Vznik zemného plynu

Na vznik zemného plynu existuje viacero teórií. Keďže sa zemný plyn vyskytuje veľmi často spolu s ropou (naftový zemný plyn) alebo s uhlím (uhoľný plyn), teórie jeho vzniku sa prikláňajú najčastejšie k tomu, že sa postupne uvoľňoval pri vzniku uhlia alebo ropy ako dôsledok postupného rozkladu organického materiálu. Podľa teórií, preferujúcich organický pôvod zemného plynu, boli na začiatku vzniku zemných plynov rastlinné a živočíšne zvyšky.

[mobile-buttons]

Podľa anorganické teórie vznikal plyn radom chemických reakcií z anorganických látok. V poslednej dobe americkí vedci prišli s ďalšou tzv. abiogenetickou hypotézou, podľa ktorej plyn vznikol štiepením uhľovodíkov, ktoré sa na našu planétu dostali v čase jej vzniku z vesmírnej hmoty. Tieto vyššie uhľovodíky sa postupne štiepili až na metán, ktorý potom prenikal k povrchu Zeme.

Vlastnosti zemného plynu

Zemný plyn je bezfarebný, sám o sebe nezapáchajúci, horľavý plyn. Patrí do skupiny vykurovacích plynov, využíva sa na vykurovanie, varenie a ohrev vody, v elektrárňach, teplárňach, v kogeneračných jednotkách a v doprave (ako pohon motorových vozidiel).
Môže sa vyskytovať v dvoch formách. CNG (Compressed Natural Gas), čo je stlačený plyn pri tlaku 200 barov a LNG (Liquefied Natural Gas), skvapalnený plyn pri teplote -162 ° C. Skladá sa prevažne z metánu a vyšších uhľovodíkov s malou prímesou inertných plynov. Zemný plyn je nejedovatý, nedýchateľný a ľahší ako vzduch.

Na energetické účely sa v priebehu takmer dvoch stoviek rokov histórie plynárenstva používali rôzne plyny. Významnejšie postavenie z hľadiska používania dosiahli iba plyny vyrobené splyňovaním alebo odplyňovaním uhlia, zemný plyn a kvapalné plyny na báze propánu a butánu.

• Vykurovacie plyny vyrobené odplyňovaním alebo splyňovaním uhlia patria medzi stredne výhrevné plyny a sú známe ako koksárenský plyn alebo svietiplyn. Rozhodujúcimi zložkami týchto plynov sú metán, vodík a oxid uhoľnatý, ďalej obsahujú dusík, oxid uhličitý a vyššie uhľovodíky. Vďaka vysokému obsahu oxidu uhoľnatého boli tieto plyny jedovaté. Spalné teplo sa pohybovalo v rozmedzí 17 - 20 MJ/m3.
• Vykurovacie plyny s vysokým obsahom metánu patria medzi veľmi výhrevné vykurovacie plyny - sú to zemné plyny (uhoľný plyn, naftový plyn) a bioplyn. Rozhodujúci zložkou je metán, ďalej môžu obsahovať vyššie uhľovodíky a inertné plyny. Ich spalné teplo závisí od obsahu metánu - pohybuje sa približne od 20 MJ/m3 (bioplyny, uhoľné plyny s vysokým obsahom inertných plynov) do 40 MJ/m3 (v prípade vyššieho obsahu vyšších uhľovodíkov môže byť spalné teplo zemného plynu ešte vyššie).
• Vykurovacie plyny na báze propánu a butánu patria medzi vysoko výhrevné plyny - buď čisté plyny alebo zmes známa pod označením propán - bután. Odberateľom sa na rozdiel od vyššie uvedených plynov dodávajú v kvapalnom stave. Spalné teplo záleží na pomere propán : bután v zmesi. Leží teda v intervale 101,7 (čistý propán) - 133,9 MJ/m3 (čistý bután). Tieto plyny sa predávajú na váhu - asi 50 MJ/kg zmesi oboch plynov.

Ťažený (prírodný) zemný plyn sa podľa zloženia delí do štyroch základných skupín:

1. zemný plyn „suchý“ (chudobný) - obsahuje vysoké percento metánu (95 - 98%) a nepatrné množstvo vyšších uhľovodíkov,
2. zemný plyn „vlhký“ (bohatý) - vedľa metánu obsahuje vyšší podiel vyšších uhľovodíkov,
3. zemný plyn „kyslý“ - je plyn s vysokým obsahom sírovodíka (H2S), ktorý sa odstraňuje v závodoch na úpravu zemného plynu pred jeho dodávkou do distribučného systému,
4. zemný plyn s vyšším obsahom inertných plynov - jedná sa hlavne o oxid uhličitý a dusík.

Z vyšších uhľovodíkov zemné plyny obsahujú hlavne nasýtené uhľovodíky, ktoré sú za normálnych podmienok plynné - etán, propán a bután. V niektorých ložiskách obsahujú zemné plyny aj uhľovodíky, ktoré sú za normálnych podmienok kvapalné (od pentánu vyššie), ktoré sa pri úprave oddeľujú ako plynový kondenzát. Ich zmes sa nazýva gazolín alebo prírodný benzín.

