Zemní plyn Zemní plyn je přírodní směs plynných uhlovodíků s převažujícím podílem methanu. Využívat se začal na počátku 19. století, ale historie zemního plynu sahá až do období 2000 let př. n. l., kdy jej znali Číňané a o tisíc let později i Řekové.
Vznik zemního plynu Teorií o vzniku zemního plynu existuje několik, nejčastěji se uplatňuje teorie preferujících organický původ zemního plynu. Jelikož se zemní plyn vyskytuje velice často spolu s ropou (naftový zemní plyn) nebo s uhlím (karbonský zemní plyn), předpokládá tato teorie, že se zemní plyn uvolňoval postupně při vzniku uhlí nebo ropy jako důsledek rozkladu organického materiálu (rostlinných a živočišných zbytků).
Vlastnosti zemního plynu Zemní plyn je bezbarvý, sám o sobě nezapáchající, hořlavý plyn. Je nejedovatý, nedýchatelný a je lehčí než vzduch. Skládá se převážně z methanu a vyšších uhlovodíků (ethan, propan, butan) s malou příměsí inertních plynů (dusík a oxid uhličitý). Podle složení se dělí zemní plyn na čtyři základní typy. Suchý (chudý) zemní plyn obsahuje vysoké procento methanu (95 až 98 %) a nepatrné množství vyšších uhlovodíků. Vlhký (bohatý) zemní plyn má vyšší obsah vyšších uhlovodíků. Kyselý zemní plyn je plyn s vysokým obsahem sulfanu a zemní plyn s vyšším obsahem inertů obsahuje více oxidu uhličitého a dusíku. Složení zemního plynu se liší také podle naleziště. Příklady složení zemního plynu methan
vyšší uhlovodíky
inertní plyny
ČR naftový
97,7 %
1,7 %
0,6 %
ČR karbonský
92,5 %
2,2 %
6,3 %
Rusko
98,4 %
0,8 %
0,8 %
Norsko
93 %
4,9 %
2,1 %
Vlastnosti zemního plynu Výhřevnost
34,08 MJ/m3
Spalné teplo
37,82 MJ/m3
Hustota
0,69 kg/m3
Meze výbušnosti
5 – 15 %
Zápalná teplota
650 °C
Množství spalovaného vzduchu
9,56 m3 vzduchu/m3 zemního plynu
Teplota plamene
1 957 °C
Zásoby zemního plynu Celkové zásoby zemního plynu se odhadují na 511 000 miliard m3 a mají životnost až 200 let. Zásoby zemního plynu dělíme na prokázané, pravděpodobné a potenciální. Prokázané zásoby zemního plynu Prokázané (prověřené) zásoby zemního plynu jsou ekonomicky těžitelné, představují 164 000 miliard m3 (v roce 2000) a vydrží při současné těžbě do roku 2060. 71,7 % těchto zásob se nachází na pevnině a 28,3 % v mořských šelfech (mělčinách). Pravděpodobné zásoby zemního plynu Pravděpodobné zásoby zemního plynu jsou zásoby, u kterých se předpokládá, že je lze vytěžit za ekonomických a technických podmínek podobných těm, které jsou u prověřených zásob. Pravděpodobné zásoby dosahují výše 347 000 miliard m3. Potenciální zásoby zemního plynu Potenciální zásoby zemního plynu jsou tvořeny především hydráty methanu, což je pevná substance podobná sněhu, tvořená 20 % methanu a 80 % vody. Hydráty se nacházejí v zemské kůře pod dnem oceánů. Tyto velmi významné zásoby jsou již dlouho známy, jejich problémem je však těžba. V současné době lze tvrdit, že zásoby zemního plynu v podobě hydrátů činí cca 21 000 000 miliard m3. Dalším potencionálním zdrojem zemního plynu je tzv. Coal Bed Methan (CBM), což je methan, který je absorbován v uhelných slojích a je vázán v mikroporézní struktuře uhelné hmoty. Těžba CBM je ve většině uhelných pánví světa na úrovni průzkumu a prvotních projektů.
