Vysvětlení frakování

Co je frakování a proč je tak kontroverzní?

„Frakování“ je zkratka pro „hydraulické štěpení“ – jedná se o proces, při kterém se pod zemí pod velmi vysokým tlakem vstřikuje voda, písek a chemikálie, aby se rozpojily vrstvy hornin a uvolnila se v nich uvězněná ropa nebo plyn.

Technicky není štěpení žádnou novinkou: společnosti tuto techniku používají již desítky let k těžbě ropy a plynu z těžko využitelných hornin. Společnost Halliburton poprvé použila hydraulické štěpení již v roce 1949 jako způsob zvýšení průtoku plynu z vrtů v Kansasu.

V posledních letech se však štěpení mnohem více rozšířilo. V polovině roku 2000 americké společnosti přišly na to, jak kombinovat frakování s metodami, jako je horizontální vrtání, a těžit tak ropu a plyn z rozsáhlých podzemních břidlicových hornin za rozumnou cenu. V břidlicích se nachází velké množství ropy a plynu, takže tento průlom vedl k boomu těžby ve státech, jako je Severní Dakota, Texas a Pensylvánie.

„Frackingový boom“ změnil podobu americké energetické krajiny. Domácí produkce ropy a zemního plynu prudce vzrostla, což vedlo ke zlevnění energie a snížení závislosti na dovozu.

Obhájci často tvrdí, že frakování vytváří pracovní místa, podporuje výrobu a pomáhá řešit globální oteplování tím, že snižuje množství uhlí, které používáme. Odpůrci často tvrdí, že toto odvětví je špatně regulováno, že přínosy pro globální oteplování jsou přehnané a že frakování vede ke zvýšenému znečištění ovzduší a vody v celé zemi.

Jak přesně frakování funguje?

Používání hydraulického štěpení a horizontálních vrtů k těžbě ropy nebo plynu z břidlicových hornin zahrnuje řadu kroků. Projděme si základní postup frakování při těžbě zemního plynu například v břidlici Marcellus v Pensylvánii:

1) Nejprve je třeba vyvrtat „vrt“ neboli otvor až k vrstvě břidlice bohaté na plyn. Tato vrstva břidlic se může nacházet více než 5 000 stop pod zemí a vrtání může trvat i měsíc. Vrt je vystlán ocelovým pláštěm, aby se zabránilo kontaminaci okolních podzemních vod.

2) Jakmile vrták dosáhne až k vrstvě břidlic, pomalu se otočí a začne vrtat vodorovně, kilometr i více podél skály.

3) Na dno vrtu se spustí „děrovací pistole“ naložená výbušnými náložemi a prorazí malé otvory v horizontální části pláště, který je hluboko v břidlicové vrstvě.

4) Nyní přichází na řadu vlastní frakování neboli fáze „dokončení“: Směs vody, písku a chemikálií je pod extrémně vysokým tlakem vháněna do vrtu a prochází drobnými otvory v plášti. Kapaliny rozpuknou břidlicovou horninu. Písek tyto trhliny udržuje otevřené. Chemikálie pomáhají zemnímu plynu unikat ven.

5) Fáze „zpětného toku“:

6) Nakonec začne zemní plyn proudit z břidlice nahoru z vrtu, odkud je nakonec přepravován potrubím ke spotřebitelům. Typický vrt může produkovat plyn po dobu 20 až 40 let a každý den odčerpá tisíce krychlových stop plynu.

To je velmi hrubý přehled procesu frakování. Existuje spousta variant v závislosti na geologii regionu nebo použitých technologiích. (Často se například kromě písku používají i jiné částice. A zde je částečný výčet některých různých technik používaných například v Severní Dakotě)

Kde ve Spojených státech probíhá frakování?“

Tato interaktivní mapa od Post Carbon Institute ukazuje umístění více než 63 000 vrtů na břidlicovou ropu a břidlicový plyn po celé zemi. Velká část této činnosti je soustředěna v Texasu, Severní Dakotě, Louisianě a v oblasti Marcellus Shale na východě:

Nejde o jediné ropné a plynové vrty ve Spojených státech (břidlice představují asi 29 % celkové produkce ropy a 40 % plynu). Jsou to však ty, které mají tendenci ve velké míře spoléhat na frakování.