V súčasnej dobe najviac využívaným zemným plynom je tzv. naftový zemný plyn, ktorý vznikal spoločne s ropou. Ak sa naftový zemný plyn ťaží spoločne s ropou, jedná sa spravidla o „vlhký“ zemný plyn. V niektorých lokalitách ložiská neobsahujú žiadnu ropu, ale iba „suchý“ zemný plyn.
Vedľa naftového plynu sa dnes využíva aj uhoľný zemný plyn, ktorý sa z bezpečnostných dôvodov odťažuje pri ťažbe uhlia. Tento plyn je svojím zložením vždy „suchý“. Kamennouhoľný plyn sa využíva v oblastiach ťažby čierneho uhlia.
Zásoby naftového zemného plynu sú dostatočné, ale už dnes sa rieši otázka, čo bude po vyčerpaní všetkých zásob plynu. Jednou z možností je výroba náhradného zemného plynu splyňovaním uhlia. Princíp výroby naftového zemného plynu možno opísať jednoduchou rovnicou:
Uhlie + H2O = CH4 + CO2
Výroba naftového zemného plynu nie je v súčasnej dobe ekonomicky výhodná.

Kde sa berie energia v plyne

Pri spaľovaní platia dva známe základné zákony - zákon zachovania hmoty a zákon zachovania energie. Spaľovaním zemného plynu teda nemožno žiadnu energiu vyrobiť, ale iba premeniť energiu, ktorá je v ňom uložená, na tepelnú energiu.
Pri dokonalom spaľovaní zemného plynu dochádza k jeho chemickej premene na zmes oxidu uhličitého a vodnej pary. Každá chemická zlúčenina má určité tzv. zlučovacie teplo. A to je vlastne energetický potenciál, ktorý daná chemická zlúčenina prináša do chemickej reakcie.
Reakčné teplo, t.j. teplo, ktoré sa pri reakcii vymení s okolím, sa vypočíta ako rozdiel sumy zlučovacích tepiel látok vystupujúcich z reakcie a sumy zlučovacích tepiel látok vstupujúcich do reakcie.
V praxi môžu nastať dva prípady :

• Pri reakcii sa teplo uvoľňuje (exotermická reakcia), výsledná hodnota reakčného tepla je záporná,
• Reakcii treba k jej priebehu teplo dodávať (endotermická reakcia), hodnota reakčného tepla je kladná.

Proces spaľovania zemného plynu možno jednoducho opísať chemickou rovnicou :
CH4 + 2 O2  = > CO2 + 2 H2O

Ak spaľujeme čistý metán, dostávame hodnotu reakčného tepla 802,762 kJ/mol v prípade, kedy zostáva vzniknutá voda v plynnom skupenstve alebo 890,94 kJ/mol v prípade úplnej kondenzácie vzniknutej vodnej pary na kvapalnú vodu. V plynárenstve sa množstvo plynu nevyjadruje v mólach, ale prevažne v objemových jednotkách. Ak prepočítame tieto hodnoty na kubické metre zemného plynu (1 m3 = cca 44,62 mól), získame hodnoty reakčného tepla:

• 35,82 MJ/m3 v prípade, kedy všetka vzniknutá voda je vo forme vodnej pary (výhrevnosť),
• 39,75 MJ/m3 v prípade, kedy všetka vodná para skondenzovala na kvapalnú vodu (spalné teplo)

Zásoby zemného plynu

Celkové zásoby zemného plynu s odhadom 511 tisíc miliárd kubických metrov majú životnosť až 200 rokov. Zásoby zemného plynu delíme na preukázané, pravdepodobné a potenciálne.

Preukázané (preverené) zásoby zemného plynu, ktoré sú ekonomicky vyťažiteľné pri súčasnej technickej úrovni, dosahujú 164 tisíc miliárd kubických metrov a vydržia pri súčasnej ťažbe do roku 2060.
Rozhodujúci význam pre dlhodobú perspektívu plynárenstva majú svetové zásoby zemného plynu. Koncom šesťdesiatych rokov prevládal názor, že zemný plyn je len prechodným zdrojom energie a jeho zásoby budú veľmi skoro vyčerpané, my však môžeme dnes s istotou tvrdiť, že zemný plyn skutočne je a bude palivom 21. storočia. K tomuto ambicióznemu tvrdeniu nás oprávňuje pohľad do histórie vývoja zásob zemného plynu a ich súčasný stav. Zásoby fosílnych palív a nerastných surovín sa zvyčajne rozdeľujú do niekoľkých skupín podľa určitej klasifikácie. Táto klasifikácia nie je často jednotná, riadi sa podľa účelu použitia alebo spracovateľov. Napríklad geológovia používajú podrobnejšie klasifikáciu, ako ťažobné spoločnosti alebo štatistické úrady.
Na začiatku sedemdesiatych rokov, kedy sa rodili prvé koncepcie o preprave zemného plynu z nálezísk v bývalom ZSSR do západnej Európy a Československa, predstavovali preverené svetové zásoby ZP iba 39 443 mld. m3, z toho v ZSSR 12 806 mld. metrov kubických. Prudký rozvoj metód geologického prieskumu na pevnine a v morských pobrežných oblastiach tzv. shellfoch, viedli k objavom a prevereniu obrovských zásob zemného plynu, ktoré v roku 2000 dosiahli cca 164 600 mld. m3.
Bez zaujímavosti určite nie je to, že 71,7 % týchto zásob sa nachádza na pevnine a 28,3 % v morských shellfoch (plytčinách). Pre dlhodobú perspektívu využívania zemného plynu však nie sú dôležité údaje len o jeho zásobách, ale aj o ich životnosti. Tzv. statická životnosť je pomer aktuálne uvádzaných zásob k aktuálnej ťažbe vyjadrený v rokoch.

