představovala primární metoda v roce %. V současné době tato metoda ustupuje těm modernějším, zejména pak metodě SAGD Metoda CSS Nebo-li cyklická stimulace páry. Tato metoda je používána v oblastech, kde je tloušťka nadložní vrstvy minimálně 300 m. Pro vhánění páry je použit jeden vertikální vrt. Metodu lze rozdělit do tří základních fází. Do vrtu je nejprve vstřikována pára po dobu až několika měsíců, roztavená surovina poté prosákne do potrubí a nakonec je odčerpána. Tímto způsobem lze získat zhruba 30 % objemu bitumen Metoda SAGD V dnešní době je nejvíce využívána metoda separace SAGD (vysokotlaká injektáž). Tato metoda se začala rozvíjet po roce Pro vstřikování páry je použito dvou vrtů tvaru písmene L. Horním vrtem je pára vstřikována, čímž je dosaženo snížení viskozity bitumenu, a ten tak stéká do spodního vrtu. Aby byl minimalizován obsah pevných částic v surovině, je do vrtu umístěn filtr. Tento způsob se používá u všech třech metod těžby In situ. 17

18 4.4. Dopad na životní prostředí S využitím alternativních způsobů těžby ropy, zejména pak separací z ropných písků, se zvyšuje zátěž na životní prostředí postihující nejen Kanadu ale celou Zemi. Plocha, na které jsou těženy bituminózní písky se za posledních 35 let zvýšila více než 16krát. Těžbou byl proveden výrazný zásah do krajinného pokryvu, citelně byla zasažena kvalita jak povrchové, tak podzemní vody. Hlavními zdroji znečištění jsou vypouštěné látky do ovzduší i půdy. Tyto látky prosakují z odkališť a intoxikují okolní půdy. Dalším výrazným zdrojem znečištění je doprava písků do rafinérií a industriální výstavba. V Albertě se dnes nachází největší rafinérie na světě. Jedná se o jeden z největších projektů v dějinách lidstva. V následujících odstavcích budou uvedeny některé z nejvýznamnějších zásahů, těžbou ropných písků v Kanadě, do životního prostředí Změna reliéfu Severní část provincie Alberta je z větší části tvořena pásem lesů, které představují významnou součást místního ekosystému. Tyto lesy mají ovšem význam celosvětový. Kanadské lesy tvoří 25 % veškerých lesů na zemi a jsou tak významným absorbentem oxidu uhličitého, který patří mezi hlavní skleníkové plyny a výrazně se tak podílí na efektu globálního oteplování. Zároveň tyto lesy poskytují domov stovkám druhů živočichů. Při povrchovém způsobu těžby, jak již bylo zmíněno v předcházející kapitole, je třeba nejprve odkrýt nadloží včetně vegetace. Jen v roce 2008 byl tímto zásahem narušen boreální ekosystém o rozloze 700 km 2. Společnosti těžící kanadské ropné písky jsou ze zákona povinni monitorovat vodní a vzdušné znečištění a později provést rekultivaci zasažené oblasti. Před začátkem těžebních prací proto musí každá těžící společnost vypracovat plán sanace a rekultivace, který musí být schválený vládou. Vzhledem ke značnému množství solí, ropných látek, kterými je půda intoxikována, již nebude v budoucnu možné provést rekultivaci s využitím původních plodin, kterými jsou borovice banksova, smrk sivý a smrk černý Dopady na ovzduší Z energetického hlediska je těžba ropných písků vysoce náročná. Ve srovnání s konvenčním způsobem těžby ropy je vyprodukováno 4krát více skleníkových plynů, které jsou hlavním faktorem globálního oteplování. Touto produkcí skleníkových plynů 18

19 Kanada porušuje závazek, který dala podepsáním Kjótského protokolu, kterým měla snížit emise mezi roky 2008 a 2012 o 6 %. S ohledem na tento protokol Kanada v současné době produkuje o 35 % skleníkových plynů více než by měla. Těžbou písků je výrazně ovlivněno lokální klima. V oblastech povrchové těžby byl zaznamenán vyšší nárůst teploty oproti zbytku Alberty v období za posledních 17 let Spotřeba a intoxikace vody Do těžby bituminózních písků je třeba vkládat značné množství vody (viz. kapitola 4.3. Technologie separace). Spotřeba a znečištění vody ohrožuje povodí velkých řek, zejména pak řeky Mackenzie, jejíž součástí je i povodí řeky Athabasca. Na zpracování jednoho barelu bitumenu je zapotřebí 2-5 barelů čisté vody. Většina této vody je odebírána z řeky Athabasca. Při metodách in situ je spotřeba nižší, asi 0,5 barelu vody na barel ropy. Nejšetrnější metodou in situ je metoda SAGD, která využívá zhruba poloviční potřebné vody z podzemních zdrojů. Tyto vody jsou ovšem často slané a při jejich zpracování na sladkou vodu je vyprodukováno značné množství pevného odpadu. V dnešní době, kdy vláda schválila nárůst těžby z 1,3 mil. barelů ropy za den v roce 2009 na 3,5 mil. barelů ropy denně v roce 2025, se dá počítat s nárůstem odběru vody, i přes snahu zlepšení technologie a úsporu vody. Dalším výrazným problémem je znečištění vody ovlivňující život po proudu toků. V této oblasti je největším problémem kontaminace odkališť a kyselé deště, které mohou okyselovat povrchové vody Vliv na obyvatele regionu V neposlední řadě je výrazným problémem těžby zásah do práv místních obyvatel žijících po proudu řeky Athabasca. Nejvíce byla zasažena osada Fort Chipewyan, ležící 200 km severně od Fort McMurray po proudu řeky Athabasca, která je pro zdejší obyvatele zdrojem pitné vody. V této oblasti se rapidně začal zvyšovat počet lidí trpících řadou onemocnění, zejména pak rakovinového původu. Největší zásah do práv byl způsoben původním obyvatelům. Kteří mají podle smlouvy z roku 1930 právo využívání místní vody před kýmkoliv jiným. 19

