01.01.2014 Нефть и будущее
Британское Королевское общество продолжает исследовать перспективы современного социума, стоящего на распутье. В прошлый раз (см. «Химию и жизнь», 2013, № 12) рассуждения о доступных человечеству материалах привели к выводу, что нужно кардинально менять отношение к понятию экономического роста. А в январском номере «Philosophical Transaction A» (2014, 372, 2006) речь шла о самом главном — снабжении общества энергией.
Сукцессия
Термин, вынесенный в подзаголовок, обозначает последовательную и необратимую смену биоценозов в живой природе. В соответствии с концепций, разработанной русскими экологами В.Н.Сукачевым и С.М.Разумовским, такая смена ведет к закономерному результату — созданию устойчивого сообщества организмов, у которого нет внутренних причин для изменения; все потоки вещества и энергии в нем замкнуты. Такое состояние называется климаксом. Есть мнение, что дремучий темный еловый лес в средней полосе — это и есть климакс лесной экосистемы; сколько органического вещества в нем образуется при фотосинтезе, столько и разлагается в результате совокупного дыхания всего сообщества. Поток солнечной энергии (или поток углекислого газа, если от энергии перейти к материи) проходит через это сообщество, нигде не накапливаясь. Иначе обстоит дело в молодой системе: там при фотосинтезе углекислого газа (и соответственно энергии) фиксируется больше, чем расходуется при дыхании; запасы органического вещества увеличиваются, растет биомасса, как количественно, так и качественно, — за счет биоразнообразия. До климакса, впрочем, дело может и не дойти, если процесс прервется пожаром или ураганом. Тогда возникшую пустошь заселят виды-пионеры, и сукцессия начнется сначала.
Как считает географ Дэвид Мэрфи из Северного университета Иллинойса («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0126), эти же соображения вполне применимы к человеческому обществу. Имея возможность извлекать все больше и больше энергии, оно развивается, увеличивая уровень своей социальной и технологической сложности. При этом возрастает энергия, которую надо тратить на своего рода метаболизм цивилизации — поддержание всей этой сложности: ремонт дорог, мостов, эксплуатацию электростанций, содержание непроизводственных секторов вроде науки и культуры, здравоохранения, социального страхования и т. д. И однажды может так сложиться, что на развитие энергии не останется. Общество войдет в стабильное состояние застоя, соответствующее климаксу экосистемы. Если же количество энергии, которой располагает общество, сокращается, какие-то его компоненты начинают деградировать и отмирать: биоразнообразие падает. Для предотвращения деградации и преодоления застоя требуется или новый источник энергии, или перестройка метаболизма цивилизации.
В отличие от природной экосистемы, человеческое общество может находить новые источники энергии, и это случалось не раз. Известны три важнейших энергетических события, обеспечивших развитие цивилизации. Первым можно назвать приручение огня, которое позволило сократить затраты энергии на переваривание пищи — в приготовленном виде она легче усваивается, на противостояние холоду и на изготовление орудий. Второе — изобретение сельского хозяйства, зеленая революция неолита, давшая надежный и обильный источник пищи и сократившая затраты энергии на ее поиски. Третье — использование ископаемого топлива, что обеспечило независимость от продуктивности природных экосистем и дало начало промышленной революции.
Век нефти
Внутри трех больших периодов — «огонь» — «сельское хозяйство» — «ископаемое топливо» есть и более мелкие деления. Так, третий период можно разделить на две части: с конца XVIII века основным топливом был уголь, однако примерно в середине XX века первую роль стала играть нефть. В 2010 году в глобальном энергетическом балансе на нее приходилось 32,3%, на уголь —27,7%, газ — 23,3% (остальное не так значимо: 9,9% — дрова и кизяки, 5,7 — ядерная энергия, 2,3 — гидроэнергия, 0,5% — жидкое биотопливо и 0,4% — Солнце с ветром). При этом 95% топлива для транспорта делают из нефти.