Pravdepodobné zásoby sú zásoby objavené na ložiskách, vykazujúcich veľmi vysokú pravdepodobnosť, že budú vyťažiteľné za ekonomických a technických podmienok podobných tým, ktoré sú u preverených zásob. Ložiská nie sú doteraz technicky vybavené. Vedľa kategórie preukázaných zásob môžeme s vysokou istotou počítať s možnosťou využitia aj pravdepodobných zásob. Práve presun určitého objemu zásob z tejto do prvej kategórie v dôsledku pokračujúceho osvojovania ložísk je dôvodom stále zvyšujúceho sa objemu preukázateľných zásob zemného plynu a ich životnosti.
Pravdepodobné zásoby dosahujú výšky 347 000 mld. m3. Informácie Medzinárodnej plynárenskej únie uvádzajú, že pri zohľadnení aj preukázaných i pravdepodobných rezerv možno v roku 2006 uvažovať so životnosťou svetových zásob zemného plynu podľa vývoja spotreby 136 až 156 rokov (niektoré odhady uvádzajú až 200 rokov).

Potenciálne zásoby sú tzv. nekonvenčné zdroje. Medzi tieto zdroje patria predovšetkým hydráty metánu, čo je pevná substancia podobná snehu, tvorená 20 % metánu a 80 % vody. Hydráty sa nachádzajú v zemskej kôre pod dnom oceánov. Tieto veľmi významné zásoby sú už dlho známe, ich problémom je však ťažba. Jednou z možností ťažby, ktorej intenzívny výskum prebieha, je tepelný rozklad hydrátov a ich odtlakovanie. Moderné metódy geologického prieskumu umožňujú stále spresňovať odhady ich zásob.
V súčasnej dobe je možné tvrdiť, že zásoby zemného plynu v podobe hydrátov sú cca 21 000 000 mld. m3. Ďalším zdrojom tohto druhu plynu je tzv. Coal Bed Metan (CBM), čo je metán, ktorého pôvod je spájaný so vznikom bitúmenových uhoľných slojov. Plyn je absorbovaný v uhoľných slojoch a je viazaný v mikroporéznej štruktúre uhoľnej hmoty. Efektívnosť získanie plynu je závislá od stupňa preuhlenia uhoľnej hmoty a jej dostatočnej priepustnosti.
Ťažba CBM je vo väčšine uhoľných paniev sveta na úrovni prieskumu a prvotných projektov. Prieskumné práce prebiehajú aj v severomoravskom regióne, kde bolo zistené, že uhoľná hmota viaže až 12,5 m3/t uhlia a ekonomicky zaujímavé zásoby sa pohybujú v rozsahu 70 - 370 mld. m3. Jeden z najdôležitejších dôvodov, ktorý ovplyvnil objavovanie a osvojovanie nových zásob, je bezpochyby zavádzanie nových technológií. Trojdimenzionálne seizmické štúdie identifikovali nové objekty pre smerové vrty s veľkou presnosťou a spoľahlivosťou.
Schopnosť dosiahnuť nové ložiská pomocou nízkopriemerových vrtov, smerového a horizontálneho vŕtania, radikálne zmenili ekonomiku a ťažby plynu. Taktiež nové typy morských ťažobných plošín mali zásadný vplyv na osvojenie shellfových ložísk.
Významným zdrojom zemného plynu sa v budúcnosti môžu stať plynové hydráty, ktoré tvoria metán a niektoré vyššie uhľovodíky (etán, propán) s vodou za vysokých tlakov a nízkych teplôt. Doteraz objavené ložiská plynových hydrátov sú obrovské - ich zásoby len na severnej pologuli sú niekoľkonásobne vyššie ako v súčasnosti vyťažiteľné zásoby naftového zemného plynu na celom svete.

Zdroj: zemniplyn.cz



Možno Vás bude zaujímať
Ťažba, preprava a skladovanie zemného plynu
Použitie zemného plynu
Ktorého dodávateľa plynu si vybrať
Držitelia povolenia na podnikanie v plynárenstve