Skoči na vsebino
Home » Kaj je zemeljski plin?

Kaj je zemeljski plin?

zemeljski-plin-za-gospodinjstva

Zemeljski plin je fosilno gorivo, ki nastane iz razkroja organskih snovi, kot so odmrli mikroorganizmi, alge in plankton, ki so se v nekdanjih morjih usedli na morsko dno in jih prekrile neprepustne plasti materiala.

Kemični procesi pretvorijo te organizme v zemeljski plin, ki se nahaja pod zemljo, pogosto skupaj z nafto, saj nastajata na podoben način. Zemeljski plin označujemo s kraticama ZP (zemeljski plin) in NG (natural gas).

Poleg konvencionalnega načina pridobivanja zemeljskega plina uporabljamo tudi nekonvencionalno metodo, kjer pridobivamo plin iz skrilavcev. Pri tej metodi lomimo kamnine globoko pod zemljo s pomočjo vodnih curkov pod visokim pritiskom, obogatenih z različnimi kemikalijami.

pridobivanje-zemeljskega-plina

Sestava in tehnične lastnosti

Zemeljski plin sestavljajo različni plini oziroma plinasti ogljikovodiki, pri čemer glavno sestavino predstavlja metan (CH4), ki lahko doseže do 99 % vsebine. Poleg metana vsebuje tudi višje ogljikovodike, kot so etan, propan, butan in eten, ter žveplovodik, dušik in ogljikov dioksid. Natančna sestava se razlikuje glede na nahajališče. Višje ogljikovodike, kot sta propan in butan, tržimo kot ‘utekočinjeni naftni plin’ (UNP), označen z angleško kratico LPG, ki ga je treba razlikovati od utekočinjenega zemeljskega plina (UZP), znanega kot LNG.

LNG je zemeljski plin, ohlajen na -161,6 stopinj Celzija, pri čemer preide iz plinastega v tekoče stanje. V tekočem stanju se njegova prostornina zmanjša za 600-krat, kar omogoča ekonomsko smiselni transport na velike razdalje.

Pomembni sestavini zemeljskega plina sta tudi žveplovodik in ogljikov dioksid. Žveplovodik odstranjujemo s postopkom razžveplanja, medtem ko ogljikov dioksid izločamo v ozračje. Dušik, ki je prav tako sestavni del zemeljskega plina, zmanjšuje uporabnost plina zaradi nizke kurilnosti in tvorjenja dušikovih oksidov.

Tehnične lastnosti zemeljskega plina:

  • Zgornja kalorična vrednost: 36.000 do 40.000 kJ/Sm3
  • Wobbejevo število: 48 do 52 MJ/Sm3
  • Gostota: 0,6 do 0,8 kg/Sm3
  • Relativna gostota (glede na zrak = 1): 0,54 do 0,59
  • Standardni kubični meter (Sm3) je definiran pri 15 ºC in 1,01325 bar. Zemeljski plin je nestrupen, vnetljiv in brezbarven, pri čemer se vname pri temperaturi okoli 600 °C. Je lažji od zraka.
transport-zemeljskega-plina-iz-morja-na-kopno

Kako nastane zemeljski plin?

V 19. stoletju so zemeljski plin večinoma pridobivali kot stranski produkt pri proizvodnji nafte. Kratke, lahke ogljikove verige plina so se sprostile iz raztopine, ko so se ekstraktirane tekočine pod tlakom premikale od rezervoarja do površja, podobno kot pri odpiranju steklenice gazirane pijače, ko se sprošča ogljikov dioksid.

Plin so pogosto videli kot stranski produkt, nevarnost in problem za odstranjevanje v aktivnih naftnih poljih. Velikih količin, ki so jih proizvedli, niso mogli uporabiti, dokler niso zgradili razmeroma dragih cevovodov in skladiščnih objektov, da bi plin dostavili potrošniškim trgom.

Do začetka 20. stoletja so večino zemeljskega plina, pridobljenega skupaj z nafto, preprosto spuščali v zrak ali sežigali na naftnih poljih. Odvajanje plina in baklanje se še vedno izvajata tudi danes, vendar si po vsem svetu prizadevajo, da bi ju ukinili in nadomestili z drugimi komercialno izvedljivimi in uporabnimi alternativami.