Рост ВВП неизбежно требует увеличения расхода энергии (David J. Murphy. The implications of the declining energy return on investment of oil production, «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0126)
Потребление нефти растет очень быстро. С 1988 по 2012 год ее добыли столько же, сколько за все предыдущее время. А за всю свою историю человечество выкачало из земных недр 1,248 трлн. баррелей нефти (баррель — это бочка объемом 42 американских галлона, или примерно 159 литров). В 2012 году каждый человек потребил 2,5 бочки, причем распределение по странам показывает значительную диспропорцию: в странах Организации экономического сотрудничества и развития (это 18% населения планеты и 60% глобального ВВП) на каждого жителя пришлось 14 бочек, а лидеры, американцы, сожгли по 25 бочек. Очевидно, эту диспропорцию исправить нельзя в принципе: сейчас потребление всех горючих жидкостей составляет 31,2 млрд. баррелей в год и если бы каждому из 7 млрд. жителей Земли выдать по 14 бочек, то потребление выросло бы почти в три раза, до 98 млрд. баррелей в год, или 268 млн. в день. При этом оптимисты надеются, что при благоприятных условиях мы сможем в 2030 году осилить максимум 113 млн. баррелей нефти в день (сегодня ежедневное потребление составляет 91 млн. баррелей всех горючих жидкостей, а на сырую нефть из них приходится примерно 85 млн.). Пессимисты же упрекают их в излишней мечтательности и отмечают, что нынешний уровень — предел, а дальше будет только снижение, тем более что этот уровень стабильно держится уже восемь лет. Так мы подошли к проблеме пика нефтедобычи.
Судьба месторождения
Вопрос «когда кончится нефть?» волнует экспертов не одно десятилетие. Внятного ответа как не было, так и нет: предсказание «нефть кончится через тридцать лет» регулярно появляется вот уже полвека, однако она не кончается, а даже наоборот.
Впервые о пике добычи заговорил Марион Кинг Хуберт из исследовательской лаборатории компании «Шелл» в Хьюстоне. В 1956 году он опубликовал статью о перспективах ядерной энергетики в связи с исчерпанием запасов нефти и ввел понятие «пик нефтедобычи», который еще называют хубертовским пиком. Проанализировав данные о работе американских месторождений, о темпах открытия новых запасов и о потреблении нефтепродуктов, он предсказал, что пик американской добычи будет пройден между 1965 и 1970 годом.
Предсказание сбылось, отчего Хуберт и стал знаменитостью. Прохождение пика сопровождалось серьезными неприятностями, поскольку в 1973 году случилось арабское нефтяное эмбарго для стран, поддерживающих Израиль, а в 1979 году иранская революция еще усилила проблемы на рынке нефти. Итогом стал затяжной экономический кризис, выйти из которого помогли решительные преобразования, предпринятые в США Рональдом Рейганом (в Великобритании — Маргарет Тэтчер), и крах СССР.
Однако последующие события показали, что расчеты Хуберта слишком схематичны и не учитывают научно-технический прогресс: с 90-х годов в США начался рост нефтедобычи. Он был связан с появлением новых технологий: сначала добычи на глубоководных участках шельфа, потом разработки сланцевой нефти, а также канадских тяжелых углеводородов. Сейчас американская нефтедобыча уверенно движется к своему второму пику, и день, когда США превратятся из импортера в экспортера нефти, по мнению некоторых экспертов, не за горами. (Другие, впрочем, указывают, что потенциал широко разрекламированной сланцевой нефти для этого слишком мал.) Наличие такого второго пика позволяет оптимистам утверждать, что за ним, по мере появления соответствующих методов, может последовать и третий, и четвертый, отчего вся проблема исчерпания нефти выглядит надуманной.
Прежде чем перейти к разговору о том, сколько же нефти осталось в земных недрах, посмотрим вместе с сотрудниками компании «Бритиш петролеум» («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120320; doi: 10.1098/rsta.2012.0320) на судьбу нефтяного месторождения.
Нефть добывают на нефтяных полях. Сейчас известно от 45 до 70 тысяч таких полей. При этом 25 сверхгигантских полей обеспечивают четверть мировой добычи (самое большое поле Гавар в Саудовской Аравии дает 7%). Еще одна четверть приходится на несколько сотен полей с запасами более 500 млн. баррелей. Очевидно, что сейчас все имеющиеся на планете гигантские поля уже найдены, если только они есть в Антарктиде или Арктике, где условия и для геологоразведки и для добычи гораздо хуже, чем в Техасе или на Аравийском полуострове. Это означает: открытия новых месторождений с годами дают все меньшую прибавку к оценкам запасов. Сами же запасы неизбежно тают, причем значительная часть переходит со временем в разряд неизвлекаемых при современном уровне цен и технологии.