Úřad pro energetické informace má vlastní mapu hlavních břidlicových formací po celé zemi, včetně Bakkenu v Severní Dakotě, Eagle Fordu v Texasu a Marcellusu nahoře v Pensylvánii a Západní Virginii.

Jak se díky frakování zvýšila těžba ropy a zemního plynu v USA?

Od konce roku 2000 se díky frakování, horizontálním vrtům, vrtům na moři a dalším pokročilým technikám výrazně zvýšilo množství ropy a zemního plynu vytěženého ve Spojených státech. Předpokládá se, že dodávky v následujících letech dále porostou:

Surová ropa: V listopadu 2013 Spojené státy denně vytěžily 7,8 milionu barelů ropy, což je nejvíce za poslední čtvrtstoletí. Nyní se očekává, že těžba ropy bude nadále růst, až v roce 2019 dosáhne maxima 9,6 milionu barelů denně:

Zemní plyn: Také těžba zemního plynu v USA dosáhla nových historických maxim a v listopadu 2013 činila 24 bilionů kubických stop. V současné době se očekává, že zásoby porostou nejméně do roku 2040:

Všimněte si, že tyto předpovědi nejsou zdaleka dokonalé – před deseti lety předpovídal boom frakování jen málokdo.

Jak ovlivnilo frakování ekonomiku USA?

Boom těžby ropy a zemního plynu – způsobený frakováním – měl na ekonomiku USA nejrůznější dopady. Zde je několik nejvýznamnějších z nich:

V některých státech přibylo pracovních míst: Více vrtů znamená více pracovních míst. V letech 2010-2012 přibylo v ropném a plynárenském průmyslu 169 000 pracovních míst – růst byl desetkrát rychlejší než v celé zemi. Největší přírůstky zaznamenaly Texas, Severní Dakota a Pensylvánie:

Vyšší hospodářský růst: Ropný a plynárenský průmysl tvoří poměrně malou část celkové ekonomiky USA, ale analytici se spíše shodují na tom, že frakovací boom pomohl trochu posílit růst země. Podle odhadů banky JP Morgan přispěl boom těžby ropy a zemního plynu v roce 2013 k hospodářskému růstu o 0,3 procentního bodu. Jiné modely naznačují, že by tento boom mohl v příštím desetiletí každoročně přidat k růstu 0,5 procentního bodu.

Nižší ceny energií (někdy): Ropa je stále poměrně drahá – cena ropy totiž závisí na globálních faktorech nabídky a poptávky. Ceny zemního plynu v USA však od poloviny roku 2000 výrazně klesly (i když se během chladné zimy 2013 odrazily ode dna, protože prudce vzrostla poptávka po vytápění). To spotřebitelům ušetřilo peníze. Znamená to také, že elektrárny častěji využívají k výrobě elektřiny zemní plyn.

Úpadek uhelné energetiky: Mnoho elektrárenských společností využilo levných cen k přechodu z uhlí na zemní plyn jako preferovaný zdroj energie. Tento přechod snížil množství látek znečišťujících ovzduší a také emise oxidu uhličitého, které přispívají ke globálnímu oteplování. Tento trend škodí uhelnému průmyslu – a je jedním z důvodů, proč byla od roku 2011 uzavřena čtvrtina uhelných elektráren v zemi.

Podpora pro americkou výrobu: Americký přebytek levného zemního plynu také láká některé výrobce do Spojených států. Továrny budované v Texasu a Pensylvánii budou přeměňovat zemní plyn na etylen, klíčovou složku plastů a nemrznoucích směsí. (Přesto není jasné, kolika společností se to bude týkat – jak upozorňuje poznámka společnosti Morgan Stanley, energie stále tvoří malou část nákladů většiny průmyslových odvětví.)

Snížení dovozu: Spojené státy dovážejí mnohem méně ropy a zemního plynu než dříve – to je jeden z důvodů, proč schodek obchodní bilance klesl na nejnižší úroveň od roku 1998. Mnoho společností nyní skutečně tvrdí, že by americká vláda měla uvolnit omezení prodeje americké ropy a zemního plynu do zahraničí.

Znečišťuje frakování vodu a ovzduší?