Těžba zemního plynu Naftový zemní plyn je uložen v pórovitých horninách ohraničených nepropustnými horninami a vodou. Jako specificky lehčí látka se nahromadil v průběhu tisíců let nad vrstvami ropy nebo vody. Naftový zemní plyn se těží vrty obvykle z hloubky 3 km, ale může se těžit i z daleko větších hloubek až kolem 8 km. Těží se jak z ložisek na pevnině (Rusko, Alžírsko, Nizozemsko), tak z ložisek, která se nacházejí pod mořským dnem (Severní moře). Karbonský zemní plyn se vyskytuje v ložiscích černého uhlí. Při těžbě uhlí se uvolňuje a je z bezpečnostních důvodů odsáván. Těží se však i přímo vrty z uhelných slojí.
Úprava zemního plynu V současné době se nejvíce těží naftový zemní plyn. Pokud se naftový zemní plyn těží společně s ropou, jedná se zpravidla o vlhký zemní plyn. V některých lokalitách však ložiska ropu neobsahují a těžený zemní plyn je suchým zemním plynem. Vedle naftového zemního plynu se těží i karbonský zemní plyn, který je svým složením vždy suchým zemním plynem. Každý zemní plyn se po těžbě suší a zbavuje se pevných částic (prachu), případně se odstraňují vyšší uhlovodíky a sirné látky, pokud jsou přítomny. Voda a sirné látky by mohly
způsobovat korozi distribučního zařízení. Vysoký obsah vlhkosti by mohl být příčinou ucpávání plynovodů, protože s methanem může voda za určitého tlaku a teploty tvořit pevné hydráty. Prach by mohl být příčinou poruch kompresorových nebo regulačních stanic. Odorizace zemního plynu Zemní plyn nemá prakticky žádný zápach, proto se z bezpečnostních důvodů provádí jeho odorizace – dávkování vysoce zapáchajících látek do plynu. Odorizace zemního plynu má jediný význam, musí varovat při náhodném úniku zemního plynu z plynovodu nebo odběrného zařízení a zabránit tak nebezpečí požáru, výbuchu, zadušení nebo otravy. Zemní plyn musí mít po odorizaci dostatečný zápach, čichově nezaměnitelný s jinými zápachy, naproti tomu nesmí být přeodorizován, aby odorant obsažený v plynu zbytečně nezamořoval prostředí. K odorizaci se používají sirné sloučeniny, zejména merkaptany (thioly) a organické sulfidy (thioethery).
Dálková přeprava zemního plynu Zemní plyn je možné přepravovat plynovody nebo tankery. Plynovody se přepravuje stlačený zemní plyn při tlaku 200 barů (CNG – Compressed Natural Gas). Plynovody jsou vedeny nejen po souši, ale mohou být položeny na mořském dně. Tankery se přepravuje zejména zkapalněný zemní plyn při teplotě -162 °C (LNG – Liquefied Natural Gas).
Zásobování Evropy zemním plynem Pro zásobování Evropy jsou vedle zásob na území Ruska důležité zásoby v kontinentálním šelfu Severního moře. Zde se nachází cca 80 % evropských zásob zemního plynu (kromě ložisek na území bývalého Sovětského svazu). Rusko a Norsko Ruský zemní plyn je těžen v západosibiřských oblastech (nejznámější naleziště jsou v Urengojské a Jumburské oblasti) a do Evropy proudí plynovody přes Polsko, Slovenskou a Českou republiku. Norský zemní plyn je těžen v Severním moři a na pevninu proudí soustavou podmořských plynovodů, které vedou na území Německa. To je také největším odběratelem norského plynu. Alžírsko a Nizozemí Alžírsko je největším producentem zemního plynu na africkém kontinentu. Do Evropy se tento zemní plyn dodává buď systémem podzemních plynovodů, nebo tankery. Nizozemí je nejvýznamnějším západoevropským dodavatelem zemního plynu.
Zásobování České republiky zemním plynem Česká republika nemá žádná významná ložiska zemního plynu. Těžba na jižní Moravě se pohybuje pod 100 milionů m3 plynu ročně a podílí se tak na celkové spotřebě necelým
jedním procentem. Hlavními dodavateli zemního plynu do České republiky jsou Rusko (tři čtvrtiny dodávaného plynu) a Norsko (jedna čtvrtina dodávaného plynu). V České republice je zemní plyn z Ruska označován jako tranzitní zemní plyn.