После того как из разведочной скважины забил нефтяной фонтан, к нему подтягивают нефтепроводы и начинают промышленное бурение, которое дает быстрый рост добычи. Он продолжается от трех до десяти лет. Затем добыча достигает пика и может два-три года держаться на одном уровне — продолжительность зависит от скорости падения давления в пласте. Когда оно падает до критического уровня, добыча начинает снижаться, причем медленнее, чем росла, — по 10—15% в год от пиковой добычи. Такая первичная эксплуатация выбирает 10—30% запаса нефти в пласте. На следующем этапе в пласт начинают закачивать воду: создавая давление, она повышает отдачу нефти. В результате удается выкачать уже 30—50% запаса. После нового исчерпания начинается третий этап эксплуатации, когда нефтяникам приходится идти на дополнительные затраты: добавлять в воду поверхностно-активные вещества, закачивать в пласт газ или создавать его на месте с помощью бактерий, нагревать нефть. Порой удается таким способом довести извлечение до 70—80%, но пользуются этими методами редко из-за проблем с рентабельностью: сейчас такая «третичная» нефть дает 1,5% мировой добычи. Обычно же месторождение консервируют, оставив в нем 65% запасов.
Со сланцевой нефтью ситуация хуже: у нее добыча не растет, пик приходится на самое начало. Поэтому исчерпание происходит быстрее, а сам гидроразрыв существенно затрудняет доступ к оставшимся запасам, это не исчерпание давления в пласте, а его разрушение; неочевидно, что когда-нибудь такие запасы удастся извлечь. Быстрое исчерпание сланцевой нефти ведет к увеличению затрат — приходится бурить больше скважин и строить протяженные нефтепроводы, а ложатся эти затраты на меньший объем нефти.
Мы на плато?
Подобный сценарий — быстрый рост, прохождение пика, медленное падение — можно применить и к отдельной скважине, и к нефтяному полю, и ко всей глобальной нефтедобыче. Его и учитывают при оценке запасов. Вообще, с этими оценками история весьма запутанная. Например, в 1920 году американцы оценивали свои запасы в 7 млрд. баррелей, однако к 1950 году они выкачали из недр 35 млрд. баррелей и еще предположительно оставалось 28 млрд. К 2011 году было добыто уже 243 млрд. баррелей, а подтвержденные извлекаемые запасы остались все на том же уровне в 30 млрд. баррелей.
После быстрого роста, добыча сырой нефти и газоконденсатных жидкостей в 2005 году вышла на плато (Richard G. Miller, Steven R. Sorrell. The future of oil supply, «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130179;http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0179)
Компания «Бритиш петролеум» в 2011 году оценивала глобальные извлекаемые запасы нефти в 1,26 трлн. баррелей плюс 169 млрд. — нефть из канадских песков и 220 млрд. — сверхтяжелая венесуэльская нефть. Потенциал же увеличения запасов, по мнению аналитиков компании, составлял 2,49 трлн. баррелей, что подразумевает как находку новых месторождений, так и переоценку имеющихся с учетом технологических возможностей, которые появятся в будущем. Кстати, такая переоценка стала решающим фактором увеличения нефтяных запасов: в период с 2000 по 2007 год в среднем находили по 15 млрд. баррелей новой нефти и 33 млрд. переоцененной в год. Рост же потребления уже в 1985 году превысил скорость открытия новых месторождений, которая как раз к 1980 году упала до нынешнего уровня. Поэтому если переоценка имеет под собой техническое основание, получается, что запасы у нас растут быстрее их исчерпания, но, если тут имеют место идеология и приписки, тогда ситуация гораздо печальнее. Всего же, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2012 году все запасы жидких углеводородов составляли 7,12 трлн. баррелей. При этом технически возможно извлечь 2,25 трлн. сырой нефти, 1,88 трлн. тяжелой нефти и битума из песков, 1,07 трлн. керогена и 0,24 трлн. сланцевой нефти.
Горючие жидкости
Сырая нефть — гетерогенная смесь углеводородов, которая остается жидкой после из- влечения на поверхность. В зависимости от плотности различают легкую нефть — 650— 870 кг/м3, среднюю — 871—910 кг/ м3 и тяжелую — 920—1050 кг/м3. Нефть образуется из запертого в коллекторе органического вещества, оказавшегося под нагревом до 70—110оС. При большем нагреве длинные углеродные цепочки разрушаются и получаются низкомолекулярные углеводороды.