20 5. Závěr Bituminózní písky představují spíše nestabilní základnu pro budoucí růst ekonomiky země. Těžba je velmi nákladná, a aby byla zajištěna její ekonomická výnosnost, je třeba stálost výše cen ropy na trhu alespoň na hodnotě 70 USD za barel ropy. Proto bude do budoucna zajímavé sledovat vývoj ceny na ropných trzích. I přes téměř stálý nárůst cen zaznamenala ropa několik významných poklesů, které mohou nastat i v budoucnu. Z ekonomického hlediska se jedná o nepříliš výhodný obchod pro Kanadu, která má z těžby poměrně malé výnosy. Většina zisku končí u společností z USA, které transportují ropné písky do svých rafinérií a tam je zpracovávají. Z energetického hlediska se jedná o velmi nevýhodnou těžbu. Na jeden barel ropy je energetická spotřeba ¼ barelu. Největším investorem je v poslední době USA. Výrazně však roste podíl Číny jako investora do energetických projektů v Kanadě. V poslední době získala Čína podíl 60 % v projektech společnosti Athabasca Oil Sands Co. Do budoucna lze předpokládat nárůst těchto aktivit, jelikož Čína zaznamená v průběhu následujících 20 let pravděpodobně největší nárůst spotřeby ropy na světě. Díky bituminózním pískům je Kanada jednou z nejrychleji rostoucích ekonomik. Je však nutné se nad tímto problémem zamyslet a pokusit se zodpovědět otázku, zda je činí zvyšování HDP zemi bohatší, neboť drastickým zásahem do krajiny je devastován jeden z nejméně dotčených ekosystémů na Zemi. 20

21 Použité zdroje Knižní zdroje: CÍLEK, V., KAŠÍK, M. : Nejistý plamen, 2. dopl. vyd. Praha: Dokořán, 2008, 239 s., ISBN IVORY, M. : Kanada, Computer press, 2008, 399 s., ISBN CLARKE, T. : Tar sands Showdown, Toronto: James Lorimer & Company Ltd., 312 s., ISBN KOVÁŘ, J., ŠTĚPÁNEK, Z. : Poplatky a daně nejen k ochraně životního prostředí, Praha: NUKLIN, 56 s., ISBN Internetové zdroje: WIKIPEDIE. Ropa. [online]. Poslední revize Dostupné z < INFORMAČNÍ SERVIS O ENVIROMENTÁLNÍM AKTIVISMU. Přichází (T)armagedon.[online]. Poslední revize Dostupné z < WIKIPEDIA. Oil sands. [online]. Poslední revize Dostupné z < ALBERTA CULTURE. Oil sands discovery centre. [online]. Dostupné z < CHEMICKÉ LISTY. Těžba a zpracování bitumenu a extra těžké ropy, Josef Blažek. [online]. Poslední revize Dostupné z < 21

22 ZPRÁVY E15. Ropné písky ohrožují volný obchod mezi EU a Kanadou. [online]. Poslední revize Dostupné z < WIKIPEDIA. Fort McMurray. [online]. Poslední revize Dostupné z < Časopisové články: CESTY KOLEM SVĚTA VÝCHODNÍ KANADA, Přeložila Petra Zavřelová, 2007, č. 12, Polsko: De Agostini Polska ZO.O. čtrnáctideník, ISBN

23 Obrazová příloha Obrázek č. 1: Vývoj ceny ropy Brent mezi roky Zdroj: Obrázek č. 2: Povrchová těžba ropných písků společností Syncrude Oil Zdroj: 23

24 Obrázek č. 3: Změna povrchu od roku 1984 do roku 2011 Zdroj: NASA Obrázek č. 4: Princip povrchové těžby bitumenu Zdroj: 24

25 Obrázek č. 5: Oblasti těžby v Albertě Zdroj: 25

26 Obrázek č. 6: Nákladní automobil používaný v Albertě Zdroj: canada-oil-sands-satellite-images/ 26

27 Obrázek č. 7: Složení ropných písků Zdroj: 27

28 Obrázek č. 8: Metoda těžby in situ (CSS) Zdroj: Obrázek č. 9: Ropovody v USA a Kanadě Zdroj: rtntsndchllngs eng.pdf 28

29 Obrázek č. 10: Fort McMurray Zdroj: 29

30 Obrázek č. 11: Řeka Athabasca Zdroj: 30