O plinu

PRIRODNI PLIN – ENERGENT NAŠEG DOBA

Prirodni plin je fosilno gorivo koje se nalazi u naftnim i plinski ležištima i sastoji se najvećim dijelom (85 do 95 % ) od metana (CH4), koji je najjednostavniji ugljikovodik, bez boje, mirisa i okusa. Nezapaljiv je, ali eksplozivan. Preostali dio su ugljikovodici, dušik i ugljični dioksid.

Prije nego što se prirodni plin može koristiti kao gorivo, trebaju se izdvojiti svi elementi osim metana, kao što su: propan, etan, butan i ostale molekule čija je masa  veća, te elementi helij i dušik.

Standardna kvaliteta prirodnog plina, pri atmosferskom tlaku p=1,01325 bar i  svedena na temperaturu t=15°C, donje je ogrjevne vrijednosti Hd= 33,3369 MJ/m3, odnosno Hd=  9,28 kWh/m3 i  gustoće ρ= 0,67 kg/m3.

Od svih danas dostupnih fosilnih goriva, prirodni plin je najčišći izvor energije u smislu onečišćenja okoliša i sigurno će biti jedan od glavnih energenata sljedećih 20 do 30 godina.

Prirodni plin je plinska smjesa različitih ugljikovodika od kojih je najveći udio (veći od 90%) metana (CH4). Metan je najjednostavnija i najlakša molekula ugljikovodika, bez boje,  mirisa, okusa, neotrovan, zapaljiv je  i eksplozivan u koncentraciji od 5 do 15% prirodnog plina u smjesi sa zrakom. U manjim količinama prisutni su ostali ugljikovodici (etan, propan, butan i primjese težih ugljikovodika), te ugljični dioksid (CO2) i dušik (N2), a moguća je i pojava helija, sumporovodika, argona, vodika, živinih i drugih para. Porijeklo, vrsta i udio tih primjesa u prirodnom plinu ovise o vrsti matičnih stijena, o utjecaju magmatskih, odnosno hidrotermičkih procesa u litosferi i o procesima migracije prirodnog plina.

Prirodni plin je lakši od zraka (gustoća prirodnog plina približno 0,67 do 0,717 kg/Sm3,prema gustoći zraka od 1,293 kg/Sm3). Obično ga mjerimo standardnim m3 .1Sm3 odgovara količini plina, koja pri tlaku od 1,01325 bar i temperaturi od 15 oC, zauzima prostor od 1 m3. Izgara plavim plamenom, bez štetnih produkata izgaranja, čađe, pepela i s vrlo malim količinama ugljičnog monoksida i sumporovog dioksida čime se svrstava među ekološki najčistije energente.

Proizvodi se iz naftnih i plinskih ležišta te ga je potrebno prethodno obraditi, a potom transportirati cjevovodima (plinovodima) do krajnjih potrošača. Velika ulaganja u potrebnu infrastrukturu ograničavaju njegovu upotrebu. Često velika udaljenost lokaliteta proizvodnje od potrošača čini ga nekonkurentnim i nedostupnim.

Podzemna nalazišta prirodnog plina utvrđena su na dubinama od nekoliko metara pa do više od 5 tisuća metara, pod tlakom nekad višim i od 300 bara, i temperaturama višim i od 180 oC, ovisno o dubini ležišta. Plin se nakuplja u propusnim slojevima stijena (u čije šupljine se može smjestiti plin), koji su okruženi nepropusnim slojevima (tako da sprečavaju migraciju plina i drže ga na neki način zarobljenog u propusnim slojevima). Najčešće se nalazi kao plinska kapa u naftnim ležištima, ali nisu rijetka ni čista plinska polja, bez prisutnosti nafte.

Široko je rasprostranjen u sedimentnim, a nalazi se u i eruptivnim stijenama. Pojavljuje se u stijenama nastalim u svim geološkim razdobljima, ali učestalije i obilnije pojave prirodnog plina počinju sa stijenama iz razdoblja razvoja intenzivnijeg života na Zemlji (kambrij – ordovicij, prije više od 500 milijuna godina).

Nije još s potpunom sigurnošću utvrđen način nastanka prirodnog plina i formiranja njegovih akumulacija. Jedna od teorija je organska teorija nastanka prirodnog plina. Ona se bazira na utvrđenim organskim materijalima u prirodnom plinu, potrebnim za stvaranje ugljkovodika, te rastumačenim kemijskim procesima dozrijevanja organske tvari i stvaranja ugljkovodika, pa tako i prirodnog plina. Međutim, pronađeni su tragovi ugljikovodika, naročito metana, duboko u granitnim masivima gdje nema organskog materijala, pa se zbog toga smatra da se ne smije potpuno odbaciti ni anorganska teorija o postanku prirodnog plina.

Korištenje prirodnog plina

Korištenje prirodnog plina dobivenog iz opisanih izvora usko je povezano s mogućnošću njegovog transporta. Budući se radi o manjim količinama, isplativost projekta postaje primarni čimbenik u donošenju odluke o iskorištavanju ležišta. Stlačivanje plina i njegov transport može biti dobar izbor upravo u smislu opravdanosti projekta.

