油頁巖

油頁巖，有時可用鑽井方式開採。含油頁巖的例子有、、和。因此從油頁巖中提煉的頁巖油不應與緻密油混淆，但緻密油也常被稱為頁巖油。油頁巖的堆積遍佈世界各地，包括在美國的幾處主要礦藏。在2016年發表的全球礦藏估計，油頁巖資源總量約有6.05兆桶石油當量。油頁巖因具有豐富石油資源的潛力而受到關注。但開發油頁巖礦藏的嘗試收效不大，已知的只有愛沙尼亞和中國擁有完備的油頁巖產業，而巴西、德國和俄羅斯只在某種程度上用到這種資源。油頁巖可作為低階燃料直接在鍋爐中燃燒，用於發電和區域供熱，或當作化學和建築材料的原材料。把油頁巖加熱到足夠的溫度會導致其所含的油母質被熱裂解，化為蒸氣，冷卻之後，可凝結成頁巖油。頁巖油是常規石油的替代品；但無論是在經濟上還是在環境影響方面，開發頁巖油的成本都高於常規石油。開採和提煉油頁巖會引發一系列的環境問題，諸如土地利用、廢棄物管理、水資源、水汙染、溫室氣體排放和空氣汙染。地質學.油頁巖是種富含有機物的沉積巖，屬於類燃料。它沒明確的地質定義，沒特定的化學公式，也沒十分明確的定界。不同油頁巖，其礦物含量、化學成分、年齡、油母質型別和沈積歷史差異很大，並非所有油頁巖都須被嚴格歸類為頁巖。根據澳大利亞的岩石學家阿德里安·C·赫頓的說法，油頁巖不是“地質學或地球化學上獨特的岩石，而是個‘經濟’稱法”。其具有共同定義的特徵是在低沸點有機溶劑中呈低溶解度，而在熱裂解時可產生液態有機產物。地質學家可根據油頁巖的組成把油頁巖分類為富含碳酸鹽的頁巖、富含二氧化矽的頁巖或是。油頁巖與其他所謂的非常規資源，例如油砂和、煤和碳質頁巖不同。雖然油母質確實由油脂的生物降解產生，但熱量和壓力尚未將其轉化為石油，即表示它的地質成熟度尚在早期的階段。.一般油頁巖的成分包含無機基質、瀝青和油母質。雖然油頁巖中的瀝青可溶於二硫化碳，但油母質不會溶解，可能也含有鐵、釩、鎳、鉬和鈾。油頁巖所含的有機物佔比低於煤。在商業級油頁巖中，有機質與礦物質的佔比大約各為0.75:5和1.5:5之間。同時，油頁巖中有機物的氫碳 (H/C) 比原油低約1.2至1.8倍，比煤高約1.5至3倍。油頁巖的有機成分來自多種生物體，例如藻類、孢子、花粉、植物角質層和草本植物及木本植物的軟木碎片，以及其他水生和陸地植物的細胞碎片。一些礦藏中含有相當多的化石；位於德國的梅塞爾坑具有聯合國教科文組織給予世界遺產的地位。油頁巖中的礦物質包括各種細粒矽酸鹽和碳酸鹽。無機基質可能含有石英、長石、粘土、黃鐵礦和其他某些礦物。另有一稱為van Krevelen圖的，根據油頁巖原始有機質的氫、碳和氧含量組成的油母質作分類。最常用的油頁巖分類由阿德里安·C·赫頓在1987年至1991年間開發，採用的是煤炭學術語中的巖相學用法。根據初始生物質礦藏的環境而把油頁巖界定為陸地、湖泊環境。赫頓的分類法已被證明可助於估計提煉油品的產率和組成。資源.油頁巖礦藏是多數常規石油儲層的起源，遍佈於世界各產油區，但其中大部分因位於太深處而無法經濟化的開採。分析師把油頁巖資源和油頁巖儲量區分開，與針對常規石油和天然氣的歸類相同。“資源”是指所有油頁巖礦藏，而“儲量”指的是生產者可用現有技術，經濟化開採的礦藏。由於提煉技術不斷演進，規劃人員只能就可採收油母質的數量做估計。許多國家都擁有油頁巖資源，但只有33個國家擁有已知，且具有經濟開發價值的礦藏。已經探明的礦藏被歸類為儲量，包括有美國西部的、澳大利亞昆士蘭州的第三紀礦藏、瑞典和愛沙尼亞的礦藏、約旦的礦藏，以及在法國、德國、巴西、中國、蒙古國南部和俄羅斯的礦藏。使用，這些礦藏每噸油頁巖估計至少可產出40升頁巖油，而引發人們的期望。在2016年所做的估計，世界油頁巖資源總量相當於6.05兆桶。世界上最大的油頁巖礦藏位於美國的格林河地層，覆蓋科羅拉多州、猶他州和懷俄明州三個州的部分地區；此資源中大約有70%位於美國聯邦政府擁有或管理的土地上。