ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ

К категории топливно-энергетического сырья относят полезные иско­паемые, используемые для производства энергии: нефть, каменные и бурые угли, горючий газ, уран, битуминозные сланцы.

Каждый вид топливного сырья обладает определенной теплотворностью. Например, при сгорании 1 т каменного угля выделяется 27,91•10³ МДж энергии, бурого угля – 13,96•10³, 1 т нефти – 41,87•10³, 1 тыс. м³ газа – 38,84• 10³ МДж. Для сравнения различных видов топлива, а также для общих топливно-энергетических расчетов пользуются следующими единицами: а) тонна условного топлива в угольном эквиваленте (сокращенно – тут в уг-экв); ее теплота сгорания аналогична теплоте сгорания 1 т антрацита (7 млн. ккал, или 27,91•10³ МДж), б) тонна условного топлива в нефтяном эквиваленте (тут в неф-экв), имеющая теп­лоту сгорания 1 г нефти (10 млн. ккал, или 41,87 •10³ МДж).

Оценка современных мировых топливно-энергетических ресурсов произ­водится на мировых энергетических конференциях (МИРЭК), Администрацией США по энергетической информации, крупными энергетическими компаниями (например, «Бритиш Петролиум»). С учетом оценок вышеперечисленных организаций объемы энергоресурсов отражены в табл. 1.

Перечисленные в таблице виды топлива создают представление о реальных энергетиче­ских ресурсах планеты, доступных для использования на современных энергетических уста­новках. Кроме того, топливно-энергетический потенциал включает запасы урана для реакто­ров на быстрых нейтронах, до настоящего времени недостаточно освоенные производством, но по оценкам достигающие 223,3 млн. пДж, почти равные энергетическому содержанию го­рючих полезных ископаемых. Гидроэнергетический потенциал рек планеты оценивается в 102 млн. нДж и еще 111,6 млн. пДж можно выработать, использовав приливно-отливные ко­лебания Мирового океана. Итак, общий энергопотенциал мира оценивается примерно 560 млн. пДж. Современное ежегодное потребление различных видов топливного сырья и освое­ние гидроресурсов в целом составляет 338 тыс. пДж, что в 1000 раз меньше мирового энергопотенциала, и, следовательно, истощения энергоисточников можно не опасаться. Однако разные виды топлива обладают разной доступностью и освоенностью, они не равнозначны дня энергетики и распределены очень неравномерно но территории суши.

Таблица 1.

Мировые ресурсы важнейших полезных ископаемых, 2001 год

Самым значительным объемом топливного сырья обладают Евразия и Се­верная Америка, где сосредоточено около 87% общего потенциала, а на матери­ки южного полушария приходится всего 13%.

Важной характеристикой топливно-энергетического потенциала является его структура, т, е. участие отдельных видов топлива.

Доля наиболее эффективных видов топлива нефти и газа – достаточно высока в общем по­тенциале и составляет в доказанных запасах 27% (угля – до 60%). Но оценкам МИРЭК основной объем твердого топлива размещен в развитых странах, а жидкого – в развивающихся; запасы природного газа делятся между ними примерно поров­ну.

Нефть.

Ископаемая нефть наиболее важный и экономически эффективный вид топливного сырья, отличающийся не только высокой калорийностью и теплотворностью, но и низким содержанием загрязняющих соединений. Нефть легко транспортируется, а в процессе пере­работки дает широкий ассортимент продуктов, находящих разнообразное применение в хо­зяйстве. Мировые энергетические потребности на 32% удовлетворяются за счет нефти. В ряде отраслей экономики (например, в транспорте) нефть и нефтепродукты незаменимы. Уникальные свойства и высокая ценность нефти способствовали прогрессивному росту ее добычи на протяжении последних десятилетий. Постепенное истощение давно известных и интенсивно эксплуатировавшихся месторождений стимулировано не менее интенсивный по­иск новых продуктивных залежей этого сырья на суше и на море.

