Pierwsza nasuwająca się odpowiedź na pytanie postawione w tytule wydaje się prosta: należy maksymalnie ograniczyć stosowanie tego rodzaju paliwa.
Dlaczego? – gaz ziemny to paliwo którego energetyczne wykorzystanie (czyli jego spalanie) wiąże się z emisją do atmosfery ditlenku węgla, czyli gazu należącego do grupy tzw. gazów cieplarnianych. A dlaczego emisja tych gazów jest szkodliwa? – bo ich obecność w atmosferze zmienia klimat naszej planety. A co jest efektem tych zmian klimatu? – jest nim wzrost średnich temperatur, niekorzystne zmiany w globalnym rozkładzie opadów deszczu i śniegu wywołujące ekstremalne zjawiska klimatyczne, takie jak, m.in., fale upałów i związane z tym pożary oraz powodzie.
Po tym wyjaśnieniu wskazującym niekorzystną rolę energetycznego stosowania gazu ziemnego w procesach zmian klimatu zdziwienie wywołało niedawne stwierdzenie zamieszczone w odpowiednim akcie prawnym Unii Europejskiej mówiące, że „wybrane rodzaje działalności gazowej i jądrowej są zgodne z celami UE w zakresie klimatu i środowiska i pozwolą przyśpieszyć przejście …. w kierunku przyszłości neutralnej dla klimatu ….”. O ile wskazanie, w odniesieniu do spraw klimatu „działalności jądrowej” było spodziewane, to wśród wielu zdziwienie budzi uznanie gazu ziemnego za paliwo czyste, tak zwane paliwo zrównoważone.
Uzasadnieniem jakim UE tłumaczy takie stanowisko jest stwierdzenie, że przywołana
„działalność gazowa i jądrowa pozwoli przyśpieszyć przejście … do neutralnej dla klimatu przyszłości, opartej w większości na odnawialnych źródłach energii”. Należy to rozumieć, że gaz ziemny i energetyka jądrowa została uznana jako paliwo przejściowe.
Pomimo tych wyjaśnień, decyzja UE dotycząca wykorzystania gazu ziemnego jest jednak przez ekologów określana jako krok w tył, i ich zdaniem, wymuszona jest przez lobby gazu ziemnego i energetyki jądrowej. Ekolodzy stwierdzają, że gaz ziemny staje się jakby „nowym węglem”. Podkreślany jest fakt, że gaz ziemny to palny węglowodór, składający się głównie z metanu, którego udział w tworzeniu efektu cieplarnianego jest ponad dwadzieścia razy wyższy niż ditlenku węgla i jest bardzo podatny na wycieki z gazociągów i innej infrastruktury zawierającej ten gaz. W odpowiedziach na te zarzuty ekologów podkreśla się jednak, że „dobre czasy” dla energetycznej roli gazu ziemnego to tylko perspektywa roku 2030, a po tej dacie wymuszane będą działania prowadzące do obniżania uprzywilejowanej pozycji gazu ziemnego jako paliwa.
Skoro, jak wynika to z przedstawionej powyżej sytuacji, gaz ziemny dosyć długo jeszcze będzie paliwem dopuszczonym do praktycznego wykorzystania, to warto przybliżyć niektóre fakty charakteryzujące to paliwo, będące głównym, obok węgla i ropy naftowej, przedstawicielem paliw kopalnych.
Pochodzenie gazu ziemnego
Gaz ziemny to paliwo pochodzenia naturalnego, powstające z materii organicznej wewnątrz skorupy ziemskiej. Gaz ziemny, zwany też błękitnym paliwem, powstaje w wyniku złożonych procesów zachodzących w litosferze, w przeciągu milionów lat, w różnych warunkach ciśnienia i temperatury. Różnice w procesie powstawania tego gazu są powodem zróżnicowania składu chemicznego gazu ziemnego, zależnie od złoża. Zawsze jednak głównym jego składnikiem jest metan, którego zawartość w gazie może się zmieniać od 50 do 98 procent. Często więc gaz ziemny nazywany jest paliwem metanowym, a nieraz po prostu metanem. Oprócz metanu i innych węglowodorow gaz ten posiada niepożądane składniki, takie jak: azot, ditlenek węgla, woda i siarkowodór, które przed praktycznym użyciem gazu muszą być usunięte. Odmianą gazu ziemnego jest gaz ziemny zaazotowany, zawierający azot w ilości 30-40 procent, a nieraz nawet 60 procent. Wysokie zawartości składnika niepalnego, a takim jest azot, znacząco obniża wartość opałową.