除美國的80%資源佔比；其他擁有資源的重要國家有中國、俄羅斯和巴西。符合可經濟開採的油頁巖的數量則尚為未知數。歷史.人類自史前時代起就使用油頁巖作為燃料，原因是此材料通常不需任何加工即可使用。它也被用於裝飾和建築。鐵器時代居住在大不列顛島的凱爾特布立吞人曾把油頁巖拋光，製成裝飾品。公元前3000年左右，美索不達米亞當地人使用“巖油”修築道路和作為建材的粘合劑。在公元10世紀，亞述人醫生首度描述一種從“某種瀝青頁巖”中提煉石油的方法。英國王室於1694年授予三人一項專利，因為這些人“找到一種方法，可從一種石頭中提煉和製造大量的瀝青、焦油和石油。”現代工業化開採油頁巖始於1837年的法國，隨後在蘇格蘭、德國和其他幾個國家也跟進。19世紀的運作重點是生產煤油、燈油和石蠟；主要是滿足第一次工業革命期間不斷增長的照明需求。另外也生產燃料油、潤滑油和油脂，以及硫酸銨。歐洲油頁巖產業在第一次世界大戰前夕迅速擴張，因為常規石油資源尚未開發，大量生產汽車和卡車的結果增加對汽油的需求。愛沙尼亞和中國的油頁巖產業在第二次世界大戰後仍繼續增長，但大多數其他國家因為高昂的生產成本和有廉價常規石油選擇放棄。由於發生1973年石油危機，世界油頁巖產量在1980年達到4,600萬噸的峰值，但又因在1980年代發現大量的常規石油資源，油頁巖產量在2000年降至約1,600萬噸。美國油頁巖產業於1980年代初世界油價下跌時崩潰。1982年5月2日是個所謂的“黑色星期天”，因為埃克森美孚在當天宣佈取消其在科羅拉多州名為降落傘的附近，金額達到50億美元的 ，原因是油價低迷和開支增加。有2,000多名工人遭到解僱，當地發生許多房地產遭金融機構扣抵以及小企業倒閉事件。雷根總統於1986年簽署，廢除。全球油頁巖產業於21世紀初開始復蘇。美國油頁巖開發計劃於2003年啟動。2005年能源政策法案在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州公共土地引入商業租賃計劃，以供開發油頁巖和油砂資源。產業.截至2008年，主要使用油頁巖的國家有巴西、中國、愛沙尼亞，德國和俄羅斯也使用到某個程度。有幾個國家開始評估其儲量，或是建立試驗性工廠，也有幾個國家把這個產業淘汰。愛沙尼亞、巴西和中國開採油頁巖以提煉頁巖油；愛沙尼亞、中國和德國燃燒油頁巖來發電；愛沙尼亞、德國和中國將之用於水泥生產；中國、愛沙尼亞和俄羅斯將之用於化學工業。截至2009年，愛沙尼亞開採的油頁巖佔全世界的80%，主要供給該國多個燃燒油頁巖發電廠使用，裝機容量為2,967兆瓦 (MW)，而中國的油頁巖電廠裝機容量為12兆瓦，德國為9.9兆瓦。 截至2020年，約旦正建造一座470兆瓦裝置容量的油頁巖發電廠。以色列、羅馬尼亞和俄羅斯曾運營過以油頁巖為燃料的發電廠，但已將其關閉，或是改用其他燃料。埃及等國家已計劃建造以油頁巖為燃料的發電廠，而加拿大和土耳其則計劃將油頁巖與煤炭一起燃燒發電。油頁巖是愛沙尼亞發電廠的主要燃料，該國在2016年有90.3%的發電量由燃燒油頁巖產生。根據的資料，世界在2008年從油頁巖提煉的頁巖油總產量為93萬噸，相當於每天17,700桶。開採及加工.大多數油頁巖的利用是透過開採，經運輸，或是直接燃燒發電，或是進一步加工。最常見的採礦方式是和。這兩種方式會先去除大部分上覆地層後，再開挖曝露的沉積物，這在沉積物很接近地表時才具有經濟性。另一種開採在地下的油頁巖，用的是。從油頁巖中提煉有用的成分通常在地上完成即開始，但在較高溫度時會更快、更完全。原位加工採取對地下油頁巖加熱。此類加工與異地加工相比，可從給定的土地區域中得到更多的油品，原因是可比露天採礦達到更深的礦藏部位。已有幾家公司獲得原位乾餾法的專利，但其中大多數仍處於實驗階段。原位工藝有兩種：純粹原位加工，此法不涉及挖掘油頁巖，而改良原位加工會把部分上層油頁巖破碎以利熱、產生的油頁巖氣及熱裂解的油品流動，便於將後兩種採收。