Může. Jak se frakování rozšiřuje po celých Spojených státech, vyvolává protesty proti znečišťování ovzduší a vody. Zde je přehled některých hlavních problémů:

Znečištění podzemních vod: Jednou z velkých obav je, zda chemikálie používané při frakování nebo samotný zemní plyn nemohou kontaminovat pitnou vodu. (Existuje například obava, že by úniky zemního plynu mohly způsobit, že voda z vodovodu bude pro lidi hořlavá.)

Existují dva velké způsoby, jak by k tomu mohlo dojít. Jedním z nich jsou nehody nebo kontaminace v blízkosti povrchu. V posledních letech došlo k výbuchu frakovacích vrtů ve státech, jako je Severní Dakota. Při jiném incidentu unikly tisíce litrů frakovací kapaliny ze skladovací nádrže v Dimocku v Pensylvánii. A špatně zkonstruované vrty s problémy s cementem mohou umožnit migraci kapaliny nebo plynu směrem nahoru. Agentura pro ochranu životního prostředí v současné době provádí rozsáhlou studii o tomto typu kontaminace a o tom, jak jí předcházet.

Druhou otázkou je, zda mohou chemikálie nebo zemní plyn nějakým způsobem migrovat z frakované břidlicové vrstvy tisíce metrů nahoru do podzemních vod – a to i v případě, že jsou vrty dokonale konstruovány. Tato druhá možnost je považována za nepravděpodobnou, protože břidlice od podzemní vody oddělují desítky vrstev horniny. Přesto agentura EPA zkoumala jeden (relativně mělký) vrt ve Wyomingu, kde se ukázalo, že chemikálie pronikly do vody.

Znečištění odpadních vod: Samostatnou otázkou je, co se děje se vší tou vodou poté, co byla použita k rozpukání břidlic a odčerpána zpět na povrch. Ropný a plynárenský průmysl každoročně vyprodukuje miliardy galonů této kalné odpadní vody, která obvykle obsahuje chemikálie přidané pro proces frakování.

V mnoha státech se tato odpadní voda čerpá zpět do podzemí do samostatných „injekčních vrtů“. Pokud však není k dispozici dostatek injekčních vrtů, voda se buď skladuje v nádržích a záchytných rybnících, nebo se posílá do čističek. To zvyšuje riziko náhodného úniku nebo nesprávného čištění. V roce 2013 byly tři čistírny v Pensylvánii pokutovány za vypouštění odpadu do řeky Allegheny.

Znečištění ovzduší: Jakmile se v oblasti břidlic provede frakování, začne z vrtu vytékat zemní plyn. Většina tohoto metanu se obvykle zachytí, ale část z něj může uniknout do ovzduší nebo uniknout z potrubí – a metan je silný skleníkový plyn, který ohřívá planetu.

Osobně jiná zpráva zjistila, že do ovzduší mohou unikat některé chemické plyny, například benzen, což představuje zdravotní riziko pro obyvatele v okolí v Coloradu. V roce 2012 začala agentura EPA vyžadovat, aby ropné a plynárenské společnosti tyto emise omezovaly a uniklé plyny zachycovaly.

Jaké chemické látky se při frakování používají?

Ropné a plynárenské společnosti obvykle přidávají chemické látky do vody používané při frakování. Tyto chemikálie mohou pomoci snížit tření nebo zabránit korozi apod. Obvykle tvoří asi 0,5 až 2 procenta objemu kapaliny.

Různé operace vyžadují různé chemikálie, ale celkově bylo identifikováno asi 2 500 různých chemikálií pro frakování. Jejich přehledný seznam naleznete zde. Některé z používaných přísad jsou zcela běžné, včetně soli a kyseliny citronové. Jiné, například benzen, jsou toxické. (Jedno kongresové vyšetřování identifikovalo nejméně 650 toxických přísad, které byly použity.)

Někdy je obtížné získat úplný seznam použitých chemikálií. Mnoho společností, které se zabývají štěpením, nyní na svých webových stránkách uvádí seznam sloučenin, které používají, a některé státy, jako například Texas, mají zákony o zveřejňování informací, ale tato pravidla se mohou stát od státu lišit.

Používá se při štěpení hodně vody?

Štěpení vyžaduje hodně vody k rozpojení břidlicové horniny. Typický vrt může během své životnosti spotřebovat 2 až 7 milionů galonů.

