Olieschalie

Olieschalie is organisch rijk sedimentair gesteente die kerogeen (onoplosbaar organisch materiaal in sedimentair gesteente. Bij blootstelling aan intense hitte leveren deze schalies olie op. Olieschalies variëren van bruin tot zwart van kleur. Ze zijn brandbaar en branden met een roetachtige vlam. Sommige olieschalies zijn echte schalies waarin kleimineralen zijn overheersend. Anderen zijn dat eigenlijk wel kalkstenen en Dolomieten. Veel van het oorspronkelijke organische materiaal in olieschalie is onherkenbaar, maar er wordt aangenomen dat het afkomstig is van plankton, algen en micro-organismen die in vers sediment leven. In voorgaande eeuwen zijn met succes kleine hoeveelheden olie uit olieschalie gewonnen. De afgelopen eeuw zijn er olieschalies gewonnen met gesteentesoorten variërend van schalie tot schalie mergel en ander carbonaat rotsen. Er zijn diverse proefinstallaties gebouwd om olie uit schaliegas te winnen, maar de commerciële resultaten zijn tot nu toe bescheiden.

Classificatie van olieschalie

Classificatie wordt over het algemeen geclassificeerd op basis van hun mineraalgehalte en afzettingsgeschiedenis. De afzettingsgeschiedenis van sedimentair gesteente is het type omgeving waarin gesteente zich heeft ontwikkeld. De afzettingsgeschiedenis van een olieschalie omvat de organismen en sedimenten die zijn afgezet, evenals hoe deze zijn afgezet. deposito's interactie met druk en hitte.

Het van Krevelendiagram

Het van Krevelendiagram is een methode om olieschalies te classificeren op basis van hun afzettingsgeschiedenis. Het diagram verdeelt olieschalies op basis van waar ze zijn afgezet: in meren (lacustrien), in de oceaan (zee) of op het land (terrestrisch).  

Olieschalies uit lacustriene omgevingen worden voornamelijk gevormd door algen die in zoet-, zout- of brakwater leven. Lamosiet en torbaniet zijn soorten olieschalie die verband houden met lacustriene omgevingen. Lamosietafzettingen vormen enkele van de grootste schalieolieformaties ter wereld. Torbanietafzettingen worden voornamelijk gevonden in Schotland, Australië, Canada en Zuid-Afrika.

 Olieschalie uit mariene omgevingen is voornamelijk gevormd uit afzettingen van algen en plankton. Kukersiet, tasmaniet en mariniet zijn soorten mariene schalie. Kukersite wordt gevonden in het Baltische olieschaliebekken in Estland en Rusland. Tasmaniet is vernoemd naar de regio waarin het werd ontdekt, het eiland Tasmanië, Australië. Mariniet, de meest voorkomende olieschalie, wordt aangetroffen in omgevingen waar ooit brede, ondiepe zeeën bestonden. Hoewel mariniet overvloedig aanwezig is, is het vaak een dunne laag en economisch niet haalbaar om te extraheren. De grootste mariene afzettingen ter wereld bevinden zich in de Verenigde Staten, die zich uitstrekken van de staten Indiana en Ohio tot Kentucky en Tennessee.

 Olieschalie uit terrestrische omgevingen gevormd in ondiepe moerassen en moerassen met lage hoeveelheden zuurstof. De afzettingen waren meestal de wasachtige of kurkachtige stengels van winterharde planten. Cannel-schalie, ook wel cannel genoemd steenkool of ‘kaarskool’ is waarschijnlijk het meest bekende type terrestrische olieschalie. Cannel-kolen werden in de 19e eeuw voornamelijk gebruikt als brandstof voor straatverlichting en andere verlichting.

Olieschalies classificeren op basis van mineraalgehalte

Ze worden ingedeeld in drie hoofdtypen op basis van hun mineraalgehalte: carbonaatrijke schalie, kiezelhoudende schalie en cannel-schalie.

 Carbonaatrijke schalieafzettingen bevatten grote hoeveelheden carbonaat mineralen. Carbonaatmineralen zijn gemaakt van verschillende vormen van het carbonaation (een unieke verbinding van koolstof en zuurstof). Calcietis bijvoorbeeld een carbonaatmineraal dat veel voorkomt in carbonaatrijke schalies. Calciet is een hoofdbestanddeel van veel mariene organismen. Calciet helpt bij het vormen van de schelpen en de harde buitenkant van oesters, zeesterren en zanddollars. Plankton, rode algen en sponzen zijn ook belangrijke bronnen van calciet.

