Pred týmto rozhovorom som si o téme radšej nič neštudoval. Jednak by už bolo neskoro, jednak som chcel zistiť, ako zvládne neľahkú úlohu - vysvetliť základné veci o rope tak, aby im porozumeli aj laici, respektíve úplní chemickí analfabeti.
Väčšina lietadiel nelieta na letecký benzín, ale na letecký petrolej, tvrdí v rozhovore pre SME.sk skvelý chemik a odborník na ropu Miro Mihálik.
Čo je ropa? Väčšina laikov pod ňou rozumie nejakú odpornú tekutinu spod zeme, z ktorej sa vyrába benzín.
Všetko správne, ale ja budem exaktnejší. (smiech) Ropa je obrovská zmes zlúčenín na báze uhľovodíkov. Zároveň je to strategická nerastná surovina, ktorej pôvodným názvom, pochádzajúcim z Grécka, bolo slovo petroleum, teda skalný olej.
Mal ten názov svoju logiku?
Určite, pretože prvé skúsenosti človeka s ropou sa udiali tam, kde ropa vyvrela na povrch spod zeme a pomedzi kamene.
Vieme dnes explicitne povedať, ako ropa vznikla?
Dobrá otázka, ale nevieme. Existujú dve zásadné teórie, pričom ani jedna z nich zatiaľ stopercentne nevyhrala, hoci tá prvá prevláda.
Ktorá?
Tá, že ropa má organický pôvod. V praxi by to znamenalo, že vznikla zo sedimentov odumretých rastlín, rias, živočíchov a tak ďalej, ktoré sa usádzali na dne mora. Geologickými zmenami sa potom dostali do podzemia do oblasti vysokého tlaku a vysokej teploty bez prístupu vzduchu, s tým, že svoju úlohu zohrával najmä čas. Za milióny rokov sa potom tie zbytky pretransformovali do podoby, akú poznáme dnes.
Dá sa táto teória trochu pripodobniť k vzniku humusu v záhrade?
No, ak by ste pripustili, že ten humus je riadne prestarnutý, tak áno. (smiech)
Ako znie druhá možná verzia?
Že ropa má anorganický pôvod a vyplýva z jednej jednoduchej reakcie. Ako deti sme sa s tým zabávali - vzali sme karbid vápnika, hodili ho do vody, vďaka čomu tam začal bublať nejaký plyn. Ten karbid používali bežne aj baníci v karbidových lampách, pričom unikajúci acetylén zapálili a svietili.
Karbidy totiž vznikali aj v podzemí, a ak sa na ne dostala voda, mohol vzniknúť acetylén ako jeden zo zázrakov prírody.
Prečo zázrak?
Lebo dve anorganické zlúčeniny sa spoja a vzniká organický plyn. To je zázrak. (smiech) A ak sa na ten acetylén naväzovali ďalšie veci, teoreticky mohla vzniknúť práve ropa. Viac argumentov však zatiaľ svedčí v prospech prvej teórie, teda organickej.
Je vôbec pre ľudstvo dôležité vedieť, ako to bolo?
Nie, vôbec.
Nedali by sa však potom nasimulovať podmienky tak, aby sme ju vyrábali umelo?
Určite by to nešlo, lebo aj keby ste nasimulovali všetko možné, teda teplotu aj tlak, s jedným by ste si neporadili - s časom. A zrejme ani s vtedajšími tektonickými pohybmi. Jediná možnosť, ako s tým vybabrať, sú alternatívne technológie. Jednoducho treba počítať s tým, že autá raz nebudú môcť jazdiť na benzín alebo naftu, vyrábanú z ropy.
Súčasné zásoby ropy minieme o 120 rokov
Ako vyzerá a chutí?
Chuť má odpornú. Ak ste niekedy hadičkou ťahali naftu, tak to viete. Podobný „podtón" by ste totiž objavili pri rope, je to niečo, ako keď cítite lipový kvet vo víne. Farba je od bledožltej až po úplne čiernu olejovitú, všetko závisí od toho, o akú ropu ide. Existujú ropy ľahké, ktoré sú ľahšie ako voda, a ropy ťažké, ktoré sú od vody ťažšie.