Kolik je to dohromady? V roce 2011 představovala voda použitá pro břidlicové vrty asi 0,3 % veškeré spotřeby sladké vody v USA. Procenta se však mohou lišit podle regionu – v Texasu je to asi 1 procento.

To vyvolává otázku, zda to může zatížit místní zásoby vody. V suchých oblastech Texasu nebo Colorada může frakování dosti zatížit místní zdroje vody. Není to však univerzální. Naopak v oblasti Marcellus na východě podle studií nedostatek vody nehrozí.

Jak je frakování ve Spojených státech regulováno?

Frakování je v současné době regulováno jednotlivými státy, které mají velmi odlišná pravidla pro vše od zveřejňování chemických látek přes čištění odpadních vod až po pažení vrtů.

Na stránkách Resources for the Future najdete řadu užitečných map, které ukazují stav různých regulací frakování. Tato mapa například ukazuje, jak jednotlivé státy regulují vtláčení odpadních vod do podzemí. Missouri nemá žádné předpisy, zatímco Severní Karolína má celostátní zákaz:

Jednou z hlavních otázek je, zda by se do regulace frackingu měla více zapojit federální vláda USA. V současné době vydala Agentura pro ochranu životního prostředí pravidla, podle kterých musí ropné a plynárenské společnosti omezit znečištění ovzduší způsobené frackingem, a v současné době zkoumá kontaminaci podzemních vod. Federální úřady však zatím postupují opatrně. A Kongres vyňal frakování z některých ustanovení zákona o čistotě vody.

Některé státy a obce mezitím navrhly plošný zákaz frakování. Například stát New York má moratorium od roku 2010. Zde je delší seznam předpisů ve Spojených státech.

Může frakování způsobit zemětřesení?

Samotné frakování je se zemětřesením spojováno jen zřídka (i když Ohio tuto skutečnost zkoumá). Je však známo, že likvidace veškeré odpadní vody, která se při frakování používá, způsobuje otřesy.

Po frackingu ve vrtu zůstávají tisíce litrů odpadní vody. Společnosti tuto vodu s obsahem chemikálií často likvidují tak, že ji čerpají do samostatných podzemních „injekčních vrtů“. Jak tlak vody v těchto vrtech stoupá, může docházet k posunu hornin. Pokud tyto horniny leží v blízkosti geologického zlomu, může to vyvolat otřesy. Alespoň taková je teorie.

Jedna studie amerického geologického průzkumu zjistila, že v oblastech, kde dochází k většímu vstřikování odpadních vod, dochází k nárůstu zemětřesení. Následná studie zjistila, že vstřikování odpadních vod pravděpodobně způsobilo zemětřesení v Oklahomě v roce 2011.

Je třeba poznamenat, že ne všechny injekční vrty jsou spojeny se zemětřesením a mnoho z těchto událostí byly menší otřesy. Přesto existuje spousta otázek, zda tato zemětřesení nemohou s rozšiřováním frakování zesílit.

Kolik ropy a zemního plynu mají USA?

V roce 2011 měly Spojené státy 220 miliard barelů ropy a 2 203 bilionů kubických stop zemního plynu, které byly „technicky těžitelné“.

Jedná se o ropu a zemní plyn, ke kterým máme v současné době k dispozici technologie. To však neznamená, že všechnu tuto ropu a plyn skutečně vytěžíme. Hodně záleží na ekonomických podmínkách. Pokud ceny porostou, bude pro společnosti výhodnější těžit více ropy a plynu. Pokud však ceny klesnou, bude to pro ně méně výhodné a mohou to nechat v zemi.

Proto se mnoho analytiků zaměřuje na jiné měřítko, známé jako „prokázané zásoby“ – na to, co bychom mohli vytěžit za stávajících technologií a ekonomických podmínek. Podle tohoto měřítka je k dispozici 29 miliard barelů ropy a 348,8 bilionů kubických stop zemního plynu.

Pro představu, v roce 2012 Spojené státy spotřebovaly přibližně 7 miliard barelů ropy a 26 bilionů kubických stop zemního plynu. To znamená, že máme zásoby zemního plynu na 13 let až 84 let.

K čemu ropu a zemní plyn používáme?

