Китай обладает крупнейшими в мире запасами природного газа, но современные технологии добычи делают большую его часть недоступной. Поэтому китайские ученые планируют применить для добычи сланцевого газа ту же технологию, которая использовалась для подрыва ядерной бомбы над Хиросимой во время Второй мировой войны с тем, чтобы получить доступ к огромным запасам газа в провинции Сычуань. В то время как успех означал бы гигантский скачок вперед не только для промышленности, но и для энергетических амбиций Пекина, некоторые наблюдатели обеспокоены потенциальным риском широкомасштабного бурения для топлива в регионе, известном своими разрушительными землетрясениями.
Несмотря на то, что Китай является обладателем крупнейших запасов сланцевого газа на планете (около 31,6 трлн. кубометров, по данным Управления энергетической информации США от 2015 года, или в два раза больше, чем Соединенные Штаты и Австралия вместе взятые), он в то же время является и крупнейшим импортером природного газа в мире, так как около 40 процентов его годовой потребности поступают из-за рубежа. В 2017 году в Китае было добыто всего 6 млрд. кубометров сланцевого газа, или около 6% от объема добычи природного газа за весь год. Проблема заключается в том, что 80% залежей находятся на глубине более 3500 метров ниже уровня моря, что выходит далеко за рамки стандартного метода добычи путем гидроразрыва пласта.
Но все это может измениться после того, как команда ученых в области ядерного оружия во главе с профессором Чжан Юнминем из Государственной лаборатории контролируемых ударных волн в Университете Сянь Цзяотун в провинции Шэньси выпустила в свет обзор о деталях нового «энергетического стержня», который может запускать множественные ударные волны в осадочные породы на глубинах до 3,5 км, о которых никогда ученые раньше не думали. В отличие от гидроразрыва пласта, как это широко известно, который использует струи воды под высоким давлением для высвобождения газовых отложений, захваченных в осадочных породах, торпедообразное устройство Чжана использует мощный электрический ток для генерации концентрированных, точно контролируемых ударных волн для достижения того же результата. Чжан сообщил газете South China Morning Post, что, хотя эта технология еще не применялась за пределами лаборатории, первые полевые испытания должны состояться в Сычуани в марте или апреле. «Мы вот-вот увидим результат десятилетней работы», – сказал он. Профессор Юго-Западного нефтяного университета в Чэнду, столице Сычуани, который не участвует в программе, Чэнь Цзюнь сказал, что с нетерпением ждет результатов испытаний. «Технологический прорыв может спровоцировать еще одну сланцевую газовую революцию», – утверждает он.
Сланцевый газ – это другое название метана (или природного газа), который находится в ловушке в непроницаемой горной породе глубоко под землей. В отличие от обычного природного газа, который находится в проницаемых породах, сланцевый газ не течет и поэтому не может быть достигнут простым бурением скважины. Широкое применение гидроразрыва в Соединенных Штатах началось в 2007 году и ознаменовало бум в производстве энергии в стране. За десятилетие, последовавшее за этим, добыча природного газа выросла на 40 процентов, цены упали более чем на две трети, и Америка превратилась из импортера в экспортера газа. Одной из главных причин успеха так называемой сланцевой революции была относительная доступность топлива. Во многих случаях, в том числе на нескольких участках в Пенсильвании и штате Нью-Йорк, залежи были обнаружены всего в нескольких сотнях метров под землей. Однако чем глубже залегают сланцы, тем выше давление воды, необходимое для разрушения породы и выделения газа. Для достижения мест залегания газовых конденсатов на глубинах в 3,5 км под поверхностью земли китайским ученым понадобится давление воды около 100 мегапаскалей, или примерно столько же, сколько находится на дне Марианской впадины в Тихом океане, самой глубокой точке на Земле. Никакой материал стенок насоса, трубы или вала сверла не имеет прочность для того чтобы выдержать такое давление. Неудивительно, что предыдущие попытки государственных энергетических гигантов, таких как Sinopec и CNPC, часто работающих в партнерстве с американскими фирмами, использовать богатые газовые пласты Китая не увенчались успехом.
Чжан надеется, что его альтернатива, разработанная командой, которая работала над некоторыми из самых передовых систем ядерного оружия в мире, сможет в корне изменить положение дел. «Технология родилась в свободной от пыли лаборатории», – сказал он, – «Не многие верят, что его можно использовать и в глубокой шахте». Чжан и его команда окрестили свое создание «стержнем концентрации энергии», поскольку оно способно контролировать высвобождение взрывных зарядов энергии в чрезвычайно короткий, точно рассчитанный период времени с тем, чтобы максимизировать эффект разрыва ударных волн. Работа осуществляется путем прохождения сильного электрического тока вдоль специально покрытой оболочкой катушки провода – упакованной в металл – которая погружена в воду. Когда провод испаряется, он создает облако плазмы – чрезвычайно горячее, электрически заряженное вещество как на Солнце – внутри которого находится огромное количество энергии, ожидающей высвобождения. «Ударная волна, генерируемая устройством, может достигать 200 мегапаскалей на близком расстоянии, что, как ожидается, приведет к зоне разрушения до 50 метров в диаметре», – сказал Чжан.
