Prirodni plin

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. Predviđa se da će potrošnja prirodnog plina do 2025. godine dosegnuti 4,27*1018 m3 (151 trillion cubic feet), što je 70 % više u odnosu na potrošnju u 2001. godini kada je iznosila 2,55*1018 m3 (90 trillion cubic feet) (Lothe, 2005).

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, ali opasan plin. 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.Donja ogrjevna vrijednost prirodnog plina s kojom računamo u Hrvatskoj je 33,338 MJ/m3, Hd= 9.26 kwh/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. Također zbog cijelog niza ograničenja, pouzdanost  opskrbe može biti upitna.

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.

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).