PRN - Cap 1 - Resurse naturale Surse şi resurse de energie Rezerve mondiale

5. Calculul de rezistenţă al preîncălzitorului

Capitolul 1

Resurse naturale. Surse şi resurse de energie.

Rezerve mondiale.

1.1. Surse şi resurse de energie

Sursa principală de energie pe Pământ este Soarele. În urma reacţiilor de

fuziune nucleară ce se produc pe Soare, acesta iradiază pe suprafaţa globului

pământesc o cantitate imensă de energie. Potrivit unor calcule făcute recent,

densitatea fluxului radiant la suprafaţa atmosferei pământului, numită deseori şi

constantă solară, constituie 1,357 kW/m2 [1]. Ca rezultat al acţiunii Soarelui, pe

Pământ iau naştere diverse forme şi purtători de energie.

Prin purtător de energie se înţelege fluxul material care poate acumula,

transmite şi ceda energie în urma unor transformări de stare. Drept exemplu de

purtători de energie pot servi combustibilii, aburul, apa fierbinte, aerul comprimat

etc.

Pentru a preciza mai exact „furnizorul” de energie şi modalitatea de

exploatare tehnologică, purtătorii de energie pot fi surse şi resurse de energie.

Sursele de energie se împart în inepuizabile care se regenerează cel puţin în ritmul

în care pot fi consumate şi epuizabile care se regenereaza lent (combustibilii

clasici) sau deloc (uraniul, toriul). Datorită caracterului de regenerare sursele

inepuizabile de energie sunt definite şi drept surse regenerabile, iar cele epuizabile

surse neregenerabile. Sursele regenerabile de energie includ radiaţia solară, apele

geotermale, mareele, reacţiile nucleare şi termonucleare. La rândul său, radiaţia

solară se manifestă prin mai multe forme de energie: eoliană, hidraulică, energia

biomasei, valurilor maritime şi termice ale oceanelor. Sursele regenerabile de

energie se caracterizează prin cantitatea lor practic inepuizabilă şi printr-un impact

relativ mic pe care îl au asupra mediului ambiant.

Sursele de energie, respectiv resursele de energie, oferă un potenţial energetic

exploatabil. În cazul resurselor, acest potenţial se găseşte înmagazinat într-o

anumită substanţă chimică şi este exploatabil prin extracţia acestei substanţe şi

conversia energiei sale chimice. În cazul surselor, potenţialul energetic se află într-

o faza mai „avansată” de utilizare, fiind exploatabil ca atare sau printr-un număr

redus de transformări energetice.

Resursele de energie se împart în primare şi secundare. Prin resurse de

energie primare se subînţeleg acele resurse de energie care sunt extrase sau

recuperate direct din natură. În general, energia primară nu este folosită. Ea este

introdusă într-un proces de conversie din care rezultă energia secundară sub formă

de combustibil, carburanţi, energie termică, electrică şi mecanică. La rândul său,

resursele primare se împart în convenţionale (sau clasice) şi neconvenţionale.

PROTECŢIA RESURSELOR NATURALE

6

Resursele convenţionale sunt identificate, disponibile şi exploatabile prin

tehnologii cunoscute sau în curs de a fi aplicate. Cele neconvenţionale sunt

caracterizate prin existenţa şi utilizarea posibilă, în timp ce pentru extracţia şi

tratarea lor se cer alte tehnologii decât cele obişnuite în prezent. Dintre resurse,

principalul rol în aprovizionarea cu energie electrică şi termică îl va asigura

combustibilii fosili.

Elementele chimice şi mineralele „furnizoare” de energie se găsesc în cantităţi

uriaşe pe glob. Dar, din punct de vedere energetic, numai o mică parte din aceste

cantităţi reprezintă resurse energetice, iar una şi mai mică - rezerve.

Astfel, drept rezerve sunt considerate acele cantităţi care întrunesc o condiţie

esenţială de ordin geologic: să se găsească într-o anumită concentraţie. Deci,

pentru resursele energetice şi mai cu seamă pentru cele minerale, concentraţia este

elementul hotărâtor, exprimând însăşi energia înmagazinată natural, adică tocmai

potenţialul energetic. Dar, alături de concentraţie, mai trebuie luaţi în considerare şi

factorii de ordin tehnic şi economic, gradul de cunoaştere, rentabilitatea etc. Din punctul de vedere al cunoaşterii, resursele energetice pot fi identificate şi

neidentificate. Resursele energetice neidentificate se împart în previzibile, dacă

sunt situate în zone cunoscute, dar insuficient exploatate, şi ipotetice, dacă sunt

situate în zone încă necercetate.

Resursele identificate se împart în exploatabile, cunoscute şi sub numele de

rezerve, şi condiţionale sau inexploatabile în condiţiile tehnice şi economice

actuale. Rezervele pot fi certe sau probabile.

1.2. Noţiunea de combustibil. Clasificarea combustibililor

În prezent, necesarul de energie termică şi electrică utilizat de omenire în

industrie şi economia casnică este obţinut, aproape exclusiv, prin arderea

combustibililor, adică printr-un proces chimic de oxidare a substanţelor

combustibile. Procesele chimice care se desfăşoară cu degajare de căldură şi

lumină sunt procese de ardere. Toate celelalte procese care nu satisfac aceste

condiţii se consideră drept procese de oxidare.

Prin combustibil se înţelege orice substanţă chimică care reacţionând cu

oxigenul din aerul atmosferic produce prin ardere căldură utilizabilă avantajos din

punct de vedere tehnico-economic [2]. Substanţele combustibile trebuie să

satisfacă anumite condiţii şi anume:

Să se găsească într-o cantitate suficient de mare, iar caracteristicile fizico-

chimice să fie cât mai stabile în timp ;

Cheltuielile legate de exploatarea şi transportarea substanţei combustibile să fie

mici pentru ca preţul de cost al combustibilului să fie cât mai scăzut ;

Emanările de oxizi nocivi NOx, CO, SO2 şi SO3 generaţi în procesul de ardere

al substanţei combustibile trebuie să aibe un impact redus asupra mediului

ambiant ;

Produsele arderii să fie uşor extrase din focar ;

Resurse naturale. Surse şi resurse de energie. Rezerve mondiale.