K mnoha věcem. Přibližně 93 % pohonných hmot, které používáme v dopravě, pochází z ropy. A zemní plyn se v současné době používá k zajištění asi třetiny elektrické energie v zemi. Zde je přesnější rozdělení:

Ropa: V současné době se ve Spojených státech denně spotřebuje asi 15 milionů barelů ropy – po jejím zpracování v ropných rafineriích. Zhruba 87 % se přemění na palivo pro osobní a nákladní automobily a letadla. Část ropy se zpracovává na palivo pro vytápění domácností. Zbytek se používá k nejrůznějším průmyslovým účelům (k výrobě chemikálií, barev, plastů, maziv, asfaltu atd.).

Zemní plyn: V roce 2012 Spojené státy spotřebovaly přibližně 25 bilionů kubických stop zemního plynu. Přibližně 36 % z toho bylo použito k výrobě elektřiny v elektrárnách. Dalších 28 procent bylo použito k vytápění domácností a budov. A zbytek byl použit pro různé průmyslové účely (výroba elektřiny nebo tepla, které pomáhá vyrábět vše od oceli přes papír až po potraviny).

Jaká je debata o vývozu ropy a zemního plynu z USA?

V posledních několika desetiletích byly Spojené státy hlavním dovozcem ropy a zemního plynu. Díky frakovacímu boomu je však nyní země v pozici, kdy může část svého nově nabytého bohatství prodávat jiným zemím. To by však vyžadovalo změnu některých zákonů – a ta je kontroverzní.

Zemní plyn: Pokud chtějí společnosti dodávat zemní plyn do jiných zemí, musí k tomu získat povolení od ministerstva energetiky (pokud mají Spojené státy s danou zemí dohodu o volném obchodu, dostanou ho automaticky). V současné době žádá o vývozní povolení stále více společností a staví přepravní terminály.

Optimisté těchto plánů tvrdí, že zvýšený vývoz by mohl vést ke zvýšení cen zemního plynu pro Američany, což by poškodilo spotřebitele a domácí výrobce. Podrobnější informace naleznete zde.

Ropa: Již od 70. let 20. století je pro společnosti vývoz ropy do zahraničí (až na několik výjimek) nezákonný. V souvislosti s boomem frackingu chce mnoho ropných společností tyto zákony revidovat a tvrdí, že tato omezení snižují ceny a poškozují jejich podnikání. Odpůrci vývozu mimo jiné tvrdí, že by to mohlo zvýšit ceny benzínu pro některé řidiče na Středozápadě. Podrobnější informace naleznete zde.

Mohou se USA stát nezávislými na zahraniční ropě?

Nejspíše ne – částečně proto, že „ropná nezávislost“ je tak trochu mýtus.

V současnosti Spojené státy dovážejí 40 % ropy, kterou spotřebují. Očekává se, že v příštích desetiletích se toto číslo sníží na přibližně 32 procent, a to díky zvýšené produkci a skutečnosti, že jezdíme efektivnějšími vozidly. Stále to však znamená velké množství dovozu:

I kdybychom však dokázali snížit dovoz až na nulu, Spojené státy by stále nebyly zcela nezávislé na zahraničí. To proto, že ceny ropy se určují na světovém trhu. Nestabilita na Blízkém východě nebo rychlý růst v Číně by tak stále zvyšovaly globální ceny ropy, což by vedlo ke skokovému nárůstu cen zde ve Spojených státech.

Může zemní plyn pomoci řešit globální oteplování?

Teoreticky ano – i když jsou zde velké výhrady.

Zemní plyn je fosilní palivo, a když ho spalujeme pro výrobu elektřiny, produkujeme emise oxidu uhličitého, které přispívají ke globálnímu oteplování. Zemní plyn je však v tomto ohledu mnohem čistší než uhlí, neboť produkuje jen polovinu oxidu uhličitého na jednotku energie. Když tedy nahradíme uhlí zemním plynem, přispíváme ke globálnímu oteplování o něco méně.

To se právě děje ve Spojených státech. Nadbytek levného břidlicového plynu přesvědčil mnoho elektrárenských společností, aby přešly z uhlí na zemní plyn. To byl jeden z důvodů, proč emise oxidu uhličitého v USA v letech 2005 až 2013 klesly o 10 % (pomohla také recese a zvýšení efektivity).