Preložené pre laikov to znamená, že ľahké ropy vytvárajú akýsi filter na povrchu vody a ťažké klesajú dole?
Áno, tie ťažké sú pod vodnou vrstvou, ale obyčajne tvoria s vodou emulziu.
Keď už ste spomenuli to víno - vo víne je vraj pravda. Je aj v rope?
Je jej tam strašne veľa. (smiech) Neskôr vám na kameru ukážem schému, na ktorej uvidíte, čo všetko sa z ropy vyrába. Pravdu v rope teda vnímam tak, že ide o mimoriadne cennú surovinu, ktorej hodnotu si často ani neuvedomujeme. Považujem za barbarstvo, ak ju primárne využívame na výrobu surovín, ktoré potom spaľujeme v motoroch. Lenže toto barbarstvo úžasne prispelo k rozvoju aj iných chemických technológií a chemického inžinierstva.
Prečo je to barbarské?
Lebo ropa je nenávratná surovina, ktorá keď sa minie, tak jednoducho nebude. A my ju míňame oveľa rýchlejšie, než stíha vznikať nová. Žijeme totiž len zlomok z celkovej epochy, ktorú ropa potrebuje na svoje sformovanie.
Vie sa, kedy sa minú všetky zásoby ropy pri súčasnej spotrebe?
Podľa posledných výskumov sa odhaduje, že kapacita dostupných zdrojov ropy a roponosných pieskov je asi 600 kilometrov kubických, pričom ročná spotreba celého sveta je asi päť kilometrov kubických. Predstavte si bazén o rozmeroch 30 krát 20 km a jeden kilometer hlboký.
Celkom pekná nádoba.
(smiech) A ak ak ho celý naplníte ropou, tak tam zmestíte všetky odhadované zásoby, ktoré má svet k dispozícii. Pri aktuálnej spotrebe vychádza, že to minieme za 120 rokov.
Ropu využívali už Babylonci
Pred mnohými rokmi niekto musel prísť na to, že ropa je aj užitočná. Ako sa mu to podarilo? Niekto videl, že ide o nechutnú, škaredú a zapáchajúcu tekutinu, a napriek tomu ju začal skúmať?
Človek najskôr našiel len na povrch vyvreté zložky ropy, pričom jej ľahšie časti už boli odparené. O zásobách pod zemou nič netušil, ale v každom prípade si všimol, že tá odporná vec celkom dobre lepí.
V ktorom období sa tak udialo?
Neuveríte, ale ropu využívali už Babylonci, čo bolo približne 2 tisíc rokov pred naším letopočtom. Tým látkam hovoríme bitumeny a oni ich už vtedy používali na utesňovanie škár, lepenie dlaždíc a podobne. Keďže som bol v Iraku, mal som to šťastie, že som sa dostal do Babylonu. V rámci vykopávok tam existuje jedna časť cesty, na ktorej krásne vidieť vyšpárovanie a lepenie dlaždíc práve bitumenmi. Dlaždice samotné sú pritom z vysušenej hliny a trčí z nich slama, ktorá sa používala ako spevňovacie médium.
Čiže ropa ako lepidlo. Čo bolo ďalej?
Napríklad Gréci v námorných bitkách používali horiace strely, ktorými sa snažili zasiahnuť nepriateľské lode. Horľavé zložky tých striel boli tiež vyrábané na báze bitumenov. Iné kultúry používali bitumeny napríklad aj na liečenie, natierali nimi rany, využitie mali aj vo vtedajšej kozmetike. Nezabúdajme, že ľudia kedysi využívali najmä to, čo matka Zem vypustila na povrch.
Poďme k hromadnej výrobe z ropy. Čo sa produkovalo ako prvé?
