Pissarra bituminosa

Pissarra bituminosa,^[2] licorella bituminosa^[1] o oli esquitós^[3] és un terme genèric que fa referència a roques sedimentàries de gra fi, amb prou matèria orgànica (querogen), pobra en betums -entrte un 0,5 i un 5%- i susceptible de produir hidrocarburs per piròlisi a uns 500°C.^[4][5]

Pissarra bituminosa

Pissarra bituminosa
Tipus	roques sedimentàries
Textura	fina
Color	gris, negre
Minerals essencials	principalment argiles o carbonats
Referències	[1]

Durant la piròlisi la pissarra bituminosa és escalfada entre 445 i 500 °C en absència d'aire, mentre que el querògen és convertit en petroli.

L'Administració Americana d'Informació sobre l'Energia (United States Energy Information Administration) estima les reserves mundials de pissarra bituminosa en 2,6 trilions de barrils de petroli potencialment explotables, dels quals entre 1 i 1,2 trilions als Estats Units.^[6] Tot i això, fa més d'un segle que es fan intents d'explotar aquestes reserves, i fins ara els resultats han estat mediocres.

Es pot convertir el querogen present en la pissarra bituminosa en petroli per mitjà del procés químic conegut com a piròlisi. També es pot cremar la pissarra bituminosa directament com a combustible de baixa qualitat per la creació d'energia i per la calefacció, o se la pot utilitzar com a matèria primera en la indústria química o la de materials de construcció. Estònia, el Brasil, la Xina, Alemanya i Rússia són usuaris de pissarra bituminosa avui en dia.

La pissarra deu la seva olor, que s'allibera en fregar-la, a la presència de betum. També és el betum el que li dona el seu color. Tanmateix, quan es posa les roques de pissarra bituminosa en un forn ardent, el betum es fon i les roques surten blanques.

Context geològic

Les pissarres bituminoses són roques sedimentàries riques en matèria orgànica que pertanyen al grup dels sapropels. No tenen una definició geològica concreta ni una fórmula química específica; per aquest motiu és complicat determinar els límits amb altres litologies. Les pissarres bituminoses varien considerablement en el seu contingut mineral, composició química, edat, tipus de querogen i història deposicional, i no totes les pissarres bituminoses necessàriament es classificarien com a pissarres en el sentit estricte.^[7] Segons el petròleg Adrian C. Hutton, la categoria 'pissarra bituminosa' no classifica roques des d'un punt de vista petrològic sinó econòmic. La principal característica d'aquestes roques és la baixa solubilitat en certs dissolvents orgànics i la generació de productes orgànics líquids en la descomposició tèrmica.^[7] Els geòlegs classifiquen, sovint, les pissarres bituminoses en funció de la seva composició com a pissarres riques en carbonats, pissarres silícies o carbó d'espores.^[8]

Les pissarres bituminoses difereixen de les roques orgàniques (altres fons no convencionals d'hidrocarburs com ara les sorres petrolíferes i roques dels dipòsits petrolífers), carbons húmics i lutites carbonoses. Mentre que les sorres petrolíferes provenen de la biodegradació del petroli, la calor i la pressió encara no han transformat el querogen en petroli, la qual cosa significa que la seva maduració no supera la catagènesi primerenca.^[9] Les pissarres bituminoses també difereixen de les pissarres amb contingut d'hidrocarburs, dipòsits de lutita que contenen petroli compacte que a vegades s'extreu mitjançant pous perforats. Exemples de pissarres bituminoses són la Formació Bakken, la Formació de pissarres Pierre, la Formació Niobrara i la Formació Eagle Ford.