 Kiezelhoudende schalie is rijk aan het mineraal silica of siliciumdioxide. Kiezelhoudende schalie gevormd uit organismen zoals algen, sponzen en micro-organismen die radiolarians worden genoemd. Algen hebben een celwand gemaakt van silica, terwijl sponzen en radiolariërs skeletten of spicula hebben gemaakt van silica. Kiezelhoudende olieschalie is soms niet zo hard als carbonaatrijke schalie, en kan gemakkelijker worden gewonnen.

 Cannel-schalie heeft een aardse oorsprong en wordt vaak geclassificeerd als steenkool. Het bestaat uit de overblijfselen van hars, sporen en kurkachtige materialen van houtachtige planten. Het kan de mineralen inertiniet en vitriniet bevatten. Cannel-schalie is rijk aan waterstof en brandt gemakkelijk.

Samenstelling van olieschalie

De samenstelling van olieschalie kan variëren afhankelijk van het afzettingsmechanisme en de setting. De samenstelling van het oorspronkelijke organische materiaal kan van invloed zijn op de chemische samenstelling van de ingebedde kerogeen.

Kwaliteitsfactoren

De kwaliteit van olieschalie is belangrijk bij het bepalen van de geschiktheid voor productie. Enkele van de belangrijke determinanten van kwaliteit zijn onder meer:

• Rijkdom/kwaliteit (liter per ton l/t))
• Gehalte aan organisch materiaal (als percentage van het gewicht)
• Waterstofgehalte,
• Vochtgehalte, en
• Concentraties van verontreinigende stoffen, waaronder:
• Stikstof en
• Zwavel en metalen.

Rijkdom/kwaliteit

De commerciële wenselijkheid van een olieschalieafzetting is afhankelijk van de rijkdom van de schalie. Commercieel aantrekkelijke soorten olieschalie bevatten 100 l/ton of meer. Er zijn enkele afzettingen van olieschalie die 300 l/ton bevatten (4). De rijkdom kan in feite resulteren in grotere opbrengsten dan bepaald door de Fischer Assay vanwege de efficiëntie bij de verwerking. Olieschalie varieert aanzienlijk in termen van rijkdom of kwaliteit, die wordt bepaald door het percentage organische koolstof in het erts. De opbrengst is een uitdrukking van het volume schalieolie dat uit de olieschalie kan worden gewonnen. De rijkdom aan olieschalie kan worden beoordeeld met behulp van methodologieën, waaronder de Fischer-assay, wat de traditionele methode is, maar die mogelijk niet het totale potentiële volume olie oplevert dat uit de schalie kan worden geproduceerd. Een nieuwere methode, bekend als Rock-Evaluation, kan een betere maatstaf zijn voor de werkelijke potentiële opbrengst (5).

Herstelbaarheid

Het volume olieschalie wordt vaak uitgedrukt als de aanwezige olieschalie. Dit is een schatting van de totale hoeveelheid olieschalie in het erts, waarbij rekening wordt gehouden met de kwaliteit van de hulpbron. Sommige afzettingen hebben ook schattingen van de winbare hulpbron, waarbij aanvullende factoren in aanmerking worden genomen om de hoeveelheid schalie te bepalen die feitelijk uit het erts kan worden gewonnen. Er is variatie in de mate waarin individuele afzettingen over de hele wereld zijn geëvalueerd of gekarakteriseerd; het volume schalieolie is dus niet volledig bekend.

Vorming van olieschalie

Olieschalie wordt gevormd uit organisch materiaal dat verschillende oorsprongen kan hebben. Het wordt vaak ingedeeld op basis van de oorsprong van het organische materiaal in drie hoofdcategorieën: terrestrisch, lacustrien en marien (2).

• Terrestrische olieschalie wordt gevormd uit organisch materiaal, plantaardig en dierlijk materiaal dat ooit op het land leefde, vergelijkbaar met het materiaal dat steenkool produceert.
• Lacustriene olieschalie stamt af van zoet- of brakwateralgenresten.
•  Afzettingen van mariene olieschalie zijn het resultaat van zoutwateralgen, acritarchen en dinoflagellaten.

