Tecnologie emergenti per la conversione di residui

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  • 2.5.1 Introduzione

    Nel mondo esistono importanti riserve di oli greggicosiddetti non convenzionali, vale a dire greggi pesan-ti e bitumi recuperabili da scisti e sabbie bituminoseche costituiscono riserve strategiche addizionali rispet-to ai greggi che siamo abituati a conoscere, e che sonoidentificati come oli greggi convenzionali. Anche senon esiste una definizione universalmente riconosciu-ta, di norma queste fonti fossili vengono classificate inbase ai valori di densit API e viscosit in corrispon-denza delle condizioni di giacimento (tab. 1). Secondoquesta classificazione, sono definiti greggi pesanti glioli aventi una densit API inferiore a 25. Tra questi,quelli aventi una viscosit superiore a 10.000 mPasvengono classificati come extrapesanti; in genere la lorodensit inferiore a 10 API, il che significa che sonopi densi dellacqua. In questultima categoria rientra-no anche i bitumi estraibili dalle sabbie bituminose,meglio conosciute con il termine di oil sand, nonch glioli prodotti per trattamento termico degli scisti bitumi-nosi, noti come oil shale.

    Dal punto di vista geologico, gran parte dei greggipesanti deriva da oli maturi che, dopo essere stati espul-si dalla roccia madre, sono migrati in strati rocciosi

    permeabili dove possono aver subito una serie di pro-cessi degradativi quali lattacco di microrganismi, le-vaporazione o il dilavamento delle frazioni leggere, chehanno concentrato la componente dellolio pi pesante.Una caratteristica comune a gran parte dei greggi pesan-ti la loro presenza in bacini fluviali relativamente super-ficiali, come nel caso del bacino dellOrinoco in Vene-zuela (Orinoco Belt).

    Le riserve stimate di greggi pesanti e bitumi da sab-bie bituminose ammontano a circa 5.000 Gbbl. Pur con-siderando che la quota di olio tecnicamente recuperabi-le del 15-20%, evidente che si tratta di quantit enor-mi se si pensa che tutto il Medio Oriente ha riserve per2.000 Gbbl, di cui 683 considerate recuperabili (IEA,2004; Perrodon et al., 1998). La gran parte di queste riser-ve concentrata in Canada, nella provincia di Alberta, ein Venezuela nel summenzionato Orinoco Belt. Un terzopaese ricco di oli non convenzionali la Russia, anchese in questo caso i dati sullammontare di tali riserve esulla tipologia degli oli sono molto pi incerti (tab. 2).

    Per quanto riguarda loil shale, le riserve mondialisono dellordine di 2.600 Gbbl; di queste, circa 2.000Gbbl sono sul territorio degli Stati Uniti e in particola-re nelle formazioni denominate Green River (Colorado),Uinta Basin (Utah) e Washakie Basin (Wyoming). Altre

    137VOLUME III / NUOVI SVILUPPI: ENERGIA, TRASPORTI, SOSTENIBILIT

    2.5

    Tecnologie emergentiper la conversione di residui

    tab. 1. Classificazione degli oli non convenzionali

    Densit(API)

    Viscosit(Pas)

    Caratteristiche reologichedellolio alle condizioni

    di giacimento

    Greggi pesanti 16-25 Mobile

    Greggi extrapesanti 10 10 Mobile

    Bitumi da sabbie bituminose 7-12 Non mobile

    Scisti bituminosi Impermeabilit della roccia madre

  • riserve significative sono presenti in Brasile, Australia,Cina, Russia ed Estonia (Dyni, 2004).

    La valorizzazione di tali risorse fossili riveste unagrande valenza strategica in quanto consentirebbe diaumentare le riserve certe senza ricorrere a nuovi inve-stimenti di esplorazione. Queste risorse inoltre contri-buiscono a diversificare gli approvvigionamenti e, datala loro distribuzione geografica che le colloca prevalen-temente in aree diverse dal Medio Oriente, a eliminareil rischio geopolitico che da sempre caratterizza i mer-cati petroliferi.

    La produzione di greggi pesanti e bitumi compor-ta molto spesso lutilizzo di tecnologie particolari oppor-tunamente sviluppate per trattare prodotti altamenteviscosi o, come nel caso dei bitumi, dispersi allinter-no di matrici minerali sabbiose o, ancora, recuperabilisolo mediante trattamenti termici del materiale orga-nico contenuto in rocce sedimentarie, come succedeper loil shale.

    Negli ultimi 15-20 anni, linteresse per lo sviluppo ditecnologie per la valorizzazione degli oli non conven-zionali ha conosciuto fasi alterne, in relazione a scenarimacroeconomici pi o meno favorevoli a suggerire inve-stimenti in questo settore (previsioni sul prezzo del greg-gio e sul differenziale tra greggi pesanti e leggeri) e adaspettative, spesso disattese, circa la possibilit di supe-rare ostacoli tecnologici di varia natura legati principal-mente alle caratteristiche composizionali di tali risorse.

    Tuttavia le previsioni sulla domanda di olio dei pros-simi 20-30 anni e le indicazioni che emergono sulla dispo-nibilit delle riserve di greggio convenzionale, secondole quali il picco di massima produzione dovrebbe collo-carsi nellarco dei prossimi dieci anni (fig. 1), rafforza-no lidea che sar sempre pi necessario fare ricorso aglioli non convenzionali, attingendo alle riserve di greggiextrapesanti e bitumi di Canada, Venezuela e Russia e,successivamente (dopo il 2030), alloil shale.

