פצלי שמן

פִּצְלֵי שמן, הנקראים גם אבן ביטומנית, הם סלע משקע עשיר בחומר אורגני המכונה קרוגן. מסלעים אלה ניתן להפיק אנרגיה על ידי שריפתם בתנורים מיוחדים, או דלק נוזלי באמצעות חימום או מיצוי כימי. דלק זה מקביל בתכונותיו לתזקיקי נפט גולמי. את אנרגיית החום ניתן לנצל להסקה או להפקת חשמל.

הפקת דלק נוזלי מתבצעת על ידי חימום פצלי השמן לטמפרטורה מספקת בתהליך הנקרא פירוליזה שמאפשר הפקה של אדים שבעת קירורם הופכים לנוזל שמופרד מפצלי השמן ומשמש להפקת אנרגיה בתור דלק נוזלי.

היסטוריה 
תהליך כריית פצלי השמן זול יחסית, אך כחומר גלם להפקת אנרגיה איכותם נחשבת כנמוכה ובנוסף, עשן הנוצר משריפת פצלי שמן נחשב גורם מסרטן, אם שורפים אותם בגובה פני השטח. כבר בעבר, מקור אנרגיה זה נחשב לנחות ביחס לסוגים אחרים של דלק מאובנים, זאת בשל עלויות הפקתו וההשלכות הסביבתיות הכרוכות בכרייתו ובניצולו. לכן, עד שנת 2002 הופקו פצלי שמן בכריית בור פתוח בכמות מסחרית רק באסטוניה, בסין, באוסטרליה ובברזיל, כאשר באסטוניה בלבד היוו פצלי השמן מקור אנרגיה עיקרי, שאִפשר אי-תלות במקורות אנרגיה חיצוניים. באסטוניה כ-80% מאנרגיה חשמלית מיוצר בתחנות כוח בבעלות חברת "Eesti Energia" שמופעלות על בסיס פצלי שמן.

בשנת 2008 החלו לצוץ פיתוחים טכנולוגיים חדשים, דוגמת טכנולוגיית המיצוי התת-קרקעית, המאפשרת הפקת אנרגיה מפצלי שמן בתוך האדמה, ללא כרייתם וללא שריפתם. לאור זאת, ולאור העלייה המתמשכת במחירי הנפט, גדלה הכדאיות המסחרית בהמרת פצלי השמן לנפט.

לאחר פיתוח הטכנולוגיות החדשות להפקת פצלי שמן, יחס האנרגיה המוחזרת על אנרגיה מושקעת של פצלי שמן נמוך בהשוואה לנפט קונבנציונלי, ועומד על כ-1.5:1, בהשוואה ליחס של כ-20:1 בנפט קונבנציונלי. כריית פצלי שמן לצורך הפקת אנרגיה מתבצעת כדבר שבשגרה, אך מוגבלת למקומות בהם הפצלים נמצאים בשכבות שאינן עמוקות בתת-הקרקע ומאפשרים כרייה בדומה לשאר המחצבות. בישראל (במישור רותם) ובמקומות נוספים בעולם (דוגמת אסטוניה וברזיל) מתבצעת כרייה בשיטה זו, ללא חימום הקרקע.

בשנת 2016 הוערך כי כמות המרבצים העולמית של פצלי השמן עומדת על כ-6.05 טריליון חביות (962 מיליארד מטרים מעוקבים).

בארצות הברית
מאגר פצלי השמן הגדול בעולם מצוי בארצות הברית. ניסיונות לנצלו החלו בתקופת משבר האנרגיה העולמי, אך נזנחו עם סופו, וחודשו בתחילת המאה ה-21, בשל הצורך בעצמאות אנרגטית ובעקבות עליית מחיר הנפט המתמשכת.

כמות פצלי השמן באדמת ארצות הברית מספיקה כדי לענות על צורכי האנרגיה המקומיים שלה למשך שנים רבות, אך הפקתם וניצולם בהיקף רחב מחייבות התמודדות עם בעיות טכנולוגיות הקשורות למבנה הגאולוגי וזאת משום שברוב המרבצים על אדמת ארצות הברית נמצאים הפצלים בשכבות עמוקות אשר אינן מאפשרות כרייה פתוחה.