Neželen plin (ali plin brez trga) pogosto vračamo v rezervoar z ‘injicirnimi’ vrtinami, dokler ne najdemo trga zanj ali za povečanje tlaka v formaciji, kar lahko izboljša stopnjo ekstrakcije nafte iz drugih vrtin. V regijah z visokim povpraševanjem po zemeljskem plinu (kot so ZDA) gradijo cevovode, kadar je ekonomsko izvedljivo prevažati plin od vrtine do končnega porabnika.

Poleg transporta plina po cevovodih za uporabo v proizvodnji električne energije, so drugi končni uporabniki zemeljskega plina izvoz kot utekočinjen zemeljski plin (LNG) ali pretvorba zemeljskega plina v druge tekoče proizvode z uporabo tehnologij za pretvorbo plina v tekočine (GTL). GTL-tehnologije lahko pretvorijo zemeljski plin v tekoče proizvode, kot so bencin, dizel ali letalsko gorivo.

Razvite so različne GTL-tehnologije, vključno s Fischer-Tropsch (F-T), metanol v bencin (MTG) in sintezni plin v bencin plus (STG+). F-T proizvaja sintetično surovo nafto, ki jo je mogoče nadalje rafinirati v končne proizvode, medtem ko MTG proizvaja sintetični bencin iz zemeljskega plina. STG+ lahko neposredno iz zemeljskega plina v enem postopku proizvede bencin, dizel, letalsko gorivo in aromatične kemikalije. Leta 2011 je Royal Dutch Shell v Katarju začel obratovati svojo F-T tovarno s kapaciteto 140.000 sodčkov na dan.

Zemeljski plin je lahko ‘povezan’ (najden v naftnih poljih) ali ‘nepovezan’ (najden v ločenih poljih zemeljskega plina) in ga najdemo tudi v premogovnih plasteh (kot metan iz premogovnih slojev). Včasih vsebuje znatne količine etana, propana, butana in pentana – težjih ogljikovodikov, ki jih odstranimo za komercialno uporabo, preden se metan proda kot gorivo za potrošnike ali kot surovina za kemične obrate. Preden se zemeljski plin lahko transportira, je treba odstraniti neogljikovodike, kot so ogljikov dioksid, dušik, helij (redko) in vodikov sulfid.

Zemeljski plin, pridobljen iz naftnih vrtin, imenujemo ‘plin na vrhu ohišja’ (ne glede na to, ali je resnično proizveden skozi obročno režo in skozi izhod na vrhu ohišja) ali ‘povezan plin’. Industrija zemeljskega plina vse več plina pridobiva iz zahtevnih, nekonvencionalnih virov: kislega plina, tesnega plina, skrilavčevega plina in metana iz premogovnih slojev.

Obstajajo nesoglasja glede tega, katera država ima največje dokazane rezerve plina. Viri, ki menijo, da ima Rusija daleč največje dokazane rezerve, vključujejo Centralno obveščevalno agencijo ZDA (47.600 km3) in Upravo za energetske informacije (47.800 km3) ter Organizacijo držav izvoznic nafte (48.700 km3). Nasprotno pa BP pripisuje Rusiji le 32.900 km3, kar bi jo postavilo na drugo mesto, tik za Iranom (33.100 do 33.800 km3, odvisno od vira).

Države z dokazanimi rezervami zemeljskega plina (2014), na podlagi podatkov iz The World Factbook
Ocenjuje se, da je na voljo približno 900.000 km3 ‘nekonvencionalnega’ plina, kot je skrilavčev plin, od tega bi bilo 180.000 km3 mogoče izkoristiti. Študije MIT, Black & Veatch in ameriškega ministrstva za energijo napovedujejo, da bo zemeljski plin v prihodnosti predstavljal večji delež pri proizvodnji električne energije in toplote.

Največje plinsko polje na svetu je obalno polje South Pars / North Dome Gas-Condensate, ki ga delita Iran in Katar. Ocenjujejo, da vsebuje 51.000 kubičnih kilometrov zemeljskega plina in 50 milijard sodčkov (7,9 milijard kubičnih metrov) kondenzatov zemeljskega plina.

