หินน้ำมัน
v หินน้ำมัน (oil shale) คือ
หินตะกอนชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยอินทรียวัตถุในรูปของสารที่เรียกว่า เคอโรเจน (Kerogen) และเคอโรเจนนี้เอง เมื่อถูกทำให้ร้อนด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ประมาณ 500องศาเซลเซียส จะให้น้ำมันและก๊าซไฮโดรคาร์บอนออกมา สำหรับการเกิดของหินน้ำมันนั้น เกิดจากพวกพืชและสัตว์ที่ตายแล้ว ซึ่งได้สะสมรวมกันกับเศษหินดินทรายต่าง ๆ อยู่ในที่ที่เคยเป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ทั่วไปมาก่อน เมื่อเวลาได้ผ่านไปนานนับล้านปี พวกอินทรียวัตถุอันได้แก่ ซากพืชและสัตว์ต่าง ๆ ดังกล่าวนั้น ก็จะแปรสภาพเป็นสารคล้ายยางเหนียว ๆ หรือที่เรียกว่า คีโรเจน ส่วนเศษหินดินทรายต่าง ๆ ซึ่งมีสารคีโรเจนอยู่ด้วยนี้ ก็แปรสภาพเป็นหินตะกอนออกสีเข้ม เรียกว่า หินน้ำมัน
คือ เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดขนาดตั้งแต่หินทรายแป้งลงมา ส่วนใหญ่เป็นหินดินดาน ที่ประกอบด้วยอินทรียวัตถุในรูปของสารที่เรียกว่า เคอโรเจนหรือคีโรเจน (Kerogen) และคีโรเจนนี้เอง เมื่อถูกทำให้ร้อนด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ประมาณ 500 องศาเซลเซียส จะให้น้ำมันและก๊าซไฮโดรคาร์บอนออกมา สำหรับการเกิดของหินน้ำมันนั้น เกิดจากพวกพืชและสัตว์ที่ตายแล้ว ซึ่งได้สะสมรวมกันกับเศษหินดินทรายต่าง ๆ อยู่ในที่ที่เคยเป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ทั่วไปมาก่อน เมื่อเวลาได้ผ่านไปนานนับล้านปี พวกอินทรียวัตถุอันได้แก่ ซากพืชและสัตว์ต่าง ๆ ดังกล่าวนั้น ก็จะแปรสภาพเป็นสารคล้ายยางเหนียว ๆ หรือที่เรียกว่า คีโรเจน ส่วนเศษหินดินทรายต่าง ๆ ซึ่งมีสารคีโรเจนอยู่ด้วยนี้ ก็แปรสภาพเป็นหินตะกอนออกสีเข้ม เรียกว่า หินน้ำมัน
หินน้ำมัน เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดที่มีการเรียงตัวเป็นชั้นบางๆ ส่วนใหญ่เป็นหินดินดาน เกิดจากการทับทมของสารอินทรีย์อยู่ในที่ที่เคยเป็นแอ่งน้ำขนาดใหญ่หรือทะเลสาบ ซึ่งสะสมรวมกับเศษหินดินทรายต่างๆ และถูกอัดแน่นภายใต้ผิวโลกเป็นเวลาหลายล้านปี มีลักษณะเป็นสีน้ำตาลหรือสีน้ำตาลไหม้ มีสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญ คือ เคอโรเจน (Kerogen) แทรกอยู่ระหว่างชั้นหินตะกอน ซึ่งเมื่อถูกทำให้ร้อนด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งประมาณ 500 องศาเซลเซียส จะให้น้ำมันและก๊าซไฮโดรคาร์บอนออกมา ซึ่งสามารถนำไปกลั่นเป็นผลิตภัณฑ์น้ำมันหลายประเภทเช่นเดียวกับการกลั่นน้ำมันดิบ
