油頁岩

油頁岩（）或油母页岩，是種有細緻顆粒度，富含有機物的沉積岩，含有可產出液態碳氫化合物的油母質（是種固體有機化合物混合體）。油頁岩除油母質外，一般的成分為無機物和瀝青。根據沉積環境，油頁岩可分為海相、湖相和陸相三種。

油頁岩的堆積遍布世界各地，包括在美國的幾處主要礦藏。在2016年發表的全球礦藏估計，油頁岩資源總量約有6.05兆桶（9,620億立方米）石油當量。油頁岩因具有豐富石油資源的潛力而受到關注。但開發油頁岩礦藏的嘗試收效不大，已知的只有愛沙尼亞和中國擁有完備的油頁岩產業，而巴西、德國和俄羅斯只在某種程度上用到這種資源。

油頁岩可作為低階燃料直接在鍋爐中燃燒，用於發電和區域供熱，或當作化學和建築材料的原材料。把油頁岩加熱到足夠的溫度會導致其所含的油母質被熱裂解，化為蒸氣，冷卻之後，可凝結成頁岩油（非常規石油)與不會凝結的（可作燃料使用）。頁岩油是常規石油的替代品；但無論是在經濟上還是在環境影響方面，開發頁岩油的成本都高於常規石油。它沒明確的地質定義，沒特定的化學公式，也沒十分明確的定界。不同油頁岩，其礦物含量、化學成分、年齡、油母質類型和沈積歷史差異很大，並非所有油頁岩都須被嚴格歸類為頁岩。根據澳大利亞的岩石學家阿德里安·C·赫頓（Adrian C. Hutton）的說法，油頁岩不是“地質學或地球化學上獨特的岩石，而是個‘經濟’稱法”。其具有共同定義的特徵是在低沸點有機溶劑中呈低溶解度，而在熱裂解時可產生液態有機產物。地質學家可根據油頁岩的組成把油頁岩分類為富含碳酸鹽的頁岩、富含二氧化矽的頁岩或是。

油頁岩與其他所謂的非常規資源，例如油砂和（含有緻密油）、煤和碳質頁岩不同。雖然油母質確實由油脂的生物降解產生，但熱量和壓力尚未將其轉化為石油，即表示它的地質成熟度尚在早期的階段。.

一般油頁岩的成分包含無機基質、瀝青和油母質。雖然油頁岩中的瀝青可溶於二硫化碳，但油母質不會溶解，可能也含有鐵、釩、鎳、鉬和鈾。油頁岩所含的有機物佔比低於煤。在商業級油頁岩中，有機質與礦物質的佔比大約各為0.75:5和1.5:5之間。同時，油頁岩中有機物的氫碳 (H/C) 比原油低約1.2至1.8倍，比煤高約1.5至3倍。油頁岩的有機成分來自多種生物體，例如藻類、孢子、花粉、植物角質層和草本植物及木本植物的軟木碎片，以及其他水生和陸地植物的細胞碎片。一些礦藏中含有相當多的化石；位於德國的梅塞爾坑具有聯合國教科文組織給予世界遺產的地位。油頁岩中的礦物質包括各種細粒矽酸鹽和碳酸鹽。已知的油頁岩幾乎全來自水生（海洋、湖泊）環境。

資源
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油頁岩礦藏是多數常規石油儲層的起源，遍布於世界各產油區，但其中大部分因位於太深處而無法經濟化的開採。許多國家都擁有油頁岩資源，但只有33個國家擁有已知，且具有經濟開發價值的礦藏。已經探明的礦藏被歸類為儲量，包括有美國西部的、澳大利亞昆士蘭州的第三紀礦藏、瑞典和愛沙尼亞的礦藏、約旦的礦藏，以及在法國、德國、巴西、中國、蒙古國南部和俄羅斯的礦藏。使用，這些礦藏每噸油頁岩估計至少可產出40升頁岩油，而引發人們的期望。世界上最大的油頁岩礦藏位於美國的格林河地層，覆蓋科羅拉多州、猶他州和懷俄明州三個州的部分地區；此資源中大約有70%位於美國聯邦政府擁有或管理的土地上。除美國的80%資源佔比；其他擁有資源的重要國家有中國、俄羅斯和巴西。

歷史
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人類自史前時代起就使用油頁岩作為燃料，原因是此材料通常不需任何加工即可使用。它也被用於裝飾和建築。鐵器時代居住在大不列顛島的凱爾特布立吞人曾把油頁岩拋光，製成裝飾品。公元前3000年左右，美索不達米亞當地人使用“岩油”修築道路和作為建材的粘合劑。

在公元10世紀，亞述人醫生首度描述一種從“某種瀝青頁岩”中提煉石油的方法。英國王室於1694年授予三人（Martin Eele、Thomas Hancock和William Portlock）一項專利，因為這些人“找到一種方法，可從一種石頭中提煉和製造大量的瀝青、焦油和石油。”