Конденсат — очень легкая, летучая жидкость, которая конденсируется из газа, когда он остывает, достигнув поверхности земли. Как правило, она неотделима от сырой нефти.
Газоконденсатные жидкости, жирный газ — эти понятия подразумевают неметановую фракцию природного газа — от этана до пентана. Она либо представляет собой жидкость (пентан) при нормальных условиях, либо легко в нее превращается при увеличении давления.
Сверхтяжелая нефть обладает плотностью больше 1000 кг/м3. Сейчас ее добывают главным образом в бассейне Ориноко (Венесуэла). Из-за высокой вязкости ее трудно извлекать и перекачивать по трубам, поэтому для облегчения добычи применяют разные методы, например добавляя растворитель.
Битуминозные пески (см. «Химию и жизнь», 2013, № 12) — расположенные недалеко от поверхности породы, содержащие песок, глину, воду и битум, который еще плотнее и менее вязок, чем сверхтяжелая нефть. Битум получается в результате деградации поверхностных залежей нефти, которая потеряла легкую фракцию из-за испарения, вымывания грунтовыми водами или разложения бактериями. Добывают открытым способом, отмывают битум и превращают его в синтетическую нефть для перекачки по трубопроводам. Основное месторождение — в канадском штате Альберта.
Сланцевая нефть — легкая нефть, добываемая гидроразрывом из сланцевых или карбонатных пород с очень низкой проницаемостью пласта. Сейчас ее основные источники — месторождения Баккен (Монтана, Северная Дакота) и Игл Форд (Южный Техас).
Керогеновая нефть — нефть, полученная из керогена, органического вещества, запертого в дисперсных в осадочных породах. Кероген добывают шахтным способом, отделяют от породы, долго греют, собирая испарившееся вещество, и превращают в нефть. Есть идея нагревать непосредственно внутри земли, однако промышленных методов пока нет из-за высокой стоимости. Одно из крупных месторождений такого вида расположено в Израиле.
Синтетическое топливо из газа — превращение метана в высокомолекулярные углеводороды, при этом чаше всего используют процесс Фишера — Тропша. Метод дает качественное жидкое топливо без вредных примесей, таких, как сера.
Синтетическое топливо из угля получается либо пиролизом угля, что дает малый выход, либо его газификацией и последующим превращением в жидкость в процессе Фишера — Тропша.
Биотопливо — жидкое топливо, полученное из растений, прежде всего этиловый спирт из сахара или крахмала и биодизель из масла. Биотоплива второго поколения, которые не должны конкурировать за пахотные площади с продуктами питания, планируют получать из водорослей и древесины. Возможно, из древесины также будут получать бутиловый спирт.
Отнюдь не по всем нетрадиционным видам нефти специалисты согласны между собой. Например, некоторые считают, что кероген вообще никогда не удастся использовать, а это 19% запасов. Другие же отмечают, что извлечь удастся лишь шестую часть оцененных агентством запасов, или 1,2 трлн. баррелей. То есть ровно столько, сколько мы извлекли за всю историю нефтедобычи. А так как половину из них, то есть 0,6 трлн., выкачали всего за четверть века — с 1988 по 2012 год, — получается, что нефти при нынешнем темпе добычи в принципе к 2060 году не останется. Впрочем, так далеко эксперты не заглядывают, сосредоточившись на периоде до 2030 года.
Памятуя о том, что предсказание будущего нефтедобычи — дело неблагодарное, все они признают, что пик когда-нибудь случится и спор между оптимистами и пессимистами идет лишь о сроках его прохождения. При этом все исходят из одних и тех же чисел. Главные среди них — соотношение между скоростью роста потребления и скоростью увеличения запасов. При прогнозе потребления в 2030 году на уровне 113 млн. баррелей в день (это значение дает оптимистический сценарий выхода из мирового экономического кризиса с последующим умеренным ростом) и при нынешнем потреблении 91 млн. баррелей в день получается, что ежегодный рост добычи должен составлять 1,2 млн. баррелей в день, или 1,4% от нынешней добычи. В то же время, по оценкам МЭА, к 2030 году добыча сырой нефти из уже открытых традиционных источников сократится с 68,5 млн. баррелей в день в 2011 году до 26 млн. в 2035-м. Компенсация этого падения требует вводить каждый год новые мощности объемом 3 млн. баррелей в день, а для запланированного роста потребуется 4,2 млн. баррелей в день. Для сравнения: Иран обещает после снятия санкций в течение года повысить добычу с 1 до 3,5 млн. баррелей в день и потом довести ее до 4 млн. баррелей. Таким образом, для обеспечения роста нужно каждый год расконсервировать запасы двух Иранов или каждые три года находить одну новую Саудовскую Аравию.