Ker zemeljski plin ni čist izdelek, se ob padcu tlaka v rezervoarju, ko se izločuje nepovezan plin iz polja pod superkritičnimi (tlak/temperatura) pogoji, lahko zgodi, da se težji molekularni sestavni deli delno kondenzirajo pri izotermnem depresuriziranju – pojav, imenovan retrogradna kondenzacija. Nastala tekočina se lahko ujame v porah plinskega rezervoarja, ko se ta izčrpava. Ena od metod za reševanje tega problema je ponovno injiciranje suhega plina brez kondenzata za ohranjanje podzemnega tlaka in omogočanje ponovnega izhlapevanja in ekstrakcije kondenzatov. Pogosteje pa se tekočina kondenzira na površju, ena od nalog plinske naprave pa je zbiranje tega kondenzata. Nastala tekočina se imenuje utekočinjeni zemeljski plin (NGL) in ima komercialno vrednost.

Vrste zemeljskega plina

Plin iz skrilavcev

Lokacija plina iz skrilavcev v primerjavi z drugimi vrstami plinskih nahajališč Glavni članek: Plin iz skrilavcev

Plin iz skrilavcev je zemeljski plin, pridobljen iz skrilavcev. Ker je prepustnost skrilavcev prenizka, da bi omogočila pretok plina v ekonomičnih količinah, plinske vrtine v skrilavcih potrebujejo prelome, da omogočijo pretok plina. Zgodnje vrtine so se zanašale na naravne prelome, skozi katere je plin tekel, skoraj vse sodobne vrtine plina iz skrilavcev pa zahtevajo prelome, ki jih umetno ustvarimo s hidravličnim lomljenjem. Od leta 2000 je plin iz skrilavcev postal pomemben vir zemeljskega plina v Združenih državah in Kanadi. Zaradi povečane proizvodnje plina iz skrilavcev so ZDA leta 2014 postale največji proizvajalec zemeljskega plina na svetu. Proizvodnjo plina iz skrilavcev v ZDA opisujejo kot “revolucijo plina iz skrilavcev” in kot “enega ključnih dogodkov v 21. stoletju.”

Po povečani proizvodnji v Združenih državah se raziskovanje plina iz skrilavcev začenja v državah, kot so Poljska, Kitajska in Južna Afrika. Kitajski geologi so identificirali bazen Sichuan kot obetavno tarčo za vrtanje plina iz skrilavcev zaradi podobnosti s skrilavci, ki so se izkazali za produktivne v Združenih državah. Proizvodnja iz vrtine Wei-201 je med 10.000 in 20.000 m3 na dan. Konec leta 2020 je kitajska nacionalna naftna družba (CNPC) trdila, da dnevno proizvaja 20 milijonov kubičnih metrov plina iz svoje demonstracijske cone Changning-Weiyuan.

zemeljski-plin-v-mestu

Mestni plin

Mestni plin je vnetljivo plinasto gorivo, pridobljeno s suho destilacijo premoga. Vsebuje različne kalorične pline, vključno z vodikom, ogljikovim monoksidom, metanom in drugimi hlapnimi ogljikovodiki, skupaj z majhnimi količinami nekaloričnih plinov, kot sta ogljikov dioksid in dušik. Uporabljal se je podobno kot zemeljski plin. Ta tehnologija je zgodovinska in danes ni ekonomsko konkurenčna z drugimi viri plinskega goriva.

Večina mestnih “plinarni” v vzhodnem delu ZDA v poznem 19. in zgodnjem 20. stoletju so bile preproste stranske koksarne, ki so v zračnih komorah segrevale bituminozni premog. Plin, ki se je sprostil iz premoga, so zbirali in distribuirali po mrežah cevi do gospodinjstev in drugih zgradb, kjer so ga uporabljali za kuhanje in razsvetljavo. (Plinsko ogrevanje ni postalo splošno uporabljeno do druge polovice 20. stoletja.) Premogov katran (ali asfalt), ki se je nabiral na dnu koksarn, so pogosto uporabljali za kritje streh in druge hidroizolacijske namene, z mešanjem s peskom in gramozom pa so ga uporabljali za tlakovanje ulic.