Ресурсы нефти подразделяются на категории в зависимости от степени разведанности и экономической целесообразности добычи:

а) доказанные извлекаемые запасы – установленные и подтверждённые бурением объемы сырья, которые можно добыть существующими технически­ми средствами с учетом экономической рентабельности добычи;

б) разведанные – запасы, установленные бурением и технически извле­каемые, но по соображениям экономической конъюнктуры их добыча нецелесо­образна,

в) дополнительные – предполагаемые ресурсы, не извлекаемые совре­менными техническими средствами:

г) ресурсы природных аналогов нефти – тяжёлая нефть, горючие сланцы, битуминозные песчаники.

Достоверные запасы нефти в мире на 2006 г. оценивались в 163,6 млрд.т, среди которых от 25 до 40% расположено в акваториях морей. Геогра­фия распределения разведанных запасов нефти:

– по типам стран: доля развиваю­щихся стран в этих запасах составляет 86%;

– по регионам: своеобразный "полюс нефтенакопления" – страны Ближнего и Среднего Востока:

1) Юго-Западная Азия – 61,9%

2) Африка – 9,5%

3) Бывший СССР – 9,5%

4) Южная и Центральная Америка – 8,6%

5) Северная Америка (в т.ч. Мексика) – 5,0%

6) Зарубежная Азия (без Юго-Западной), Австралия и Океания – 3,4%

7) Зарубежная Европа – 2,0%.

– по странам: запасы свыше 10 млрд. т имеют только 5 стран Персидского залива, одна страна Южной Америки, одна страна СНГ:

1 – Саудовская Аравия - 36

2 – Иран – 19

3 – Ирак – 15,5

4 - Кувейт – 14

5 – ОАЭ – 13

6 – Венесуэла – 11,5

7 – Россия – 10

8 – Казахстан – 5,4

9 – Ливия – 5,1

10 – Нигерия – 4,8

– нефтегазоносные провинции: Стремительное увеличение спроса на нефть в 1950 – 1960 гг. вело к резкому росту ее добычи. Высокие масштабы откачки нефти из недр сопровождались лихорадочными поисками продуктивных залежей. Были открыты крупные нефтеносные провинции на суше (Западно-Сибирская, Северо-Африканская, Аравийская) и на шельфе Мирового океана (залив Маракайбо в Венесуэле, Мексиканский залив, Каспийское море, Персидский залив, шельф дальневосточных морей). В 60-х гг. открыты Североморская нефтегазоносная провинция Западной Европы и шельф Западной Африки (Восточно-Гвинейский бассейн). В 70-х гг. усилилась разведка шельфа Южно-Китайского, Карибского морей, Северного Ледовитого океана, канадского арктического архипелага, Аляски и др. районов.

Исследования установили, что перспективны на нефть (и газ) не только мелководные шельфовые зоны морен и океанов. Обнаружены месторождения углеводородного сырья на глубинах более 600, и даже 900 м, т.е. на материковом склоне и на расстояниях в сотни и ты­сячи километров от побережий. В 80-х годах, например, выявлены обширные перспективные области в заливе Кампече (Фахо-де-Оро), севернее полуострова Юкатан в Карибском море. Но самым перспективным районом будущей нефтедобычи специалисты считают акваторию Южно-Китайского моря, шельф Вьетнама, Кампучии, Индонезии.

Увеличение запасов связывают и с более полным освоением нефтяных пластов, в том числе на больших глубинах (до 6—10 км) и в уже отработанных месторождениях. С помо­щью глубинного бурения открыто более 1000 новых месторождений углеводородов, в основ­ном газовых.

Крупные запасы нефти таятся в нефтеносных песках и горючих сланцах; в битуминоз­ных породах, которые содержат так называемую тяжелую нефть (мальту). Их общие запасы огромны: по подсчетам геологические ресурсы тяжелой нефти в мире оцениваются в 800 млрд. т (в России, Канаде, Венесуэле). Но освоить эти запасы в промышленных масштабах пока не удается.

– месторождения: к уникальным месторождениям(с запасами более 1 млрд. т каждое) относятся Гавар (Саудовская Аравия), Эль-Буркан (Кувейт), Агаджари (Иран) и др.