7

Să nu aibă utilizare superioară în alte ramuri ale economiei, cum sunt, de

exemplu, hidrocarburile petroliere în industria chimică.

Combustibilii se pot clasifica după mai multe criterii luate în vedere. După

starea lor de agregare, se disting combustibili solizi, lichizi şi gazoşi. În funcţie de

provenienţă, aceştia pot fi naturali, artificiali şi sintetici. Combustibilii artificiali

sunt de fapt combustibili naturali supuşi unui proces de înnobilare, de îmbunătăţire

a caracteristicilor lor, iar cei sintetici sunt fabricaţi pentru a substitui combustibilii

naturali. La rândul lor, combustibilii naturali se împart în organici şi anorganici

(de exemplu, combustibilul nuclear).

În tabelul 1.1 se prezintă consideraţii generale asupra combustibililor. Tabelul 1.1.

Clasificarea principalilor combustibili

Starea de

agregare

Provenienţa

naturală artificială

Solidă

Paie, lemn, turbă, cărbune

brun, huilă, antracit,

şisturi bituminoase

Cocs, semicocs, petrococs,

mangal, termoantracit, brichete,

peleţi, etc.

Lichidă Petrol (ţiţei) Păcură, benzină, motorină, gaz

lampant, benzen, alcool, etc.

Gazoasă Gaze naturale, gaze de

sondă, gaze asociate

Gaze de furnal, gaze de iluminat,

gaze de rafinărie, gaz de gazogen,

gaz de cocs, etc.

După modul de utilizare, combustibilii pot fi energetici şi tehnologici. Prin

combustibil energetic se înţelege combustibilul natural care se arde în instalaţiile

de cazane ale centralelor termice şi termoelectrice în scopul obţinerii energiei

termice şi electrice, precum şi în camerele de ardere ale motoarelor cu ardere

internă, instalaţiilor de turbine cu gaze şi motoarelor cu reacţie. Combustibilii

tehnologici sunt combustibilii care se ard în cuptoarele industriale de încălzire şi de

topire, în instalaţiile de uscare sau sunt transformaţi prin prelucrare chimică în

diferiţi combustibili artificiali (cocs, semicocs, gaz de gazogen etc.). În ultimul

timp, a luat amploare metoda complexă de utilizare a combustibilului ce constă în

prelucrarea preliminară a acestuia (cărbune şi şisturi bituminoase) în instalaţii

tehnologice speciale în scopul obţinerii semicocsului şi uleiului de şisturi ce se

utilizează mai apoi în calitate de combustibili energetici respectiv a gazului folosit

ca materie primă în industria chimică sau în calitate de combustibil în instalaţiile

de turbine cu gaze.

Calitatea combustibilului se apreciază, în mod obişniut, prin puterea calorifică

inferioară raportată la masa sa reală r

iQ , adică prin căldura dezvoltată la arderea

completă a unităţii de combustibil şi prin răcirea produselor de ardere până la

temperatura de referinţă fără considerarea căldurii de vaporizare a umidităţii

combustibilului şi apei provenite din ardere. Din punctul de vedere al calităţii sale,

combustibilii se împart în : speriori kgMJQr

i /20 , de calitate medie

kgMJQr

i /20...5,12 şi inferiori kgMJQr

i /5,12 [3].


8

1.3. Rezerve mondiale de combustibili fosili. Structura producţiei şi consumului de resurse energetice primare la nivel mondial

La etapa actuală de dezvoltare a societăţii umane, producerea energiei este

strâns corelată cu valorificarea resurselor convenţionale existente, îndeosebi a

zăcămintelor de combustibili fosili (cărbune, ţiţei, gaze naturale, şisturi

bituminoase şi nisipuri asfaltice) şi nucleari. De mai bine de două secole,

combustibilii fosili au servit şi continuă să servească şi astăzi drept bază pentru

dezvoltarea energeticii moderne, asigurând industrializarea şi progresul tehnico-

stiintific al omenirii. Producerea de energie se impune ca o condiţie esenţială a

evoluţiei civilizaţiei.

Astazi, mai bine de 80 % din cererea mondială de energie este satisfacută prin

arderea combustibililor fosili [1]. Folosirea acestui tip de combustibil la scară

industrială se datorează în mare parte puterii calorifice inferioare mari precum şi a

posibilităţilor de stocare în cantităţile necesare corespunzător procesului de ardere

la locul şi în timpul preconizat.

1.3.1. Combustibilii solizi

Cel mai important combustibil solid este cărbunele. Reprezintă un mineral

complex cunoscut încă din antichitate, dar care a început să fie exploatat mult mai

târziu, abia în secolul al XI-lea. Prima încercare serioasă de folosire a huilei ca

sursă energetică pentru topirea fierului a fost facută de fierarul englez Dudly, în

secolul al XVII-lea. Un nou progres în folosirea industrială a cărbunelui l-a

constituit descoperirea avantajelor căldurii degajate la arderea huilei şi construirea

primului cuptor, în 1760, de John Smeaton. Crearea maşinii cu abur, în 1769, de

către James Watt a condus la folosirea masivă a cărbunelui atât în metalurgia

feroaselor, cât şi în transportul naval şi feroviar. Pentru aceasta, însă, era necesară

dezvoltarea unei puternice industrii de extractie şi prelucrare a cărbunelui. Astfel,

începând cu secolul al XIX-lea, cărbunele s-a transformat într-o sursă de energie de

mare importanţă, pe care s-a axat dezvoltarea industrială şi progresul social şi

economic al epocii. Cărbunele a stat la baza dezvoltării unui şir întreg de ţări ca

Marea Britanie, Franţa, Germania, S.U.A. şi Rusia, ţări care au dezvoltat tehnologii

de conversie a energiei.