Je tu však jeden háček: Celý proces těžby a přepravy zemního plynu může vést k emisím metanu, dalšího silného skleníkového plynu. Nikdo si není zcela jistý, jak velké tyto úniky metanu jsou – mezi vědci panují značné neshody. Pokud však společnosti nenajdou způsob, jak tyto úniky odstranit, mohly by potenciálně ohrozit přínosy zemního plynu pro klima. Zde je přehled možných náprav.

Z dlouhodobého hlediska je však zemní plyn stále zdrojem emisí skleníkových plynů a snaha zabránit drastickému globálnímu oteplování bude pravděpodobně vyžadovat, aby svět v příštích několika desetiletích výrazně omezil jeho využívání. Zemní plyn tedy sám o sobě není řešením globálního oteplování. (Podrobnější informace o této problematice naleznete zde.)

Používají fracking i jiné země?

Několik zemí již nějakou dobu fracking používá – zejména Kanada. Břidlicové štěpení se však zatím nikde neujalo tak jako ve Spojených státech.

Dostatek zemí v zahraničí má vlastní zdroje břidlicového plynu a ropy. Patří mezi ně i Čína, která má podle všeho pod zemí téměř dvakrát více břidlicového plynu než Spojené státy:

Frakování se však v zámoří z různých důvodů šíří pomalu. Některé země, například Francie a Nizozemsko, fracking zakázaly z obavy před kontaminací vody. V jiných, jako například v Rakousku, platí tak přísné předpisy, že vrtání je neekonomické.

I v zemích, které jsou frackingu nakloněny, dochází k pomalému pokroku, částečně proto, že práce s břidlicemi může být velmi obtížná a komplikovaná. V Polsku je třeba ještě vykonat spoustu práce, aby se porozumělo geologii regionu. A v Číně brání rozšíření frackingu řada faktorů – složitá geologie, nedostatek vodních zdrojů v klíčových regionech a zatěžující vrstva předpisů, které brání inovacím.

Neodpověděl jste na mou otázku!

Tato hromádka karet je velmi rozpracovaná. Bude se nadále aktualizovat podle toho, jak se budou vyvíjet události, zveřejňovat nové výzkumy a objevovat nové otázky.

Pokud tedy máte další otázky, připomínky nebo výtky či stížnosti, pošlete vzkaz Bradu Plumerovi: [email protected].

Co dalšího bych si měl přečíst o frackingu?

Na webových stránkách amerického Úřadu pro energetické informace najdete spoustu podrobností o americkém ropném a plynárenském průmyslu. Najdete zde odpověď na většinu otázek týkajících se těžby nebo spotřeby.

Zpráva Mezinárodní energetické agentury „Zlatá pravidla pro zlatý věk plynu“ nabízí ucelený přehled problematiky frackingu ve světě a také průvodce otázkami týkajícími se znečištění a regulace.

Carl T. Montgomery a Michael B. Smith ze společnosti NSI Technologies napsali pěknou a čtivou historii hydraulického štěpení.

ProPublica neustále informuje o různých otázkách znečištění souvisejících s frakováním ve Spojených státech.

Jak se tyto karty změnily?

Jedná se o průběžný seznam podstatných aktualizací, oprav a doplnění tohoto zásobníku karet. Tyto karty byly naposledy aktualizovány 10. dubna 2014. Zde je přehled úprav:

• 9. dubna: Aktualizováno „Sníží americký boom ceny benzinu“ o studii Centra pro novou americkou bezpečnost.
• 10. dubna: Oprava článku „Jaká je debata o vývozu ropy a zemního plynu z USA“, aby odrážela skutečnost, že všechny společnosti musí žádat o povolení k vývozu zemního plynu – dokonce i ty, které dodávají do zemí s dohodami o volném obchodu.
• 11. dubna: Aktualizace článku „Jak fracking změnil ekonomiku USA“, aby bylo uvedeno, že ceny zemního plynu se během zimy 2012-2013 odrazily ode dna. Aktualizováno „Používají ostatní země frakování?“, aby bylo jasnější, že ostatní země frakování používají, ale zatím nevyužívají své břidlicové zdroje tak jako USA.

Zobrazit všechny články v sekci Nejnovější .