Petrolej. Zistilo sa, že ropa je zmes rôzne ťažkých uhľovodíkov, pričom pri zahrievaní sa tie ľahšie odparia a zostane petrolejová frakcia, ktorá sa dá použiť na svietenie. Obrovský boom však prišiel až s vynájdením spaľovacích motorov, kde spaľovaním horľavej látky vzniká okrem iného aj mechanická energia, ktorú využívame v automobilizme. Práve tam treba hľadať počiatky rozmachu celého ropného odvetvia.
Je to ako oberanie jabĺk zo stromu
Na čom je založená technológia spracovania ropy?
Na dvoch základných myšlienkach - dostať z nej všetko užitočné, čo sa dá, a odstrániť z nej všetko, čo prekáža.
Prejdime si celý proces. Najskôr musíme ropu dostať na povrch zeme, teda ju vyťažiť. Ako sa to robí?
Ropa sa môže nachádzať tesne pod povrchom Zeme až po kilometrové hĺbky. Ideálne boli náleziská, kde sa ropa nachádzala pod tlakom zemného plynu. Zemný plyn je totiž látka, ktorá sprevádza ropu vždy a všade, tvorí vankúš priamo nad jej hladinou. Ak do tej ropy z povrchu Zeme navŕtame nejakú rúrku, zemný plyn začne na ropu tlačiť a tá bude stúpať hore. Pamätáte sa na fľaše, v ktorých sa kedysi v domácnostiach vyrábala sódovka? Toto je podobný princíp.
Jasné. Znamená to teda, že pri takomto nálezisku nepotrebujem žiadne čerpadlo a ropa mi bude stúpať na povrch len tlakom zemného plynu?
To je ideálny prípad a najlacnejšia ťažba ropy. Tieto zdroje už sú, samozrejme, z väčšej časti minuté, pretože sa ťažili ako prvé. Je to ako keď idete oberať jablká zo stromu - najskôr vezmete tie, na ktoré dočiahnete, potom použijete rebrík, aby ste vzali aj ostatné. Raz takýto imaginárny rebrík použijeme aj na ťažbu posledných zvyškov ropy. Verte, že to nebude lacné.
Rozumiem. Čo v prípade, že tlak zemného plynu nie je dostatočný?
Buď použijeme čerpadlá, alebo do náleziska umelo načerpáme vodu. Voda sa dostane pod ropu a začne ju vytláčať hore. Nie je to však lacná záležitosť.
To sa však dá použiť len tam, kde je ľahká ropa, nie?
Presne tak. Upozorním ešte na jednu vec, aby nevznikol dojem, že ropa leží v nejakých jaskyniach alebo podzemných jazerách. Nachádza sa buď v pieskoch, alebo v poréznych horninách, dá sa to prirovnať trebárs k pemze na päty, ktorá je naplnená tekutinou.
Do náleziska napustíme vodu a ropa začne stúpať k povrchu. Také jednoduché to asi nebude.
Iste, musíte totiž používať vysoký tlak, teda adekvátne pumpy, lebo ak tú vodu len nalejete, nič nedosiahnete. Popri tom existuje množstvo iných spôsobov ťažby ropy, spomeniem už len jeden, ktorý je celkom sofistikovaný, hoci použiteľný len pre isté typy ropy a podložia - do podzemia načerpáte kvapalný oxid uhličitý, ktorý tam pôsobí ako extrakčné činidlo. Vďaka tomu sa dá vyťažiť o približne 30 percent ropy viac ako pri predchádzajúcich spôsoboch. Takýto spôsob sa používal napríklad v bývalej Juhoslávii.
Ropu treba zbaviť vody a soli, inak skoroduje potrubie ropovodu
Ok, vyťažím ropu na povrch. Predpokladám, že nejde priamo do ropovodov, ale sa ukladá do nejakých zásobníkov.