Valorificarea cărbunelui ca resursă energetică în termocentrale şi îndeosebi ca

materie primă în siderurgie şi industria chimică a făcut ca la începutul secolului al

XX-lea ponderea cărbunelui în balanţa energetică globală să constituie cca 90 %.

A doua jumatate a secolului al XX-lea a fost marcat de creşterea importanţei

hidrocarburilor şi a hidroenergeticii, iar în anii 60-80 şi a energeticii nucleare, fapt

ce a redus treptat ponderea cărbunelui în balanţa energetică, fără a se diminua însă

volumul producţiei. În prezent, cărbunele deţine un rol dominant în siderurgie ca

element principal la obţinerea cocsului necesar fabricării fontei şi oţelului şi în

producerea de energie electrică, prin ardere în centrale termoelectrice. Cărbunele

este folosit astăzi pe scară largă la obţinerea unor produse petrochimice precum


9

gudronul şi derivaţii săi, benzenul, toluenul şi xilenul, care stau la baza industriei

solvenţilor, cauciucului sintetic, explozivelor, produselor farmaceutice,

detergenţilor etc.

Cu toate că originea cărbunelui este una vegetală, nu toate zăcămintele de

acest gen s-au format în acelaşi timp, în aceeaşi epocă şi în condiţii similare.

Există, deci, mai multe tipuri de cărbune, în funcţie de materia vegetală din care s-

au constituit, de procesul acţiunii bacteriene, de presiunea şi temperatura la care au

fost expuse rocile sedimentare, precum şi de mişcările tectonice ulterioare din

scoarţa Pământului. Altfel spus, după gradul de fosilizare la care a ajuns, se

deosebesc următoarele tipuri de cărbune:

grafitul, fiind o formă cristalină de cărbune, nu conţine substanţe volatile şi nu

are structură fibroasă ;

antracitul are o putere calorifică ridicată

kgMJQ 3533inf şi un

conţinut ridicat de carbon %5,925,89 iC . Este folosit, în special, în

industria chimică şi în marile centrale termoelectrice. Exploatarea se face din

mari bazine carbonifere ale lumii: Donbass (Ukraina), Ruhr (Germania),

Appalachian (S.U.A.) ;

huila are puterea calorifică inferioară destul de ridicată

kgMJQ 5,3329inf şi un conţinut de carbon de %9075iC . Se

utilizează, în principal, în industria cocsului şi în producţia de gaze. Este

raspândit în bazine de mari proporţii din Rusia (Kansk Acinsk, Kuzbass),

Ukraina (Donbass), Kazahstan (Karaganda, Ekibastuz), S.U.A. (Appalachian,

Middle West, West (Muntii Stâncoşi)), Franţa (Lorena, Nord-Pas de Calais,

Centre-Midi), Polonia (Silezia superioară, Silezia inferioară, Lublin) etc. Huila,

împreună cu antracitul, constituie cca 75 % din rezervele mondiale de cărbune;

cărbunele brun are puterea calorifică inferioară ridicată

kgMJQ 2917inf şi un conţinut de carbon de %7565iC . Este

folosit, îndeosebi, în industria chimică si în termocentrale, iar în urma unor

prelucrări speciale, la obţinerea cocsului. Este răspândit, în special, în

Germania, Polonia, Cehia, Rusia şi S.U.A;

lignitul are puterea calorifică inferioară

kgMJQ 1711inf şi un conţinut

de carbon de %6530iC . Este considerat principala sursă de cărbune

energetic. Se află în faza iniţială a exploatării, apreciindu-se că ar exista mari

rezerve în Europa, Asia, America de Nord şi Africa;

turba, considerată fie biomasa cu o mare vechime, fie cărbune foarte tânar, are

puterea calorifică inferioară de 12,5 MJ/kg. În prezent este utilizată rar pe plan

mondial, fiind exploatată, în principal, în Rusia, Irlanda şi Finlanda.


10

Dimensiunile zăcămintelor de cărbune sunt doar un prim indicativ al

importanţei acestor resurse. Pentru stabilirea valorii energetice reale ale acestora,

trebuie să se ţină seama de posibilităţile de extracţie şi utilizare, care depind de o

serie de caracteristici calitative: de zăcământ, petrografice, fizice, chimice, a căror

varietate este mare, datorită varietăţii cărbunilor. Astfel, grosimea şi adâncimea la

care se găsesc straturile de cărbune influenţează direct activitatea de exploatare a

cărbunelui. Exploatarea la mare adâncime necesită rezolvari tehnice impuse de

presiunea rocilor, temperatura şi umiditatea în spaţiile de muncă, precum şi

afluenţa de metan, care în cele din urmă determină investiţii mari. Unele mine, cum

sunt cele din bazinele Ruhr-ului şi din Marea Britanie, sunt situate la adâncimi de

aproximativ 1000 m.

Urmărind evoluţia consumului mondial de cărbune, se poate observa că cel

mai mare consum se constată tocmai în ţările producătoare, ponderea consumului

mondial bazat pe schimbul internaţional fiind scăzută. Conform estimărilor C.M.E.

[1], în anul 2005, producţia globală de cărbune a constituit 5 901,5 milioane de

tone, din care lignit 871,9 milioane de tone. Cu excepţia Japoniei, principalii

consumatori sunt şi cei mai mari producători, primele 10 state fiind în ordine:

China (37,1 % din producţia mondială), S.U.A. (17,6 %), India (7,3 %), Australia

(6,4 %), Federaţia Rusă (5,1 %), Africa de Sud (4,2 %), Germania (3,4 %), Polonia

(2,7 %), Indonezia (2,6 %), Kazakhstan (1,5 %). În figura 1.1 este reprezentată

producţia mondială de cărbune, corespunzător anului 2005.