現代工業化開採油頁岩始於1837年的法國，隨後在蘇格蘭、德國和其他幾個國家也跟進。另外也生產燃料油、潤滑油和油脂，以及硫酸銨。歐洲油頁岩產業在第一次世界大戰前夕迅速擴張，因為常規石油資源尚未開發，大量生產汽車和卡車的結果增加對汽油的需求。
中東部城市歐坦的油頁岩礦場。]]

愛沙尼亞和中國的油頁岩產業在第二次世界大戰後仍繼續增長，但大多數其他國家因為高昂的生產成本和有廉價常規石油來源而選擇放棄。由於發生1973年石油危機，世界油頁岩產量在1980年達到4,600萬噸的峰值，但又因在1980年代發現大量的常規石油資源，油頁岩產量在2000年降至約1,600萬噸。有2,000多名工人遭到解僱，當地發生許多房地產遭金融機構扣抵以及小企業倒閉事件。雷根總統於1986年簽署，廢除。

全球油頁岩產業於21世紀初開始復蘇。美國油頁岩開發計劃於2003年啟動。2005年能源政策法案在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州公共土地引入商業租賃計劃，以供開發油頁岩和油砂資源。

產業
在美國科羅拉多州的原位（in situ）開採頁岩油試驗場|alt=A photograph of Shell Oil's experimental in situ shale oil extraction facility in the Piceance Basin of northwestern Colorado. In the center of the photo, a number of oil recovery pipes lie on the ground. Several oil pumps are visible in the background.]]

截至2008年，主要使用油頁岩的國家有巴西、中國、愛沙尼亞，德國和俄羅斯也使用到某個程度。有幾個國家開始評估其儲量，或是建立試驗性工廠，也有幾個國家把這個產業淘汰。

截至2009年，愛沙尼亞開採的油頁岩佔全世界的80%，主要供給該國多個燃燒油頁岩發電廠使用，裝機容量為2,967兆瓦 (MW)，而中國的油頁岩電廠裝機容量為12兆瓦，德國為9.9兆瓦。 截至2020年，約旦正建造一座470兆瓦裝置容量的油頁岩發電廠。以色列、羅馬尼亞和俄羅斯曾運營過以油頁岩為燃料的發電廠，但已將其關閉，或是改用其他燃料（如天然氣）。埃及等國家已計劃建造以油頁岩為燃料的發電廠，而加拿大和土耳其則計劃將油頁岩與煤炭一起燃燒發電。油頁岩是愛沙尼亞發電廠的主要燃料，該國在2016年有90.3%的發電量由燃燒油頁岩產生。

根據的數據，世界在2008年從油頁岩提煉的頁岩油總產量為93萬噸，相當於每天17,700桶（2,810立方米/天），其中中國佔375,000噸，愛沙尼亞佔355,000噸，巴西佔200,000噸。相對的，2008年常規石油和天然氣凝析油的產量共有39.5億噸（或8210萬桶/天，13.1×106立方米/天）。

開採及加工
begins with an oil shale deposit and follows two major branches. Conventional ex situ processes, shown on the right, proceed through mining, crushing, and retorting. Spent shale output is noted. In situ process flows are shown in the left branch of the flowchart. The deposit may or may not be fractured; in either case, the deposit is retorted and the oil is recovered. The two major branches converge at the bottom of the chart, indicating that extraction is followed by refining, which involves thermal and chemical treatment and hydrogenation, yielding liquid fuels and useful byproducts.|頁岩油開採與提煉概述。]]

大多數油頁岩的利用是透過開採，經運輸，或是直接燃燒發電，或是進一步加工。最常見的採礦方式是和。這兩種方式會先去除大部分上覆地層後，再開挖曝露的沉積物，這在沉積物很接近地表時才具有經濟性。另一種開採在地下的油頁岩，用的是。

從油頁岩中提煉有用的成分通常在地上完成（稱為異地（ex-situ）加工），但有一些較新的技術，是在礦藏所在的地下進行（稱為現場，或是原位（in situ）加工）。無論是異地或是原位加工，熱裂解的化學過程都會把油頁岩中的油母質轉化為頁岩油（）和油頁岩氣。大多數轉化技術均為在無氧條件下將頁岩加熱，直到油母質分解（熱裂解）成氣體、凝析油和固體殘渣的溫度（通常在450 °C(842 °F) 和500 °C (932 °F) 之間）。

原位加工採取對地下油頁岩加熱。此類加工與異地加工相比，可從給定的土地區域中得到更多的油品，原因是可比露天採礦達到更深的礦藏部位。已有幾家公司獲得原位乾餾法的專利，但其中大多數仍處於實驗階段。原位工藝有兩種：純粹原位加工，此法不涉及挖掘油頁岩，而改良原位加工會把部分上層油頁岩破碎（採炸藥爆破，成為瓦礫煙囪）以利熱、產生的油頁岩氣及熱裂解的油品流動，便於將後兩種採收。

