האתגר של Fracturing hydroulic בעולם מוגבל למשאבים

fracturing - לעתים קרובות מקוצר לfracking - פותח טריליון רגל מעוקב של גז טבעי מיליארדים של חביות נפט מצורות פצלים הדוקות, עיצוב מחדש של שוקי אנרגיה גלובליים וגיאפולינים.אבל טביעת הרגל הסביבתית של טכנולוגיה זו נותרה דאגה מתמשכת.כל שלב של פעולת שבירה צורכת כמויות גדולות של מים מתוקים, מייצרת של פסולת כימית-לעת, מייצרת תרגילים כדי ליישבים, כדי ליישבים, כדי ליישב שיטות ייצור סביבתיות, ולהוביל, כדי לנפץ, ואפקטים, כדי לנפץ את ההשפעות של גזים, ולהוביל, כדי לנפץ, כדי לנפץ את ההשפעות של אנרגיה, כדי לנפץ את ההשפעות של גזים, כדי לנפץ את הגורמות לנפץ את ההשפעות של גזים, ולנהל אותם.

התגובה המקובלת הייתה שיפור מצטבר – עיצוב טוב יותר, כללי גילוי כימי קפדני יותר, ותקני מיצוי חזקים יותר של יושרה טובה יותר.אבל אי-השוויון לא יכול להיות מספיק בעידן של ציפיות אקלים עולות וצלקות מים מתוקים. נדרש שינוי יסודי יותר, אחד שמחזיר מחדש את כל מחזור החיים של פעולות קרישה.

מאמר זה חוקר כיצד חשיבה של כלכלה מעגלית יכולה להיות מיושמת על פני פעולות שבירה - החל מניהול מים ופסולת ועד עיצוב ציוד ומיקור אנרגיה.Weלבחון מחקרים מקרה מתועדים, טכנולוגיות מתפתחות, ומסגרות המדיניות שיכולות להאיץ את המעבר.המטרה היא לספק למפעילים, הרגולטורים, משקיעים עם מפת דרכים ברורה להפוך את התעשייה תמציתית לתוך אחד מחדש.

עקרונות הליבה של כלכלה מעגלית

כלכלה מעגלית עומדת בניגוד למודל "לק-לק-דיסק-סימני" הליניארי ששלט בפעילות תעשייתית מאז המהפכה התעשייתית.

  • (ב) ,0) ,0 (התחילה) , על ידי תכנון חיצוניות שלילית מההתחלה.
  • (ב) ,0) חישוב מוצרים וחומרים: 1 (בערך הגבוה ביותר שלהם - באמצעות שימוש, תיקון, עיבוד, או מחזור.
  • (ב) ,0) ,regenerate מערכות טבעיות של ההרחבה 1:1 על ידי החזרת חומרים מזינים יקר לסביבה ושיפור עמידות המערכת האקולוגית.

בהקשר של החילוץ משאבים, עקרונות אלה מתורגמים לפעולות קונקרטיות: צמצום משיכת מים מתוקים על ידי מחזור זרימה של מים המיוצרים מים, המרת קיצוץ בתרגול בנייה, פריסת ציוד שניתן לשחזר ולא לגרד, ושילוב אנרגיה מתחדשת כדי לחתוך פליטות תפעוליות.מודל מעגלי אינו רואה פסולת כמוצר בלתי נמנע על ידי תוצר, אלא כמשאב שניתן להחליף אותו באופן זמני.

עבור מפעילי השבירה, המקרה העסקי משכנע.העלות של טיפול ועיבוד מים באתר היא לעתים קרובות נמוכה יותר מאשר טנדר מים טריים והובלת מים פסולת החוצה - במיוחד באזורים מותחים מים כמו אגן Permian. בדומה, להאריך את החיים של משאבות בלחץ גבוה ושסתום היטב באמצעות שיפוץ רווחים הון ושרשרת האספקה כאשר הם בקנה מידה מעגלי, הם גם לשפר את ההיענות התפעולית של מחזורי חזק, שיפור ביצועים תפעוליים, וגם שיפור תפקודן תפעולי של תפקוד תפעולי.

