Человечество на пороге «сланцевой революции»: газ из сланцевых толщ скоро вытеснит природный, и в тот день падет колосс «Газпрома». Такого рода статьи регулярно появляются в российских и европейских СМИ. А в США, на родине сланцевого бума, снимают об этом не только документальные, но и художественные фильмы. Правда, довольно критические. То есть газовый вопрос приобретает не только производственное, но и культурологическое значение. Хотя часто возникает впечатление, что люди, рассуждающие о сланцевом газе, говорят о разных полезных ископаемых, а то и вообще – живут на разных планетах. Попробуем разобраться со «сланцевой революцией» по пунктам.

Что вообще такое «газ»? Это одно из состояний вещества, при котором оно не имеет своей определенной формы и объема. Все на свете может быть газом – вопрос только в температуре и давлении.

Cамый распространенный газ во Вселенной – это водород, термоядерное топливо звезд. За ним по распространенности идет гелий и два сложных газа, то есть составленных из атомов разных веществ, – это аммиак (нитрид водорода) – NH3, и метан – СH4. Именно они составляют основу газовых планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. А на спутнике Сатурна Титане метан даже формирует реки и озера. 

На Земле тоже много метана. Этот бесцветный, без вкуса и запаха газ образуется самым разным путем и залегает в смеси с другими газами в самых разных формах. Именно он обладает способностью гореть в кислородной (то есть земной) атмосфере, выделяя в чистом виде 55 Мдж/кг тепловой энергии, что делает его одним из самых эффективных видов топлива. Для сравнения: водород дает 141 Мдж/кг, бензин – 47, уголь – до 30, дерево – до 17 Мдж/кг. 

Метан легче воздуха, в нормальных условиях он поднимается вверх, слаботоксичен. В метановой атмосфере человек скорее задохнется от отсутствия кислорода, чем отравится. Зато в смеси с воздухом метан крайне взрывоопасен. Именно поэтому в него добавляют специальные «вонючки»: запах газа чувствуется даже тогда, когда еще нет его опасной концентрации в воздухе.  

Метан имеет «родственников», называемых алканами: этан – С2Н6, пропан – С3Н8, бутан – С4Н10. Бутан при нормальном давлении и температуре ниже 0°С – легкая жидкость. А вот, например, октан – С8Н18 – вообще кипит при температуре выше температуры кипения воды – 125°С.  Поэтому от состава газового коктейля из метана и других алканов зависят потребительские свойства этой смеси: как она будет сжижаться и вести себя в трубопроводах и топливной арматуре.

Метан используется для производства минеральных удобрений, азотной кислоты, красителей, взрывчатых веществ, метанола, технической сажи (в том числе для автопокрышек), полиэтилена и многих других полезных веществ. Газохимия метана и алканов – это особое направление промышленности.

Мы постоянно слышим звонкие термины: природный газ, биогаз, сланцевый газ. Но в подавляющем большинстве случаев речь идет не о разных веществах, а об одном и том же метане, просто полученном из разных источников. В западной литературе, намучившись с этой газовой путаницей, стали говорить проще: conventional natural gas – то есть «обычный природный газ», и unconventional – то есть «необычный», уточняя, какой именно. 

Но прежде всего газообразное топливо на основе метана разделяется на природное (то есть добытое из его естественных залежей) и искусственное, которое произведено человеком. 

Например, метан, полученный из свалок и специальных заводов по газификации отходов, разумеется, создан бактериями, но условия для их плодотворной жизнедеятельности им создал человек. Поэтому получающийся таким образом биогаз, на 60–80% состоящий из метана, можно считать искусственным продуктом.

Природный газ может пребывать в земной коре в виде месторождений, где он сконцентрировался за миллионы лет. А может быть в рассеянной форме, – например, в толще сланцевых пород. Газ может быть растворенным в нефти, выделяясь из нее на поверхности, а может иметь собственные месторождения. В зависимости от этого меняется и его химический состав. 

Современная наука убеждена, что природный газ связан с процессом разложения органической материи. Просто в случае с обычным газом этот процесс проходил в условиях высокопористых пород, что позволило ему сконцентрироваться в очень больших объемах в особых ловушках. Если найти такую ловушку, то можно получать из нее газ долгие годы. За миллионы лет произошла природная сепарация и смешение газов, благодаря чему эти газы имеют очень высокий процент метана (до 99%) и достаточно однородны по своему составу. 