Kristalizirani zemeljski plin – klatrati

Ogromne količine zemeljskega plina (predvsem metana) obstajajo v obliki klatratov pod sedimentom na obalnih kontinentalnih policah in na kopnem v arktičnih regijah, ki izkušajo permafrost, kot so tiste v Sibiriji. Hidratov potrebujemo kombinacijo visokega tlaka in nizke temperature, da se tvorijo.

Leta 2013 je Japonska nacionalna družba za nafto, plin in kovine (JOGMEC) objavila, da so pridobili komercialno relevantne količine zemeljskega plina iz metanskih hidratov.

Od nahajališč do porabnikov

Mednarodna agencija za energijo (IEA) je leta 2011 poročala, da imamo konvencionalnih zalog zemeljskega plina, ki jih lahko izčrpamo s trenutno tehnologijo, dovolj za 250 let glede na trenutne letne svetovne potrebe. Skupaj s konvencionalnimi in nekonvencionalnimi zalogami pa naj bi zemeljski plin po ocenah agencije World Energy Outlook iz leta 2011 zadostoval za več kot 250 let ob današnjih trendih uporabe.

Zemeljski plin transportiramo od nahajališč do porabnikov na različne načine: s cevovodi, LNG-tankerji in po železnici kot stisnjen zemeljski plin. Cevovodni transport po plinovodih (nizko-, srednje-, visoko- in zelo visokotlačni plinovodi) je energetsko najbolj učinkovit in ekonomsko upravičen za velike količine plina.

Transport zemeljskega plina zahteva tudi ustrezno skladiščenje. Podzemna skladišča omogočajo hrambo plina za obdobja večje porabe ali kot rezervo za nepredvidljive dogodke, kot so daljši izpadi pri dobavah.

Preden zemeljski plin oddamo v omrežje, odstranimo nekatere sestavine, predvsem višje ogljikovodike, vodo in žveplo. Kompresorji v plinovodih zvišujejo tlak v ceveh in potiskajo plin naprej. Kompresorske postaje so nameščene vsakih 70 do 180 km. Ker je zemeljski plin brez vonja, mu pred vstopom v distribucijska omrežja, na katera so priklopljena tudi gospodinjstva, dodajamo majhne količine vonjive snovi, da lažje zaznamo morebitno prisotnost plina v prostoru.

Povpraševanje po plinu

Pridobivanje zemeljskega plina po državah v kubičnih metrih na leto okoli leta 2013
Ikona Zemlje.
Primeri in perspektiva v tem odseku se osredotočajo predvsem na ZDA in ne predstavljajo svetovnega pogleda na temo. Ta odsek lahko izboljšate, razpravljate o vprašanju na pogovorni strani ali ustvarite nov odsek, če je to primerno. (oktober 2022) (Naučite se, kako in kdaj odstraniti to sporočilo)

Sredi leta 2020 je proizvodnja zemeljskega plina v ZDA dosegla vrh trikrat, pri čemer so trenutne ravni presegale oba prejšnja vrhova. Leta 1973 je dosegla 24,1 trilijona kubičnih čevljev na leto, nato je sledil upad, in leta 2001 dosegla 24,5 trilijona kubičnih čevljev. Po kratkem padcu so se količine odvzemov vsako leto od leta 2006 povečale (zaradi razcveta plina iz skrilavcev), leta 2017 je proizvodnja dosegla 33,4 trilijona kubičnih čevljev, leta 2019 pa 40,7 trilijona kubičnih čevljev. Po tretjem vrhu decembra 2019 je proizvodnja začela upadati od marca naprej zaradi zmanjšanega povpraševanja, ki ga je povzročila pandemija COVID-19 v ZDA.

Globalna energetska kriza leta 2021 je bila posledica globalnega povečanja povpraševanja, ko je svet izstopil iz gospodarske recesije, ki jo je povzročil COVID-19, zlasti zaradi močnega povpraševanja po energiji v Aziji.

Viri:

Preberite si tudi: