Не хороните нефть: какой будет мировая энергетика через 100 лет

Дискуссии о конце эры углеводородов ведутся десятилетиями, но реальность постоянно опровергает мрачные прогнозы. Действительно ли нефть и газ станут реликвией XXI века или нас ждет новый виток технологической гонки? Об этом беседуют эксперты и ученые МФТИ: геологи, математики и инженеры-энергетики.

Миф о «последнем барреле»

Тезис, что нефть вот-вот закончится, кочует из десятилетия в десятилетие. В 1919 году, на заре автомобильной эры, директор Геологической службы США Джордж Отис Смит предсказывал, что запасы нефти в стране закончатся через девять лет. В 1956 году геофизик Мэрион Кинг Хабберт предсказал «пик нефти» в США на начало 1970-х. Его последователи десятилетиями предполагали, что точка невозврата будет достигнута в 2005 году.

Но сланцевая революция, глубоководное бурение и арктические проекты опрокидывали эти расчеты. Будущее нефтяной промышленности зависит не только от самих запасов, но и от наших возможностей.

«В течение 30 лет постоянно читаю о том, что запасов хватит на ближайшие 30 лет. Сейчас прогноз увеличили до 70–80 лет с учетом недоказанных запасов. Все-таки эта оценка относится к оценке технологических возможностей и экономической целесообразности разработки тех или иных месторождений. Растут возможности поиска месторождений на больших глубинах, в том числе в океанах, развиваются технологии разработки трудноизвлекаемых запасов. Все это приводит к переоценке»,— констатирует Сергей Турунаев, заведующий базовой кафедрой «Теоретическая и экспериментальная физика геосистем» МФТИ.

Тамара Журавлева, ведущий инженер лаборатории механики горных пород МФТИ, объясняет природу ограничений:

«Нефть — смесь углеводородов, формирующаяся при термическом преобразовании органического вещества осадочных отложений. В подавляющем большинстве это остатки одноклеточных планктонных организмов.

Процесс выглядит так: на дне накапливаются осадки, под давлением вышележащих слоев они погружаются в зоны высоких температур, где крупные органические молекулы распадаются на более короткие — компоненты нефти и природного газа. Получившееся вещество легче воды, заполняющей поры пород, поэтому оно мигрирует вверх и скапливается в залежах там, где путь ему преграждает слой солей или пластичных глин. Этот процесс непрерывно идет на планете уже около 2 млрд лет.

К сожалению, он недостаточно быстр, чтобы считать углеводороды возобновляемым ресурсом. Однако ключевая проблема кроется не в исчерпании запасов как таковых, а в методах их поиска и технологиях добычи.

С 1930-х годов главным инструментом геологов стала сейсморазведка, способная выявлять аномалии типа залежи на глубинах в несколько километров. Земля стала прозрачной! Открытия посыпались десятками и сотнями.

Но у этого метода есть фундаментальные ограничения. С глубиной детали становятся менее четкими. Сейсморазведка практически "не видит" сквозь так называемые трапповые формации — вулканогенные отложения вроде тех, что покрывают огромные пространства в Восточной Сибири. Попытки "осветить" строение подтрапповых толщ наталкиваются на физические преграды: если в средней части разреза залегает жесткая пластина инверсионного типа, метод работает плохо.

Запасы "кладовочки" всегда больше того, что видит "кладовщик", а значит, ученым всего мира — физикам, геофизикам, математикам — нужно искать новые методы, новые "ключики" к закрытым от глаз сокровищам».

Физический принцип прост: на поверхности создается мощный, но короткий импульс — взрыв или вибрация специальной машины. От этого импульса во все стороны, по всему объему горных пород разбегаются упругие волны. Достигая границы слоев с разной плотностью — например, пористого песчаника, пропитанного нефтью, и плотной глины,— волна частично отражается обратно. Тысячи чувствительных датчиков, расставленных на поверхности, принимают обратный сигнал из глубин. Суперкомпьютеры, анализируя время возвращения и форму сигнала, могут определить распределение пород.

Прирост запасов компенсирует добычу

Владислав Карасевич, директор по научной работе инжинирингового центра автономной энергетики МФТИ, приводит конкретные цифры:

«По оценкам Минприроды, только в РФ доказанные запасы составляют 31 млрд тонн, что обеспечит добычу на 26 лет при текущих темпах. Еще 95 млрд тонн числятся как ресурсы, которые ждут геологоразведки для перевода в категорию запасов.

Кроме того, происходящий сейчас во всем мире бурный рост зеленой энергетики обуславливает снижение потребления углеводородов. Это также продлевает жизнь разведанных ресурсов».

С развитием технологий сейсмической разведки и доизвлечения остаточных запасов нефти старые месторождения тоже обретают новое значение.

«Показательный пример — Ромашкинское месторождение, открытое в 1950-х годах. Несмотря на столь длительный период эффективной добычи нефти на нем, в 2022 году "Татнефть" зафиксировала прирост извлекаемых запасов, что продлевает возможность его разработки еще на 100 лет вперед»,— радуется Василий Голубев, профессор кафедры информатики и вычислительной математики, ведущий научный сотрудник МФТИ.

Существуют также гигантские запасы сланцевой нефти. Это углеводороды, запертые в настолько малых порах, что молекулы не могут мигрировать и собираться в залежи. В ряде случаев, как в отложениях баженовской свиты, часть органического вещества еще даже не завершила преобразование в нефть. Традиционный метод интенсификации — гидроразрыв пласта — требует огромных вложений и дает результат лишь в исключительных случаях. Помочь здесь призвана наука.