2190

1038.6

428.4 378.8299.3 245 202.8 159.5 152.2

86.6

0

500

1000

1500

2000

2500

mili

oa

ne ton

e

Chin

a

SU

A

India

Aust

ralia

Rusi

a

Afr

ica d

e S

ud

Germ

ania

Polo

noa

Indone

zia

Kaza

khsta

n

Prin estimările făcute de C.M.E., rezervele mondiale certe de cărbune sunt

evaluate, la sfârsitul anului 2005, la 847,5 miliarde tone, din care 61,5 miliarde

tone sau 6,8 % sunt de calitate inferioară [1]. Dacă s-ar lua în consideraţie atât

zăcămintele aflate la mari adâncimi, cât si noile zăcăminte de cărbune, detectate în

ţările din Asia, volumul total al rezervelor mondiale explotabile ar fi dublu, ceea ce

ar satisface necesităţile de energie ale omenirii pentru circa 400 de ani de acum

înainte, pentru un consum de cărbune corespunzător celui actual.

Cel mai important combustibil solid este cărbunele. Reprezintă un mineral

complex cunoscut încă din antichitate, dar care a început să fie exploatat mult mai

Fig. 1.1. Producţia mondială de cărbune (la nivelul anului 2005).


11

târziu, abia în secolul al XI-lea. Prima încercare serioasă de folosire a huilei ca

sursă energetică pentru topirea fierului a fost facută de fierarul englez Dudly, în

secolul al XVII-lea. Un nou progres în folosirea industrială a cărbunelui l-a

constituit descoperirea avantajelor căldurii degajate la arderea huilei şi construirea

primului cuptor înalt, în 1760, de John Smeaton. Crearea maşinii cu abur, în 1769,

de către James Watt a condus la folosirea masivă a cărbunelui atât în metalurgia

feroaselor, cât şi în transportul naval şi feroviar acţionat de maşina de abur. Pentru

aceasta, însă, era necesară dezvoltarea unei puternice industrii de extracţie şi

prelucrare a cărbunelui. Astfel, începând cu secolul al XIX-lea, cărbunele s-a

transformat într-o sursă de energie de mare importanţă vitală, pe care s-a axat

dezvoltarea industrială şi progresul social şi economic al epocii. Cărbunele a stat la

baza dezvoltării unui şir întreg de ţări ca Marea Britanie, Franţa, Germania, S.U.A.

şi Rusia, ţări care au dezvoltat tehnologii de conversie a energiei.

Potrivit estimărilor făcute de C.M.E. la sfârşitul anului 2005, un număr mic de

state ale lumii mai dispuneau de zăcăminte însemnate de cărbune [1]. Cele mai

mari rezerve dovedite de cărbune din lume se găsesc în S.U.A., circa 242,7

miliarde tone sau 28,64 % din totalul mondial, urmată în ordine descrescătoare de

Rusia (18,53 %), China (13,51 %), Australia (9,04 %), India (6,67 %), Africa de

Sud (5,66 %), Ucraina (4,00 %), Kazahstan (3,69 %), Serbia (1,64 %) şi Polonia

(0,89 %). Aşadar, circa 61 % din totalul mondial al zăcămintelor de cărbune se

găsesc pe teritoriul a trei state: S.U.A., Rusia şi China. În fig.1.2 sunt reprezentate

rezervele mondiale certe de cărbune, în primele 10 state, la sfârşitul anului 2005.

242.7

157

114.5

76.6

56.548

33.9 31.3

13.9 7.5

0

50

100

150

200

250

mili

ard

e to

ne

SU

A

RU

SIA

CH

INA

AU

ST

RA

LIA

IND

IA

AF

RIC

A D

E

SU

D

UC

RA

INA

KA

ZA

KH

ST

AN

SE

RB

IA

PO

LO

NIA

Deşi rezervele de cărbune sunt comparabil mai mari decât a celorlalţi

combustibili fosili, e greu totuşi de imaginat, în viitorul apropiat, o energetică

modernă bazată pe cărbune sau un mijloc de transport al sec. XXI alimentat cu

cărbune, luând în considerare toate problemele asociate de extracţia, tratarea,

transportul şi utilizarea acestuia.

Valorile mari ale producţiei de cărbune şi a rezervelor terestre, mărturisesc

elocvent despre existenţa unui grad ridicat al înzestrării cu resurse de cărbune pe

plan mondial, considerabil superior celui al înzestrării cu alte resurse energetice.

Fig. 1.2. Rezervele dovedite de cărbune, în primele 10 state [1].


12

Ca urmare, în viitorul apropiat se aşteaptă o puternică „revenire”a cărbunelui. Este

vorba, fireşte, de o revenire pe noi principii, ale cărei premise tehnologice le

constituie posibilităţile superioare de prelucrare a cărbunilor prin chimizare sau

chiar şi în faza de exploatare. Astfel, se apreciază dezvoltarea previzibilă a unor

tehnologii care să permită gazeificarea cărbunilor în „situ”, adică tocmai în

zăcământ. Instalaţiile de acest tip pompează în zăcământ aer sub presiune şi scot la

suprafaţă gaze încălzite. Având o putere calorifică inferioară de 10-12 MJ/kg,

gazele extrase pot fi folosite pentru producerea de energie electrică. În felul acesta

se înlătură o bună parte din deficienţele tehnice întâlnite la lucrările de extracţie la

mari adâncimi, condiţiile dificile de muncă, deteriorarea mediului ambiant în cazul

exploatării la suprafaţă, eliminarea poluării datorită conţinutului ridicat de sulf al

cărbunilor etc.

1.3.2. Combustibilii lichizi

Existenţa petrolului a fost semnalată de omenire cu mai bine de cinci mii de

ani î.e.n., dar exploatarea lui industrială a început abia în anul 1860 când cu un an

mai înainte „colonelul” Edwin-Drake descoperă ţiţeiul la Titusville, Pennsylvania,

şi este inventat procedeul de separare a petrolului lampant. După 1900, o etapă

importantă o constituie folosirea produselor petroliere la motoarele cu ardere

internă, fapt ce a dus la dezvoltarea extrem de rapidă a unor tehnologii de extracţie

şi prelucrare a produselor petroliere bine puse la punct, a capacităţilor de rafinare şi

de transport.

În acelaşi timp, distanţele mari dintre ţările consumatoare şi zonele cu resurse

petroliere, au determinat perfecţionarea şi crearea unor mijloace de transport de

mare capacitate, precum şi o luptă acerbă pentru acapararea persoanelor bogate şi

menţinerea influenţei economice şi politice în ţările bogate în ţiţei.