v สมบัติทางกายภาพ
หินน้ำมันโดยทั่งไปมีความถ่วงจำเพาะ 1.6 – 2.5 หินน้ำมันคุณภาพดีมีสีน้ำตาลไหม้จนถึงสีดำ มีลักษณะแข็งและเหนียวเมื่อนำหินน้ำมันสกัดด้วยความร้อนที่เพียงพอ เคอโรเจนจะสลายตัวให้น้ำมันหินซึ่งมีลักษณะคล้ายน้ำมันดิบ ถ้ามีปริมาณเคอโรเจนมากก็จะได้น้ำมันหินมาก การเผาไหม้น้ำมันหินจะมีเถ้ามากกว่าร้อยละ 33 โดยมวลในขณะที่ถ่านหินมีเถ้าน้อยกว่าร้อยละ 33
สามารถพบได้ตามแอ่งแผ่นดินยุคเทอร์เชียรี่ทั่วโลก สำหรับในประเทศไทยสามารถพบได้ในตอนบนของประเทศ โดยเฉพาะที่แหล่งแม่ปะใต้ แอ่งแม่สอด อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ซึ่งมีปริมาณสำรอง 390 ล้านตัน จากทั้งแอ่งที่มีปริมาณหินน้ำมันสะสม 620 ล้านตัน
ตัวอย่างหินน้ำมันจากแหล่งแม่ปะใต้ ที่ระดับความลึก จากผิวดิน |
v ความแตกต่างระหว่างหินน้ำมันและถ่านหิน
สิ่งที่หินน้ำมันไม่เหมือนกันกับถ่านหิน คือ หินน้ำมันมีปริมาณของธาตุต่างๆ และเถ้าสูงมาก จึงไม่นิยมนำมาเผาเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง แต่จะมีการกลั่นเอาน้ำมันออกมามากกว่า เพราะมีความสะดวกในการกำจัดกากที่เหลือได้สะดวกกว่า
v การเกิดหินน้ำมัน
หินน้ำมันแต่ละแหล่งในโลกพบว่ามีช่วงอายุตั้งแต่ 3 - 600 ล้านปี เกิดจากการสะสม และทับถมตัวของซากพืชพวกสาหร่าย และสัตว์พวกแมลง ปลา และสัตว์เล็กๆอื่นๆ ภายใต้แหล่งน้ำ และภาวะที่เหมาะสม ซึ่งมีปริมาณออกซิเจนจำกัด มีอุณหภูมิสูง และถูกกดทับจากการทรุดตัวของเปลือกโลกเป็นเวลานับล้านปี ทำให้สารอินทรีย์ในซากพืช และสัตว์เหล่านั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงเกิดเป็นสารประกอบเคอโรเจน ผสมคลุกเคล้ากับตะกอนดินทรายที่ถูกอัดแน่นกลายเป็นหินน้ำมันซึ่งหินน้ำมันจะคล้ายกับหินที่เป็นแหล่งกำเนิดปิโตรเลียม แต่หินน้ำมันมีปริมาณเคอโรเจนมากถึงร้อยละ 40
การตกตะกอนของชั้นสาหร่ายภายในชั้นหินตะกอน มีการเรียงลำดับดังนี้
1. การอัดตัว (compaction) ที่เกิดจากน้ำหนักกดทับของชั้นหินตะกอนบนทรากสารอินทรีย์
2. การระเหยไปของน้ำที่อยู่ในชั้นพีทที่อยู่ระหว่างเศษพืช
3. การกดทับต่อไปเรื่อยๆ น้ำก็จะถูกขับออกไปจากโครงสร้างในเซลของพืช
4. ผลอันเนื่องมาจากความร้อน และน้ำหนักที่เกิดจากการกดทับ น้ำก็จะถูกขับออกจากโมเลกุลของพืช
5. เกิดขบวนการ methanogenesis ซึ่งเป็นการเกิดขบวนการที่สามารถเทียบได้ กับการเผาถ่านไม้ภายใต้ความกดดัน ที่ทำให้เกิดก๊าซมีเทนขึ้นมา ทำให้มีการผลักไฮโดรเจน และคาร์บอนบางส่วนออกไป รวมทั้งออกซิเจนบางส่วนที่ยังเหลืออยู่ (เช่น น้ำ) ออกไป