Понимая бесперспективность подобных мечтаний, оптимисты — американские аналитики Питер Джексон и Лета Смит из компании IHS (Information Handling Services, то есть Служба обработки информации), ведущей самую подробную базу данных о месторождениях нефти и газа («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120491. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0491), уповают на новые методы разведки и добычи, которые позволят увеличить добычу на действующих месторождениях и открыть новые. В результате добыча нефти из традиционных источников не только не упадет, а даже подрастет к 2020 году. Газоконденсатные жидкости, битуминозные пески, сланцевая нефть и жидкое биотопливо обеспечат рост потребления: ежегодная прибавка от них вплоть до 2030 года составит около 1 млн. баррелей в день. Остальные 2—3,5 млн. баррелей в день надо, видимо, добирать из вновь разведанных или переоцененных традиционных источников.
Уверенность американских аналитиков в том, что нефтедобыча из традиционных источников вышла не на пик, а на плато, базируется скорее на идеологических соображениях: высокие цены нефти, а по прогнозу, слегка упав в 2014 году, они снова будут выше ста долларов за баррель после 2015 года, стимулируют, во-первых, нефтеразведку, а во-вторых, применение дорогих методов извлечения дополнительной нефти из оскудевших месторождений. Эта же высокая цена позволяет разрабатывать и малорентабельные новые источники вроде глубоководного шельфа, северных территорий и всех нетрадиционных источников. Перспектив же снижения цены не видно: восстановление экономики после кризиса вызовет рост потребности в нефти, а дешевых ее источников не осталось.
Авторы статьи отмечают, что пятилетие высоких цен на нефть пока не ускорило сколько-нибудь заметно открытие новых месторождений, но полагают, что стагнация вскоре закончится. Правда, ввод в эксплуатацию дорогих источников нефти потребует немалых затрат капитала: вместо 1,2 трлн. долларов в 2012 году придется уже в 2016-м потратить 1,6 трлн. долларов, или 220% от стоимости работ в 2006 году. Что касается маловеров, которые увидели в стабилизации добычи сырой нефти и газоконденсатных жидкостей (скорость роста с 1995 по 2005-й была 1,5% в год, а сейчас 0,3%) свидетельство долгожданного пика Хуберта и даже указали на его прохождение в 2008 году, — они не туда смотрят. Высокие цены подтолкнули рост общей добычи горючих жидкостей, и она скакнула в 2012 году до 91 млн. баррелей в день, подтвердив принципы рыночной экономики. Хотя, конечно, это произошло благодаря сланцевой и другой нетрадиционной нефти — добыча сырой нефти и газоконденсатных жидкостей сохранилась на прежнем уровне 85 млн.
Мы на пике?
Вообще-то уже сам факт стремительного роста затрат на поддержание нефтедобычи в статье американских аналитиков делает прогнозы менее оптимистичными. Однако британцы Ричард Миллер и Стивен Соррель из Энергетической группы Сассекского университета («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130179; http://dx.doi.org/10.1098/ rsta.2013.0179) решили детально разобраться с возможными источниками роста. По их мнению, нет никаких оснований думать, что темпы открытия новых полей или вовлечения в оборот использованных сохранятся. Ведь никуда не деться от факта, что основные месторождения уже выбраны на те 30%, которые соответствуют пику нефтедобычи. А все технические приемы позволяют лишь замедлить скорость падения, но никак не вернуть пиковую производительность. Поэтому, по их мнению, нефтедобыча из традиционных источников в глобальном масштабе начнет снижаться раньше, чем наступит 2020 год.
Надежды на газоконденсатные жидкости и жирный сланцевый газ (которые, согласно прогнозу, составят в 2030 году 19% добычи всех горючих жидкостей) могут также оказаться излишне радужными даже не потому, что перспективы добычи переоценены. Количество энергии в бочке такой жидкости на треть меньше, чем в бочке нефти. Надежды на сланцевую нефть могут не оправдаться в принципе, поскольку ее запасы невелики, лишь 10% от запасов сырой нефти, да и месторождение истощается очень быстро. Битуминозные пески даже при благоприятном развитии ситуации дадут в 2030 году лишь 5 млн. баррелей в день, то есть не более 6% от потребности в этом году. Что же касается синтетического жидкого топлива из газа и угля, в также биотоплива, то они требуют таких затрат энергии, что выгода неочевидна, — эти проекты могут держаться только за счет дотаций либо в критических условиях, например эмбарго на поставку нефтепродуктов как в нацистской Германии или в ЮАР времен апартеида.