ברוב המרבצים של פצלי השמן בארצות הברית החומר האורגני בפצלים נמצא בצורת נפט לכוד ונדרש ביצוע סידוק הידראולי (Fracking) בפצלים לשם שחרור הנפט הלכוד, ולאחר מכן ביצוע קידוחים להפקתו בדומה להפקת נפט קונבנציונלית. תהליך זה מורכב ויקר יותר ופעמים רבות הופך את הכרייה ללא כדאית מבחינה כלכלית.

בשנת 2020, הפקת נפט וגז מפצלי שמן בארצות הברית התבצעה באמצעות החדרת מים וחול לתוך הסלע כק"מ מתחת לקרקע, וכך נפלטים מגוון חומרים שהיו כלואים בו ובהם נפט וגז טבעי. באופן זה, במדינת טקסס לבד מופק יותר נפט וגז לעומת הכמות שהופקה בארצות הברית כולה לפני הפעלת שיטת הקידוח החדשה.

לאחר ההפקה מפצלי השמן, ארצות הברית הפכה ליצרנית הנפט והגז הגדולה בעולם ובמקביל, הפחיתה את פליטות גזי החממה שלה.

עם גילוי האפשרות להפקת נפט באמצעות סידוק הידראולי, פסקה התלות של ארצות הברית בנפט הסעודי, והיו לכך השלכות ביחסי החוץ בין שתי המדינות אשר לכאורה מהוות שני קצוות מנוגדים באורח החיים ובאידאולוגיה, אך בשל התלות הכלכלית היו ביחסים מצוינים במשך עשרות שנים.

באסטוניה
ב-2021 תעשיית פצלי השמן באסטוניה הייתה אחראית על העסקה של 5280 אנשים וההכנסות ממכירות שנתיות עמדו על 955 מיליון יורו. באסטוניה פעילות ארבע חברות עיקריות בתחום פצלי שמן העוסקות בניצולם לייצור נפט, כימיקלים, חום, חשמל ואגרגטים. החברות האלה הן Eesti Energia (בבעלות ממשלת אסטוניה), Viru Keemia Grupp, Kiviõli Keemiatööstuse ו-Kunda Nordic Tsement. בשנת 2021 נכרו באסטוניה 9.1 מיליון טון של פצלי שמן. ייצור הנפט מפצלי שמן ומפלסטיק עמד ב-2019 על 8.3 מיליון חביות נפט במדינה. 99% מהדלקים הנוזליים המיוצרים באסטוניה מיוצאים מחוץ למדינה.

בשנת 2021 פרסמה הסוכנות האירופאית לאיכות הסביבה טבלה על איכות האוויר של 323 ערים באירופה, שלוש ערים מאסטוניה נכללות בעשרת הערים המובילות באוויר נקי. במקום השביעי בדירוג מופיע העיר נארווה, ביתם של תחנות הכוח התרמיות הגדולות באסטוניה ושל מפעלי הדלק הנוזלי Enefit-280 מפצלי שמן.

בשנת 2021 הניחה Eesti Energia, את אבן הפינה למתקן החדש עבור תעשייה כימית נייטרלית בת קיימא Enefit-282.

בגרמניה
במחוז דוטרנהאוסן (Dotternhausen) בדרום גרמניה סמוך למכרה Dormettingen של פצלי שמן נמצא מפעל מלט לייצור קלינקר ומלט בעזרת פצלי שמן. מסלע פצלי השמן מנוצל פעמיים - מינרלית ואנרגטית בהזנה לכבשן הקלינקר במתקן. גיל שכבת פצלי השמן במכרה הסמוך הוא כ-180 מיליון שנה. תעשיית המלט מאופיינת בצריכה גבוהה של אנרגיה ושל מינרלים, ועל כן ישנו יתרון גדול בשימוש בפצלי שמן כחומר מינרלי והן כחומר עם האנרגיה הטמונה בו.

במתקן מיישמים גישה מרכזית להפחתת פליטות בייצור מלט, משתמשים בשני תחליפים: סיגים ופצלי שמן. בעזרת שימוש בפצלי שמן בתהליך ייצור המלט באתר נחסכו 79,000 טון של פחמן דו-חמצני בשנת 2021.

