O stafie bântuie prin lume – stafia hidrocarburilor regenerabile

A descoperi înseamnă a vedea

ceea ce toatălumea a văzut

și a gândi ceea ce nimeni nu a crezut

(trad. pers.)

Albert Szent-Györgyi

Premiul Nobel în Medicină, 1937

Nu există doar consensul celor 97% experți care sunt de acord cu încălzirea globală antropogenă(i). În orice curs universitar sau tratat academic de geologia și geochimia petrolului, consensul specialiștilor (nu știu care este procentajul, că nu a interesat pe nimeni să facă numărători) este că (a) hidrocarburile se găsesc predominant în roci sedimentare, (b) sunt predominant de origine organică și (c) finite ca resurse. Plecând de la acest ultimul aspect al consensului, s-au născut tot soiul de mișcări alarmiste. Două exemple:

Să dezvoltăm cât mai repede energiile regenerabile pentru a nu rămâne pe întuneric și fără transporturi atunci când se vor termina petrolul și gazele!

Keep It In the Ground – varianta americană a sloganului ceaușist Consumați mai puțin, ca să ajungă la toată lumea!, cu corolarul climatic Nu mai ardeți petrol și gaze, ca să nu mai crească concentrația de CO2!

Foarte puțină lume și-a pus întrebarea: Dar dacă consensul petroliștilor nu este adevărat?! Dacă există suficiente hidrocarburi în roci non-sedimentare? Dacă o bună parte din hidrocarburi sunt de origine abiogenă? Și, cel mai important, dacă hidrocarburile nu sunt finite, ci regenerabile?!?

Voi încerca, pe scurt și fără multe detalii tehnice inutile, să demonstrez că există răspunsuri afirmative la întrebările care contestă consensul petroliștilor. Ideea acestei demonstrații, apărute încă de pe timpul când am început să cercetez hidrații de metan(ii) și gazele de argilă, a primit un neașteptat impuls prin publicarea recentă a două sinteze importante: Subsidența carbonului()(iii)și Mecanisme de formare a hidraților de metan în sistemele geologice(iv). Informațiile și datele prezentate de cele două lucrări, care îmbogățesc merituos o bibliografie deja impresionantă, publicată în ultimele două decenii(v), m-au determinat să procedez la

Sfidarea consensului

Majoritatea oamenilor de știință care lucrează în domeniul hidrocarburilor consideră că actualele rezerve de petrol și gaze s-au format în doar câteva perioade geologice „norocoase”, când episoade individuale de încălzire globală, cuplate cu creșteri ale concentrațiilor de CO2, au amplificat masiv productivitatea fotosintezei. Ca urmare, au fost generate uriașe cantități de materie organică, animală și vegetală, care a fost transportată predominant de râuri și depusă în bazine de pe fundurile oceanelor și lacurilor sub formă de sedimente.

În condiții favorabile de medii anoxice, materia organică, supusă presiunii litostatice, a fost îngropată la adâncimi relativ mici (2 – 4 km), unde a suferit transformări și îmbogățiri în carbon din cauza temperaturilor crescătoare cu adâncimea (gradientul geotermic). Materia primă rezultată, numită kerogen, a produs majoritatea depozitelor comerciale de țiței și gaze naturale. Actualele roci rezervor sunt predominant sedimentare (gresii și calcare fisurate) și migrația hidrocarburilor din rezervor este controlată de roci etanșeizante (de regulă, argile).

Această paradigmă de generarea a hidrocarburilor convenționale are mai multe consecințe consensuale:

– originea biogenă a petrolului și gazelor;

– unicitatea genezei acumulărilor de hidrocarburi;

– mărimea limitată a rezervoarelor sedimentare, recte ale resurselor/rezervelor disponibile pentru exploatare.

De aici, concluziile pesimiste: Dacă ardem toate hidrocarburile create de-a lungul timpilor geologici, nu o să mai avem ce lăsa generațiilor viitoare, pentru că natura nu mai poate produce abundența de materie organică necesară, iar cantitățile ne-exploatate descresc inexorabil pe măsură ce foamea de energie se amplifică. Spus foarte simplu: hidrocarburile sunt pe cale de dispariție totală.

Dar dacă consensul descris mai sus este greșit?! O fantomă începe să bântuie lumea celor care consideră doar hidrocarburile convenționale, neregenerabile.

