Kildagaasi varude ja kasutamisega seotud probleemid avaldatud materjalide põhjal

Töös antakse ülevaade kildagaasi kui ühe uue energiaallika olemusest ja selgitatakse selle mõistet. Kildagaas on maapõues orgaanilise aine lagunemisel tekkinud ning kiltkivi pooridesse lõksu jäänud gaas, mis koosneb peamiselt metaanist, kuid selles leidub ka etaani, propaani, butaani ja teisi gaase. Töös antakse ülevaade kildagaasi varude paiknemisest maailmas ning nende varude suurusest. Eraldi on käsitletud kildagaasi potentsiaali Eestis. Orgaanilist ainet sisaldavad kildad on maailmas üsna laialt levinud ning seetõttu on kildagaasi varud ka hiiglaslikud. Varusid hinnatakse jätkuvat vähemalt sajaks aastaks ning tehnoloogia arenedes veel kauemakski. Suurimad kildagaasi varud paiknevad teatud hinnangute põhjal kas USAs või Hiinas. Ka Eestis on teada kildagaasi olemasolu ning Balti riikide alla jääva kildagaasi maardla tehniliselt kättesaadavaks varuks on hinnatud 0,65 triljonit kuupmeetrit. Töös käsitletakse kildagaasi kasutamise ja kaevandamise ajalugu ning ammutamise kahte peamist tehnoloogiat. Esimene tehnoloogia, mida kildagaasi saamiseks oleks võimalik kasutada, on utmine, mis eeldab puurimise asemel argilliidi kaevandamist ja seejärel kuumutamist. Kuna aga enamik kiltkivikihte paikneb 2–5 km sügavusel, ei ole maapealne utmistehnoloogia kasutamine väga mõistlik. Sellepärast on teiseks ja enamlevinumaks meetodiks hüdrauliline purustamine maapõues horisontaalses puuraugus, mille tulemusel kiltkivi poorid avanevad ja eralduv gaas kogutakse puuraugu kaudu maa peal kokku. Kogu kildagaasi kasutuselevõtu ajalugu on seotud peamiselt USAga. Esmakordselt ressursina ammutati kildagaasi 1821. aastal Fredonias, New Yorgis. Teadaolevalt puuriti esimene tööstuslik kildagaasi horisontaalne puurauk 1929. aastal Texase osariigis ning hüdraulilise purustamise tehnoloogiat kasutati horisontaalses puuraugus samuti esimesena Ühendriikides 1947. aastal. Töös antakse ka ülevaade kildagaasi kasutamisega kaasneda võivatest keskkonnaprobleemidest. Välja on toodud nii looduskeskkonda kui inimese tervist ja ka majandust mõjutavad tegurid. Esiteks on kildagaasi ammutamine üsna veenõudlik, vajades ühe puuraugu tegemiseks erinevate andmete põhjal kuni 60 000 m3 vett. Ometi peetakse seda, eriti tänu tootmistsükli viimasele osale, elektri tootmisele, üheks veetõhusamaks energiaallikaks. Teise kildagaasi tootmisega seotud keskkonnariskina on töös välja toodud atmosfääri saastamine ning kasvuhooneefekt, mida põhjustab eelkõige metaani lekkimine hüdraulilise purustamise käigus. Samas on kildagaas ise puhas kütus ning sellest elektri tootmine gaasijaamades oleks väga positiivne asendus kivisöe kasutamisele, mis vastupidiselt gaasile, on väga saastav kütuseliik. Keskkonnariske põhjustavad ka hüdraulilise purustamise protsessis kasutatavad kemikaalid. Mitmed kasutatavad kemikaalid on toksilise või kantserogeense toimega ning nende lekete korral võivad tekitada kahju nii inimesele kui loodusele. Keskkonnale ja inimese tervisele ohtlike ainete kasutuselt kõrvaldamist on käitajad juba heaks kiitmas. Probleemiks on ka nii gaasi, kemikaalide kui ka kivimitest leostuda võivate ainetega saastuda võiv põhjavesi. Kivimitest leostuda võivate ainete hulgas leidub ka radioaktiivseid aineid, mis võivad kas otsesel kokkupuutel või bioakumulatsiooni tõttu inimesele kahjulikud olla. Inimese ja loomade elutegevust võivad oluliselt häirida puurimisseadmed ja kompressorid, mis tekitavad kaevandamispiirkonnas kõrgenenud mürataset. Puurimisplatsi piirkonna müra vastu on tavaliselt siiski kasutusel müratõkked, kuid transpordist tekkivat müra ja vibratsiooni need ei tõkesta. Samuti ei aita müratõkked hüdraulilise purustamise tõttu tekkiva vibratsiooni vastu. Hüdraulilise purustamise tõttu on esinenud ka väiksemaid maavärinaid. Keskkonnariskide vähendamiseks tuleb teha pidevat teadus- ja arendustööd uute ja keskkonnasõbralikumate tehnoloogiate väljatöötamiseks. Kildagaasi nagu kõigi teiste kütuste ammutamiselgi, tuleb rõhku panna tööde teostamise ja kasutatavate materjalide kvaliteedile ning teha töödele järelvalvet. Uue energiaallika lisandumine omab ka mõju majandusele. Üheks gaasi hinnalanguse peamiseks põhjuseks peetakse just kildagaasi, mis on gaasi pakkumist turul oluliselt suurendanud. Kildagaas on võimaldanud näiteks USA-l saada gaasitarnete osas täielikult sõltumatuks ning prognoosi kohaselt võib aastaks 2025 rahuldada kogu oma riigi energiavajaduse ise. Tugeva majandusliku mõju tõttu on kildagaas mõjutamas ka riikide omavahelisi suhteid. Teatud olukordades võib kildagaasi ammutamine endaga kaasa tuua suhete soojenemist gaasi müügi- või ostutehingute tõttu, kuid teatud puhkudel võib see hoopis riikide vahele pingeid luua ja halvemal juhul põhjustada agressiooni.