Podzemní zásobníky zemního plynu Dodávky zemního plynu v průběhu roku jen nepatrně kolísají, neboť dálkové plynovody musí být z ekonomických důvodů vytíženy rovnoměrně po celý rok. Jelikož je zemní plyn využíván hlavně pro vytápění, je jeho spotřeba v zimě podstatně vyšší než v létě. Zemní plyn je v létě uskladňován v podzemních zásobnících plynu. Pro výstavbu podzemních zásobníků plynu se využívají hlavně vytěžená plynová nebo ropná ložiska, výjimečně i tzv. aquifery. V obou případech se jedná o podzemní porézní horninové vrstvy s dostatečnou propustností, v prvním případě byly tyto vrstvy původně zaplněny plynem nebo ropou, v druhém případě vodou. Méně často se k tomuto účelu využívají jiné podzemní dutiny, jako jsou opuštěné uhelné nebo rudné doly nebo uměle vyrubaná kaverna. V naší republice je největším provozovatelem podzemních zásobníků plynu společnost RWE Gas Storage. RWE GS provozuje 6 podzemních zásobníků plynu – Dolní Dunajovice, Tvrdonice, Lobodice, Háje, Štramberk, Třanovice. Dolní Dunajovice jsou největším podzemním zásobníkem plynu na území České republiky. Nejstarším a nejmenším podzemním zásobníkem plynu, který je současně i jediným aquiferem u nás, je podzemní zásobník plynu Lobodice. Podzemní zásobník plynu Háje je skalní (žulovou) kavernou. Další podzemní zásobník plynu Uhřice provozuje společnost Moravské naftové doly (MND GS). Na území české republiky se nachází i podzemní zásobník plynu Dolní Bojanovice, který má však pronajatý Slovenská Republika. Do budoucna se plánuje výstavba nových podzemních zásobníků plynu a kapacita některých současných zásobníků bude rozšířena.
Použití zemního plynu Zemní plyn se používá k vytápění, vaření a ohřevu vody. Dále se používá v elektrárnách, teplárnách a také v dopravě jako pohon motorových vozidel. Zemní plyn v dopravě Zemní plyn má obrovskou budoucnost jako motorové palivo. Nejen, že je levný (současné ceny stlačeného zemního plynu jsou cca 16 Kč/m3, což je téměř poloviční cena oproti ceně benzínu), ale má i vysoké oktanové číslo (130, obecně vysoké oktanové číslo zvyšuje odolnost proti klepání motoru). Vozidla na zemní plyn produkují výrazně méně škodlivin než vozidla na kapalná paliva. A to nejen oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, uhličitého, pevných částic, ale i karcinogenních aromatických uhlovodíků. U motorů na zemní plyn je díky „měkčímu“ spalování nižší hlučnost o 50 % vně vozidla a o 60 – 70 % uvnitř vozidla.
Zemní plyn lze použít v podobě stlačeného plynu (CNG) nebo ve formě zkapalněné (LNG). Stlačený zemní plyn je v současnosti preferovanější. Současné nevýhody zemního plynu v automobilech spočívají v malém počtu čerpacích stanic na zemní plyn (CNG), v drahé přestavbě vozidla, ve snížení výkonu motoru vozidla a menší dojezdové vzdálenosti (osobní automobil přestavěný na zemní plyn dojede 200 – 250 km).
Zemní plyn a životní prostředí Zemní plyn patří mezi ekologické fosilní palivo. Při jeho spalování vzniká ve srovnání s uhlím nebo s kapalnými palivy daleko méně škodlivin. Prach a oxid siřičitý jsou ve spalinách obsaženy v zanedbatelném množství a také obsah oxidu uhelnatého a uhlovodíků je ve srovnání s ostatními palivy výrazně nižší. Zemní plyn je jako každé uhlíkaté palivo také zdrojem oxidu uhličitého (CO2), který významnou měrou přispívá ke zvýšení skleníkového efektu. Na uvolněnou jednotku tepla však vzniká při spalování zemního plynu o 40 až 50 % méně CO2 ve srovnání s tuhými palivy a o 30 až 35 % méně CO2 ve srovnání s kapalnými palivy. Zemní plyn má ve srovnání s pevnými a kapalnými palivy také tu výhodu, že neobsahuje žádné dusíkaté látky, takže se při spalování netvoří oxidy dusíku NOx.