Hidrocarburi în roci non-sedimentare

Când, în 1993, am ajuns ca Fulbright Visiting Scientist la Universitatea Oklahoma – locul unde s-a înființat prima facultate de geologia petrolului din lume, am avut o epifanie despre falsitatea consensului petrolist. Câțiva cercetători din Venezuela ne-au adus mai multe eșantioane de andezite (roci magmatice) mustind de petrol! Și eu, și colegii mei americani, ne-am uitat uimiți la acele dovezi tari (pun intended!), care au spulberat instantaneu o componentă esențială a consensului hidrocarburilor, una pe care profesorii mei de la Institutul de petrol și gaze din București o propovăduiseră ca pe o poruncă indiscutabilă din decalog.

În prezent, sunt recunoscute trei tipuri de hidrocarburi legate genetic de roci non-sedimentare:

1. Hidrocarburi solide, gazoase și lichide, care apar ca incluziuni, vezicule și mase diseminate în roci magmatice și metamorfice în: Karelia și peninsula Kola, Rusia; Dyvika din zona Arendal, Norvegia; granitele din masivul Cornubian, sud-vestul Angliei;

2. Hidrocarburi lichide și gazoase, semnificative comercial, în fundamentul magmatico-metamorfic: argilele petrolifere din Midland Valley, Scoția; câmpul Jatibonico, Cuba; interiorul zonei costale din Texas; câmpurile La Paz și Mara (Venezuela);

3. Hidrocarburi lichide, semnificative comercial, acumulate în roci magmatice intrusive: Vietnam, Libia, nordul Chinei.

Existența hidrocarburilor abiogene

Actualul consens al hidrocarburilor își are originea într-o remarcă arhaică făcută de savantul rus Mihail V. Lomonosov în 1757: Petrolul din roci este produs când mici corpuri de animale îngropate în sedimente, sub influența unor temperaturi și presiuni crescătoare, de-a lungul unei perioade de timp inimaginabil de lungi, se transformă în țiței.

Trebuie menționat însă că, la început, teoriile despre generarea petrolului au postulat originea sa abiogenă (de ex., Alexander von Humboldt, 1804; Marcellin Berthelot, 1860; Dmitri Mendeleev, 1877, 1902). Despre Jupiter, Saturn și unii sateliți ai planetelor mari se știe astăzi că conțin metan. O clasă specială de meteoriți – pietroși cu carbonați – conțin urme ale unor hidrocarburi complexe, precum aminoacizi și izoprenoide (fitan și pristan), pe care majoritatea experților le consideră de origine abiogenă(vi).

În 1955, astronomul Sir Frederic Hoyle a scris: Prezența hidrocarburilor în meteoriții care sunt similari cu rocile din care este format Pământul oferă convingerea că interiorul Pământului conține mult mai mult petrol decât s-ar fi putut forma din pești putreziți – o stranie teorie care este la modă de mulți ani…Dacă pronosticarea noastră, conform căreia depozitele de petrol s-au format în interiorul Pământului, este corectă atunci trebuie să acceptăm ideea că vaste cantități de petrol, încă prezente la mari adâncimi, depășesc cu mult cantitățile comparativ infime pe care omenirea le-a putut extrage.(vii)

O sfidare colectivă și bine documentată a originii biogene a hidrocarburilor a început tot în țara lui Lomonosov.

În 1956, academicianul Vladimir P. Porfirev, i-a dat replica faimosului său înaintaș: Preponderența copleșitoare a dovezilor geologice obligă la concluzia că petrolul brut și gazele naturale nu au nicio legătură intrinsecă cu materia biologică originară de pe suprafața Pământului. Sunt materiale primordiale care au fost erupte de la mari adâncimi.