Результаты расчета экономической модели. Сплошная линия — базовый сценарий, пунктир — разные уровни эластичности спроса на нефть. Показаны изменения перечисленных показателей в процентах к исходному значению через 5—20 лет после нефтяного шока (Michael Kumhof, Dirk Muir. Oil and the world economy: some possible futures. «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120327; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0327)
В общем, нетрадиционные источники горючих жидкостей дадут в 2030 году лишь 11—15 млн. баррелей в день, что в сумме с надежно оцененными 26 млн. баррелями от существующих месторождений обеспечивает 37—41 млн. баррелей, или примерно треть от тех 113 млн. баррелей, что заложены в план. Остальные две трети оптимисты покрывают надеждами на лучшее будущее. При этом в расчет не берутся политические неприятности вроде войн, революций и разного рода эмбарго в отношении нефтедобывающих стран.
Почем дровишки?
Двукратное увеличение расходов за десять лет на извлечение нефти может быть связано с еще одним крайне неприятным для сторонников нетрадиционной добычи обстоятельством. Точнее, с индексом, называемым по-английски EROI (energy return on investment) — отношение энергии извлеченного топлива к той энергии, что нужно затратить на его извлечение и транспортировку к месту переработки. Эту проблему подробно обсуждает уже упомянутый Дэвид Мэрфи.
Идея считать такой показатель возникла у американского эколога Чарльза Холла, когда он в 1968—1971 годах изучал миграцию рыб в одной из речушек Северной Каролины. Он заметил, что чем крупнее рыба, тем с большей вероятностью она весной движется вверх по течению, затрачивая при этом немало энергии в отличие от мелких рыб, плывущих по течению. Холл объяснил это так: да, рыба тратит много энергии, но она попадает в место, богатое пищей, и восстанавливает энергию с лихвой, которой хватает на рост и размножение. А вот мелкой рыбе так делать невыгодно — она затратит слишком много энергии на плавание и не сможет ее компенсировать.
Эту же идею можно применить к экономике, более того, уже не один раз предлагали оценивать результаты производственной деятельности именно в натуральных, энергетических единицах, а не в денежных, ценность которых весьма условна («Химия и жизнь» подобные статьи публиковала, и их легко найти в электронном архиве журнала). В США эту идею в 1974 году предложил к обсуждению Питер Чапман, главный редактор журнала «Energy Policy», а поводом послужило пресловутое арабское эмбарго. В том же году конгресс США одобрил предложение использовать энергетические оценки для проектов в энергетике. Увы, в 1979 году грянула иранская революция, и Рональд Рейган запретил любые новые механизмы регулирования, выгода от которых для общества неочевидна. Лишь в 2005 году идею снова стали обсуждать, на сей раз в связи с эффективностью биотоплива. Тем не менее исследователи продолжали работать, и в 1981 голу тот же Чарльз Холл, проанализировав эффективность американской энергетики, ввел термин EROI. Когда же возникла озабоченность глобальным потеплением, выяснилось: этот показатель тесно связан с оценками выбросов углекислого газа при выборе альтернативных путей развития энергетики, что привлекло к нему внимание.
Рассчитывать его нелегко. Тем не менее, по имеющимся оценкам, глобальный EROI для нефти и газа составлял 26 в 1992 году, поднялся до 36 в 1999 и упал до 18 в 2006-м. Это много: доля затрат энергии на добычу топлива пренебрежимо мала, а связь между ценой на нефть и этим показателем оказывается линейной. Не так обстоит дело, если EROI падает ниже 10, — связь перестает быть линейной, и цена начинает резко, по экспоненте, расти. Правда, свою роль играет и жадность нефтедобытчиков. Так, если они удовлетворяются рентабельностью в 10%, цена нефти при EROI 11 оказывается 20 долларов за баррель, а при 100% — уже 60. При падении ниже 4 цена на нефть оказывается между 100 и 200 долларами; EROI 1,5 уже требует 150—350 долларов (в зависимости от плановой рентабельности).