בירדן
בשנת 2021 החלה לפעול תחנת הכוח Attarat לייצור חשמל מפצלי שמן במדינת ירדן, התחנה בעלת כושר ייצור של 554 מגה ואט מפצלי שמן. התחנה נמצאת כ-100 ק"מ מזרחית לישראל. התחנה היא התחנה הראשונה לייצור חשמל מפצלי שמן בירדן ונמצאת בבעלות משותפת של חברה מלזית(45%),סינית(45%) וחברת Eesti Energia (10%) האסטונית, נותנת הידע. תחנת הכוח צורכת כ-10 מיליון טון פצלי שמן בשנה הנכרים במכרה הסמוך לתחנת הכוח. תחנת הכוח היא בין הגדולות בירדן.

עלות הפרויקט של הקמת התחנה עמדה על 2.1 מיליארד דולר כאשר 1.6 מיליארד דולר מתוך הסכום ניתן כהלוואה על ידי שני בנקים סינים מרכזיים.

בשנת 2021 הוקם צוות מדעי מקרן התמיכה במחקר מדעי והחדשנות באוניברסיטת ירמוך בירדן שמטרתו פיתוח שווקים לשימוש באפר פצלי שמן מתחנת הכוח אטרט כחלופה לצמנט פורטלנד בחומרי בניין. המטרה של הפרויקט היא לייצר תרכובות מלט בעלות נמוכה וידידותית לסביבה בעלת תכוונת מכניות ופיזיקליות משופרות.

בסין

עיקר ניצול פצלי השמן בסין נמצא במחוז פושון במרכז המדינה. התהליך המנוצל להפקת נפט מפצלי שמן פותח בשנות העשרים של המאה העשרים, תהליך ניצול פצלי השמן להפקת הנפט נקרא תהליך פושון, המפעל מכיל 180 ראקטורים מסוג ריטורט המיועדים לניצול החומר האורגני, כל אחד מהראקטורים מעבד כ-4 טון של פצלי שמן בשעה.

העיר פושון ידועה כעשירה במשאבים מינרלים ביניהם מאגרים של נחושת, אבץ, פצלי שמן, ניוביום, טנטלום, פחם ומתכות אחרות.

בברזיל
חברת הנפט פטרוברז הייתה עד לנובמבר 2022 בעלים של הטכנולוגיה ומתקן של הפקת נפט מפצלי שמן וצמיגים. ב-1982 החלה פעילות של מתקן נסיוני, וב-1992 החלה פעילות להפקה מסחרית מאותו המתקן. כיום מפעילה החברה שני מתקני זיקוק מסוג זה תוך שימוש בטכנולוגיה פטרוסיקס (petrosix), הגדול מביניהם מעבד 260 טונות פצלי שמן לשעה ועוד 13 טון צמיגים גרוסים.
המפעל הממוקם סמוך לעיר סאו מטאוס דו סול מעבד 6,200 טון פצלי שמן ביום עם תפוקה יומית ממוצעת של 3,870 חביות נפט (כלומר,550 טון נפט, כ-11 טון פצלי שמן מייצרים 1 טון נפט), 132 טון גז דלק, 50 טון של גז פצלי שמן נוזלי ו-82 טון של גופרית.

תוצרי המתקן הם מזוט, נפטא, גז דלק, גז נוזלי וגופרית, כמו כן למוצרים לתעשיית האספלט, המלט, החקלאות והקרמיקה.

בנובמבר 2022 דווח כי החברה סיימה את המכירה של המתקן לחברה בבעלות קנדית Parana Xisto SA, במסגרת העסקה והנכסים הנלווים לה, תמורת מחיר רכישה כולל של 41.6 מיליון דולר. העסקה היא חלק מתוכנית המכירה הרחבה יותר של החברה כחלק מפתיחת מגזר פעילות הנפט של ברזיל כדי לקדם תחרותיות ושקיפות מוגברת.
החברה פיתחה תהליך לגריסה ושימוש בתכולת האנרגיה של צמיגים משומשים ובלתי שמישים, כאשר להזנה של פצלי השמן מצטרפת הזנה של צמיגים גרוסים, מה שמאפשר למחזר כ-140,000 טון גומי בשנה, שווה ערך ל-27 מיליון צמיגים.