De oorsprong van de olieschalie kan van invloed zijn op de kwaliteit ervan en/of op de andere mineralen die in de afzetting worden aangetroffen

Distributie

Afzettingen van olieschalie kunnen op verschillende diepten onder het oppervlak worden aangetroffen. Schalie-olie komt voor in bijna 100 grote afzettingen in 27 landen over de hele wereld (3). Het wordt over het algemeen gevonden op een ondiepe diepte van minder dan 900 meter, terwijl diepere, warmere geologische zones nodig zijn om conventionele olie te vormen. Sommige afzettingen bevinden zich dicht bij het oppervlak in relatief dunne lagen schalie. Andere afzettingen kunnen dieper onder het oppervlak (meer dan 300 meter) worden aangetroffen in zeer dikke lagen (300 meter of meer dik).

Kenmerken en eigenschappen

Ze worden aangetroffen in verschillende gastgesteenten, maar de meeste afzettingen zijn gebaseerd op carbonaat of silica. Het type gesteente waaruit het schalielichaam bestaat, beïnvloedt de mijnbouw- en verwarmingsaanpak, het vochtgehalte en de lucht- en koolstofemissies die vrijkomen tijdens de verwerking. Op silica en klei gebaseerde olieschalies hebben doorgaans een hoger vochtgehalte. Carbonaatgesteente kan bij het delven, breken en hanteren afbrokkelen, waardoor kleine deeltjes ontstaan ​​die fijne deeltjes worden genoemd. Boetes vereisen een andere retortbenadering dan schalieklompen. Fijne deeltjes kunnen schalieolie ook verontreinigen met deeltjes die moeilijk te verwijderen zijn. Carbonaatgesteente ontleedt ook wanneer het wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, waardoor er kooldioxide-emissies ontstaan ​​en vrijkomen.

Wereldolieschaliebronnen

De mondiale olieschalievoorraden worden in verschillende mate gekarakteriseerd. De grootste hulpbron, de Amerikaanse voorraden, bevat ongeveer 75 procent van de schalieolievoorraden in de wereld en er is veel bekend over de kwaliteit en de omvang van deze hulpbronnen. Er zijn echter veel afzettingen over de hele wereld waarin weinig bekend is over de kwaliteit en omvang van de hulpbron.

Gebruik van olieschalie

Mensen gebruiken al duizenden jaren olieschalie. De oude Mesopotamiërs gebruikten schalieolie om wegen te plaveien en schepen te breeuwen. Oude Mongolen doopten tijdens gevechten de punten van hun pijlen in schalieolie en stuurden vlammende pijlen naar hun vijanden. In het Midden-Oosten was kleverige schalieolie zelfs een onderdeel van decoratieve mozaïeken.

 De moderne schalie-industrie begon in de 19e eeuw. Deze industrie gebruikte industriële processen om schalie te verwarmen om olie te winnen. Schalieolie werd gebruikt voor een verscheidenheid aan producten, waaronder paraffinewas.

 Europese landen, en later de Verenigde Staten, begonnen olieschalie en schalieolie te winnen en deze als brandstofbron te verbranden. De eerste Amerikaanse schaliemijnbouwfaciliteiten werden opgericht in de Ohio River Valley in de staten Pennsylvania, Ohio, West Virginia en Kentucky.

 Het winnen en verwerken van schalieolie is een duur en lastig proces. Steenkool, petroleum, en aardgas is goedkoper te winnen. Australië, Brazilië, Zwitserland, Zweden, Spanje en Zuid-Afrika begonnen in de 19e en 20e eeuw met de winning van schalieolie, maar in de jaren zestig stopten ze allemaal met de productie. De VS stopten begin jaren tachtig met de productie.

 Veel landen, waaronder Estland, China en Brazilië, blijven voor hun brandstof afhankelijk van olieschalie. Het wordt verbrand om elektriciteit op te wekken, is een onderdeel van de chemische industrie en bijproducten worden gebruikt bij de productie van cement.

Referenties

• Bonewitz, R. (2012). Rotsen en mineralen. 2e druk. Londen: DK Publishing.
• Knaus, E., Killen, J., Biglarbigi, K., en Crawford, P. (2010). Een overzicht van de olieschaliebronnen. In ACS-symposiumserie (Deel 1032, pp. 3-20). Oxford Universiteit krant.
• Maatschappij, N. (2019). olieschalie. [online]National Geographic Society. Verkrijgbaar op: https://www.nationaalgeografisch.org/encyclopedia/oil-shale/ [Geraadpleegd op 9 mei 2019].