Učinkovit transport plina od mjesta proizvodnje do mjesta potrošnje zahtijeva sveobuhvatni i dobro razrađeni transportni sustav. U mnogo slučajeva prirodni plin proizveden iz bušotine mora prijeći dugi put do mjesta korištenja. Transport prirodnog plina usko je povezan sa njegovim skladištenjem, jer ako se transportirani plin ne troši odmah, treba ga uskladištiti do trenutka kada zatreba.

Čimbenici koji utječu na način transporta uključuju rezerve prirodnog plina, vremenski okvir u smislu naplate, udaljenost od tržišta, dostupnu infrastrukturu kao i potrebu za obradom plina. Mogući načini transporta plina do tržišta obuhvaćaju plinovode, ukapljivanje plina, stlačivanje plina, pretvorbu plina u krutine (hidrate), pretvorbu plina u tekućine i druge načine pretvorbe plina u oblik prihvatljiv za transport.

STLAČENI PRIRODNI PLIN

Stlačeni prirodni plin je prirodni plin u plinovitom stanju, pod visokim tlakom od oko p=220 bar,  na temperaturi υ=15 °C, što mu smanjuje volumen za oko 200 puta. Koristi se kao i prirodni plin, a radi smanjenog volumena pogodan je za pogon automobila gdje se koristi pod tlakom  u spremnicima vozila od p= 220 bar, kada gustoća SPP-a iznosi ρ= 145,47 kg/m3.

Stlačivanje prirodnog plina podrazumijeva postupak pohranjivanja pod tlakom sličnim tlaku ležišta (10 do 25 MPa). Hlađenje prirodnog plina omogućuje smanjenje volumena potrebnog za pohranjivanje jedinične količine prirodnog plina. Dakle, istodobnim stlačivanjem i hlađenjem plina znatno će se smanjiti potreban volumen za pohranjivanje jedinične količine plina što uvelike olakšava skladištenje i transport prirodnog plina.

Tehnologija je jednostavna i može se lako primijeniti u komercijalne svrhe. Zahvaljujući minimalnim potrebama pred-obrade i učinkovitim priobalnim plinskim terminalima, neke konstrukcijske izvedbe postrojenja za stlačivanje prirodnog plina mogu primiti plin izravno s proizvodnih postrojenja. Ta važna značajka pomoći će proizvodnim projektima odvajanje od ograničene nepomične infrastrukture i omogućiti proširenje dosega istraživanja.

Stlačeni prirodni plin, kao oblik pripreme prirodnog plina za transport, u novije se vrijeme razmatra sa obnovljenim interesom. Raniji pokušaji komercijalizacije ove tehnologije 60-tih godina napušteni su zbog tehničkih poteškoća i velikih ulaganja koja su bila potrebna za komercijalnu upotrebu. Sa otkrićem novih materijala i njihovom primjenom, te s jačanjem tržišta plina došlo je do obnavljanja interesa za komercijalizaciju ove tehnologije.

Stlačivanje prirodnog plina omogućava učinkovit prijevoz plina  na udaljenostima čak do 4000 km. Tipični rasponi tlakova kreću se od 12,4 MPa (1800 psi) za mokri plin (engl. rich gas) do 24,8 MPa (3600 psi) za suhi plin (engl. lean gas).

Stlačeni prirodni plin je poznat na engleskom jeziku kao Compressed Natural Gas (CNG), na njemačkom Ergas (Komprimiert Erdgas).

Tehnologija i razvoj

SPP nije nova tehnologija, već ima povijest dugu 70 godina. Tehnološke prednosti SPP-a su dokazane i priznate diljem svijeta. SPP danas pokreće više od 10 milijuna vozila, koja se pune u preko 16 tisuća punionica, u 2.400 gradova u gotovo 80 zemalja širom Svijeta. Do kraja 2010. godine, 20 tisuća punionica će opskrbljivati vozila SPP-om.

U Hrvatskoj se sve više pažnje posvećuje vrijednosti prirodnog plina, kao ekološki prihvatljivog goriva. Pretpostavlja se, da je u Hrvatskoj oko 1,6 milijuna vozila te da će njihov broj i dalje rasti, što sektor prometa čini jednim od najznačajnijih potrošača energije i samim time jednog od najvećih zagađivača. Veća potrošnja goriva pridonosi povećanju zagađenja dimnim plinovima i povećava emisiju stakleničkih plinova. Vozila koja prometuju na relaciji jednog grada, smatraju se najvećim izvorom zagađenja u gradskim sredinama. Korištenje plina, kao goriva za pogon vozila u urbanim sredinama, ima velike ekološke i ekonomske prednosti nad tekućim gorivima: emisija CO je oko 50% manja, a krutih čestica 44% manja (u odnosu na diesel).

Osim zagađenja okoliša, komunalna vozila i vozila javnog gradskog prijevoza, izvor su i buke. Motori pogonjeni SPP-om, prema nekim mjerenjima, pokazuju smanjenje buke za 10 dBA, odnosno smanjenje buke motora za 50%.

Europska komisija je 1998. godine pokrenula razvojni projekt NGVeurope, sa ciljem razvoja vozila na prirodni plin i kompresorskih stanica, promocije i ispitivanja ovih vozila, posebno u pogledu emisije stakleničkih plinova. Ovaj projekt, vrijedan 2,6 milijuna EUR, realizira se u 15 gradova zemalja Europe, a usmjeren je na gradske autobuse, dostavna, taksi i komunalna vozila, koja se koriste u ekološki ugroženim sredinama. U okviru ovog projekta, do sada, je razvijeno i u eksploataciju uključeno više stotina vozila.

U EU, najveće ulaganje u plinsko poslovanje odnosi se na vozila koja koriste stlačeni prirodni plin kao gorivo i na punionice SPP-a. U tome prednjače Italija i Njemačka te Švedska i Švicarska. U zemljama poput Švedske, javni vozni parkovi su i do 90% zamijenjeni vozilima na SPP, a tome pridonosi i značajna potpora i razne mjere državne i lokalne vlasti.

Ovi primjeri primjene SPP-a u gradskom prometu upućuju na to da bi primjena SPP-a u domaćim okvirima bila realna i višestruko isplativa, prije svega u smislu zaštite okoliša, kao i uštede na pogonskom gorivu. Također, primjena SPP-a bi olakšala ispunjavanje strogih obaveza prema protokolu  iz Kyota  koji propisuje, do 2012. godine,  smanjenje ispuštanja stakleničkih plinova za 5%, u odnosu na 1990. godinu.

U cilju poboljšanja javnog gradskog prijevoza, sigurnosti u primjeni i prometu, prema gore navedenim primjerima, ZET je 2008. godine pokrenuo nabavu 60 autobusa na stlačeni prirodni plin, koji će zamijeniti autobuse na diesel, prvenstveno na linijama u centru grada. Plan je, u skorijoj budućnosti, ZET-ov vozni park proširiti za još 40 autobusa.

Primjena SPP

SPP bi mogao, u velikoj mjeri zamijeniti tekuća goriva, zbog velikih mogućnosti primjene: osobna vozila, kombi vozila, skuteri, motocikli, sve vrste autobusa i kamiona, ali i poljoprivredni strojevi, pokretne dizalice, ralice, kao i manji avioni, motorni čamci te trajekti i vlakovi.

Primjena SPP-a uklapa se u političke sfere te mjere štednje, u zahtjeve za zaštitu okoliša i  zdravlje ljudi, kao i  u sigurnost u primjeni i prometu.

Iako je cijena plina prilično nestabilna, prvenstveno jer se cijena sve više definira na kretanjima cijena nafte i naftnih derivata i konačno u porastu, sve više država promovira korištenje prirodnog plina, kako bi prekinule ovisnost nastalu zbog stalnog uvoza tekućih goriva, prvenstveno zbog odnosa između rezervi i potražnje nafte, koji je dosegao kritičnu točku vršne potrošnje.  Osim već navedenih prednosti korištenja prirodnog plina, bitna je i činjenica da prirodnog plina ima dovoljno i sa infrastrukturom potrebnom za opskrbu svjetskog automobilskog voznog parka narednih 40 godina.

 

UKAPLJENI  PRIRODNI PLIN (UPP)

Liquid Natural Gas (LNG)
Ukapljeni  prirodni plin (UPP) je više poznat na engleskom jeziku kao Liquid Natural Gas (LNG). Kod nas naziva se i tekući prirodni plin (TPP).

UPP dobivamo tako da prirodni plin ohladimo na -160 °C  pri atmosferskom tlaku. Prilikom tog procesa on kondenzira te prelazi u tekuće stanje. Pri postupku dobivanja UPP-a  može se pročistiti na vrijednost 100% metana. Njegov volumen tada se smanjuje i do 600 puta (u odnosu na volumen prirodnog plina).

Gustoća UPP-a iznosi 45% gustoće vode, odnosno njegova gustoća iznosi od 0.41 do 0.5 kg/l, što ovisi o temperaturi, tlaku i sastavu. Za usporedbu gustoća vode je 1.0 kg/l. UPP je plin bez mirisa, nije korozivan, i nije toksičan. Pri isparavanju može gorjeti tek pri koncentraciji od 5% do 15 % u smjesi sa zrakom, kada je mješavina zraka i UPP-a ispod 5% ne može doći do procesa gorenja. UPP ni njegove pare ne mogu eksplodirati u zatvorenom okolišu.

Energetska vrijednost ukapljenog prirodnog plina ovisi od izvora prirodnog plina i postupku dobivanja UPP-a. Njegova najviša energetska vrijednost iznosi 24 MJ/l pri temperaturi od -164 °C i tlaku od 101 do 6000 kPa. Kako je UPP veće gustoće od SPP-a, lakše ga je transportirati pa se ujedno i više upotrebljava kao zamjensko gorivo.