К чему нам такие расчеты? А к тому, что для добычи нефти с глубоководного шельфа EROI оказывается меньше 9. Производство же нефти из горючих сланцев (не путать со сланцевой нефтью!) имеет EROI 1,5 — становится понятным, почему, несмотря на большие запасы, проекты по ее извлечению не смогли развиваться. Для биотоплива EROI находится в пределах 1—3 — это очень дорогое удовольствие; как только прекращаются субсидии, потребление такого топлива резко падает. Меры повышения отдачи выработанных пластов также требуют все больших затрат энергии — и на закачку воды, и на синтез полимеров, не говоря уже о разогреве нефти. Поэтому переоценка традиционных запасов вследствие внедрения новой технологии, на которую надеются оптимисты, неизбежно приведет к дальнейшему падению нефтяного EROI.
Если смотреть на баланс энергии, то получается, что при EROI 5 обществу достается 80% добытой энергии — остальное тратится собственно на добычу, а при EROI 1,5 эта доля равна 50%. Отсюда видно, что чем ниже EROI источника нефти, тем больше этой нефти надо добыть, чтобы компенсировать ее недостаток из более выгодного источника. В противном случае энергетическое обеспечение общества будет сокращаться.
Обратная связь цены на нефть с EROI неизбежно приводит к его прямой связи с экономическим ростом. Экономисты, проанализировав последние 40 лет, определили тот уровень нефтяных цен, который обеспечивает рецессию: 40—60 долларов за баррель. Если цены ниже 40, то в мире наблюдается рост, если больше 60 — фиксируется четкий глобальный спад. Однако многие альтернативные методы добычи, на которые сейчас возлагают надежды, имеют низкое значение EROI и становятся рентабельными при цене выше 90 долларов за баррель. Возникает парадокс: для устойчивого роста необходимо увеличить производство нефти, но для этого требуется повышать цену на нее, что ведет к экономическому спаду и сокращению потребления. Способы преодоления этого парадокса неясны.
Будущее в высоких ценах
Итак, анализ перспектив нефтедобычи, проведенный с двух возможных точек зрения, приводит к одному выводу: эпоха дешевой нефти закончилась просто потому, что даже поддержание ее на нынешнем уровне требует вовлечения в оборот источников с высокими затратами на добычу. Спор идет о том, будет ли так продолжаться дальше или все окажется еще хуже. А что такое «хуже»? Об этом лучше всего судить экономистам-рыночникам, например, из такой авторитетной организации, как Международный валютный фонд. Статью на эту тему опубликовали Майкл Кумхоф и Дирк Мюир из исследовательского департамента МВФ («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120327; http://dx.doi.org/10.1098/ rsta.2012.0327).
В рассматриваемой ими математической модели предполагалось, что в производстве участвуют три силы: капитал, рабочие и энергия. Стоимость энергии определяется ценой на нефть, которая, в свою очередь, зависит от спроса и объема производства. При этом имеется эластичность спроса: цена продукции может расти медленнее цены на нефть, поскольку ее можно заменить на нечто не столь дорогое. У этого процесса есть ограничитель — так называемая энтропия, которая показывает, какую долю нефти нельзя заменить ничем. Например, сейчас нет реальной замены нефти в качестве моторного топлива или сырья для химической продукции: все альтернативы столь ничтожны, что учитывать их не имеет смысла. Третий параметр — роль нефти в производстве. С формальной точки зрения ее нужно оценивать весом цены на нефть в себестоимости продукции, что составляет несколько процентов. Однако есть мнение, что эта роль существеннее, поскольку именно рост потребления энергии обеспечил почти половину всего роста промышленности в XX веке.
В качестве начальных условий выбрали ситуацию, когда после нефтяного шока и значительного роста цены выше 60 долларов за баррель следует падение производства со скоростью 2% в год, при этом страны-экспортеры стерилизуют большую часть доходов в суверенных фондах, которые хранят в долговых обязательствах развитых стран. Чем-то это напоминает нынешнюю ситуацию: в 2008 году случился резкий рост цены на нефть до 140 долларов за баррель, затем последовало снижение цены до нынешних примерно 100 долларов за баррель. Производство же, как было сказано, почти не растет, а условия для падения вполне созрели. Так, по данным МЭА, годовая скорость падения добычи на приисках, прошедших пик (а это подавляющее большинство крупных полей и стран-экспортеров нефти), составляет 6,5% от пиковой мощности. Оптимисты говорят, что если учесть еще не открытые месторождения, где добыча будет поначалу бурно расти, а также новые, еще не прошедшие пика, то полная скорость падения составит 3,5% в год. Падение будет скомпенсировано за счет перечисленных выше факторов вроде добычи из альтернативных источников, что должно обеспечить рост в 1,8%. Принятые в модели 2% ежегодного сокращения — вполне разумная альтернатива на случай, если оптимисты заблуждаются.