Petrolul este cea mai solicitată sursă energetică din 1950 încoace. Oricum,

importanţa petrolului pentru economia modernă nu se reduce numai la faptul că

acesta a devenit principalul combustibil energetic, folosit în centralele

termoelectrice ci şi în transport. Gazele lichefiate provenite din petrol (butanul,

propanul si alţi derivaţi din ţiţei) sunt folosite pe scară largă ca materie primă

pentru o gamă largă de substanţe ale chimiei fibrelor sintetice, chimiei maselor

plastice, petrochimiei şi ale altor industrii (produse farmaceutice, adezivi,

coloranţi, vopsele, pesticide, fertilizanţi etc.). Ţiteiul se situează pe primul loc între

mărfurile ce formează obiectul schimburilor comerciale internaţionale, iar

transportul naval al petrolului a ajuns să reprezinte o pondere de peste 50 % din

întregul comerţ maritim internaţional. Transportul naval al ţiţeiului este asigurat de

o flotă considerabilă, a cărei capacitate constituie cca 40 % din tonajul flotei

comerciale mondiale, terestre şi submarine, cu toate că transportul petrolului se

face şi printr-o reţea de conducte cu lungimea totală de peste 300 mii km.

Dezvoltarea pe parcursul timpului a unor tehnologii bazate pe folosirea

prioritară a produselor petroliere este o consecinţă firească a marilor avantaje

oferite de către acesta. Suveran între combustibili, materie primă râvnită şi

răsfăţată pentru sectoarele de vârf ale industriei moderne, omniprezent în viaţa de


13

toate zilele a omului, important factor al prosperităţii popoarelor, „aurul negru”

domină cu autoritate economia şi civilizaţia europeană [4].

Există mai multe tipuri de petrol ce se deosebesc între ele datorită condiţiilor

geologice de formare şi înmagazinare (stocare). Astfel, dacă se are în vedere

densitatea petrolului, acesta poate fi : foarte uşor (730 – 820 kg/m3) şi greu (910 –

1040 kg/m3), iar dacă se ia în consideraţie compoziţia chimică, întâlnim: parafinic,

naftenic, aromatic şi asfaltic.

Ţiteiul se extrage astăzi în peste 80 de ţări ale lumii. Cea mai mare parte a

producţiei mondiale de ţiţei este concentrată în mâinile a unui număr mic de ţări,

principalele fiind în ordine: ţările integrate în OPEC (Organization of the

Petroleum Exporting Countries – Organizaţia Ţărilor Exportatoare de Petrol) cu

aproape 45 % din volumul producţiei mondiale, C.S.I. cu 14,8 %, S.U.A. cu 8 %,

Mexic cu 4,8 % şi Canada cu 3,7 %. În total, aceste ţări extrag 76,3 % din volumul

producţiei mondiale de ţiţei, care la nivelul anului 2005 a constituit 3 897,6

milioane de tone [1]. În fig.1.3 se prezintă producţia mondială de ţiţei, în anul

2005.

526.2

470.2

313.3

204.9 187.1 180.8154.7 143.2 138.2 130.1

0

100

200

300

400

500

600

mili

oa

ne ton

e

Ara

bia

Saud

ita

Rusi

a

SU

A

Iran

Mexi

c

Chin

a

Venezuela

Canada

Norv

egia

Kuw

ait

Geografic, cele mai importante exploatări petroliere actuale se găsesc în:

Golful Persic, Marea Caraibilor, Marea Nordului, Marea Caspică, mările

arhipelagului indonezian, Oceanul Arctic (Alaska), precum şi în unele regiuni ale

uscatului din S.U.A., Rusia, Canada etc. O presupusă repartiţie geografică a

rezervelor mondiale dovedite de petrol inclusiv zăcăminte de NGL (gaz natural

lichefiat) indică (în %): Orientul Apropiat (60,72), Africa (10,55), America de Sud

(8,95), America de Nord (4,96), Europa (7,83), Asia (6,82), Oceania (0,17) [1].

Concentrarea a peste 60 % din rezervele mondiale dovedite pe numai 0,5 % din

suprafaţa terestră, în zăcăminte extraordinar de productive, la un cost de extracţie

foarte scăzut în comparaţie cu celelalte zone din lume, face din Orientul Apropiat o

zonă extrem de profitabilă din acest punct de vedere.

Cele mai bogate resurse de petrol convenţional, care au un rol deosebit de

important în comerţul internaţional, sunt pe teritoriul unui mic număr de state (în

%): Arabia Saudită (21,64), Iran (10,86), Irak (9,69), Kuwait (8,57), Emiratele

Arabe Unite (7,86), Venezuela (7,06), Rusia (6,28), Libia (3,35), Kazakhstan

Fig. 1.3. Producţia de ţiţei la nivelul anului 2005 [1].


14

(3,14), S.U.A. (2,31). În fig.1.4 se reprezintă rezervele mondiale dovedite de ţiţei,

în primele 10 state, la sfârsitul anului 2005. 34.6

17.315.5

13.712.6

11.310

5.4 53.7

0

5

10

15

20

25

30

35

mili

ard

e to

ne

Ara

bia

Saud

ita

Iran

Irak

Kuw

ait

Em

irate

le

Ara

be U

nite

Venezuela

Rusi

a

Lib

ia

Kaza

khsta

n

SU

A

Răspândirea neuniformă a ţiţeiului faţă de necesităţi a creat condiţii

geopolitice specifice pentru aprovizionarea cu această resursă.