«При поддержке Российского научного фонда реализуется множество проектов в области добычи сырья. Например, проект РНФ №19-71-10060 "Новые численные методы и математические модели геологических сред в задачах сейсморазведки", выполненный совместно учеными из МФТИ и ИАП РАН, позволил применить современные континуальные модели трещиноватых сред для моделирования баженовской свиты — основной нефтематеринской толщи, питающей месторождения Западной Сибири»,— рассказывает Василий Голубев.

А Тамара Журавлева уверена, что человечество открыло далеко еще не все месторождения Земли: «Существуют огромные площади, где исследования не проводились из-за заведомой нерентабельности эксплуатации месторождений. Это шельф, и в первую очередь суровый арктический шельф, запасы которого, очевидно, сопоставимы с запасами Западной Сибири.

Не все, что найдено, идет в разработку. Часть залежей слишком мелка и рассредоточена в областях, где отсутствует инфраструктура: ее строительство обойдется дороже добытого продукта. Это месторождения высокосернистых нефтей, высокотемпературные пласты, где оборудование разрушается быстрее, чем может окупиться».

Сегодня ученые активно открывают новые месторождения. Ярким примером может служить разведанное в феврале этого года месторождение в арктической зоне Ямало-Ненецкого автономного округа с запасами 55 млн тонн нефти. Активная исследовательская программа, развернутая в Арктическом регионе в последние годы в России, должна привнести значимый вклад в учет новых разведанных запасов углеводородов.

Рост вопреки прогнозам: что будет с добычей к 2050 году

Тезис, что к 2050 году добыча углеводородов не упадет, а, наоборот, может вырасти, находит у экспертов скорее поддержку. Причина — в химии.

«Нефть все больше становится основой химической промышленности — полимеров и прочих продуктов органического синтеза. Отказаться от этих материалов человечество пока не в состоянии»,— констатирует Тамара Журавлева.

Параллельно с этим растет и спрос на электроэнергию — прежде всего со стороны цифровой инфраструктуры.

«Мировой спрос на энергию растет во многом из-за развития цифровых экономик, и говорить, что атомная и возобновляемая энергия полностью закроет эти потребности, пока преждевременно. Для обеспечения растущего спроса неизбежно развитие всех направлений, включая углеводородное»,— уверен Владислав Карасевич.

Зеленые технологии: экология против экологии

Тамара Журавлева предостерегает от идеализации возобновляемой энергетики, напоминая, что Земля — единый организм, где нельзя изъять энергию, не нарушив систему:

«Ветряные электростанции губительны для птиц, производство элементов для солнечных электростанций само по себе неэкологично и так далее. Единственный по-настоящему зеленый вид энергии — гидроэлектростанции.

Кроме того, традиционные источники энергии не так уж диссонируют с природой. Вспомним, что нефть — естественный флюид земных недр и разливы нефти были не редкостью и задолго до появления приматов. Да, излив нефти приводит к заморам живых организмов, особенно если происходит в условиях мелководного моря (как, например, в юрских отложениях в Западной Сибири). Но разве это основной фактор вымираний?

Уверена, что человечеству стоит сосредоточиться на более рациональном, безотходном, высокотехнологичном использовании традиционных энергоресурсов и на поиске новых технологий, снижающих потери при передаче электроэнергии».

Несмотря на экологические противоречия, экономика возобновляемых источников энергии уже складывается в пользу их применения.

«Технологии возобновляемых источников и системы накопления энергии уже применяются и в России. Их общая доля в энергобалансе России выросла к 2026 году до 1,17% (2,82% по установленной мощности) и будет продолжать расти. На уровне небольших решений до 100 кВт солнечные электростанции сегодня могут окупаться в течение трех лет.

В Южном федеральном округе начато строительство трех систем накопления энергии общей мощностью 350 МВт•ч. Стоимость строительства 1 МВт систем накопления более чем вдвое ниже, чем стоимость строительства новой генерации, а коэффициент использования установленной мощности электростанций немногим превышает 50%»,— рассказывает Владислав Карасевич.

«В качестве источника длительного хранения энергии и топлива для грузовых транспортных средств интересен водород. Сегодня стоимость водорода с установок паровой конверсии метана — примерно 50–60 руб. за 1 кг, что позволяет рассматривать водород как конкурентоспособное решение для автотранспорта. А если снизить стоимость решений по электролизу воды, он станет еще более выгодным»,— надеется Сергей Турунаев.

Прогнозы на 80 лет вперед: возможны ли?

Говоря о долгосрочном прогнозировании, эксперты сходятся во мнении: судьба месторождений будет определяться не столько физическим наличием нефти, сколько ценой, технологиями и экономической стабильностью мира. Никто не знает, какое открытие — будь то в области термоядерного синтеза или неорганической теории происхождения нефти — перевернет все прогнозы.

«Прогнозы на 80 и более лет считаю несостоятельными. Когда-то, возмущенный тем, что улицы столиц и губернских городов завалены конским навозом, Дмитрий Менделеев писал, что, по его расчетам, к середине XX века при увеличении числа экипажей, согласно существующей динамике, улицы городов покроются слоем навоза более метра. Но прошло совсем немного времени, и лошадей в городах не осталось вовсе. Глядя в будущее, мы всегда должны понимать, что новые вводные могут сделать рассчитанную нами модель попросту смешной»,— предостерегает Тамара Журавлева.

«Такие прогнозы есть, но их практическое применение вызывает у меня сомнения. В настоящий момент в России утверждена Энергетическая стратегия до 2050 года. Развитие электроэнергетики обсуждается во временном интервале до 2042 года. Нет никаких сомнений, что все эти прогнозы будут неоднократно пересмотрены в течение ближайших нескольких лет при принятии новых стратегических документов»,— заключает Владислав Карасевич.

Варвара Хазова