La composició general de les pissarres bituminoses consta d'una matriu inorgànica, betum i querogen. Mentre que la part de betum de les pissarres bituminoses és soluble en sulfur de carboni, la part de querogen és insoluble en sulfur de carboni i pot contenir ferro, vanadi, níquel, molibdè i urani.^[10] Les pissarres bituminoses contenen un menor percentatge de matèria orgànica que el carbó. En les categories comercials de pissarres bituminoses, la relació de matèria orgànica a matèria mineral es situa aproximadament entre 0.75:5 i 1.5:5. Al mateix temps, la matèria orgànica en les pissarres bituminoses té una relació atòmica d'hidrogen a carboni (H/C) aproximadament de 1.2 a 1.8 vegades més baixa que per al petroli cru i aproximadament de 1.5 a 3 vegades més alta que per als carbons. Els components orgànics de les pissarres bituminoses provenen de diverses formes de vida, com ara restes d'algues, espores, pol·len, cutícules de plantes i fragments de plantes herbàcies i llenyoses, així com restes cel·lulars d'altres plantes aquàtiques i terrestres. Alguns dipòsits contenen fòssils significatius; la pedrera de Messel, a Alemanya, té l'estatus de Patrimoni de la Humanitat de la UNESCO. La matèria mineral en les pissarres bituminoses inclou diversos silicats i carbonats de gra fi.^[11] La matriu inorgànica pot contenir quars, feldespat, argila (principalment illita i clorita), carbonat (calcita i dolomita), pirita i altres minerals.^[12]

Una altra classificació, coneguda com el diagrama de van Krevelen, assigna tipus de querogen segons el contingut d'hidrogen, carboni i oxigen de la matèria orgànica original de les pissarres bituminoses. La classificació més comuna de les pissarres bituminoses, desenvolupada entre 1987 i 1991 per Adrian C. Hutton, adapta termes petrogràfics de la terminologia del carbó. Aquesta classificació designa les pissarres bituminoses com a terrestres, lacustres o marines, segons les condicions de la dipositació original.^[12] S'ha comprovat que la xarxa de classificació d'Hutton és útil per estimar el rendiment i la composició dels hidrocarburs extrets.

Història

La lutita bituminosa ha estat usada des de temps ancestrals i pot utilitzar-se directament com a combustible igual que el carbó. Els usos moderns de la lutita bituminosa per a la preparació d'oli data d'Escòcia en la dècada de 1850. En 1847, el Dr James Young va preparar oli il·luminador, lubrificant oli i cera a partir de carbó. Després es va restablir a Edimburg on es trobaven els dipòsits de lutita bituminosa. En 1850 va patentar el procés de cracking d'oli. L'oli de lutita bituminosa va ser produït en aquesta regió des de 1857 fins a 1962, quan la producció va ser cancel·lada a causa del baix cost del petroli.

Estònia primer usava lutita bituminosa com a combustible de baix-grau en 1838 després de l'intent fallit per destil·lar del material. No obstant això, no va ser explotat fins als talls de subministrament de combustible a la Segona Guerra Mundial. El mineratge va començar en 1918 i ha estat discontinu des de llavors, amb la grandària d'operacions incrementant en funció a la demanda. Dues grans estacions generadores a base de lutita bituminosa (actuant com a combustible) van ser obertes, una planta de 1400 MW en 1965 i una planta de 1600 MW en 1973. La producció de lutita bituminosa va arribar al seu punt màxim en 1960 en 31,35 milions de t. No obstant això, en 1981 el quart reactor de la planta nuclear Sosnovy Bor va obrir en la rodalia de l'óblast de Leningrad de Rússia, reduint la demanda pel material Estonià. La producció va caure gradualment fins a 1995, any des que la producció ha incrementat novament encara que només lleument. En 1999 el país va usar 11 milions de tones del material en la producció d'energia, i planegen tallar la producció primària a partir de lutita bituminosa de 62% a 47-50% en 2010.

Austràlia ha extret 4 milions de tones de lutita bituminosa entre 1862 i 1952, quan el suport del govern per la mineria del material va cessar completament. Més recentment, des de la dècada de 1970 d'ara endavant, les companyies de combustible han explorat buscant possibles reserves. Des de 1995 Southern Pacific Petroleum N.L. i Central Pacific Minerals N.L. (SPP/CPM) (unint-se un temps la companyia canadenca Suncor) ha estat estudiant el Dipòsit Stuart prop de Gladstone, Queensland, el qual té un potencial de producció de 2.600 milions de barrils de combustible. Des de juny de 2001 fins a març de 2003, 703.000 barrils d'oli, 62.860 barrils de combustible lleuger, i 88.040 barrils d'ultra-baix sulfur nafta van ser produïts de l'àrea de Gladstone. Una vegada processat fortament, l'oli produït serà apropiat per a la producció de petroli de baixa emissió.