Denne sa vyťaží množstvo barelov, pričom jeden barel predstavuje približne 160 litrov. Ešte ich však nikam neukladáme, najskôr musíme odstrániť isté veci, ktoré v rope nepotrebujeme. Jednou z nich je voda. Pred chvíľou sme síce hovorili, že ropa sa od vody oddelí, ale nie je to dokonalé, vzniká len akási emulzia.
Prečo tá voda prekáža?
Lebo v sebe rozpúšťa soli, a tie by pri transporte spôsobovali koróziu potrubí, respektíve iných technológií. Na ropných poliach sú teda zásobníkové kapacity, kde sa ropa zbaví istej časti vody. Má to aj praktické dôvody - po odstránení vody vám klesajú transportné náklady, lebo budete dopravovať menší objem a hmotnosť suroviny.
No, ale tým pádom aj predám menej ropy. V mnohých brandžiach sa výsledné produkty bežne riedia, stačí spomenúť mlieko, džúsy, ale aj benzín priamo na darebných čerpacích staniciach. Neklame sa tak aj pri rope?
(smiech) Správna poznámka, ale tu sa to nedeje. Tí, čo tú ropu kupujú, totiž nie sú hlúpi. Špecifikácia jednotlivých charakteristík ropy je veľmi podrobná a ľahko zistiteľná, takže by to bola zbytočná snaha.
V poriadku, ropu sme zbavili väčšej časti vody. Čo s ňou ďalej?
Zo stoviek veľkých zásobníkov ju pustíme do ropovodu a ním ju dopravíme do príslušnej rafinérie, trebárs do Slovnaftu. Samozrejme, tým, že ide o obrovské vzdialenosti, dochádza v potrubí k treniu a tlakovým stratám. Každých iks kilometrov sa preto nachádzajú prečerpávacie stanice, ktoré do potrubia pridávajú potrebný tlak.
Najskôr vzniknú surové, ešte nepoužiteľné produkty
Vďaka tomu sa ropa cez Družbu objaví v Bratislave. Čo sa s ňou deje v Slovnafte?
Najskôr ju dajú do zásobníkov a potom sa začína najväčšia zábava a pre „ropárov" najväčšie potešenie - jej spracovanie.
Konkrétne?
Prvotné spracovanie sa týka opätovného, ale teraz už finálneho odsolenia a odvodnenia ropy. Hneď za tým nastupuje destilácia - ropa sa zahrieva, vďaka čomu sa odparujú ľahšie frakcie a tie ťažšie ostávajú. V obrovskej peci ropa prúdi cez oceľové rúrky, pričom na tie šľahajú plamene. Keď sa ropa zohreje, prúdi do destilačnej kolóny, kde sa rozopne, teda zväčší objem. Samotná kolóna má pritom jednotlivé etáže, ktoré umožňujú jemnejšie delenie. Tam sa všetko delí - úplne hore odchádzajú ľahšie podiely, teda plyny, napríklad propán-bután, potom odchádza benzín, následne petrolej, plynový olej, až nakoniec dole ostane len zvyšok, ktorý sa volá mazut. Celé sa to nazýva atmosferická destilácia, lebo všetko sa deje pri atmosferickom tlaku. Pozor, týmto dostaneme všetko takpovediac len surové, teda ešte v praxi nepoužiteľné. Najskôr to musíme vyčistiť, ďalej spracovať, až potom využívať.
Je okrem vody a teda aj solí v rope ešte niečo, čoho sa treba zbavovať?
Áno, napríklad sírne alebo dusíkaté zlúčeniny. Síra je pritom veľmi korozívna, takže v rope sa jej musí zbaviť každá rafinéria.
Hovoríte, že tie jednotlivé zložky ešte treba čistiť. Vezmime si teda surový benzín. Prečo ešte nemôže byť natankovaný do auta?
Lebo by mimoriadne „kašľalo" pre jeho nekvalitu.
Má prinízke oktánové číslo?