獲得專利的油頁巖乾餾技術有數百種；但只有幾十項經過測試。到2006年，仍在商業運作的僅有4種 - 、、和工藝。。應用與產品.油頁巖被用作火力發電廠的燃料，像煤一樣燃燒而產生蒸氣來驅動蒸氣渦輪機；其中一些工廠採熱電聯產，可為周遭的家庭和企業供暖。油頁巖除用作燃料外，還可用於生產特種碳纖維、碳吸附劑、炭黑、酚、樹脂、黏合劑、鞣製劑、膠泥、鋪路瀝青、水泥、磚塊、建築和裝飾塊、土壤新增劑、肥料、岩棉、玻璃和醫藥產品。然而，用於生產前述產品的油頁巖使用量仍很少，或僅處於試驗開發階段。有時在提煉頁巖油時會產生副產品如硫、氨、氧化鋁、純鹼、鈾和蘇打石。在1946年至1952年期間，在愛沙尼亞錫拉邁埃的海洋變種雲片衣屬頁巖被用來提煉鈾，而在1950年至1989年期間，瑞典從明礬頁巖中提煉鈾。油頁巖氣曾被用作天然氣的替代品，但截至2009年，這種替代品在經濟上仍不可行。從油頁巖提煉的頁巖油無法完全直接替代常規原油。通常它含有比傳統原油更高濃度的烯烴、氧氣和氮氣。有些頁巖油含有較高的硫或砷。與期貨合約市場的西德克薩斯中間基原油相比，格林河地層頁巖油的硫含量在接近0%至4.9%之間。經濟學.只有當特定地區的頁巖油生產成本低於原油或其他替代品的價格。國際能源署根據各種試點專案所得的資料估計，投資和運營成本將與加拿大的投資和運營成本相似，表示按當前成本，每桶60美元以上的價格將可產生經濟利益。此數字未把碳定價列入考慮，否則會增加額外成本。根據國際能源署《2010年》中介紹的新政策情景，預到2035年排放的每噸二氧化碳的價格為50美元，每桶頁巖油的成本會因此額外增加7.50美元。在石油資訊雜誌 (Petrole Informations,ISSN 0755-561X）1972年版的報導，頁巖油的生產與煤炭的液化相比，處於不利地位。文章指出，煤液化成本更低，可產出更多的液體燃料，對環境的影響更小。文章提出每噸煤可轉化出650升的頁巖油，因此該等到煤炭耗盡之後才開採油頁巖。衡量開採可行性的一個關鍵指標，是油頁巖產生的能量與其開採和加工過程中所需能量的比率，這種比率稱為“”(EROEI)。由於多種原因，這種EROEI值難以取得。主因是缺乏現代工藝方面的可靠研究、不完善或缺乏記錄以及僅有為數不多的運作機構。由於開採油頁巖牽涉複雜的技術，其EROEI遠低於常規石油的EROEI。環境問題考慮.開採油頁巖會差生許多環境影響，露天開採比地下開採更為明顯。 包括有埋在地下材料突然快速暴露，隨後氧化引起的酸排放，把包含汞在內的金屬引入地表水和地下水，侵蝕作用加劇，含硫氣體排放，以及加工、運輸和支援活動產生的懸浮微粒而造成的汙染。油頁巖開採會破壞礦區土地和生態系統的生物和娛樂價值。燃燒和熱處理會產生廢料。此外，油頁巖加工和燃燒產生的大氣排放物包括溫室氣體 - 二氧化碳。環保主義者反對油頁巖的生產和使用，因為它比傳統的化石燃料會產生更多的溫室氣體。實驗性原位轉化過程和碳捕集與封存技術可能在未來可將其中一些擔憂降低，但同時又會產生其他問題，包括地下水汙染。通常與油頁巖生產相關的水汙染物包括氧和氮雜環化合物，其中常見的檢測例項包括喹啉衍生物、吡啶和吡啶的各種烷基同系物。水資源是乾旱地區的敏感問題，例如美國西部和以色列的內蓋夫沙漠，在水資源稀缺的情況下仍計劃擴大油頁巖開採。根據不同技術，地上乾餾每生產1桶頁巖油需用到1到5桶水。美國內政部土地管理局發布的2008年指出，露天採礦和乾餾作業每產生1短噸的汙水。據一項估計，原位工藝所用的水量約為舊法的10分之1。包括綠色和平組織成員在內的環境保護主義組織針對油頁巖產業所發起的強烈抗議活動。造成於2004年把擬議中的擱置。參考書目.本條目的朗讀版本此音訊檔案是根據條目“油頁巖”的修訂版本錄製的，以朗讀，不會反映對該條目的後續編輯。更多有聲條目