Существует понятие "кратность запасов", которым определяют степень обеспеченности экономики определенным видом сырья. Кратность запасов — это отношение остаточных запасов к текущей добыче. Мировая кратность за­пасов нефти к ее добыче равняется 41 году, но отдельным странам она варьиру­ет очень сильно. Так в странах Персидского залива этот показатель превышает 100 лет, а в США – 11, во Франции – 8 лет и т. д. Практически нет нефти у Японии, во многих европейских странах.

Природный газ.

Разведанные запасы этого топлива возрастают с каждым годом и состав­ляют на 2006 г. – 180 трлн. м³. Запасы природного газа различаются:

– по типам стран: запасы экономически развитых стран – 44% (в том числе высокоразвитых стран – около 10%), развивающихся – 56% (в том числе стран ОПЕК – 40%).

– по регионам:

1) Юго-Западная Азия – 40,1%

2) Бывший СССР – 32,5 %

3) Зарубежная Азия (без Ю-З), Австралия и Океания – 8,3%

4) Африка – 8,0%

5) Северная Америка – 4,1%

6) Южная и Центральная Америка – 3,9%

7) Зарубежная Европа – 3,1%

– по странам:

1) Россия – 48 трлн. м³

2) Иран – 27 трлн. м³

3) Катар – 26 трлн. м³

4) Саудовская Аравия – 7 трлн. м³

5) ОАЭ – 6 трлн. м³

6) Нигерия – 5 трлн. м³

7) США – 5 трлн. м³

8) Алжир – 5 трлн. м³

9) Венесуэла – 4 трлн. м³

10) Ирак – 4 трлн. м³

– месторождения: к уникальным месторождениям (с запасами свыше 1 трлн. м³ ) относятся Уренгойское (Россия), Пазенанское (Иран) и др.

Кратность извлекаемых запасов газа составляет (на конец 90-ых гг.) 59 лет, а общих – свыше 130 лет.

Мировые резервы газа продолжают увеличиваться благодаря усиленней разведке на шельфе Мирового океана и в глубинных слоях земной коры. Перспективными на газ районами являются Канадский арктический архипелаг, море Бофорта, континентальный шельф у западного побережья Северной Америки, Мексиканский залив, шельф Бразилии, Нигерии, Камеруна и ЮАР, Средиземного моря, Южно-Китайского и Японского морей, Северное море, шельф у западного побережья Австралии.

Угли. Единой системы учета запасов угля и его классификации по видам не существует, поэтому и статистические данные, публикуемые в разных изданиях, существенно различаются. Так, общие мировые запасы (конечные извлекаемые) всех видов угля (каменного и бурого) были определены в 1,5 трлн т. Извлекаемыеми с технико-экономической точки зрения признаются лишь 2/3 запасов (из которых 52% приходится на каменный уголь, а 48% на бурый). При сохранения объема ежегодной добычи (около 4,8 млрд. т) извлекаемых запасов может хватить на более чем 300 лет.

Запасы углей неравномерно распределены:

– по социально-экономическим типам стран:

Примерно 66% из них приходится на экономически развитые страны, 34% – на развивающиеся.

– по регионам:

1) Восточная Европа и бывший СССР –27%

2) Северная Америка –26%

3) Азия – 21%

4) Западная Европа – более 9%

5) Австралия и Океания – 9%

6) Африка – 6%

7) Южная Америка – 2%.

– по странам (96% запасов приходится на 10 стран):

1. США – 248,2 трл. т

2. Россия – 157,0

3. Китай – 114,5

4. Индия – 84,4

5. Австралия – 82,0

6. Германия – 66,0

7. ЮАР – 49,5

8. Украина – 34,1

9. Казахстан – 34,0

10. Польша – 22,2

– по бассейнам: крупнейшие бассейны – Тунгусский, Ленский, Печорский, Кузнецкий, Южно-Якутский, Фушунь, Тянсинский (Китай), долина реки Даморар (Индия), бассейн Боуэн, Сидней (Австралия), Ричардс-Бей (ЮАР), Аппалачский (США), Донецкий (Украина).

Уран.

Использование атомной энергии – это использование энергии внутриядерных связей в атомах. Первый тип реакций для выделения данного вида энергии в целях практического ее применения осуществляется воздействием нейтронами на ядра тяжелых элементов (изотопов урана — U₂₃₅ и U₂₃₃ и плутония — Р₂₃₉). Энергия, заключенная в 1 кг U₂₃₅, в 3 миллиона раз превосходит количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг высококачественного каменного угля.