Szczególnie niepożądanym składnikiem, sprawiającym problemy techniczne już na etapie przesyłu, jest siarkowodór, którego zawartość w gazie ziemnym może być nieduża, ale może też sięgać nawet kilkadziesiąt procent. W najwyższej cenie są paliwa gazowe możliwe do przesyłania gazociągami pod wysokim ciśnieniem, nie zawierające składników wywołujących korozję (siarkowodór), które nie kondensują i nie tworzą hydratów w warunkach przesyłu.
Gaz łupkowy
Gazem ziemnym jest również gaz z łupków. Skład chemiczny gazu łupkowego jest niemal taki sam jak gazu ziemnego ze złóż konwencjonalnych. Zawiera głównie metan (75-95%) i azot, czasami śladowe ilości etanu, propanu, helowców, tlenu oraz tlenku węgla. Występuje w czarnych łupkach, bogatych w materię organiczną pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Tego rodzaju materiał osiadał na dnach morskich i z czasem pokryty został warstwą iłu i mułu. Pod wpływem wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury zgromadzona materia organiczna, w warunkach beztlenowych, ulegała rozkładowi tworząc gaz ziemny lub ropę naftową. Powstały gaz migrował ku powierzchni i jeśli natrafił na porowate skały izolowane od góry skałą nieprzepuszczalną gromadził się w tego rodzaju pułapce geologicznej.
Często taką pułapką jest łupek ilasty stąd nazwa tego gazu jako gaz łupkowy.
Z uwagi na miejsce gromadzenia się gazu łupkowego jego wydobycie wymaga dużo bardziej zaawansowanych technologii w porównaniu z wydobyciem gazu ziemnego, pozyskiwanego ze złóż konwencjonalnych. Stosowane technologie kruszenia hydraulicznego łupków zawierających gaz w celu jego uwolnienia mają niestety szkodliwy wpływ na środowisko. W stosowanych płynach mających ułatwić wypieranie gazu z łupków, zawarte są środki chemiczne, typu kwas solny, formamid czy aldehydy. Technicznym, ale również ekonomicznym problemem jest fakt dosyć niskiego współczynnika wydobycia gazu ze złoża łupków. Zwykle wartość tego współczynnika wynosi od 10 do 25 procent zasobów gazu zawartego w eksploatowanych strukturach geologicznych.
Metan jako paliwo w pojazdach
Silniki na gaz ziemny są wykorzystywane w przeróżnych środkach transportu – w samochodach osobowych jak i dostawczych, motocyklach, autobusach, statkach a nawet w samolotach i helikopterach. Paliwem do pojazdów jest jedynie gaz ziemny wysokometanowy, w którym zawartość metanu jest rzędu 98 procent. Ważną zaletą paliw metanowych jest wysoka liczba oktanów, zapewniająca uzyskanie wyższej mocy silnika. Praktyka pokazuje, że silniki na gaz ziemny wolniej się zużywają i wymagają rzadszych wymian oleju, co wynika z braku cząstek stałych w tym paliwie. Paliwo to spala się w pojazdach dużo czyściej niż benzyna czy olej napędowy, co oznacza niższą emisję szkodliwych spalin. Mniejsza jest również emisja hałasu w porównaniu z silnikami dieslowskimi.
Różna może być postać gazu metanowego wykorzystywanego w pojazdach, czyli gaz ten może występować w różnych stanach skupienia. Gdy gaz ziemny stosowany jest jako paliwo do pojazdów, to
gaz metanowy może być stosowany w postaci sprężonej (CNG – compressed natural gas), w postaci skroplonej (LNG – Liquefied Natural Gas) lub jako LCNG, czyli gaz ziemny pochodzący z gazu LNG rozprężonego, a następnie sprężonego do postaci CNG.
Sprężony gaz ziemny (CNG)
Wśród pojazdów napędzanych gazem ziemnym paliwem dominującym jest jego forma CNG – ta postać jest stosowana w około 90 procentach pojazdów wykorzystujących paliwo metanowe.