Cele mai importante ţări exportatoare de ţiţei din lume sunt ţările integrate în

OPEC (Algeria, Arabia Saudită, Ecuador, Emiratele Arabe Unite, Gabon,

Indonezia, Irak, Iran, Kuwait, Libia, Marea Britanie, Nigeria, Olanda, Qatar şi

Venezuela). Dar principalele zone exportatoare de ţiţei ale lumii nu corespund

decât în parte cu cele producătoare. De asemenea, principalele zone importatoare

nu corespund cu zonele consumatoare. Astfel, S.U.A., unul din marii producători

de ţiţei ai lumii (313,3 milioane tone sau 8 %), este în acelaşi timp şi un mare

consumator (773,4 milioane tone sau 20,8 % din consumul modial apreciat la

3725,5 milioane tone) şi importator (460,1 milioane tone), iar Rusia, unul din marii

producători (470,2 milioane tone sau 12,1 %) prezintă un important consum (200

milioane tone sau 5,4 %), este şi una din cele mai importante zone exportatoare

(270,2 milioane tone) [1].

Neconcordanţa sensibilă între actualele zone de producţie şi cele de consum

determină ca peste 30 % din producţia mondială de petrol să intre anual în

comerţul internaţional. Dacă se iau în consideraţie şi schimburile cu produsele

petroliere, proporţia se ridică la peste 60 %. Oricum, în prezent, aproape 120 de ţări

ale lumii sunt importatoare nete de petrol, adică depind economic de

aprovizionarea cu ţiţei din exterior.

Deşi comerţul mondial cu ţiţei este reglementat prin acorduri semnate între

ţări şi companii, implicaţiile politice sunt atât de frecvente încât se poate afirma cu

certitudine că petrolul constituie în zilele noastre un produs strategic. Conflictele

desfăşurate în Golful Persic de la 1970 încoace au fost cauza unor tensiuni

internaţionale foarte încordate, inclusiv conflictul armat recent cu Irakul, unde

stabilitatea nu este restabilită nici chiar în zilele noastre.

Fig. 1.4. Rezervele dovedite de ţiţei, în primele 10 state [1].


15

În perspectivă, mari speranţe se pun pe seama forajelor submarine şi pe

obţinerea la scară largă a produselor petroliere din exploatarea intensivă a

resurselor de şisturi bituminoase şi nisipuri asfaltice. Cheltuielile de producţie vor

creşte evident, fapt ce va determina o continuă ascensiune a preţului de cost al

petrolului şi a produselor acestuia.

Ţiţeiurile se împart în convenţionale şi neconvenţionale, dintre care numai

primele sunt astăzi exploatate, pe când celelalte sunt o posibilitate importantă a

viitorului. La sfârşitul anului 2005, rezervele mondiale dovedite de petrol, inclusiv

zăcămintele de gaz natural lichefiat (NGL), au fost evaluate la circa 160 mlrd. tone

[1], urmând ca în ritmul previzibil de creştere a consumului să acopere necesităţile

omenirii pe o perioadă de cel puţin 50 de ani.

Fireşte, sunt posibile noi descoperiri geologice. Din fericire, până în prezent,

rata de creştere a descoperirii de noi zăcăminte petroliere a depăşit-o pe cea a

creşterii consumului.

1.3.3. Combustibilii gazoşi

Deşi gazele naturale sunt cunoscute încă din antichitate (în China, de

exemplu, ele erau cunoscute cu mai bine de o mie de ani î.e.n.), identificarea lor a

fost făcută abia acum 100 ani în S.U.A., iar mai târziu şi în alte regiuni ale lumii.

Gazele naturale se caracterizează printr-o căldură de ardere cuprinsă între 30,6 şi

36,9 MJ/m3N şi reprezintă ultima resursă energetică primară intrată în ciclul de

folosire. Ele au fost îndelung timp folosite doar în câteva ţări ale lumii, în

principal, în S.U.A., Rusia şi România.

În funcţie de proprietăţile fizico-chimice, gazele naturale pot fi:

metan, un amestec de hidrocarburi cu puterea calorifică inferioară raportată la

masa anhidră cuprinsă între 31,7 şi 41,6 MJ/m3

N şi care depinde de puritatea

lui. Se găseşte la adâncimi de 400-4000 m, uneori găsindu-se mai aproape de

suprafaţă ;

gazul de sondă, un amestec de hidrocarburi cu un conţinut bogat de butan şi

propan, având puterea calorifică inferioară raportată la masa anhidră de circa

54,5 MJ/m3

N. Se formează alături de zăcămintele de petrol, contribuind prin

presiunea proprie la extragerea ţiţeiului.

Gazele extrase sunt supuse apoi unui proces de degazolinare prin care se

urmăreşte curăţarea de hidrocarburile grele şi de impurităţile nocive, cum ar fi

sulful. Procesul de curăţare constă în absorbţia hidrocarburilor de către uleiul care

circulă în sens invers în turnul de absorbţie. În partea superioară a turnului se

obţine metanul şi gazele sărace, iar în partea lui inferioară - componenţii grei

absorbiţi de ulei. Alt procedeu de prelucrare a gazelor este cel al recuperării

criogenice prin care curentul de gaze este supus unor operaţii succesive de răcire şi

de separare a gazelor condensate din care ulterior se obţine metanul şi restul

fracţiilor de hidrocarburi. Instalaţiile de prelucrare folosite sunt, în general,

costisitoare.

Cea mai importantă zonă de extragere a gazelor naturale din lume este, fireşte,

cea a Rusiei, de unde ele sunt transportate în ţările C.S.I. şi Uniunea Europeană


16

prin conducte magistrale. Alte zone importante bogate în gaze naturale sunt cele

situate în Marea Nordului şi exploatate de Norvegia, Marea Britanie şi Olanda

(câmpurile de exploatare din provincia Groningue), cele din zona asiatică,

exploatate de Indonezia şi Malaysia – principalii furnizori de gaze ai Japoniei,

zăcămintele de gaze din Afganistan şi Iran, zăcămintele de gaze din Africa, cele

mai importante fiiind cantonate în Algeria şi Libia de unde gazele sunt transportate

în Spania, Italia, Franţa şi în alte ţări ale Uniunii Europene prin gazoducte

submarine, care traversează strâmtoarea Gibraltar şi insula Sicilia.