6. เกิดขบวนการ dehydrogenation เป็นการเกิดการย้าย hydroxyl groupsจากเซลลูโลส และโมเลกุลของพืชต่างๆ กลายเป็นผลผลิตของ hydgen-reduced coals
แต่อย่างไรก็ตาม ความร้อนและความกดดันที่เกิดในขบวนการเกิดหินน้ำมันนี้ ไม่สูงเท่ากับที่ทำให้เกิดปิโตรเลียม บางครั้งหินน้ำมันถูกเรียกว่า "หินที่ไหม้ไฟ , the rock that burns"
- ทะเลสาบ (lake)
- ทะเลสาบน้ำกร่อย (lagoon) ที่ถูกปิดล้อมด้วยสันทราย (sand bar) หรือแนวปะการัง (reef) lagoon) ทะเลสาบ และบึงที่ถูกปิดล้อมต่างๆ (oxbow lakes, muskegs)
ดังนั้น จึงเป็นที่เข้าใจกันโดยทั่วไปแล้วว่า หินน้ำมันนั้น เกิดจาการสะสมตัวของทรากสาหร่าย (algal debris) เมื่อพืชเหล่านั้นตายในสภาพแวดล้อมที่เป็นทะเลสาบพีท (peat swamp environments)
- ซากสารอินทรีย์ (biomass) เหล่านั้นจึงตกอยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีน้ำ โดยไม่มีออกซิเจน (anaerobic aquatic environments) เมื่อปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่น้อยมาก จึงช่วยให้สารอินทรีย์ไม่มีการย่อยสลาย (decay) ไปอย่างสมบูรณ์แบบโดยแบคทีเรีย และขบวนการออกซิเดชั่น
ซากสารอินทรีย์ที่รอดพ้นจากการย่อยสลาย จึงถูกเก็บรักษาไว้กลายเป็นหินน้ำมัน โดยสภาพแวดล้อมดังกล่าว ดำรงอยู่ต่อมาอย่างยาวนาน จนสามารถสร้างชั้นหินตะกอนที่มีการสะสมตัวของสาหร่ายเหล่านั้น
v หินน้ำมันมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ประเภทคือ
ประเภทที่ 1 สารประกอบอนินทรีย์
ได้แก่ แร่ธาตุต่างๆที่ผุพัง มาจากชั้นหินโดยวิธีการทางกายภาพ และเคมีประกอบด้วย แร่ธาตุที่สำคัญ 2 กลุ่มใหญ่ๆคือ
- กลุ่มแร่ซิลิเกต และกลุ่มแร่ ได้แก่ ควอตซ์ เฟลสปาร์ เคลย์
- กลุ่มแร่คาร์บอเนต ได้แก่ แคลไซต์โดโลไมต์
ประเภทที่ 2 สารประกอบอินทรีย์
ประกอบด้วยบิทูเมน และเคอโรเจน
บิทูเมน ( Bitumen ) เป็นสารอินทรีย์ที่อยู่ในหินตะกอนเป็นของแข็งหรือค่อนข้างแข็งสามารถละลายสารอินทรีย์ได้ เช่น เบนซีน เฮกเซน และตัวทำละลายอินทรีย์ชนิดอื่นๆ จึงแยกออกจากหินน้ำมันได้ง่าย
ส่วนเคอโรเจนไม่ละลายในตัวทำละลาย หินน้ำมันที่มีสารอินทรีย์ในปริมาณสูงจัดเป็นหินน้ำมันคุณภาพดี เมื่อนำมาสกัดควรให้น้ำมันอย่างน้อยร้อยละ
ส่วนเคอโรเจนไม่ละลายในตัวทำละลาย หินน้ำมันที่มีสารอินทรีย์ในปริมาณสูงจัดเป็นหินน้ำมันคุณภาพดี เมื่อนำมาสกัดควรให้น้ำมันอย่างน้อยร้อยละ
v กรรมวิธีของการสกัดหรือผลิตน้ำมันจากหินน้ำมัน