«Известные» ресурсы урана в мире в настоящее время оцениваются в 3,5 млн т. Производство этого вида сырья в конце XX в. считалось рентабельным, если цена добычи была менее 80 долл. США за 1 кг урана.

Свыше 28 % ресурсов ядерного сырья приходится на США и Канаду, 23% – на Австралию, 14% – на ЮАР, 7% – на Бразилию. В остальных странах запасы урана незначительны.

Металлы

К важнейшем металлическим рудам относятся:

Железные руды — общие мировые запасы по различным оценкам варьи­руют от 400 млрд. т до 800 млрд, т, из которых разведанные запасы составляют 270 млрд. т. Мировая добыча достигла 1,7 млрд. т (2006). Кратность запасов к добыче равна 159.

Содержание железа в рудах разных месторождений колеблется в широких пределах: к богатым относятся руды с содержанием железа более 50%, к рядо­вым от 25 до 50% и к бедным до 25%. Руды характеризуются относительно высоким содержанием полезного компонента (железа); в сидеритовых рудах — 17%, в магнетитовых железняках — до 55%. На долю «богатых» руд в мировом хозяйстве приходится почти пятая часть промышленных запасов, которые используются практически без обогащения. Примерно 2/3 руд требуют обогащения простым и около 20% — сложным методом.

Ресурсы железных руд известны почти в 100 странах мира (содержание железа в промышленных рудах варьируется в широких пределах — от 16 до 70%).

Значение отдельных стран и регионов мира в общегеологических запасах железных руд неодинаково:

– Более 28 % их находится в государствах Восточной Европы, преимущественно в СНГ (Россия, Украина),

– до 17% – в Азии (КНР, Индия),

– по 16% – в Южной Америке (Бразилия) и Африке (Либерия, Мавритания),

– 13% – в Северной Америке (США, Канада)

– по 5-6% в Западной Европе и Австралии.

Наиболее значительны запасы железных руд вБразилии, России, Австралии, Китае, Украине.

Железо (после алюминия) – самый распространенный элемент земной ко­ры, но крупные промышленные концентрации встречаются редко: на полуост­рове Лабрадор (Канада), около оз. Верхнего (США и Канада), в штате Минас-Жерайс (Бразилия), в Западной Австралии, в КМА (Россия) и в Кривом Роге (Украина), в штатах Бихар и Орисса в Индии и др.

В 2003 году основные экспортеры железной руды (очередность в соответствии с местами): Австралия, Бразилия, Индия, страны СНГ, Канада, ЮАР, Швеция. В 2003 году основные импортеры железной руды: Китай, Япония, Южная Корея, Румыния, Франция, Великобритания, Италия, Нидерланды, США, Бельгия и Люксембург.

Общие запасы бокситов (сырье для производства алюминия) составляют 230 млрд т, а извлекаемые – 27 млрд. т. (на Южную Америку приходится 30%, на Африку — около 30%, на Азию — более 15%, на Австралию более 10% и проч.). Основные запасы бокситов приурочены к 4 бокситоносным провинциям: Средиземноморской, Гвинейской, Карибско-Амазонской, Австралийской. Запасы бокситов учтены в 29 странах мира. 80% запасам приурочена к первым шести: Гвинея, Австралия, Бразилия, Китай, Ямайка, Индия.

Медь добывается очень давно (с конца IV тысячелетия до н. э.), имеет широкое применение, но ее руды отличаются крайне низкой концентрацией: жилы с содержанием меди 2 – 3% считаются богатыми, и разрабатываются ру­ды даже при содержании Сu до 0,5%. Общие запасы медных руд, по разным оценкам, варьируют от 560 до 1 625 млн т, а разведанные извлекаемые — от 340 до 500 млн. т. Первая десятка стран по запасам меди: Чили (1/3 мировых, самое крупное в мире месторождение – Чукикамата), США, Перу, Индонезия, Австралия, Китай, Мексика, Россия, Польша, Казахстан. К числу мировых лидеров по запасам относят и африканские государства — Замбия, ДРК (группа месторождений «Медный пояс»).