El Brasil ha produït oli de lutita bituminosa des de 1935. Petites demostracions de plantes de producció d'oli van ser construïdes en la dècada de 1970 i 1980, amb una producció de petita escala continuant fins i tot avui dia. La Xina ha estat minant lutita bituminosa fins a un grau limitat des de la dècada de 1920 prop de Frushun, però el baix preu del cru de petroli ha mantingut els nivells de producció molt baixos. Rússia ha estat minant les seves reserves en petita escala des de la dècada de 1930.

Espanya va posar en marxa en els anys 40 a través de l'INI un projecte per a extreure petroli dels seus jaciments de lutita bituminosa dins del pla d'autarquia econòmica que regia en aquells moments, però aquest va ser cancel·lat, ja que el cost de producció era enormement desmesurat respecte al preu dels hidrocarburs en el mercat internacional.

Els Estats Units han intentat extreure lutita bituminosa a gran escala. L'oli destil·lat de la lutita era primer cremat per a propòsits d'horticultura en el segle XIX, però no va ser sinó fins al s. XX quan es van realitzar recerques més extenses i es va establir l'Oficina de Petroli Naval Reserves de Lutita Bituminosa en 1912. Les reserves es van veure com una possible font d'emergència de combustible per als militars, particularment la Marina.

Després de la Segona Guerra Mundial, el Departament de Mines dels Estats Units va obrir una mina de demostració en Punts de Treball, just a l'oest de Rifle, Colorado, que operava en petita escala. En el començament de la dècada de 1960 la TOSC (The Oil Shale Corporation, La Corporació de Lutita Bituminosa) va obrir una mina sota terra i va construir una planta experimental prop de Parachute, Colorado. Va tancar al final de la mateixa dècada perquè el cost de producció excedia el cost del petroli cru importat. No va ser sinó fins a la crisi de combustible de la dècada de 1970 i que els EUA es van transformar en una xarxa d'importació de combustible que els intents d'utilització van incrementar. Els usos militars van ser considerats menys importants mentre que l'explotació comercial va quedar en primer pla, comptant amb la inversió de diverses importants companyies. La Unocal va tornar al mateix lloc on havia treballat la TOSC. Diversos bilions de dòlars van ser gastats fins que els preus decadents del combustible van transformar l'explotació de la producció en inviable una vegada més i la Unocal es va retirar en 1991. A la fi de 2005, el president Bush va autoritzar la prospecció discreta de reserves pertanyents a la federació sota la superfície de Colorado. El govern federal és posseïdor actual del 72%  de tota la lutita bituminosa coneguda als EUA.

Consideracions ambientals

La mineria de superfície de dipòsits de lutita bituminosa té tots els efectes nocius per al medi ambient de la Mineria a cel obert. A més, el procés de pre-refinament per a obtenir oli cru genera cendres, i la roca de deixalla (un conegut cancerigen) ha de ser eliminada. La roca de lutita bituminosa s'expandeix al voltant del 30% després de ser processada a causa d'un efecte popcorn a causa de la calor; després es fa necessari desfer-se de la deixalla. El procés de lutita bituminosa també requereix aigua, que podria ser un subministrament molt escàs.

La demanda d'energia producte d'explotar, transportar, trencar, escalfar el material i després agregar hidrogen, amb la segura disposició de materials de rebuig, és llarga. Aquestes ineficiències, juntament amb el cost mediambiental de recuperació, significa que l'explotació de lutita bituminosa només seria econòmica quan els preus d'oli estan alts (i les projeccions indiquen que seguirà així).

Actualment, el procés in-situ és la proposició més atractiu a causa de la reducció en els problemes estàndard de superfície mediambientals. No obstant això, els processos in-situ inclouen possibles costos no menyspreables a éssers aqüífers, especialment perquè els mètodes in-situ actuals requereixen cuirassament amb gel o altres formes de barreres per a restringir el fluid de l'oli obtingut en aqüífers d'aigua subterrània.