    Queste considerazioni stanno favorendo una serie diiniziative industriali che nei prossimi decenni potranno

    portare sul mercato quote significative di greggio sinte-tico e/o distillati da fonti non convenzionali, anche pereffetto di una progressiva riduzione dei costi di produ-zione legati allo sviluppo/ottimizzazione di nuove tec-nologie, in ambito sia upstream sia downstream. A que-sto riguardo, il caso pi significativo sicuramente rap-presentato dal Canada, dove gli sforzi compiuti persviluppare tecnologie ad hoc per lo sfruttamento deicampi di sabbie bituminose, iniziato intorno agli anniSettanta, hanno consentito di ridurre i costi di produ-zione di oltre il 50%, rendendo economicamente inte-ressante questo tipo di industria. Si prevede che nel 2010oltre il 60% della produzione canadese deriver da sab-bie bituminose sotto forma di bitume tal quale o greg-gio sintetico (Synthetic Crude Oil, SCO) e ci consen-tir a questo paese di incrementare la sua produzione diolio dagli attuali 2,5 Mbbl/d a oltre 5 Mbbl/d e diventa-re il quarto produttore al mondo, dopo Arabia Saudita,Russia e Stati Uniti.

    138 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

    IDROCARBURI DA FONTI FOSSILI NON CONVENZIONALI E ALTERNATIVE

    tab. 2. Principali depositi di bitumi (1) e greggi pesanti (2)

    Depositi di bitumi e greggi pesanti Riserve (Gbbl)Tecnicamenterecuperabile

    (Gbbl)Profondit (m) API

    CanadaAthabasca1, Cold Lake1, Peace River1,Lloydminster2

    1.630 315 0-750 8-20

    Venezuela2

    Bacino dellOrinoco (Cerro Negro, Zuata,ecc.), Bachaquero, Boscan

    1.900 272 1.300 8-11

    Russia1

    Piattaforma siberiana, Malekess450

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    1971 1980 1990 2000 2010 2020 2030prod

    uzio

    ne m

    ondi

    ale

    di o

    lio

    (Mbb

    l/d)

    capacit esistenti

    nuove scoperte

    olio da recupero assistito

    sviluppo di riserve esistenti

    oli non convenzionali

    fig. 1. Previsioni di medio periodo sulla produzionemondiale di olio (IEA, 2004).

  • 2.5.2 Propriet e caratteristichechimiche degli oli non convenzionali

    Greggi pesanti e bitumiPer quanto riguarda le caratteristiche composiziona-

    li, analogamente al petrolio, i greggi pesanti e i bitumisono costituiti da miscele estremamente complesse diidrocarburi, le cui caratteristiche chimiche e chimico-fisiche (peso molecolare, rapporto H/C, densit, volati-lit, ecc.) variano con continuit, partendo dalle struttu-re paraffiniche pi semplici (gas idrocarburici) fino amacromolecole costituite da molte decine di atomi di car-bonio, oltre che da eteroatomi (zolfo e azoto) e metalli.

    Le metodologie sviluppate per la loro caratterizza-zione fanno per lo pi riferimento alle metodiche uti-lizzate in campo petrolifero per semplificare la misce-la, operando in modo tale da separare frazioni con carat-teristiche chimico-fisiche il pi possibile omogenee(Altgelt e Boduszynski, 1993). Loperazione primaria la distillazione che consente di separare le frazioni in ba-se a criteri di volatilit. Da questo punto di vista, gli olipesanti e i bitumi hanno un contenuto di idrocarburi

    distillabili (naphtha e gasoli) decisamente inferiore rispet-to a quello dei greggi tradizionali, quale per esempio lAra-bian Light (tab. 3).

    I diversi tagli di distillazione possono poi essere ulte-riormente frazionati in base a criteri di polarit e/o pesomolecolare, operando in maniera pi o meno dettaglia-ta in relazione alla complessit della miscela e in fun-zione del tipo di informazione richiesta. Nel caso deidistillati leggeri (naphtha e gasolio atmosferico) si pro-cede mediante separazione cromatografica per suddivi-dere gli idrocarburi saturi da quelli aromatici, mentreper le frazioni pi pesanti e per i residui di distillazio-ne, che nel caso dei prodotti considerati costituiscono lefrazioni quantitativamente pi rilevanti, il protocolloanalitico comunemente accettato prevede la prepara-zione di quattro classi di composti denominati: saturi,aromatici, resine e asfalteni (analisi SARA). Ciascunaclasse pu poi essere caratterizzata per identificare sin-goli componenti o valutarne le caratteristiche moleco-lari pi significative in funzione della complessit dellamiscela e/o delle necessit.

    Rispetto ai greggi tradizionali, la quantit degli idro-carburi saturi contenuta nei greggi pesanti e nei bitumi

    139VOLUME III / NUOVI SVILUPPI: ENERGIA, TRASPORTI, SOSTENIBILIT

    TECNOLOGIE EMERGENTI PER LA CONVERSIONE DI RESIDUI

    tab. 3. Principali caratteristiche composizionali di greggi pesanti e bitumi

    ArabianLight

    Zuata Boscan Maya Cold LakeBitume

    Athabasca

    Origine Arabia Saudita Venezuela Venezuela Messico Canada Canada

    Densit API 33,6 8,5 10,5 21,5 10,2 7,4

    Resa distillazione (% in peso)

    Naphtha 20,6 0,0