Свинец и цинк используются с VI – VII тысячелетия до н.э. В зарубежных странах, общие запасы свинцовых руд оцениваются в 125 млн, т, а цинковых – 95 млн. т. Обычно свинец и цинк встречаются в рудах совместно с другими элементами (золотом, медью, серебром), образуя полиметаллические руды; реже встречаются самостоятельные месторождения. Наиболее крупными запасами свинцово-цинковых руд обладают США, Канада и Австралия; остальные материки и страны существенно уступают в этом отношении.

Крупнейшие цинковые рудники:

1. Ред-Дог (США, северо-запад Аляски)

2. Сенчури (Австралия, штат Квинсленд у г. Маунт-Айза)

3. Брансуик (Канада, восток, провинция Нью-Брансуик)

4. Серро-де-Паско (Перу, к северо-востоку от Кальяо)

5. Брокен-Хилл (Австралия, запад штата Новый Южный Уэльс)

6. Лишин (Ирландия, близ г. Терлес)

7. Тара (Ирландия, северо-восток, к северо-западу от г. Дублин)

8. Макартур-Ривер (Австралия, северная территория, к югу от Борролула)

9. Маунт-Айза (Австралия, северо-запад штата Квинсленд)

10. Лос-Фрайлес (Испания, к западу от Севильи).

Олово известно с начала бронзовою века; его содержание в земной коре крайне незначительно – руды с концентрацией Sn в 1 % считаются богатыми. Общие мировые ресурсы оцениваются в 7,8 – 6,4 млн. т, а извлекаемые – в 4,2 млн. т. Основная часть оловосодержащих руд возникла в мезозойскую и аль­пийскую эпохи. Наиболее крупные месторождения находятся в Бразилии (650 тыс. т), в Боливии (140 тыс. т; здесь открыта уникальная жила, протяженностью в 2 км, с содержанием Sn в 56%), в оловянно-вольфрамовой провинции Юго-Восточной Азии (Малайзия, Индонезия, Китай), вмещающей свыше половины общих и разведанных запасов олова зарубежных стран. Олово - дефицитный металл и спрос на него растет.

Золото – первый металл, известный человеку; золотые изделия начали получать еще 4 – 5 тыс. лет до н. э. В настоящее время в сейфах банков накоп­лено около 40 тыс. т золота. Золотоносные руды образовывались в ранние эпо­хи, например, в архейскую – золоторудные месторождения Канады, Индии, Австралии, в протерозойскую – уникальные золото­носные конгломераты Висватерсранда (ЮАР) с запасами 25 тыс.т (75% мировой добычи). По запасам золота лидируют ЮАР, Канада, Индия, Австралия.

Руды других цветных металлов. По запасам и добыче многих рудных полезных ископаемых ведущие позиции занимает очень ограниченное число стран. До 2/3 и более мировых запасов и добычи сосредоточено всего в 3—5 государствах: например,

- по марганцевым рудам — в Китае, ЮАР (самое крупное месторождение в мире – Постмасбургское), Бразилии, Австралии и Украине;

- по кобальтовым рудам — в ДРК, ЮАР, России, Канаде, Бразилии и Замбии,

- по хромитовым рудам - в ЮАР, Казахстане, Индии и Турции;

- по вольфрамовым рудам — в Китае, России, Узбекистане;

- по никелевым рудам — в Австралии, России, на Кубе, в Новой Каледонии, Канаде, Бразилии;

- по ванадиевым рудам – в ЮАР, России, Китае и США.

Нерудные полезные ископаемые.

Значительны мировые запаси поваренной соли, серы, асбеста, кварца, глины и др. Среди прочих следует отметить наличие запасов сырья для производства мине­ральных удобрений в разных странах. Так, наибольшая часть мировых запасов фосфоритов сосредоточена в США, Марокко, России, Китае, Казахстане, Тунисе, Иордании, Израиле, ЮАР, Бразилии. А вот залежи калийных солей размещены в сравнительно небольшом числе стран (около 10), среди которых лидируют Россия, Канада, ФРГ, Франция, США, Беларусь.