Prezenţa în subsolul pământului a unor mari cantităţi de gaze naturale nu a

fost prevăzută iniţial. De aceea, descoperirile de zăcăminte importante care s-au

succedat după cel de-al doilea razboi mondial în multe regiuni ale lumii,

independent de zăcămintele de ţiţei, au fost neaşteptate.

Rezervele mondiale certe de gaze naturale sunt evaluate în prezent la circa

176 462 mlrd. m3 [1], repartizate geografic astfel (în %): Orientul Apropiat (40,69),

Europa (30,34), Asia (11,88), Africa (7,96), America de Nord (4,83), America de

Sud (3,62), Oceania (0,68). Aproape 73 % din rezervele mondiale de gaze naturale

sunt cantonate în două mari regiuni: Orientul Apropiat şi ţările integrate în C.S.I.

Se poate spune, deci, că distribuţia geopolitică a rezervelor de gaze naturale este

practic similară cu cea a petrolului. Ţările integrate în OPEC deţin aproape 50 %

din rezervele mondiale de gaze naturale faţă de 75 % din rezervele de petrol, pe

când ţările C.S.I., dimpotrivă, 33 % din rezervele de gaze naturale şi 10 % din

rezervele de petrol. În fig.1.5 se reprezintă rezervele mondiale certe de gaze

naturale pe continente la sfârşitul anului 2005.

71795

53534

20695

14052

85176386

1213

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

mili

ard

e m

3

Orien

tul

Apro

pia

t

Euro

pa

Asi

a

Afr

ica

Am

erica

de

Nord

Am

erica

de

Sud

Oce

ania

La nivelul anului 1950, ponderea gazelor naturale în acoperirea consumului

mondial de energie a constituit aproximativ 10 %. Ulterior, ca urmare a extinderii

sferei de utilizare şi a descoperirii posibilităţilor de chimizare pe care le oferă

producţia, consumul de gaze naturale a luat o amploare deosebită. În perioada

1996-2005, producţia de gaze naturale a crescut cu 22,6 %, constituind astăzi

3540,7 miliarde m3 sau 19,1 % din balanţa mondială a energiei [1]. Creşterea

Fig. 1.5. Rezervele certe de gaze naturale pe continente [1].


17

anuală a producţiei, respectiv a consumului de gaze naturale, a înregistrat în

această perioadă 2,52 % - valoare medie pentru combustibilii fosili. În fig.1.6 se

reprezintă producţia mondială de gaze naturale, în primele 10 state, la nivelul

anului 2005.

669645

219.1192.8

152.9130.8

93.3 89 81.4 77.5

0

100

200

300

400

500

600

700

milia

rde m

3

Ru

sia

SU

A

Can

ad

a

Alg

eria

Iran

Norv

eg

ia

Mare

a B

rita

nie

Indo

ne

zia

Ara

bia

Sau

dita

Ola

nda

Cele mai mari producătoare de gaze naturale din lume sunt ţările integrate în

NAFTA (S.U.A., Mexic şi Canada), care produc la ora actuală 25,8 % din totalul

producţiei mondiale. Urmează apoi ţările C.S.I., în special, Rusia, Turkmenistan şi

Uzbekistan cu o pondere de 22,4 %.

Printre marii producători de gaze naturale se numără [1]: Rusia (18,9 % din

totalul producţiei mondiale), S.U.A. (18,2 %), Canada (6,2 %), Algeria (5,4 %),

Iran (4,3 %), Norvegia (3,7 %), Marea Britanie (2,6 %), Indonezia (2,5 %), Arabia

Saudită (2,3 %) şi Olanda (2,2 %).

1.3.4. Ṣisturile bituminoase şi nisipurile asfaltice

Larg răspândite, dar mai puţin valorificate, pe plan mondial, şisturile

bituminoase şi nisipurile asfaltice conţin de la 18 până la 26 % hidrocarburi, pentru

extragerea cărora se aplică procedee speciale de distilare. Deşi prelucrarea

şisturilor bituminoase este cunoscută încă din prima jumătate a secolului al XIX-

lea, folosirea lor la scară industrială a început abia în ultimele decenii ale secolului

al XX-lea când s-au construit mari uzine în Estonia, Canada, Suedia, Japonia,

S.U.A. şi Brazilia.

Şisturile bituminoase şi nisipurile asfaltice fac parte din categoria ţiţeiurilor

neconvenţionale. Şisturile bituminoase reprezintă roci sedimentare, carbonate,

considerate rocile-mamă ale ţiţeiului şi care conţin kerogen, o substanţă

intermediară între cărbuni şi ţiţei, deci ar fi un ţiţei în curs de formare geologică.

Conţinutul lor în bitum (termen preferabil aceluia de ţiţei provenit din

zăcămintele convenţionale) este foarte variabil, între 50 l/t şi 500 l/t sau chiar mai

mult. Se consideră că nivelul minimum pentru o exploatare favorabilă este 35-40

l/t de şist, cu grosimi ale straturilor de cel puţin 3 m.

Fig. 1.6. Producţia de gaze naturale la nivelul anului 2005.


18

Rezervele mondiale certe şi probabile de şisturi bituminoase sunt estimate în

prezent la circa 408,6 miliarde tone [1]. Importante rezerve de şisturi bituminoase

se găsesc în S.U.A., circa 301,6 miliarde tone sau 73,8 % din totalul mondial,

Rusia (35,5 miliarde tone sau 8,7 %), Kongo (14,3 miliarde tone sau 3,5 %),

Brazilia (11,7 miliarde tone sau 2,9 %), Maroc (8,2 miliarde tone sau 2 %),

Iordania (5,2 miliarde tone sau 1,3 %), Australia (4,5 miliarde tone sau 1,1 %) şi

China (2,3 miliarde tone sau 0,6 %). Prin valorificarea acestor rezerve, unele ţări ca

Brazilia, Suedia, Thailanda, Estonia, Germania şi altele care nu dispun de rezerve

importante de petrol si gaze naturale pot să-şi asigure un volum considerabil de

hidrocarburi.