בבריטניה
בבריטניה קיימים מרבצים של פצלי שמן ביורקשייר ובלנקשייר. הפקה נפט וגז מפצלי שמן הוא נושא שנוי במחלוקת עזה וקיימת התנגדות נרחבת של ארגוני סביבה, בהם ארגון "ידידי כדור הארץ". בנובמבר 2019 החליטה ממשלתו של בוריס ג'ונסון להפסיק לחלוטין את כל קידוח פצלי שמן ברחבי אנגליה. לטענת מאט רידלי, מתנגדי הפקת פצלי שמן בבריטניה הפיצו מידע כוזב, ונתמכו ב-95 מיליון דולר בידי רוסיה, שלה אינטרס כלכלי שבריטניה תמשיך להזדקק לאספקת גז מרוסיה.

בישראל 

עד לגילוי שדות הגז הטבעי בים ליד חופי ישראל, היו פצלי השמן משאב האנרגיה המאובן המשמעותי ביותר בישראל (כמות השווה תאורטית לכ-60 שנות צריכה לאומית, בהנחה שכל הכמות ניתנת להפקה מהסלעים).

עם הקמתו, פעל משרד התשתיות הלאומיות ליצירת תנאים שיאפשרו את ניצול הפצלים כתחליף לנפט ולפחם. הפעילות כללה הן פעולות לאיתור המחצב (פרוספקציה) והן פיתוח הטכנולוגיות לניצולו. הפרוספקציה ההתחלתית נעשתה בעיקר באמצעות המכון הגיאולוגי לישראל. לפי חוק הנפט (1952), חיפוש נפט מצריך אישור ממשרד התשתיות. על כן, בשנות ה-80 וה-90 השקיע משרד התשתיות מאמץ וסכומי כסף גדולים בבדיקה טכנו-כלכלית של ייצור חשמל מפצלי שמן. הבדיקה נעשתה באמצעות חברת פמ"א (פיתוח משאבי אנרגיה), שהקימה והפעילה מתקן פיילוט לייצור חשמל מפצלי שמן במישור רותם. חברת פמ"א נסגרה בשנת 2000 וחברת רותם אמפרט נגב המשיכה את פעילות המתקן. בשנת 2011 החליטה כימיקלים לישראל, החברה האם של רותם אמפרט, לסגור את המתקן עקב זיהום האוויר שהוא גורם וחוסר כדאיות כלכלית בהפעלתו.

בשנת 2020 הודיעה חברת רותם אמפרט נגב למשרד להגנת הסביבה על סגירת מתקן פמ"א. המפעל ייצר באמצעות שריפה ישירה של פצלי שמן קיטור תהליכי לתהליכי הייצור השונים של רותם אמפרט. החברה הודיעה כי היא משקיעה בבניית דוד קיטור חדש המבוסס על שריפת גז מחצבים במקום שריפת פצלי השמן. החברה הודיעה כי מועד סגירת המתקן לכל המאוחר עומד על 31.12.2023.

ביולי 2008, העניק הממונה על ענייני הנפט במשרד התשתיות לחברת IEI) Israel Energy Initiatives), חברה ישראלית העוסקת בפיתוח מיזם מיצוי דלקים וגז טבעי בתת-הקרקע (In Situ) מפצלי שמן, וחברת בת של חברת IDT האמריקאית, רישיון בלעדי להפקה ניסיונית של נפט מפצלי שמן באזור השפלה הדרומית. במסגרת הניסוי חברת IEI התכוונה לפעול בחבל עדולם, לייצר שם במשך 3 שנים חבית נפט אחת ביום לאחר שתת-הקרקע תחומם לכ-300 מעלות. החימום התת-קרקעי אמור היה להפוך את פצלי השמן המוצקים לנוזלים וגז.