В случае со сланцевым и угольным газом, он оказался запертым в породе с низкой проницаемостью, и в ней же обогатился посторонними газами, набор которых зависит от состава вмещающих пород и от изначального состава органического материала.

Здесь самое время сказать, что такое сланцы. Это бывшие глинистые породы, которые образовались на суше или на мелководье, обогащенные отмершей органикой. В силу тектонических процессов они оказались в свое время на большой глубине, где подверглись воздействию высоких температур и давлений.

В результате получилась порода, достаточно прочная, которая может содержать значительное количество битумов (разложившейся органики) и для которой характерна сланцеватость – то есть способность раскалываться на тонкие параллельные пластинки. Газ сосредоточен в мизерных количествах именно там, в толще этой породы. Фильтрация газа в такой породе в десятки тысяч раз медленнее, чем в песчаных толщах, где и накапливается обычный газ.

Поэтому, чтобы добывать такой газ, нужно пробурить достаточное количество скважин и увеличить проницаемость породы, чтобы облегчить выход газа. Это можно сделать, применяя метод гидроразрыва пласта. То есть закачав в скважину воду с присадками и песком и дав резкое избыточное давление (например, взорвав микрозаряд), которое разорвет сланцевый монолит на листы, а песок не даст пластинам схлопнуться, после чего газ сможет выйти на поверхность. 

Именно поэтому добыча газа из сланцев на протяжении почти 100 лет была предана забвению, хотя самые первые газовые скважины были пробурены в США в первой трети XIX века именно в сланцах. С появлением технологий горизонтального бурения, когда из одной вертикальной скважины научились на заданной глубине делать веер горизонтальных ответвлений, стало возможно вернуться к этой добыче. Но здесь газовиков поджидала новая проблема.

Поскольку сланцевый газ образовался из той органики, которая была в породе изначально, и фильтрация его в массиве с последующим перемешиванием просто невозможна, он в каждом конкретном месторождении обладает своими собственными свойствами. Об этой проблеме знают американские газовики, которые возродили добычу сланцевого газа в 2000-х годах. 

В частности, в профессиональном журнале Pipeline and Gas Journal (July 2011, Vol. 238 No. 7) в статье «Shale gas measurement and associated issues» обсуждается проблема транспортировки и использования в тепловых приборах сланцевого газа. Например, приводятся данные по химическому составу сланцевого газа для девяти разных источников. Содержание метана в образцах варьируется от 79,4% до 95,5%. Доля негорючих газов (азота и углекислоты) достигает 9,3%, а доля этана (С2Н6) может составлять либо 0,1%, либо 16,1%. 

При этом в стандартном или обычном природном газе в США принятый уровень содержания метана – 94,3%, этана – 2,7%, а инертных газов – 2%. Но дело, конечно, не в разном составе, хотя и это имеет значение при транспортировке газа. 

Вся газовая арматура тепловых машин – плит, печей, котлов – рассчитана на газ с определенной теплоотдачей. На стандартный природный газ, у которого теплотворная способность составляет 1035 BTU/SCF (британских топливных единиц на кубический фут). А у некоторых образцов сланцевого газа эта величина падает до 961 BTU/SCF, зато у других – поднимается до 1134 BTU/SCF. То есть колебания составляют от минус 7% до плюс 9,5% относительно стандарта. А это уже тревожно – топливная аппаратура может просто не выдержать.

Но такая разница – еще не предел. По данным геологической службы штата Арканзас, теплотворная способность сланцевого газа колеблется у них от 700 до 1200 BTU/SCF. А это уже сорокавосьмипроцентный размах свойств. С одной стороны, газ может быть на 20% более теплотворным, чем рассчитано (что опасно для горелок), с другой – на треть менее теплотворным. Чайник вскипать на таком газу будет дольше – вы готовы платить за такой газ старую цену? 

Именно об этом писали швейцарские эксперты из Credit Suisse, анализируя использование «скудного» нетрадиционного газа, теплотворная способность которого на 20% ниже привычного стандарта. Для того чтобы поднять теплотворную способность «необычного» газа, к нему добавляют сжиженный природный газ. Самым теплоэффективным природным газом является газ, поступающий с месторождений Сахалин-2.

Разумеется, все эти проблемы решаемы. Газ можно очистить, сделать усредненную смесь, добавить, как японцы, толику природного «обычного» газа – и использовать его в свое удовольствие. Потому что любой газ-коктейль из метана – это самое чистое и самое эффективное сжигаемое органическое топливо. Но у экологов есть свои возражения, которые касаются не столько самого газа, сколько способов его добычи. 

Прежде всего, сомнения экологов вызывает сам метод гидроразрыва пласта (гидрофракинга). Ведь в скважину нагнетают не чистую воду, а смесь, в которой могут быть соль, кислоты, различные поверхностно-активные вещества, а иногда и такие химикаты, как бензол и толуол. Вода в источниках оказывается обогащенной метаном, происходит ее засоление и загрязнение химическими веществами. В процессе работы загрязняется и воздух. Из-за работы буровых установок и тяжелой техники разрушаются значительные площади. Все вместе крайне неблагоприятно сказывается на окружающей среде. 

В США и Западной Европе началась активная пропагандистская борьба газовиков и экологов. Cначала вышел документальный фильм Джоша Фокса Gasland («Газовая земля») о проблемах, возникающих в сельской местности, где идут работы с применением гидроразрыва пластов. На это ответили уже газовики – фильмом Truthland («Земля правды»), сюжет которого построен на поиске неточностей и перегибов в фильме Gasland. Дискуссии идут и в университетской прессе, где пытаются найти компромисс между стремлением к экологическому существованию и развитием американской экономики. 

Наиболее непредвзятым представляется анализ немецкого эксперта Вернера Циттеля, который на майском заседании Ассоциации по исследованию нефти и газа (ASPO) привел данные, сравнивающие плотность населения с плотностью необходимой сетки буровых скважин для добычи сланцевого газа, которая, кстати, в Германии уже ведется. Например, в США на одного жителя приходится около 30 000 м² площади страны, а в Германии и Британии – менее 5000. При этом в США на 1000 км² приходится 85 скважин, а в Германии и Британии – меньше 15. И увеличивать густоту сетки просто невозможно: там, где есть сланцы, – очень плотная сельская застройка и угодья. И это притом что, по самым оптимистичным прогнозам, сланцевого газа хватит всего лишь на 10–15 лет – до середины 20-х годов этого столетия. А его доля в общем потреблении составит всего несколько процентов.

Здесь автор подходит к границе своей компетенции. Пусть о ценах судят специалисты-экономисты. Но если в открытой печати говорится, что себестоимость добычи газа для «Газпрома» составляет $30 долларов за 1000 кубометров газа, а продает он его на экспорт за $300, то у него явно есть резерв к отступлению. И он, отступив, как крупный игрок, может просто обрушить рынок, поставив сланцевых конкурентов в тупик. Другие игроки на рынке традиционного газа, такие как Катар или Норвегия, тоже получат от этого свою выгоду. Но это, повторюсь, уже тема других авторов. 

Но вот что удивляет. Понятно, когда политика «Газпрома» раздражает европейцев, – нам же платить за газ. Но почему многие россияне просто злорадно радуются тому, что «грядет сланцевая революция», которая низвергнет «Газпром» с пьедестала? Ведь ваше благосостояние, господа россияне, связано именно с экспортом газа – даже если вы напрямую с этим бизнесом не связаны. И даже если завтра случится чудо – и креативный класс займет места в Думе и Кремле, всем им сразу же придется искать способы наполнения государственной казны. И если потребитель готов платить $300 за 1000 кубов – пусть платит. «Газпром», может, и нуждается в развитии и обновлении, но не в разрушении. Как говорили знакомые норвежцы о своей монополии – Statoil – «можно лучше, но не было бы хуже». 

Ожидая «сланцевую революцию», блаженно мечтая о том, что «Единая Россия» и сам ВВП испытают огромные проблемы (как будто остальную Россию это не коснется), можно действительно проглядеть важный момент «нового газового пришествия». Газ все чаще рассматривается как альтернатива бензину в качестве топлива для машин, морских судов и даже самолетов. Газ метан – топливо, которое существует и в глубинах океанов в виде так называемых газогидратов, и в толще вечномерзлых пород, выделяется при гниении свалок и жизнедеятельности коров. То есть на данный момент его запасы действительно неисчерпаемы. И новые технологии использования могут изменить структуру его потребления. К этому уже поздно готовиться – нужно включаться в работу. Подешевевший газ будет покупаться во все больших объемах, а значит – добывать его России будет по-прежнему выгодно. Но еще выгоднее было бы уметь им грамотно пользоваться. Но и это – за пределами моей компетенции.