Ak za ideál a štandard vezmeme oktánové číslo 100, tento benzín sa pohybuje na úrovni možno 50. Preto ho reformujeme - robí sa to na katalyzátore, teda na látke, ktorá urýchľuje reakcie, všetko pod atmosférou vodíka za istých požiadaviek na teplotu a tlak. Výsledkom je, že zo zlúčenín, ktoré sa nachádzajú v surovom benzíne, vznikajú hodnotnejšie komponenty, zvyšujúce oktánové číslo. Mimochodom, prvou destiláciou získavame v porovnaní s reálnou spotrebou príliš málo benzínu, preto benzínové frakcie získavame aj pri ďalších stupňoch spracovania ropy.
Treba tiež povedať, že pri reformovaní benzínu vzniká viac aromatických uhľovodíkov - benzén, toluén, xylény a podobne. Nejaké aromáty potom odstránime, pretože ich obsah v benzínoch je aj tak limitovaný, a napríklad z benzénu a etylénu vyrobíme etylbenzén.
Na čo nám bude?
Z neho dokážeme spraviť styrén a potom ho polymerizovať na polystyrén. Ten už určite poznáte, napríklad ako izolačnú hmotu.
Petrolej treba zbaviť parafínu
Poďme na surový petrolej. Čo s ním treba robiť?
Možno to neviete, ale väčšina lietadiel lieta na letecký petrolej.
Na letecký benzín, nie?
Existujú aj také, ale týchto motorov je oveľa menej a používajú sa najmä v menších a ľahších lietadlách. Tie ťažšie lietajú zväčša na petrolej. A tam je zaujímavá jedna dôležitá vec - obsah parafínov.
Prečo?
Lebo parafíny majú dosť nepríjemnú vlastnosť - príliš rýchlo tuhnú, teda na to nepotrebujú príliš nízke teploty. Lietadlá sa pritom pohybujú vo výškach, kde je bežne aj mínus 55 alebo 60 stupňov Celzia. Hrozí tam teda riziko zatuhnutia parafínov a následného upchatia palivových filtrov, čím by sa palivo nedostalo do motora a vznikol by problém. Určite ste už počuli o zimnej a letnej motorovej nafte.
Iste, tá zimná je do nižších teplôt.
A práve preto sú na ňu prísnejšie požiadavky z hľadiska obsahu parafinických zložiek, ktoré by mohli stuhnúť a upchať filter.
Parafínu v leteckom petroleji aj motorovej nafte sa teda treba zbaviť. Zrejme je však využiteľný inde.
Jasné, napríklad v kozmetickom priemysle, prípadne na výrobu sviečok. Svoju parafínku mal dokonca aj Slovnaft, ktorý potom vyťažený parafín z jednotlivých frakcií predával ďalej. Samozrejme, že aj parafíny sa dajú ďalej chemicky využiť.
Z irackej ropy vzniká kvalitnejší asfalt ako z ruskej
Čo sa deje s mazutom, ktorý ostal po atmosferickej destilácii? Kedysi sa ním kúrilo.
Múdri chemici si raz povedali, že ho budú destilovať aj v ďalšej kolóne, ale pri nižšom tlaku. Dali ho teda do vákuovej kolóny, pričom vďaka nižšiemu tlaku je schopný vrieť pri nižšej teplote.
Čo vznikne?
Olejové frakcie, ktoré vieme ďalším spracovaním využívať buď ako ľahký alebo ťažký vykurovací olej, prípadne ich môžeme použiť ako základ pre motorové oleje, olej do prevodovky a podobne. To je ďalšia samostatná veda.
Okrem olejových frakcií už v tej vákuovej kolóne nezostane nič?
Vždy niečo zostane, v tomto prípade napríklad ťažký vákuový zvyšok a asfalt. Z neho sa dajú vyťažiť ďalšie veci. A na to máme v rafinériách jednotky s peknými názvami ako katalytický krak, hydrokrak a podobne, ktoré slúžia na to, aby sme z ropy dostali toľko benzínových a dieselových frakcií, koľko si naše automobily pýtajú. Každá ropa má pritom iné frakčné zloženie, to znamená iný podiel benzínových, dieselových, asfaltenických frakcií a tak ďalej.