The topic of this thesis is „Problems associated with shale gas reserves and their extraction on the basis of released publications“. The thesis consists of two chapters, which are „Shale gas as a new perspective energy source“ and „The impacts of shale gas production on the environment“. The aim of this thesis was to: • give an overview of shale gas in general and the history of shale gas usage; • give an overview of shale gas reserves around the world and the potential reserves in Estonia; • give an overview of shale gas extraction and the environmental problems associated with it and also the economical and political impacts, that the extraction of shale gas brings. The world is in need of environmentally friendly and low CO2-emission energy sources. This has caused many countries and institutions, like the European Union, to find alternatives to enrich the current energy management. One of the alternatives could be shale gas, which is widely spread around the world. The largest known shale gas reserves are located in either the USA or China. A report by Advanced Resources International (ARI) places USA first as the country with largest shale gas reserves in the world, while a report by the U.S. Energy Information Administration (EIA) places USA fourth and says China to be the country with largest known shale gas reserves. Shale gas is natural gas, which is found in shale formations generally in the depth of 2–5 km. Shale gas was first extracted in Fredonia, New York, in 1821. There are two main technologies for shale gas extraction. One of the technologies, which is also the most common and known method for recovering shale gas from shale formations, is called hydraulic fracturing. This method includes drilling horisontal wells and pumping fracking fluids into the well with high pressure to break the pores of the shale rocks. This technology is used to extract thermogenical shale gas. Hydraulic fracturing has been used since 1947. The second technology used to extract shale gas is called dry distillation, which is a technology to produce gaseous products from solid fuels, like shales or oil shales, by heating the fuel up to 500–550 °C. This technology can be used to recover shale gas from biogenic shales which don’t need to be hydraulically fractured. It is a known fact that Estonia also has some shale gas reserves in its crust, but the shale gas in Estonia is thought to be biogenic, since the shales in Estonia are not deep enough to meet the necessary thermal and pressure conditions to have become thermogenic. Therefore the technology used to recover shale gas in Estonia, should be dry distillation. The thesis also gives an overview of the main problems caused by the extraction of shale gas. The potential and real problems of a shale gas well are: • intense water usage for shale gas wells (from 5000–60 000 m3 per well); • air pollution and the emission of greenhouse gases (methane migration); • water pollution by fracking chemicals (hazardous chemicals used in fracking process may leak into the environment and contaminate the water reserves); • increased noise and vibration in fracking area (noise comes from different machines used in the fracking site and from intense transportation; vibration is mainly caused by transportation and hydraulic fracturing in the ground); • radioactive contamination caused by radioactive elements in shale rocks. Shale gas also has an impact on both the world’s economy and political relationships. One of the impacts of shale gas on the economy is the decrease of gas price due to increased amount of available natural gas on the market. This lowers the household gas fees and also the fees the industries pay for their gas usage. However lower gas prices have caused resentment in oil producers, because of the decline in oil consumption. Shale gas might also be one of the reasons for the current conflict between Ukraine and Russia, because of the rather large shale gas reserves found in Ukraine, which are one of the largest in Europe.