מים: ההזדמנות המחודשת ביותר

צמצום השימוש במים טריים באמצעות Recycling

מים הם דם החיים של שריפת הידראולית. a אחד יכול לדרוש 5 עד 15 מיליון גלונים של מים - מספיק למלא כמעט 25 בריכות שחייה אולימפיות. באזורים עקשניים, תחרות על מים מתוקים עם חקלאות ועירוניות היא חריפה.

טכנולוגיות טיפול מתקדמות מאפשרות למפעילים לשחזר מים זורמים (נוזל שחוזר אל פני השטח מיד לאחר שבירה) לייצר מים (brine שמגיע לאורך החיים פרודוקטיביים של טוב) שיטות כוללות:

  • (FLT:0) osmosisFLT:1 ; membranes להסיר מוצקות מומס ותרכובות אורגניות, לייצר איכות גבוהה מתאים לשימוש חוזר בעבודות חדשות.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

באגן דלאוור, המפעילים השיגו שיעורי מחזור של מעל 90% עבור מים המיוצרים, על פי נתונים של ועדת הרכבת טקסס.זה חותך באופן דרמטי את הביקוש למים מתוקים ומפחית את נפח מי הפסולת הזקוקים להזרקה עמוקה - מנהג הקשור לסיסמיכות המושרה באוקלהומה וטקסס.

דוגמה בולטת אחת היא מתקן מחוז אדי, שטופל והפך ליותר מ-4 מיליון חביות של מים המיוצרים במשך שנתיים.הפרויקט לא רק מים טריים נשמרים, אלא גם סילק אלפי נסיעות משאית, חיתוך פליטות דיזל וכביש ללבוש.

פסולת מים כמשאבים: Brine Mining and Beneficial Use

מעבר למחזור עבור fracturing, כלכלות מעגליות לדמיין זרמים "מדומים" כמו זין עבור תעשיות אחרות. המיוצר מים לעתים קרובות מכיל ליתיום, ברוקר, ואלמנטים נדירים של כדור הארץ.

כמו כן, השימוש במים המיוצרים נעשה שימוש נרחב יותר עבור השקיה החקלאית והקירור התעשייתי באזורים כמו עמק מרכז קליפורניה, בעוד שמכשולים רגולטוריים נותרו, תוכניות טייס להראות כי עם ניטור הולם, יישומים כאלה יכולים להיות בטוחים ומועילים.המשרד האמריקני לאופטימיזציה של מים המיוצרים באנרגיה מספק הדרכה טכנית ומימון עבור פרויקטים מעגליים אלה.

ניהול פסולת מעבר למים

חיתוך ופסולות סולידריות

כל שבירה מייצרת היטב חיתוךי קידוח - קטעי רוק וקרקע שהובאו אל פני השטח במהלך קידוח. במודל ליניארי, חתכים אלה נגרמים לקרקעות, עולים ומרחב כובש. גישה מעגלית מוצא ערך בהם. קיצוץ תרגילים יכול להיות מייצב ומשמש כבסיס כביש, כיסוי קרקעי, או חומר גלם לייצור מלט.

פרויקט חדשני אחד במחוז ברדפורד העריך מעל 100,000 טון של קיצוץ במעבדות למילוי מונדס עבור הרחבה כבישית.החיתוך הוצפה, מעורב עם כובלים, וקומפקטי כדי לענות על מחלקת המדינה של מפרטים תחבורה.זה נמנע עמלות לרשות הקרקע, מופחת פליטות ממשאית, ויצר מוצר שימושי - תוצאה מעגלית.