V Iraku majú napríklad také zloženie ropy, že z nej vyrobený asfalt je mimoriadne kvalitný a na cestách vydrží aj tamojšie vysoké teploty.
Rusi nám nebodaj dodávajú horšiu ropu? Lebo ak sa pozriem na vyjazdené koľaje a výmole na našich cestách...
Z tohto pohľadu áno, vzniká z nej menej kvalitný asfalt a na to, aby sme ho vylepšili, treba použiť ďalšie technológie, čo, prirodzene, zvyšuje náklady. Robí sa to rôznymi krokmi, napríklad oxidáciou asfaltu.
Ako to vyzerá?
Poviem to zjednodušene - roztavený asfalt sa prebubláva vzduchom a následne je tvrdší, do toho sa navyše modifikuje rôznymi aditívami - kaučukmi, epoxidmi a podobne. Vezmite si trebárs mosty - mnohé sú oceľové a v závislosti od vonkajšej teploty majú vysokú rozťažnosť. Keby ste na ne dali bežný asfalt, aký vidíte na cestách, o chvíľu by popraskal. Asfaltové mostovky sú robené s modifikovaných asfaltov, sú však aj oveľa drahšie.
Z ropy sú aj igelitky
Pri prvej, teda atmosferickej destilácii ste spomínali, že vznikajú aj plyny, napríklad propán-bután. Ten poznáme, ale sú to všetky?
Kdeže, je ich oveľa viac. S nimi, ale môžu sa použiť aj ťažšie frakcie, sa potom robí jedno krásne kúzlo, ktoré nazývame pyrolýza, teda rozklad plameňom. Pri asi 900 stupňoch Celzia sa tam rozpadajú molekuly, pričom prednostne vznikajú „úlomky", pozostávajúce z dvoch uhlíkov. Takto vyrobíme napríklad etylén. Ten sa ďalej čistí a využíva na výrobu polyetylénu. Z neho potom vnikajú všetky tie igelitové tašky, vrecká, obaly a podobne. Etylén sa tiež dá použiť ako základ pre výrobu PVC, ale môžeme ho aj naoxidovať, čím vznikne etylénoxid. Z neho ďalšími reakciami vyrobíme glykoly, chladiace kvapaliny do áut, základy pre kozmetické prostriedky a rôzne iné.
Ako využijeme glykoly?
Veľká časť sa používa napríklad v pracích prostriedkoch, ale možností využitia je oveľa viac.
Tam niekde končia dôsledky využitia pyrolýzy?
Kdeže, pyrolýzou a štiepením vznikajú aj úlomky molekúl s tromi uhlíkmi, čo je zase propylén. Ten vyčistíme, spravíme nejaké chemické kúzla a vznikne polypropylén, teda vlákna, z ktorých sa dajú robiť koberce, izolačné hmoty a tak ďalej.
Inými slovami, kam sa pohnem, samé výrobky z ropy.
Presne tak. (smiech) Pri výrobe ropy totiž nevznikajú takmer žiadne odpady, skoro všetko sa dá zužitkovať. Ale je to správne, veď každé využitie prináša istý ekonomický efekt a plytvanie by bolo nezmyslom. Bolo by predsa jednoduché zbaviť sa parafínov, lebo nám v rope prekážajú, oveľa lepšie je však vyčistiť ich a predať so zvýšenou pridanou hodnotou, teda do kozmetického priemyslu.
To, o čom sme hovorili, je pritom len malá časť produktov z ropy, v skutočnosti je ich oveľa viac. Každý smer, ktorým sa vyberiete, je samostatná veda, o ktorej sa dá debatovať dlhé hodiny.
Rozhovor bol autorizovaný, Miro Mihálik v prepise nič nezmenil.
Medzititulky: Redakcia
Všetky predchádzajúce rozhovory si môžete prečítať tu.