Rezervele mondiale certe de bitum din nisipuri asfaltice şi ţiţeiuri grele sunt

estimate astăzi la aproximativ 393 miliarde m3, respectiv 365 miliarde m

3, iar cele

posibile la circa 128 miliarde m3 respectiv 30 miliarde m

3, alcătuind în total 916

miliarde m3 [1]. Cele mai mari zăcăminte de bitum în nisipuri asfaltice sunt

cantonate în Canada (269 miliarde m3 sau 68,5 %), Kazakhstan (67 miliarde m

3 sau

17 %), Rusia (47 miliarde m3 sau 12 %) şi SUA (6 miliarde m3 sau 1,5 %), iar de

ţiţei greu în Venezuela (359 miliarde m3 sau 98,4 %) şi Marea Britanie (1,9

miliarde m3 sau 0,5 %). Exploatarea zăcămintelor de nisipuri asfaltice şi ţiţei greu

se face în Canada (Alberta), S.U.A. (California) şi alte state.

1.3.5. Combustibilii nucleari

Pe măsura epuizării combustibililor fosili, o pondere tot mai mare în balanţa

resurselor energetice primare o vor avea combustibilii nucleari: izotopii de uraniu

235U şi 238U şi izotopul de plutoniu 239Pu. Sub acţiunea neutronilor are loc

descompunerea nucleelor acestor elemente grele şi eliminarea unei cantităţi

apreciabile de energie sub formă de căldură necesară producerii aburului. Cel mai

des se utilizează izotopul 235U care se descompune uşor sub acţiunea neutronilor

termici lenţi. Izotopul de uraniu 238U şi produsul sau 239Pu se folosesc mai rar (în

instalaţii speciale). Cu toată dezvoltarea deosebită a energeticii nucleare, în balanţa

energetică mondială, producerea energiei termice este bazată, aproape 70-80 %, pe

arderea combustibililor organici.

Urmărind evoluţia producţiei şi implicit a consumului de resurse energetice

primare în lume (tabelul 1.2), se poate constata că civilizaţia modernă este

structurată practic pe o singură sursă de energie primară şi anume pe petrol, care

este mai uşor de exploatat şi de transportat decât ceilalţi combustibili fosili. Dacă

în anul 1860, considerat anul când începe organizarea industriei petroliere,

cantitatea de petrol extrasă în întreaga lume se ridica la 0,071 milioane tone, în

1900 - la 19,857 milioane tone iar în anul 1996 ea a atins 3 431 milioane tone, ceea

ce reprezinta o creştere de 173 ori numai în secolul al XX-lea.


19

Tabelul 1.2.

Evoluţia producţiei mondiale de resurse energetice primare [3,4]

Structura

producţiei

1996 2005

Creşterea ,

%

Rata medie a

creşterii

anuale, % EJ

*

Ponderea,

% EJ

Ponderea,

%

Cărbune 93,53 24,2 121,6 23,8 30 3,33

Petrol 143,65 37,2 164,9 32,2 14,8 1,64

Gaze

naturale 79,8 20,6 97,8 19,1 22,6 2,52

Energie

nucleară 26,08 6,7 29,2 5,7 1,8 0,2

Energie

hidraulică

şi

geotermală

10,81 2,8 11 2,1 1,8 0,2

Biomasă 32,78 8,5 87 17 165,4 18,4

Energie

eoliană şi

solară

- - 0,5 0,1 - -

Total 386,65 100 512 100 32,4 3,6

Analiza evoluţiei producţiei mondiale de resurse energetice primare, în

perioada 1996-2005, permite tragerea următoarele concluzii:

Ritmul de creştere a producţiei a înregistrat o pronunţată scădere, valoarea

medie anuală fiind de 3,6 %. Pe parcursul celor 9 ani, producţia de resurse

energetice primare în lume a crescut numai cu 32,4 % ;

Deşi ponderea petrolului în balanţa mondială a energiei a scăzut de la 37,2 %

în anul 1996 la 32,2 % în anul 2005, totuşi el a rămas principala sursă de

energie. În acest interval de timp, producţia de ţiţei a crescut cu numai 14,8 %,

* 1 EJ = exajoule şi reprezintă 10

18 J


20

iar rata medie anuală de creştere a fost de 1,64 % constituind cea mai scăzută

valoare dintre toate resursele energetice fosile ;

Gazele naturale au devenit o sursă principală de energie. Ponderea lor în

balanţa mondială a energiei a scăzut nesemnificativ, de la 20,6 % în 1996 la

19,1 % în anul 2005. În acest interval de timp, producţia de gaze naturale a

înregistrat o creştere de 22,6 % ;

În perioada analizată, ponderea energiei nucleare în balanţa mondială de

resurse energetice a scăzut uşor, de la 6,7 % în anul 1996 la 5,7 % în anul

2005. Deşi creşterea, în acest interval de timp, a fost de 12 %, cu un ritm anual

de 1,33 %, rolul energiei nucleare în balanţa de energie a lumii se menţine la

un nivel încă relativ scăzut ;

În perioada analizată, s-au înregistrat importante creşteri ale producţiei de

resurse regenerabile, în special, biomasa; ponderea acesteia în balanţa

mondială a crescut de la 8,5 % în 1996 la 17 % în anul 2005, înregistrând o

rata medie anuala de crestere de 18,4 %.

Evident, crizele energetice declanşate în anii 1974 şi 1982 au oferit omenirii

posibilitatea de a evalua rolul şi locul combustibililor fosili în dezvoltarea

societatii, de a aborda cu seriozitate problema economisirii energiei şi a

combustibililor si de a conştientiza impactul puternic pe care-l are arderea

combustibililor fosili asupra mediului ambiant, care până nu de mult nici nu se lua

în considerare. Procesul de ardere a combustibilului fosil este însoţit de emisii

cosiderabile de dioxid de carbon (CO2), dioxid de sulf (SO2), oxizi de azot (NOx),

alte gaze cu efect de seră şi particule solide poluante, care au dus la poluarea

mediului înconjurător şi la schimbarea climei pe planetă.

Documents

PRN - Cap 1 - Resurse naturale Surse şi resurse de energie Rezerve mondiale