Метод, известный как взрывающаяся проволока, позволяет ученым контролировать энергию, продолжительность и даже направленность взрыва. Тот же принцип использовался для подрыва атомной бомбы под кодовым названием «Малыш», которая была сброшена на Хиросиму в 1945 году. Несмотря на эту общность, устройство Чжана не создает ядерного взрыва, поэтому принципиально отличается от того, что делали Соединенные Штаты в 1960-х годах, когда ученые взорвали ядерную бомбу под землей с тем, чтобы увеличить производство природного газа. Бывший Советский Союз также использовал тепловое ядерное оружие для добычи полезных ископаемых и строительства плотин.
Кроме того, в отличие от традиционного ядерного детонатора, который срабатывает только один раз, энергетический стержень Чжана был разработан, чтобы осуществить сотни массивных взрывов. После каждого взрыва, штанга поднимается назад вверх по валу, и в образовавшуюся полость впрыскивается под высоким давлением вода. Затем стержень опускается обратно в исходное положение и снова готов к стрельбе. «Устройство может генерировать ударные волны многократно, как пулемет», – утверждает Чжан, добавив, что, поскольку провод заключен в оболочку и погружен в воду, стержень не генерирует искр, что снижает риск опасности его работы.
В то же время, как у ученого, у него возникает вопрос о том, как его творение будут работать в сланцевых породах, ведь оно уже использовалось для выпуска потенциально опасного газа из угольных пластов и теперь рекомендовано государством как способ повышения безопасности и производительности в горнодобывающей промышленности. Профессор Китайского нефтяного университета в Циндао, провинция Шаньдун, Ван Чэнвэнь, сказал, что одним из преимуществ новой технологии является то, что она потенциально более экологична, чем другие методы гидроразрыва пласта. По его словам, сточные воды, образующиеся при традиционном производстве сланцевого газа, содержат большое количество токсичных химических веществ, которые могут загрязнять реки и подземные источники воды. Однако, по его мнению, еще предстоит выяснить, хватит ли силы, создаваемой стержнем, для разрушения горных пород на таких экстремальных глубинах. Ван сказал, что, поскольку технология еще находится в зачаточном состоянии, необходимо будет принять дополнительные меры для обеспечения безопасности рабочих на буровой площадке, в то время как массовое производство потребует строительства огромной сети подземных вспомогательных сооружений. «Гидроразрыв пласта – это лишь часть добычи сланцевого газа», – сказал он.
Профессор школы водных ресурсов и гидроэнергетики Сычуаньского университета в Чэнду, Чэнь Цюнь сказал, что, помимо технических проблем, ученым и политикам придется учитывать потенциально разрушительный экологический ущерб, который может нанести новая технология. Крупные запасы сланцевого газа были выявлены на семи объектах по всему Китаю, но половина из них находится в Сычуани, регионе Юго-Западного Китая, который славится своими смертоносными землетрясениями и оползнями. Землетрясение магнитудой в 8 баллов в мае 2008 года унесло жизни 87 000 человек, 370 000 получили ранения и 5 миллионов остались без крова. Чэнь сказал, что, хотя ударные волны, создаваемые устройством Чжана, будут относительно локализованы, если технология будет применяться на нескольких объектах, она может повлиять на геофизику региона и поставить под угрозу искусственную инфраструктуру, такую как здания и плотины. Одно из крупнейших месторождений сланцевого газа за последние годы расположено недалеко от города Ичан, где находится плотина «Три ущелья» на реке Янцзы, являющаяся крупнейшей в мире электростанцией с точки зрения ее мощности. Так, например, исследование Стэнфордского университета в 2017 году связало тысячи небольших толчков в южном американском штате Арканзас с добычей сланцевого газа и предупредило, что они могут быть ранними индикаторами гораздо больших епо масштабам землетрясений.
Доцент Школы окружающей среды Университета Цинхуа Ши Лей, сказал, что, хотя увеличение добычи сланцевого газа было бы хорошо для экономики Китая в его цепочке поставок энергии, возможный недостаток заключается в том, что это может привести к снижению цен на ископаемое топливо и, таким образом, затруднит развитие возобновляемых источников энергии. Более того, какие бы технологические прорывы ни были сделаны в добыче сланцевого газа, Китаю еще предстоит пройти определенный путь, если он хочет бросить вызов мировому порядку. «США – мировой лидер в области энергетики и Китай не может этого изменить», – сказал Ши. Его комментарии стали бы музыкой для ушей президента США Дональда Трампа, который потребовал от Китая покупать больше американского сланцевого газа с тем, чтобы уменьшить массовый профицит торгового баланса.