חומרים גמישים ו Recyclable

פרופילים - ו או קרמיקה חרוזים המשמשים כדי לשמור שברים פתוחים - הם בדרך כלל שימוש יחיד.עם זאת, מחקר על "אינטליגנטי" proppants המסוגלים להיות התאוששו ושימוש מחדש מתקדם. Biodegradable proppants המיוצרים פולימרים או מחזורים המבוססים על צמחי מציעים מסלול מעגלי אחר: הם מכים בבטחה לאורך זמן, מבטלים את הצורך להסרת ולהפחית את הנזקים במעבדה, למרות שעדיין בתוך הבמה, עם חומרים אלה יכולים להבטיח מחדש לתוך חומרים מעגליים.

בינתיים, מפעילים מצמצם את הפסולת על ידי אופטימיזציה של בחירת פרופיל ומיקום.שימוש במקורות חול מקומיות וצמצום נפח של proppant לשלב באמצעות שיפורים הנדסיים חותך גם שימוש חומרי וגם להטיל נטל. כל קילו של proppant שנשאר בשבר הוא 1 קילו לא נשלח לקרקע.

ציוד Refurbishment ועיצוב לארוך

משאבות בלחץ גבוה, יחידות מיזוג, וציוד חזק לחוות ללבוש קיצוני מנוזלים חודרים ולחץ גבוה. במקום להחליף רכיבים כושלים, מפעילי חשיבה קדימה מאמצים תוכניות remanufacturing. משאבות הם disa להרכיב, חלקים מחוקים מוחלפים מוחלפים מוחלפים עם חומרים משודרגים, והיחידה משוחזרת לביצועים חדשים בשבריר של העלות של ציוד חדש זה מרחיבה את החיים ולהפחית את הביקושים לייצור אנרגיה גולמית.

יצרני ציוד מקוריים (OEMs) מציעים יותר ויותר מודלים "טיפול-as-a-Service", שבו הם מחזיקים בבעלות ואחריות לתחזוקה ושיפוץ.זה שינוי תמריצים ליציבות ולתיקון - אסטרטגיה מעגלית הליבה. לדוגמה, תוכנית ה-Reman של Caterpillar ל-Crettercasting Engines מחלימה מעל 90% מהמשקל של מכונה באמצעות remanufacturing, שמירה על אלפי טון, ברזל, ולא על שימוש בחטיפת נחושת.

אנרגיה יעילה ושילוב מחדש

לכידת גז ופיתוי גז

עקרונות הכלכלה מעגליים משתרעים על זרימת האנרגיה.גז טבעי התלקח במהלך השלמת היטב לא רק אנרגיה מבוזבזת, אלא גם תורמים לשינוי האקלים.בנק העולמי מעריך כי הדחף הגלובלי פולט יותר מ 270 מיליון טון של CO2 מדי שנה. המפעילים יותר ויותר יחידות לכידת ניידות כדי להמיר את הגז לתוך גז טבעי דחוס (CNG) או גז טבעי נוזלי (LNG), אשר יכול אז להפעיל כוח וצי קידוחים הידראוליים.

בהקמה של North דקוטה, יוזמת הפלה מייגציה הוכיחה כי לכידת גז וניצולו כדי לייצר חשמל באתר יכול לפסול גנרטורים דיזל, לקצץ בעלויות דלק ופליטות גזי החממה עד 50%.הגז הנתפס יכול גם להימכר לשווקים גזים מקומיים, לייצר הכנסות.זה הופך את זרימת הפסולת לזרם הכנסה - תוצאה מעגלית קלאסית.

פעולות מוכחות

עם זאת, מערכות השמש הזמניות, טורבינות רוח ומערכות אחסון סוללות משמשים יותר ויותר לעוצמה של פעילות אתר טוב, במיוחד באזורים מרוחקים שבהם הארכה של הרשת היא יקרה. באגן Permian, פרויקט טייס על ידי מפעיל מרכזי המשמש את החווה הסולארית של 5MW כדי להפעיל כוח עבור שישה חודשים, תוך 8,000 טון של CO2 ולהפחית את צריכת דיזל על ידי 2.5 מיליון ליטרים, כאשר המעבדה של ציוד סולארי נוסף היה לסיים את ה-ה.