獲得專利的油頁岩乾餾技術有數百種；但只有幾十項經過測試。到2006年，仍在商業運作的僅有4種 - 、、撫順工藝和工藝。。

應用與產品
油頁岩被用作火力發電廠的燃料，像煤一樣燃燒而產生蒸氣來驅動蒸氣渦輪機；其中一些工廠採熱電聯產，可為周遭的家庭和企業供暖。油頁岩除用作燃料外，還可用於生產特種碳纖維、碳吸附劑、炭黑、酚、樹脂、黏合劑、鞣製劑、膠泥、鋪路瀝青、水泥、磚塊、建築和裝飾塊、土壤添加劑、肥料、岩棉（絕緣用）、玻璃和醫藥產品。有時在提煉頁岩油時會產生副產品如硫、氨、氧化鋁、純鹼、鈾和蘇打石。在1946年至1952年期間，在愛沙尼亞錫拉邁埃的海洋變種云片衣属頁岩被用來提煉鈾，而在1950年至1989年期間，瑞典從明礬頁岩中提煉鈾。

從油頁岩提煉的頁岩油無法完全直接替代常規原油。通常它含有比傳統原油更高濃度的烯烴、氧氣和氮氣。約旦的頁岩油硫含量會高達9.5%。格林河地層所產的頁岩油中砷含量也是個問題，因此在用作煉油廠原料之前必須經過相當程度的（加氫脫硫）。地上（即ex-situ）乾餾工藝所生產的頁岩油往往較原位工藝所生產的有較低的API比重。頁岩油最適合用於生產中間餾分油，例如煤油、噴氣機燃料和柴油。在1990年代和2000年代，全​​球對這些中間餾分油的需求，尤其是柴油的需求迅速增加。利用裂化反應可將頁岩油轉化為輕質碳氫化合物（汽油）。根據國際能源署《2010年》中介紹的新政策情景，預到2035年排放的每噸二氧化碳的價格為50美元，每桶頁岩油的成本會因此額外增加7.50美元。

在石油信息雜誌 (Petrole Informations,ISSN 0755-561X）1972年版的報導，頁岩油的生產與煤炭的液化相比，處於不利地位。文章指出，煤液化成本更低，可產出更多的液體燃料，對環境的影響更小。文章提出每噸煤可轉化出650升（170美制加侖；140英制加侖）石油，而每噸油頁岩可產出出150升（40美制加侖）的頁岩油，因此該等到煤炭耗盡之後才開採油頁岩。

衡量開採可行性的一個關鍵指標，是油頁岩產生的能量與其開採和加工過程中所需能量的比率，這種比率稱為“能源投資回報率”(EROEI)。由於多種原因，這種EROEI值難以取得。主因是缺乏現代工藝方面的可靠研究、不完善或缺乏記錄以及僅有為數不多的運作機構。由於開採油頁岩牽涉複雜的技術，其EROEI遠低於常規石油的EROEI（約為20:1）。在1984年所做的一項研究，估計各種已知油頁岩礦藏的EROEI落在0.7–13.3之間。而已知的油頁岩開採項目宣稱其EROI可達3到10之間。根據IEA《2010年世界能源展望》，非原位加工的EROEI通常為4至5，而原位加工甚至可能低至2。

環境問題考慮
開採油頁岩會差生許多環境影響，露天開採比地下開採更為明顯。 包括有埋在地下材料突然快速暴露，隨後氧化引起的酸排放，把包含汞在內的金屬引入地表水和地下水，侵蝕作用加劇，含硫氣體排放，以及加工、運輸和支持活動產生的懸浮微粒而造成的污染。

油頁岩開採會破壞礦區土地和生態系統的生物和娛樂價值。燃燒和熱處理會產生廢料。此外，油頁岩加工和燃燒產生的大氣排放物包括溫室氣體 - 二氧化碳。環保主義者反對油頁岩的生產和使用，因為它比傳統的化石燃料會產生更多的溫室氣體。實驗性原位轉化過程和碳捕集與封存技術可能在未來可將其中一些擔憂降低，但同時又會產生其他問題，包括地下水污染。通常與油頁岩生產相關的水污染物包括氧和氮雜環化合物，其中常見的檢測實例包括喹啉衍生物、吡啶和吡啶的各種烷基同系物（甲基吡啶、）。

水資源是乾旱地區的敏感問題，例如美國西部和以色列的內蓋夫沙漠，在水資源稀缺的情況下仍計劃擴大油頁岩開採。根據不同技術，地上乾餾每生產1桶頁岩油需用到1到5桶水。美國內政部土地管理局發布的2008年指出，露天採礦和乾餾作業每產生1短噸（0.91噸）油頁岩，會產生2至10美制加侖（7.6至37.9升；1.7至8.3英制加侖）的污水。據一項估計，原位工藝所用的水量約為舊法的10分之1。

包括綠色和平組織成員在內的環境保護主義組織針對油頁岩產業所發起的強烈抗議活動。造成於2004年把擬議中的擱置。

參見
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• 化石燃料淘汰
• 石油儲量
• 油砂

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• 世界能源消耗量

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參考文獻
參考書目
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外部連結
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水成岩