miniaturadaimagem|VKG Energia na Estônia. A indústria de xisto betuminoso envolve a mineração e o processamento do xisto betuminoso, rocha sedimentar de granulação fina que contém quantidades significativas de querogênio – uma mistura sólida de compostos químicos orgânicos – a partir da qual podem ser produzidos hidrocarbonetos líquidos. Esse setor se desenvolveu em países como Estados Unidos, Brasil, China, Estônia e, em menor escala, Alemanha e Rússia. Além disso, diversas nações estão conduzindo pesquisas sobre suas reservas de xisto betuminoso e aprimorando métodos de produção para aumentar a eficiência e a recuperação. Um estudo publicado em 2005 indicou que a Estônia foi responsável por aproximadamente 70% da produção mundial desse material.
O uso do xisto betuminoso para fins industriais remonta ao início do século XVII, quando era explorado por seus minerais. Desde o final do século XIX, o petróleo de xisto também tem sido utilizado devido ao seu teor de óleo e como combustível de baixa qualidade para geração de energia. No entanto, seu uso para esse fim não é amplamente adotado, exceto em países que possuem depósitos expressivos desse recurso. Além disso, o xisto betuminoso é uma alternativa para a produção de , sendo considerado uma possibilidade para ampliar a produção interna de petróleo em países que dependem de importações.
Histórico miniaturadaimagem|Produção de xisto betuminoso em milhões de toneladas métricas, de 1880 a 2010. Fonte: Pierre Allix, Alan K. Burnham. O xisto betuminoso tem sido utilizado desde os tempos antigos. A mineração industrial moderna desse recurso teve início em 1837, nas minas de Autun, na França, e posteriormente se expandiu para a Grã-Bretanha, Alemanha e outros países. O setor de xisto betuminoso começou a se expandir pouco antes da Primeira Guerra Mundial, impulsionado pela produção em massa de automóveis e caminhões e pela preocupação com uma possível escassez de gasolina para o transporte. Em 1924, a Usina Elétrica de Tallinn tornou-se a primeira no mundo a adotar o xisto betuminoso como principal combustível.
Após o fim da Segunda Guerra Mundial, o setor entrou em declínio devido à descoberta de grandes reservas de petróleo bruto, que eram mais acessíveis e economicamente viáveis. No entanto, a produção de xisto betuminoso continuou em crescimento na Estônia, Rússia e China.
A crise do petróleo de 1973 levou à retomada do setor em diversos países, mas, com a queda dos preços do petróleo na década de 1980, muitas operações foram interrompidas. A partir de meados da década de 1990, o setor global voltou a crescer. Nos Estados Unidos, um programa de desenvolvimento do xisto betuminoso foi iniciado em 2003 e, em 2005, foi introduzido um programa de arrendamento comercial para xisto betuminoso e areias betuminosas.
Desde maio de 2007, a Estônia tem desempenhado um papel significativo na exploração do xisto betuminoso e é responsável por cerca de 70% do volume processado globalmente. Apesar de seus depósitos representarem apenas 17% do total da União Europeia, o país gera 90% de sua energia a partir desse recurso. O setor emprega aproximadamente 7.500 pessoas, correspondendo a cerca de 1% da força de trabalho nacional e contribuindo com 4% para o Produto Interno Bruto (PIB) do país.
Mineração O xisto betuminoso é extraído por meio de técnicas tradicionais de ou de superfície. Diversos métodos de mineração estão disponíveis, mas todos têm como objetivo fragmentar os depósitos para facilitar o transporte do material até uma usina de energia ou uma instalação de retortagem. Os principais métodos de mineração de superfície incluem a mineração a céu aberto e a mineração em tiras. Já na mineração subterrânea, um dos métodos mais utilizados é o room-and-pillar, no qual o material é extraído horizontalmente, deixando "pilares" de xisto intactos para sustentar o teto da mina e reduzir o risco de colapso. Além disso, o xisto betuminoso pode ser obtido como subproduto da mineração de carvão.