שילוב אנרגיה מתחדשת עם אחסון אנרגיה מאפשר למפעילים לדרוש כוח חלקה ולהימנע מתמחור שיא, בעוד שבירת UPfront גבוהה יותר מאשר גנרטור דיזל פשוט, עלויות מחזור חיים הכוללות לעתים קרובות לטובת חידושים כאשר חיסכון דלק ואשראי פחמן נלקח בחשבון.

יתרונות כלכליים וסביבתיים

ניכוי עלויות באמצעות מעגליות

המקרה הפיננסי של שיטות fracking מעגלי הוא חיזוק.מחזור מים מופחת רכישת מים מתוקים ובזבוז מים, אשר יכול לקחת בחשבון עד 20% של עלויות בסך הכל באזורים של מים. A 2020 מחקר על ידי המועצה להגנה על מים הקרקע מצא כי המפעילים מחזור של לפחות 80% של המים המיוצרים שלהם הציל 1–3 דולר לחבית לעומת הזרקת עמוק.

ציוד remanufacturing מספק גם החזרות משמעותיות. משאבות Remanufactured עלות 30–50% פחות מיחידות חדשות בעת המציע ביצועים דומים. OEM רבים מספקים צוים שמתאימים או עולים על אלה עבור ציוד חדש, צמצום הסיכון. כאשר המפעילים גורמים בעלויות מלאי מופחתות וזמני מוביל קצרים יותר, ההחלטה לשימוש חוזר הופכת משכנעת.

ביצועי הסביבה

פרקטיקות מעגליות להפחית ישירות את מתחמי הסביבה.מחזור מים יורדות מנסיגה של מים מתוקים, לחץ גובר על אקוויפרים מקומיים.חיתוך נפח הפסולת מפחית עומסי אדמה וזיהום מים פוטנציאלי מדליפות מבארות הזריקה.יעילות האנרגיה ושילוב מתחדש מכווץ את טביעת הרגל של פחמן של פעולות.

רישיון ורישיון חברתי

קהילות ורגולטורים דורשים סטנדרטים גבוהים יותר.מדינות כמו קולורדו וניו מקסיקו יישמו מגבלות מחמירות על השימוש במים מתוקים כדי לשתק ולהדרוש מפעילים לדווח על שיעורי מחזור.ד שיטות מעגליות מסייעות למפעילים להבטיח אישורים מהירים יותר, להימנע מליטיגציה, ולבנות אמון עם בעלי עניין מקומיים.הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב:0hydraulic turing מחקר LTFal מדגישה 1 כי הם אמצעי הגנה אקטיבית עבור פסולת קריטית עבור ניהול מים.

גדרות ל- Scale

פערים טכנולוגיים ותשתיות

בעוד שטכנולוגיית מחזור המים היא בוגרת, טיפול במים המיוצרים עם מוצקים מתמוססים גבוהים (TDS) נשאר רגיש באנרגיה ויקרה. הנוכחית היפוך osmosis membranes degrade מעל -50,000 ppm TDS, הגבלת הכדאיות שלהם באגן הרבים שבהם רזונות עולים על רמה זו.

תשתיות הן עוד צמח טיפול במים, צינורות שופעים ומסופי רכבת למוצרי פסולת דורשות הון חזיתי כי מפעילי קטנים ובינוניים לא יכולים להיות. [+] שמרנים בתעשייה ושותפויות ציבוריות פרטיות יכולים לחלוק את העלויות האלה, אבל לעתים קרובות התיאום חסר.

גדרות השוק והכלכלה

מחירי הנפט והגז הנמוכים יכולים לקצר את אופקי התכנון של המפעיל, מה שהופך השקעות ארוכות טווח בציוד מחזורי או תוכניות מיצוי קשה להצדיק.בנוסף, מחיר המים המתוקים של הבתולות לעתים קרובות מסובסד או תחת מחיר, צמצום תמריץ למחזור. תמחור פחמן או מנגנוני מסחר במים יכול לתקן את אותות השוק האלה, אבל מדיניות זו נותרה שנויה במחלוקת בתחומים רבים.