Începând din anii 1950, un grup masiv de oameni de știință sovietici și ucraineni au efectuat cercetări de laborator și au publicat rezultatele experimentelor lor care probează posibilitatea formării hidrocarburilor abiogene: Nikolai A. Kudriavțev, Piotr N. Kropotkin, Vladimir B. Porfirev, Emmanuil B. Cekaliuk, Vladilen A. Kraiușkin, Georgi E. Boyko, Georgi I. Voitov, Grigori N. Dolenko, Iona V. Greenberg, Nikolai S. Beskrovnîi, Victor F. Linețky, Vladimir A. Kutcherov ș.a. Printre altele, ei au argumentat că ipoteza consensuală, care implică formarea hidrocarburilor de mare energie și puternic reduse, din molecule organice cu densitate energetică redusă și puternic oxidate, violează a doua lege a termodinamicii. În plus, formarea unor astfel de molecule, puternic reduse, necesită presiuni ridicate, care nu se pot întâlni decât în mantaua terestră.

Ideile școlii de petrol sovieto-ucrainene au fost ulterior îmbrățișate și dezvoltate în SUA. Astrofizicianul Thomas Gold de la Cornell University (cel care i-a dat un job academic lui Carl Sagan după ce acestuia i s-a refuzat un post definitiv la Harvard) a elaborat teoria unei biosfere fierbinți și profunde (The Deep Hot Biosphere), teorie care și după două decenii de la publicare, este privită cu respect și interes științific (Colman ș.a., 2017). Cercetătorul J. F. Kenney, de la Gas Resources Corporation în Houston și Academia Rusă de Științe, a dezvoltat, împreună cu colegi ruși, modele de stabilitate termodinamică a sistemului hidrogen-carbon ca parte a evoluției sistemelor multi-componente la presiuni mari, stabilind astfel bazele teoretice ale originii abiogene a hidrocarburilor (Kenney 1996, Kenney et al., 2001a, 2001b, 2002). O listă foarte scurtă a cercetătorilor implicați în studierea originii abiogene a hidrocarburilor și a principalelor lor lucrări este postată la sfârșitul articolului(5).

Cum se formează hidrocarburile abiogene?

Conform teoriei originii abiogene și profunde a hidrocarburilor, petrolul este un material primordial aflat la mare adâncime. Compușii hidrocarburilor sunt generați în astenosfera terestră și migrează apoi de-a lungul unor falii adânci în crusta terestră. Acolo, ei pot forma acumulări de petrol și gaze în orice tip de rocă și în orice tip de structură geologică (Fig. 1).

Fig. 1. Un posibil mecanism de generare a petrolului și gazelor naturale în astenosfera terestră (din Kutcherov, 2013)

Reacția cea mai probabilă implică donatori/surse de carbon (roci carbonatice) și hidrogen (apă), precum și prezența fierului (în serpentinit, peridotit), pe post de catalizator(viii):

În ceea ce privește mărimea donatorilor/surselor de carbon, este bine cunoscut că cel mai mare rezervor de carbon al Pământului sunt rocile (66.000.000 Gt), în timp ce restul surselor sunt mult mai mici. De exemplu, atmosfera (preindustrială) conținea 600 Gt, iar vegetația doar 610 Gt carbon(ix). Hazen et al. (2012) sugerează că interiorul profund poate conține peste 90% din bugetul total al carbonului terestru.(x)

Sursa principală de hidrogen o reprezintă apa submersă prin procesele de subducție a plăcilor litosferice (Fig. 2) și cea stocată în mantaua superioară în diverse roci și minerale, precum biotitul și muscovitul.

Fig. 2. Ciclul carbonului profund (I) Subducția carbonului din stratele sedimentare (galben), crusta oceanică (oranj) și manta (roșu) în placa tectonică ce se scufundă (roșu închis). (II) Reacții de decarbonizare în zona de subducție generează carbon care este incorporat de fluidele și magmele în ascensiune. (III) Carbon subdus (îngropat) la mare adâncime – o sursă potențială de diamante. (IV) Emisii de carbon reciclat către suprafață via erupții vulcanice (din Plank and Manning, 2019 )

Grupul de cercetători condus de geochimistul Dimitri Sverjensky de la Johns Hopkins University a elaborat modelul numit The Deep Earth Water. Plecând de la faptul că apa, în condiții de presiuni extreme, poate dizolva o mulțime de ioni și declanșa noi reacții neașteptate, cercetătorii au ajuns la concluzia că apa îngropată poate produce diamante și petrol.(xi) Experimentele lor de laborator au demonstrat că acetatul – unul din ionii presupuși a exista la mari adâncimi și componentul principal al oțetului – poate reacționa și produce hidrocarburi cu catene lungi, adică petrol (Huang et al., 2017).