เริ่มต้นด้วยการเปิดผิวดิน เพื่อขุดตักเอาหินน้ำมันออกมาบดให้ได้ขนาด แล้วป้อนไปยังโรงงาน ผ่านกรรมวิธีต่าง ๆ เพื่อเปลี่ยนรูปของสารเคอโรเจนให้กลายเป็นไอของไฮโดร์คาร์บอน ไอของไฮโดรคาร์บอนนี้ก็จะถูกแยกออกไป ทำให้กลายเป็นของเหลว และนำเอาของเหลวที่ได้นำไปทำการกลั่น ณ โรงกลั่นต่อไป
กรรมวิธีของการสกัดหรือผลิตน้ำมันจากหินน้ำมัน เริ่มต้นด้วยการเปิดผิวดิน เพื่อขุดตักเอาหิน น้ำมันออกมาบดให้ได้ขนาด แล้วป้อนไปยังโรงงาน ผ่านกรรมวิธีต่าง ๆ เพื่อเปลี่ยนรูปของ
สารคีโรเจนให้กลายเป็นไอของไฮโดร์คาร์บอน ไอของไฮโดรคาร์บอนนี้ก็จะถูกแยกออกไป
ทำให้กลายเป็นของเหลว และนำเอาของเหลวที่ได้นำไปทำการกลั่น ณ โรงกลั่นต่อไปจาก
กรรมวิธีดังกล่าว จะเห็นได้ว่า อุตสาหกรรมการสกัดน้ำมันจากหินน้ำมัน จะก่อให้เกิดปัญหา
สภาพมลภาวะตามมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของฝุ่นละอองที่ปลิวขึ้นไปสู่บรรยากาศ
และการทิ้งกากหินน้ำมันที่ผ่านกรรมวิธีแล้ว
การทำน้ำมันจากหินน้ำมัน มี 2 แบบ คือ
1. การทำเหมือง (mining) เป็นการทำเหมืองทั้งแบบเหมืองเปิด และเหมืองใต้ดิน เมื่อได้หินน้ำมันมาแล้ว จึงขนส่งไปยังโรงผลิตน้ำมัน โดยเผาหินน้ำมันที่อุณหภูมิ 450-500 องศาเซลเซียส
2. in-situ คือการเผาหินน้ำมันที่อยู่ภายในแหล่งใต้ดินโดยตรง โดยการเจาะให้เกิดรอยแตกในหินน้ำมัน แล้วจึงให้ความร้อนเข้าไปในชั้นหินน้ำมัน ทำให้เกิดเป็นก๊าซ และน้ำมันออกมา
บริษัท Shell Oil Company เคยมีการวิจัย ชื่อ Mahogany Research Project โดยการใช้ไฟฟ้าในการให้ความร้อน โดยวิธี in-situ ที่รัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา เมื่อได้ก๊าซ และน้ำมันออกมาจากชั้นหินน้ำมันใต้ดินแล้ว จึงมีการปั๊มผลผลิตขึ้นสู่พื้นดินต่อไป
ปัจจุบันนี้ มีการทำเหมืองหินน้ำมัน ที่ ประเทศแอสโทเนีย รัสเซีย บราซิล และจีน แต่อย่างไรก็ตามการผลิตน้ำมันจากหินน้ำมันนับวันมีแต่จะลดลง เพราะเหตุผลทางด้านเศรษฐศาสตร์ และมลภาวะที่เกิดจากการเผาหินน้ำมันรวมทั้งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ที่เกิดจากการทำเหมืองหินน้ำมันแบบเหมืองเปิดซึ่งมีผลกระทบ เช่นเดียวกับการทำเหมืองเปิดจากทรัพยากรธรรมชาติอื่นๆ
v แหล่งหินน้ำมัน
ซึ่งปัจจุบันการนำหินน้ำมันมาใช้ประโยชน์มีต้นทุนที่ค่อนข้างสูง จึงยังไม่เป็นที่นิยมมากนักจากการสำรวจแหล่งหินน้ำมันระหว่างปี 2517 – 2526 พบแหล่งหินน้ำมันจำนวน 9 แห่ง มีปริมาณสำรองทางธรณีวิทยารวมกันไม่น้อยกว่า 11,000 ล้านเมตริกตันและThe United States Office of Naval Petroleum and Oil Shale Reserves ได้ทำการประมาณการปริมาณสำรองหินน้ำมันของโลก ว่ามีน้ำมัน ถึง 1,662 พันล้านบาเรล โดยที่ในประเทศสหรัฐอเมริกานั้น มี 1,200 พันล้านบาเรลประมาณ 52 ลิตรต่อหินน้ำมัน 1เมตริกตัน