החל משנת 2011 מחזיקה חברת Northwood Exploration Israel Ltd ברישיון רותם מזרח לפצלי שמן באזור ייעודי הסמוך לאזור התעשייה מישור רותם, בשטח כולל של למעלה מ-2,900 דונם. בשנת 2016 הוקמה על ידה שותפות רותם אנרגיה מחצבים, אשר קיבלה ממשרד האנרגיה כעבור שנתיים תעודת תגלית לפצלי השמן במישור רותם ושם השותפות מתכננת להקים את מתקן הפירוליזה למחזור והשבת אנרגיה מפסולת פלסטיק באמצעות פצלי השמן בהיקף של כ-1.35 מיליון טון פצלי שמן בשנה וכ-200,000 טון פסולת פלסטיק מדי שנה להפקת נפט ואנרגיה.

התנגדות לניסוי פצלי שמן תת-קרקעי בחבל עדולם 
החל משנת 2010 נוהל מאבק ציבורי-משפטי-תכנוני עיקש לביטול ניסוי פצלי השמן של חברת IEI - תושבים רבים המתגוררים בסמוך לאזור המיועד לניסוי בחבל עדולם פעלו יחד עם ארגונים סביבתיים, בדגש על אדם טבע ודין בכנסת, בבית המשפט העליון, במוסדות התכנון ובתקשורת.

באוגוסט 2014 פורסם כי המשרד להגנת הסביבה מתנגד לניסוי הפקת נפט מפצלי שמן בשפלה.

בסופו של דבר, המאבק הציבורי הצליח וב-3 בספטמבר 2014, ועדת התכנון של מחוז ירושלים החליטה על ביטול הניסוי.

גיאולוגיה של פצלי שמן בישראל 
עשרות תופעות של פצלי שמן התגלו עד היום בישראל, רובן ככולן בתת-הקרקע; בכמה מהן (נבי מוסא, עין-בוקק, אורון) יש גם חשיפה חלקית לפני השטח. המרבצים הראשונים שנחקרו היו אלה של נבי-מוסא (שם נעשה בעבר שימוש במסלע העשיר בחומר אורגני למטרות אנרגטיות, ביתיות) ועין-בוקק (בשנות ה-1950). מידע ראשוני אודות מרבית התופעות של פצלי השמן הידועות כיום התקבל מקידוחים שנערכו למטרות שונות (בעיקר קידוחים למים, נפט ופוספט). בשנות ה-1980 נערכו סקרים ייעודיים לפצלי שמן באתרים שונים בנגב. על פי הנתונים שנאספו עד היום, ניתן להעריך כי תופעות של פצלי שמן משתרעות (בתת הקרקע) על פני יותר מ - %15 משטחה של מדינת ישראל וכמותם (עתודות גיאולוגיות, אפשריות) גדולה מ-300 מיליארד טונות של סלע.

לעתודות פצלי השמן בישראל עשויה להיות משמעות כלכלית רבה מאוד, אפילו אסטרטגית, אם מתרגמים אותן לערכים של תוצרים אנרגטיים. ניצולם כיום בארץ מצומצם מאוד (תחנת הכוח ההדגמתית במישור רותם) ביחס לפוטנציאל המוצג כאן. שיטות ניצול מתקדמות, כולל מיצוי הדלק הנוזלי, גזיפיקציה והשבחה של החומר עם פסולת פלסטיק העשירה במימנים עשויות לקדם את הפיתוח הכלכלי. הסמיכות של פצלי השמן בחתך (במיוחד בנגב הצפוני) לשכבות הכלכליות של הפוספטים עשויה להתבטא בניצול משולב.

בירדן ובסוריה השכנות מצויים מרבצים גדולים של פצלי שמן אשר לחלקם יש תכונות דומות לאלה של פצלי השמן בישראל.

קישורים חיצוניים

 
 רמי אריאלי, אנרגיה בהיבט רב תחומי, באתר מכון ויצמן
 חוק הנפט, התשי"ב - 1952, באתר משרד התשתיות הלאומיות
 
 
 
 רב–שיח בנושא הפקת אנרגיה מפצלי שמן בחבל עדולם, כתב עת 'אקולוגיה וסביבה', מאי 2010, גיליון 2, (עמ' 65–75)

הערות שוליים

אנרגיה
סלעים
סלעי משקע
דלק מאובנים