A maior mina de xisto betuminoso do mundo é a Estonia Mine, operada pela . Em 2005, a Estônia extraiu 14,8 milhões de toneladas desse material. No mesmo período, foram concedidas licenças para a extração de quase 24 milhões de toneladas, enquanto pedidos para mineração de mais 26 milhões de toneladas estavam em análise. Em 2008, o Parlamento da Estônia aprovou o Plano Nacional de Desenvolvimento para o Uso de Xisto Betuminoso 2008-2015, que limitou a extração anual a 20 milhões de toneladas.
Geração de energia miniaturadaimagem|Usina elétrica Eesti, alimentada por xisto betuminoso, em Narva, Estônia. O xisto betuminoso pode ser utilizado como combustível em usinas termelétricas, onde é queimado de forma semelhante ao carvão para acionar turbinas a vapor. Em 2012, havia usinas elétricas movidas a xisto betuminoso na Estônia, com uma capacidade de geração de 2.967 megawatts (MW), além de unidades na China e na Alemanha. Israel, Romênia e Rússia também operaram usinas desse tipo, mas posteriormente as fecharam ou converteram para outros combustíveis, como o gás natural. A Jordânia e o Egito anunciaram planos para construir usinas elétricas movidas a xisto betuminoso, enquanto Canadá e Turquia consideram utilizá-lo em conjunto com o carvão.
As usinas termelétricas que utilizam xisto betuminoso como combustível empregam principalmente dois métodos de combustão. O método tradicional é a combustão pulverizada (Pulverized Combustion – PC), usada em unidades mais antigas na Estônia. Já o método mais avançado é a combustão em leito fluidizado (Fluidized Bed Combustion – FBC), aplicada na fábrica de cimento Holcim, em Dotternhausen, na Alemanha, e na , em Israel. As principais variantes da tecnologia FBC são a combustão em leito fluidizado borbulhante (Bubbling Fluidized Bed Combustion – BFBC) e a combustão em leito fluidizado circulante (Circulating Fluidized Bed Combustion – CFBC).
Atualmente, mais de 60 usinas ao redor do mundo utilizam a tecnologia CFBC para a combustão de carvão e lignito. No entanto, apenas duas novas unidades das , na Estônia, e uma unidade na Huadian Power Plant, na China, empregam essa tecnologia especificamente para a combustão de xisto betuminoso. A tecnologia mais avançada e eficiente para a queima desse material é a combustão pressurizada em leito fluidizado (Pressurized Fluidized Bed Combustion – PFBC). No entanto, essa tecnologia ainda se encontra em estágio inicial de desenvolvimento.
Extração de petróleo
miniaturadaimagem|Visão geral da extração de óleo de xisto. Os principais produtores de óleo de xisto são China e Estônia, seguidos pelo Brasil em um distante terceiro lugar. Além disso, países como Austrália, Estados Unidos, Canadá e Jordânia têm planos para iniciar ou retomar a produção desse recurso. Segundo o World Energy Council, a produção global de óleo de xisto em 2008 foi de 930.000 toneladas, o equivalente a 17.700 barris por dia (2.810 m³/d). Desse total, a China produziu 375.000 toneladas, a Estônia 355.000 toneladas e o Brasil 200 toneladas. Em comparação, no mesmo ano, a produção global de petróleo convencional e líquidos de gás natural foi de 3,95 bilhões de toneladas, ou 82,12 milhões de barris por dia (13,056 × 10⁶ m³/d).
Embora existam diversas tecnologias para a retortagem do xisto betuminoso, apenas quatro estão em uso comercial atualmente: , , e. Há dois principais métodos para a extração do óleo do xisto: ex-situ e in-situ. No método ex-situ, o xisto betuminoso é extraído e transportado até uma instalação de retortagem, onde o óleo é extraído. Já no método in-situ, o querogênio é convertido enquanto ainda se encontra no depósito subterrâneo, sendo posteriormente extraído por meio de um poço, de maneira semelhante ao petróleo convencional.
