Jak to sakra dělají? Hydraulické štěpení 101

Nedávno se v New Yorku protestující vydali na promenádu v Rockaways, aby vyjádřili nesouhlas s projektem Rockaway Lateral, jehož cílem je položit potrubí pod newyorskými plážemi Jacob Riis a Fort Tilden a propojit dvě stávající distribuční soustavy zemního plynu. Plynovod, který ovládá společnost Williams Partners L.P., umožní, aby frakovaný zemní plyn z břidlice Marcellus v Pensylvánii proudil do nové měřicí a regulační stanice na Floyd Bennett Field v Brooklynu a poté do stávajícího rozvodného potrubí vedoucího po Flatbush Avenue. Důkazů o škodách na životním prostředí způsobených neregulovanými postupy frakování přibývá v době, kdy se USA snaží snížit svou závislost na ropě a uhlí. Je frakování menším zlem? Nebo by mohlo být?“

Ačkoli tento proces existuje již asi 60 let, hydraulické štěpení se v poslední době stalo miláčkem průmyslu ze dvou hlavních důvodů. Za prvé, štěpením lze těžit ropu a zemní plyn z horninových formací, které by za normálních okolností byly nepřístupné. Za druhé, v kombinaci s horizontálními vrty lze z jednoho vrtného pole vytěžit více ropy a zemního plynu, než bylo dříve možné. V současné době žijeme v jakési „renesanci frackingu“; jen v roce 2011 bylo ve Spojených státech provedeno přibližně 27 000 nových frakovacích vrtů. Co se ale při hydraulickém štěpení vlastně děje?“

Skály

Ropa a zemní plyn se nacházejí v pískovcových a břidlicových horninách hluboko pod povrchem země. Před miliardami let, kdy tyto horniny vznikaly sedimentací, se spolu s minerály zachytávaly i organismy, jako je plankton a řasy. Těla těchto mikroorganismů vytvořila kapsy organických látek na bázi uhlíku. Jak hornina stárla a tlačila se hlouběji do země, teplo a tlak pomalu přeměňovaly tyto organismy na uhlovodíky a vytvářely fosilní paliva, jako je ropa, uhlí a zemní plyn (nebo metan). Nově vytvořený metan migruje ze zdrojové horniny zpět k povrchu do zásobní horniny, obvykle pískovce nebo břidlice, kde se zachytí.

Pískovec, který se často vrtá kvůli těžbě konvenční ropy, je poměrně porézní a drží ropu stejně jako houba vodu. Při vrtání je pískovec natolik porézní, že rozdíl tlaku mezi vrtem a horninou (ropa se opět chce pohybovat vzhůru, ale je zachycena) a velké mezery mezi zrny v hornině umožňují ropě vytékat z horniny na povrch. Naproti tomu břidlice jsou těsnější a nelze z nich čerpat stejným způsobem. Místo toho je třeba ji štěpkovat.

Vrtání

Jakmile se energetická společnost zaměří na břidlicovou formaci, zřídí vrtné pole neboli domovskou základnu pro vrtání. Prvním krokem je vrtání (vrtákem o průměru obvykle 18-20 palců) svisle dolů kolem mladších vrstev hornin, které mohou obklopovat hladinu podzemní vody nebo obsahovat mladší druhy plynu. Jakmile je vrt hluboký asi 1 000 stop, vloží se ocelový plášť, který je tenčí než samotný vrt. Poté se do pláště napumpuje cement a následně vysokotlaký vzduch, který vytlačí cement na dno vrtu a nahoru do mezery neboli struny mezi ocelovým pláštěm a okolní horninou. Tím vznikne svislý vrt. Tento proces se opakuje, dokud vrt není dostatečně hluboký, aby dosáhl břidlice, která může být až 10 000 stop pod povrchem, ale obvykle končí kolem 7 000-8 000 stop.

Vynález horizontálních vrtáků umožňuje změnit směr vrtu, jakmile je v cílové hloubce. Z jediného vrtného pole jsou tedy energetické společnosti schopny vyvrtat několik vertikálních vrtů v rozmezí pěti stop od sebe, které jsou schopny dosáhnout velmi širokého okruhu, někdy i kilometrů, od vrtného pole, čímž odpadá nutnost zřizovat několik vrtných polí v krajině. Dalším krokem je vyslání malých výbušnin nebo perforační pistole do cílového úseku horizontálního vrtu, aby prorazily otvory v ocelové pažnici a cementu. Po vytvoření otvorů se do vrtu pod extrémně vysokým tlakem napumpuje 3 až 5 milionů litrů vody obsahující směs písku a chemikálií. Tato štěpící kapalina vybuchuje z otvorů, rozmělňuje břidlicovou horninu a vytváří četné trhliny nebo praskliny v celé formaci. (Nezisková webová stránka FracFocus vede seznamy chemikálií používaných při frakování v celé zemi, jejich zveřejňování však není zákonem vyžadováno a společnosti uvedené na seznamu předkládají své „složky“ frakovacího roztoku dobrovolně). Písek a chemické látky obsažené ve frakovací kapalině se vkrádají do puklin vytvořených v hornině a udržují je otevřené, což umožňuje zachycenému zemnímu plynu proudit zpět do horizontálního vrtu. Horninu může udržet otevřenou jen několik drobných zrnek písku.

Protože je plyn lehčí než frakční roztok, stoupá nahoru a je veden do potrubí, které ho odvádí buď do závodu na úpravu plynu, do odlučovacího zařízení, nebo do skladů. Zhruba 10 až 30 % frakovací kapaliny (nyní nazývané zpětný tok) putuje vrtem zpět nahoru. V ideálním případě se recykluje při další práci, protože chemikálie a písek v roztoku ji činí nepoužitelnou pro jiné účely. Pokud se zpětný tok nerecykluje, ukládá se do ukládacího vrtu hluboko v zemi. Voda, která zůstává ve vrtu, se vstřebává do štěpné horniny.

Rizika

Frakování má potenciál poskytnout levnější a čistší energetickou alternativu k uhlí a ropě a také přinést obrovský zisk energetickým společnostem. Rizika jsou však velká: Metan je mnohem ničivější skleníkový plyn než oxid uhličitý, takže úniky by mohly ohrozit snahy o snížení emisí uhlíku. Ke kontaminaci vodních zdrojů frakovací kapalinou již dochází a její účinky na životní prostředí a veřejné zdraví jsou zatím z velké části neznámé. Probíhající výzkum také zkoumá možné souvislosti mezi frackingem a zemětřesením.

Vyvážení známých přínosů snižování naší závislosti na ropě s do značné míry neznámými náklady a riziky frackingu je delikátní cesta. Fred Krupp, prezident Environmental Defense Fund, v rozhovoru pro časopis Foreign Affairs vyzval k „ambicióznímu pragmatismu“ v otázce frackingu: „Žijeme v reálném světě a k věcem, jako je fracking a využívání amerických zdrojů zemního plynu, bude docházet. Maximalizujme tedy užitek, který získáme z přeměny uhelné elektrárny na zemní plyn, zatímco budeme šlapat na plyn při urychlování zavádění větrné a solární energie.“