Thomas Gold, astrofizicianul cu preocupări de geologia petrolului, a avansat o altă ipoteză pentru geneza abiogenă a hidrocarburilor: el a fost convins că petrolul și gazele, care au propulsat națiunile industriale moderne în ultimul secol, s-au format în timpul Bing Bang-ului și au fost incorporate în crusta terestră în perioada de coalescență a Pământului, acum 4,5 miliarde ani. Gold a ajuns la această concluzie pe baza unei simple observații: meteoriții și alte corpuri planetare conțin hidrocarburi abundente și diferite compozițional ( de ex., lacurile de metan de pe satelitul Titan al planetei Jupiter). Și atunci, s-a întrebat Gold, de ce hidrocarburile adânci ale Pământului ar trebui să aibă o origine diferită? Pentru un om din afara domeniului, întrebarea lui Gold adresată petroliștilor este similară cu cea a lui Wegener (meteorologist) adresată geologilor, prin care acesta a contestat consensul formării continentelor.(xii)

Thomas Gold este cel care m-a inspirat la începuturile studiilor mele despre hidrații de metan, când am luat cunoștință despre ipoteza sa că aceste depozite de energie ar putea fi abiogene, generate în mantaua superioară, după care au migrat și s-au solidificat în zonele sub fundul mărilor și oceanelor lumii. Ipoteza sa a fost pe deplin confirmată, astăzi considerându-se că hidrații (clatrații) de metan sunt cea mai mare sursă de hidrocarburi abiogene (Kutcherov, 2013).

Recenta analiză comprehensivă a formării și localizării zăcămintelor de hidrați de metan în sistemele geologice din întreaga lume (You at al., 2019) prezintă vaste acumulări de gas termogenic, produs prin cracarea termică a petrolului de mare adâncime, în Alaska, Rusia, Delta Mackenzie (Canada), Golful Mexic, Marea Caspică, Marea Neagră și Marea Chinei de Sud. Mai importantă, totuși, consider că este cifra avansată cu privire la cantitatea de gaz metan sechestrată în formă solidă: (1 – 5) x 10^15 m^3. Dacă se vor găsi metode eficiente de extragere a gazului din hidrații de metan (o propunere am făcut-o încă din 1998), atunci nevoile omenirii, prin raportare la consumul de gaze din 2018 (3,8×10^12 m^3), ar putea fi satisfăcute pe o perioadă cuprinsă între aprox. 200 – 1.300 ani. Ceea ce, trebuie să recunosc, este un coșmar pentru alarmiștii pomeniți la începutul articolului.

În 2009, cercetători din SUA, Rusia și Suedia au reușit să demonstreze că fosilele provenite de la animale și plante nu sunt necesare pentru generarea petrolului și a gazelor naturale (Kolesnikov et al., 2009). Descoperirile lor sunt revoluționare, deoarece acest lucru înseamnă, pe de o parte, că va fi mult mai ușor de găsit aceste surse de energie și, pe de altă parte, că ele pot fi găsite pe tot globul, nu doar în zonele cu bazine sedimentare.

Concluziile cercetătorilor citați reprezintă un indiciu clar că aprovizionarea cu petrol a omenirii nu urmează să se termine prea curând, lucru de care cercetătorii și experții consensului s-au temut multă vreme. În condițiile în care circa 61% din consumurile energetice mondiale provin din petrol și gaze, aceste concluzii sunt mai mult decât binevenite.

Sunt hidrocarburile regenerabile?

Un răspuns afirmativ la această întrebare ar arunca în aer și ultima redută, și poate cea mai rezistentă, a consensului petroliștilor. Caracterul finit al rezervelor de hidrocarburi – o dogmă acceptată fără prea multe demonstrații – joacă două roluri distincte. Unul, de tip Ceaușescu, „Consumați mai puțin, ca să ajungă la toată lumea, și vouă și generațiilor viitoare!”. Altul, de natură eco: „Nu mai ardeți petrol și gaze, că și așa sunt pe terminate! Treceți imediat la energii regenerabile!”. Din perspectiva unui răspuns afirmativ – Da, hidrocarburile sunt și ele energii regenerabile – ambele roluri impuse de consens devin caduce, nefaste chiar.

citeste intreg articolul si comenteaza pe Contributors.ro