פשטות Fragment

יוזמות כלכלה מעגליות לעתים קרובות כרוכות בשיפוץ חומרי פסולת כמוצרים - לדוגמה, מכירת קיצוץ במקדח מטופלים כמלאי בנייה.אך מדינות רבות מסווגות כל חומר שמקורו באתר טוב כמו פסולת מסוכנת, יצירת חששות אחריות עבור קונים פוטנציאליים.

כיוונים עתידיים וחדשנות

חומרים מתקדמים ומבנים חיים

מחקר למפיצים מחוסנים לחלוטין ממשיך.קבוצה באוניברסיטת רייס פיתחה לאחרונה מחסנית קרמיקה שניתן לפרק ולהחזיר אותה באמצעות כביסה חומצית קלה, לשחזר 90% מהחומר לשימוש חוזר.אם סוחרים כאלה יסלקו את הצורך בחול טרי ולהפחית באופן דרסטי את נפח החומר שיש להסירו מהמבנה.

תאומים דיגיטליים לפעילות מעגלית

טכנולוגיה תאום דיגיטלית - העתקים וירטואליים של נכסים פיזיים - מפעילים כדי לדמות את כל מחזור החיים של זרמי משאבים טובים ואופטימיזציה. מודל דיגיטלי יכול לחזות שינויים באיכות המים, תחזוקה של משאבת לוח זמנים, ולעקוב אחר זרימת חומרים בזמן אמת, המאפשר למפעילים לזהות הזדמנויות מעגליות כי אחרת יהיה להחמיץ.

מדיניות ריכוזיות ושיתוף פעולה בתעשייה

ממשלות יכולות להאיץ את המעבר המעגלי על ידי מתן זיכויים מס עבור תשתיות מחזור מים, מענקים למתקנים מייצור מים, והעדפות רכש עבור מוצרים מעגליים.מדינת טקסס כבר הציגה פטור ממס מכירות עבור ציוד המשמש מחזור מים, וניתן לנקוט בצעדים דומים במקומות אחרים.

יוזמות מובילות בתעשייה כגון FLT:0 (Energy-waterrea InitiativeFLT:1) לקדם שיתוף של שיטות טובות והשקעות משותפות במתקני מחזור.מודלים קולאביטיביים להפחית את הסיכון הפרט תוך הפצת היתרונות של מעגליות על פני המגזר.

מסקנה

הפחתת הצנרת אינה יוצאת בקרוב – גז טבעי חיוני לפירוק כוח משריפה פחם ולספק יציבות רשת כמו בקנה מידה מתחדשים.אבל התעשייה כבר לא יכולה להרשות לעצמה לפעול תחת מודל ליניארי "דורל, להיפטר, לחזור" עקרונות הכלכלה מעגלית מציעים מסגרת ריאלית, שקול כלכלית לניהול ההשפעות הסביבתיות של שינוי תוך שמירה על היתרונות הכלכליים שלה.

מים יכולים להיות ממוחזרים, חיתוךים יכולים להפוך לכבישים, משאבות ניתן לבצע מחדש, גז התלקחות יכול להיות כוח פעולות.הטכנולוגיות קיימות; המקרים העסקיים הם מוצקים; הלחץ הרגולטורי והחברתיים הם בנין.מה שנדרש עכשיו הוא מנהיגות - ממארגנים מוכנים להשקיע בתשתיות מעגליות, ממקבלי מדיניות אשר יתאים תמריצים, ומחוקרים אשר ידחפו את הגבולות של מדע ואופטימיזציה דיגיטלית.

המעבר לא יקרה בין לילה, אבל כל אחד מהם סגור מעט יותר מביא את התעשייה קרוב יותר למודל בר קיימא באמת.התחרר מעגליות לא עומד לוותר על הריסות - זה עומד להפוך אותה מתאימה למאה ה-21.