Меняя все три параметра, исследователи могли получить множество разных решений. Остановимся на двух. В базовом ни эластичность спроса, ни энтропия не учитывались, а роль нефти выражалась ее долей в цене. Тогда цены на нефть непрерывно растут, достигая через 20 лет после шока 200 долларов за баррель. При этом суверенные фонды наводняют долговый рынок, вызывая снижение процентной ставки на кредиты. Но это не спасает мировую экономику: ВВП падает у всех. У экспортеров он падает потому, что возникает голландская болезнь — деньги идут на потребление, а все отрасли промышленности, кроме связанных с трубой, хиреют. (В Голландии после открытия газовых месторождений в 1959 году начался быстрый рост экспорта газа, в результате в промышленном секторе сократились рабочие места и развилась инфляция.) У развитых стран, вынесших производство в развивающиеся страны, растут издержки и падает потребление. Развивающиеся страны в первые десять лет получают небольшой выигрыш: потребление со стороны экспортеров нефти вызывает рост производства, однако впоследствии и он сходит на нет. Соответственно у экспортеров получается огромный профицит платежного баланса — почти 10% от ВВП. У остальных — соответствующий дефицит.
Если дорогую нефть удается чем-то заменить (высокая эластичность), эти диспропорции существенно сглаживаются. Развитые страны в краткосрочной перспективе умудряются выправить платежный баланс, а остальной мир — вырастить ВВП и даже увеличить внутреннее потребление и инвестиции. Энтропийные ограничения на такую замену делают ситуацию хуже, чем при базовом сценарии, но не существенно, картина качественно остается той же, разве что нефть через двадцать лет достигает 300 долларов за баррель. Полный же крах мировую экономику ожидает, если роль нефти в экономике превышает ее долю в цене продукции. В этом случае падение ВВП может исчисляться десятками процентов, потребление у экспортеров за двадцать лет удваивается или даже утраивается, профицит баланса приближается к ВВП, у импортеров же оказывается дефицит в несколько процентов ВВП. То есть, весь мир работает на экспортеров. Очевидно, что такое развитие событий невозможно и проблема будет решаться политическими методами вроде изъятия запасов нефти в пользу всего человечества. Более гуманные сценарии, скорее всего, толкают значительную часть человечества к поиску нового источника энергии и к обществу снижающихся мощностей, речь о котором шла в статье «Цивилизация старьевщика» в декабрьском номере «Химии и жизни» за 2013 год.
Об исчерпаемости нефти
С точки зрения наиболее распространенной биотической гипотезы происхождения нефти, предложенной в нашей стране М.В.Ломоносовым, — ее запасы исчерпаемы, хотя она и образуется постоянно со скоростью несколько миллиардов баррелей в год. Есть и иные точки зрения. В числе экзотических — происхождение нефти в результате кометной бомбардировки (см. «Химию и жизнь», 2005, № 6). В принципе такая идея не противоречит современной теории происхождения планет: на периферии Солнечной системы конденсировались именно углеводородные фракции протопланетного облака; там сформировались насыщенные метаном, водой и углекислым газом Юпитер и Сатурн. Образовавшиеся в этой зоне малые тела вполне могли бомбардировать внутренние планеты, принося туда сырье для изготовления нефти. Кометная нефть так же исчерпаема. А вот абиогенная гипотеза Д.И.Менделеева о происхождении углеводородов из содержащихся в магме карбонатов предполагает практически неисчерпаемость ее запасов. Некоторые подтверждения адепты этой точки зрения находят в тех фактах, что нефть зачастую добывают из таких пород, где животной и растительной органике взяться неоткуда. В каком-то смысле эти гипотезы равноправны, поскольку, как отмечает И.М.Королев (см. «Химию и жизнь», 2005, № 6), нефть может весьма быстро, за десятилетия, образовываться как из биогенного, так и абиогенного углерода; главное, чтобы в месте его залегания были достаточные давление и температура.
Комаров С.М. «Химия и Жизнь» №1 2014