v การใช้ประโยชน์จากหินน้ำมัน
1. การใช้หินน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง คือ การนำหินน้ำมันมาบดเป็นผงแล้วพ่นเข้าไปใน เตาที่ได้รับการออกแบบโดยเฉพาะเมื่อพ่นเข้าไป แล้วจะเกิดการเผาไหม้โดยตรง พลังงานความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้นี้สามารถนำไปผลิตกระแสไฟฟ้าได้
2. การนำหินน้ำมันมาสกัดเพื่อให้ได้น้ำมันหินออกมาและนำไปใช้ประโยชน์ได้
3. กากที่เหลือจากการนำหินน้ำมันมาบด และเผาไหม้ให้พลังงานโดยวิธีในข้อ 1 สามารถนำมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์วัสดุก่อสร้าง เช่น ผสมปูนซีเมนต์ หรืออิฐก่อสร้าง เป็นต้น
ในด้านการนำหินน้ำมันมาเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้านั้นการไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ โดย ความร่วมมือของกรมทรัพยากรธรณี กำลังศึกษาความ เหมาะสม และความเป็นไปได้ในการนำหินน้ำมันมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า เพื่อเป็นแหล่งพลังงานทดแทนอีกรูปแบบหนึ่ง ภายหลังจากการเกิดวิกฤติการณ์น้ำมันเมื่อปลายปี 2516 เป็นต้นมา
นอกจากนี้หินน้ำมันมาใช้เป็นแหล่งพลังงานได้เช่นเดียวกับถ่านหิน ตั้งแต่ศตวรรษที่ 19ต่อมามีผู้ศึกษาหาวิธีสกัดน้ำมันจากหินน้ำมันจนสามารถผลิตน้ำมันหินใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆได้นอกจากนี้การทำเหมืองเพื่อผลิตหินน้ำมันเป็นหลักแล้วยังมีผลพลอยได้จากแร่ธาตุส่วนน้อยที่เกิดร่วมกับหินน้ำมันและสารประกอบที่เกิดขึ้นจากกระบวนการสกัดน้ำมันคือ ยูเรเนียมวาเนเดียม สังกะสี โซเดียม คาร์บอเนตแอมโมเนียม ซัลเฟตและกำมะถันน้ำมัน และผลพลอยได้เหล่านี้สามารถนำไปใช้ผลิตภัณฑ์ต่างๆหลายชนิดเช่น ใยคาร์บอนคาร์บอน ดูดซับคาร์บอนลิกอิฐและปุ๋ย
ข้อคำนึงเรื่องผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การทำเหมืองหินน้ำมันแบบเหมืองเปิดมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้ เช่นเดียวกับการทำเหมืองเปิดจากทรัพยากรธรรมชาติอื่นๆ
ส่วนในขบวนการกลั่น ก็จะเกิด เถ้า และสิ่งเหลือทิ้งต่างๆ นอกจากนี้หินน้ำมันยังมีการขยายตัว ถึง 30% หลังจากการเผา ทำให้เกิดกากที่เหลือจำนวนมากมายมหาศาล และในขบวนการดังกล่าวต้องมีการใช้น้ำเป็นจำนวนมาก จึงต้องมีแหล่งน้ำสำรองให้เพียงพอด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตามขณะนี้ วิธี in-situ เป็นวิธีที่น่าจะมีความจูงใจที่สุด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น