CNG to gaz ziemny sprężony do około 200-250 atmosfer. Jak się to ma do zasobu energii zawartej w benzynie? W warunkach normalnych wartość energetyczna zawarta w 1 metrze sześciennym gazu ziemnego jest w przybliżeniu równa 1 litrowi benzyny. Ta właśnie zależność zasobu energii (1Nm3 gazu = 1 litr benzyny) decyduje o tym, że w celu wykorzystania gazu jako paliwa w pojazdach trzeba go sprężyć. Zwłaszcza tabor pojazdów służb miejskich używa gazu ziemnego w formie CNG.
Z wykazu stacji tankowania sprężonego gazu ziemnego w Polsce wynika, że większość z nich znajduje się na terenie miejskich gazowni, zajezdni autobusowych czy przedsiębiorstw oczyszczania miasta. Z uwagi na rodzaj czynności wykonywanych w obrębie miasta pożądaną zaletą pojazdów napędzanych CNG jest niska szkodliwość emitowanych spalin. Pojazdy służb miejskich mogą uzupełniać gaz w swoich zbiornikach podczas dłuższych postojów, na przykład w porze nocnej, korzystając z systemu tzw. wolnego tankowania. Możliwe jest również szybkie tankowanie, trwające w przypadku samochodów osobowych zaledwie 3 minuty, a pojazdów dużych od 5 do 7 minut.
Skroplony gaz ziemny (LNG)
Gaz w postaci LNG jest stosowany zwykle do napędu pojazdów ciężkiego transportu drogowego, statków, lokomotyw lub samolotów. Jest bardzo dobrym paliwem ze względu na wysoką wartość energetyczną. Jest bezbarwny, bezwonny, pozbawiony właściwości toksycznych i korozyjnych, gdyż praktycznie prawie całkowicie pozbawiony jest wilgoci. Wśród paliw kopalnych LNG uważane jest za paliwo o najniższych wskaźnikach emisji zanieczyszczeń powietrza, nawet dużo niższych niż w przypadku stosowania gazu ziemnego. Powodem jest fakt, że cechą technologii skraplania gazu jest konieczność usunięcia z niego, przed skropleniem, składników innych niż metan.
Ważną praktyczną cechą LNG jest fakt, że ma objętość około 600 razy mniejszą niż gdy ta sama ilość byłaby w stanie gazowym. Ma to oczywiście znaczenie na etapie jego transportu i magazynowania; pozytywnie wpływa również na wielkość zbiorników na paliwo w pojazdach. Skroplenie gazu do LNG daje możliwość transportu tego paliwa na dalsze odległości, w tym do miejsc, w których szczególnie zależy nam na maksymalnym ograniczeniu emisji zanieczyszczeń do powietrza ze źródeł energetycznych. Takie wymagania dotyczą na przykład terenów uzdrowisk. Do przewozu tego paliwa wykorzystywane są cysterny kolejowe oraz samochody-cysterny.
Trzeba jednak zaznaczyć, że ogólne koszty technologii LNG są wysokie. Jego skraplanie i magazynowanie wymaga utrzymanie temperatury minus 162 stopni Celsjusza. Kolejny koszt to transport do punktu odbioru, który musi posiadać specjalne warunki techniczne umożliwiające wyładowanie, regazyfikację i zapewnienie możliwości dystrybucji. Zgodny jest jednak pogląd, że mimo tych dużych nakładów inwestycyjnych, LNG jest paliwem liczącym się i konkurencyjnym na rynkach światowych.
Paliwo LCNG jako rezultat przetworzenia LNG/CNG
Gaz w formie sprężonej, czyli CNG, można pozyskać z LNG. Trzeba jednak wtedy punkt tankowania, w którym zgromadzony jest LNG, rozbudować o moduł umożliwiający regazyfikację LNG oraz powiększyć o moduł umożliwiający sprężanie do postaci CNG. Paliwo które przeszło tego rodzaju proces przetworzenia oznacza się symbolem LCNG. Takie paliwo jest tańsze od LNG, gdyż wymaga mniej złożonej technicznie infrastruktury potrzebnej do tankowania.
Nawiązując do tego o czym była mowa na początku tego tekstu, czyli zdziwienia wynikającego z uznania gazu ziemnego (czyli paliwa kopalnego) za paliwo zrównoważone trzeba jednak stwierdzić, że Polska należy do tej grupy krajów dla których sytuacja dopuszczająca możliwość wykorzystania gazu jest korzystna. Nie należy jednak zapominać, że gaz ziemny uznany został jako paliwo przejściowe jedynie do roku 2030.
Autor: Stanisław Hławiczka
Comments