Outros usos industriais O xisto betuminoso é utilizado na produção de cimento por empresas como Kunda Nordic Cement, na Estônia, Holcim, na Alemanha, e a fábrica de cimento Fushun, na China. Além disso, pode ser empregado na fabricação de diversos produtos químicos, materiais de construção e produtos farmacêuticos, como o . No entanto, o uso do xisto betuminoso para esses fins ainda é raro e permanece em estágios experimentais.
Alguns tipos de xisto betuminoso são fontes viáveis de enxofre, amônia, alumina, carbonato de sódio e nahcolita, que surgem como subprodutos da extração de óleo de xisto. Além disso, certos depósitos podem ser utilizados para a obtenção de urânio e outros elementos químicos raros. Entre 1946 e 1952, uma variedade marinha de xisto foi explorada para a produção de urânio em Sillamäe, na Estônia. Já entre 1950 e 1989, o xisto de alúmen foi utilizado com o mesmo propósito na Suécia.
O gás extraído do xisto betuminoso também pode ser empregado como substituto do gás natural. Após a Segunda Guerra Mundial, o gás produzido na Estônia foi utilizado em Leningrado e em cidades do norte do país. No entanto, com os preços atuais do gás natural, essa alternativa não é economicamente viável.
Economia miniaturadaimagem|Preços do petróleo bruto light-sweet NYMEX 1996-2009 (não ajustados pela inflação). A quantidade de xisto betuminoso economicamente recuperável é desconhecida. O desenvolvimento de depósitos desse recurso tem sido viável apenas quando o custo da produção de óleo de xisto em determinada região fica abaixo do preço do petróleo bruto ou de seus substitutos. Segundo uma pesquisa da RAND Corporation, o custo estimado para produzir um barril de óleo de xisto em um complexo hipotético de retortagem de superfície nos Estados Unidos — incluindo uma mina, uma usina de retortagem, uma usina de beneficiamento, serviços de apoio e recuperação do xisto utilizado — variaria entre US$ 70 e US$ 95 por barril (US$ 440 a US$ 600/m³), ajustado para valores de 2005. Com o aumento gradual da produção após o início da operação comercial, a análise prevê uma redução nos custos de processamento para US$ 30 a US$ 40 por barril (US$ 190 a US$ 250/m³) após atingir a marca de 1 bilhão de barris (160 × 10⁶ m³). A Royal Dutch Shell estimou que sua tecnologia se tornaria lucrativa com preços do petróleo bruto acima de US$ 30 por barril (US$ 190/m³), enquanto algumas tecnologias em produção em larga escala indicam viabilidade econômica mesmo com preços inferiores a US$ 20 por barril (US$ 130/m³).
Para aumentar a eficiência da retortagem do xisto betuminoso e, consequentemente, a viabilidade da produção de óleo de xisto, pesquisadores têm proposto e testado diversos processos de copirólise. Esses processos combinam o xisto betuminoso com outros materiais, como biomassa, turfa, betume residual, resíduos de borracha e plástico, durante a retortagem. Algumas tecnologias modificadas sugerem a integração de uma retorta de leito fluidizado com um forno de leito fluidizado circulante, permitindo a queima dos subprodutos da pirólise (carvão e gás de xisto betuminoso). Essa abordagem visa melhorar o rendimento do óleo, aumentar a produtividade e reduzir o tempo de retortagem.
Em uma publicação de 1972 da revista Pétrole Informations (ISSN 0755-561X), a produção de óleo de xisto foi comparada desfavoravelmente à liquefação do carvão. O artigo argumentava que a liquefação do carvão era mais econômica, gerava maior quantidade de petróleo e causava menos impactos ambientais em comparação à extração do xisto betuminoso. O estudo citava uma taxa de conversão de 650 litros (170 galões norte-americanos; 140 galões imperiais) de petróleo por tonelada de carvão, em contraste com 150 litros (40 galões norte-americanos; 33 galões imperiais) de óleo de xisto por tonelada de xisto betuminoso.