Gaz łupkowy na tle konwencjonalnych zasobów energii w Polsce (3). Błękitne paliwo

zobacz artykuł w wersji pdf pdf  pdf 

Gaz ziemny, zwany niekiedy błękitnym paliwem, stanowi rodzaj paliwa kopalnego pochodzenia organicznego jako gaz zbierający się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem. Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej lub węgla kamiennego. Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym składnikiem, stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego, jest zawsze metan. Oprócz niego mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków organicznych oraz mineralnych. Gaz ziemny jest bezwonny i bywa specjalnie nawaniany przed wprowadzeniem do sieci gazowej w celu ułatwienia wykrycia jego obecności w powietrzu. Gaz ziemny jest mniej szkodliwy dla środowiska niż inne źródła energii: emisja CO2 ze spalania gazu jest do 30% mniejsza niż w przypadku ropy oraz do 60% mniejsza niż w przypadku węgla. Znacznie zredukowana jest także emisja innych substancji, w tym rtęci, siarki oraz dwutlenku azotu. Stąd też uchodzi za paliwo ekologiczne.

Główne regiony występowania złóż gazu ziemnego to Niż Polski oraz Przedgórze Karpat. Niewielkie zasoby zawierają małe złoża obszaru Karpat oraz te w polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku. Około 3/4 zasobów gazu znajduje się w utworach miocenu i czerwonego spągowca, a pozostałe w osadach kambru, dewonu, karbonu, cechsztynu, jury i kredy. Na Niżu Polskim złoża gazu ziemnego występują w regionach przedsudeckim i wielkopolskim, obejmując utwory permu, zaś na Pomorzu Zachodnim – utwory karbonu i permu. Tam też znajduje się 66% udokumentowanych zasobów gazu ziemnego. Gaz występuje w złożach typu masywowego i blokowego o wodno- lub gazowo-naporowych warunkach eksploatacji. W tym obszarze jedynie kilka złóż zawiera gaz wysokomentanowy, w pozostałych złożach dominuje gaz ziemny zaazotowany, zawierający od 30 do ponad 80% metanu. Jest to zatem często mieszanina metanowo-azotowa albo azotowo-metanowa. Złoża, w których gaz ziemny zawiera ponad 90% azotu, określone są nazwą „azotowy gaz ziemny”. Stanowią one źródło azotu.

Na Przedgórzu Karpat złoża gazu ziemnego występują w utworach jurajskich, kredowych i mioceńskich. Jest to najczęściej gaz wysokometanowy (powyżej 85% metanu), niskoazotowy, a jedynie w kilku złożach występuje gaz zaazotowany. Należą one do złóż strukturalno-litologicznych, wielowarstwowych, rzadziej masywowych, produkujących w warunkach gazowo-naporowych. W Karpatach gaz ziemny występuje w utworach kredowych i trzeciorzędowych zarówno w złożach samodzielnych, jak i towarzysząc złożom ropy naftowej lub kondensatu. Wydobycie gazu ze złóż karpackich przebiega w warunkach gazowo-naporowych. Gaz jest wysokometanowy (przeważnie zawiera powyżej 85% metanu), niskoazotowy (średnio jego zawartość wynosi kilka procent). W polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku gaz ziemny występuje w złożach B 4 i B 6 oraz towarzyszy ropie naftowej w złożach B 3 i B 8. Złoża Niżu Polskiego zawierają 69,5% wydobywalnych zasobów gazu ziemnego, zaś złoża Przedgórza Karpat – 25,5% tych zasobów. Zasoby strefy morskiej Bałtyku oraz Karpat odgrywają rolę podrzędną (odpowiednio 4,0% i 1,0% zasobów krajowych). W 2010 r. stan wydobywalnych zasobów gazu ziemnego wynosił 147,4 mld m3, zaś zasoby wydobywalne zagospodarowanych złóż gazu wynoszą 121,6 mld m3, co stanowi 82,5% ogólnej ilości zasobów wydobywalnych.

Dla wyrównania (w skali roku) obciążenia krajowego systemu gazoenergetycznego tworzy się w wyeksploatowanych kopalniach podziemne magazyny gazu. Łączne zasoby gazu w takich poduszkach buforowych wynoszą 6,48 mld m3. Magazyny gazu buduje się także w złożach soli (PMG Mogilno II, PMG Kosakowo) i węgla kamiennego (PMG Nowa Ruda). W 2010 r. wydobycie gazu ziemnego ze złóż o zasobach udokumentowanych wynosiło 5,496 mld m3 i było o 0,34 mld m3 mniejsze niż w roku 2009. Na Niżu Polskim ze 144 złóż wydobycie wyniosło 3 820,7 mln m3, zaś na Przedgórzu Karpat z 97 złóż wydobycie wyniosło 1 640,2 mln m3.

Produkcja gazu pokrywa zatem ok. 40% krajowego zapotrzebowania. Na obecnym, wczesnym etapie rozpoznania istnieją poważne przesłanki, by brać pod uwagę możliwość występowania w Polsce złóż gazu ziemnego łupkowego (shale gas) oraz gazu ziemnego zamkniętego (tight gas). Wspomniane zasoby zostaną przedstawione nieco dalej.

Metan pokładów węgla
Metan pokładów węgla (MPW) tworzy się w następstwie rozkładu materii organicznej zawartej w węglu, który jest zlokalizowany zbyt głęboko lub ma jakość zbyt niską do tego, aby można było wykorzystywać go w celach komercyjnych. Jego pokłady można niekiedy odnaleźć na płytszych głębokościach, jednak zazwyczaj znajdują się one nawet od 1000 do 2000 m pod ziemią. Na tej głębokości ciśnienie wód gruntowych wypycha metan na powierzchnię węgla, dzięki czemu można go wydobyć. Najczęściej wydobywa się go w otworach pionowych, tworząc szczeliny mniejsze od tych używanych w produkcji gazu łupkowego. Na niektórych obszarach coraz powszechniej stosowane są jednak otwory poziome.

W celu wydobycia gazu najpierw usuwa się wodę poprzez zmniejszenie ciśnienia w pokładach skalnych. W miarę spadania ciśnienia zmniejsza się wydzielanie wody z górotworu, a gaz uwalnia się do otworu wiertniczego. Czas potrzebny na usunięcie wody z pokładów waha się w zależności od źródła i może wynieść od kilku miesięcy do kilku lat. Oznacza to, że nie wszystkie złoża metanu z pokładów węgla nadają się do wydobycia komercyjnego. Usuniętą wodę używa się ponownie w procesie wydobywczym lub wykorzystuje w basenach do odparowywania. Taka woda nie nadaje się do picia, często jednak może być użyta do nawadniania terenów. Metan pokładów węgla występuje w postaci cząsteczek gazu zaabsorbowanych na ziarnach węgla. Pod wpływem eksploatacji górniczej obniża się ciśnienie w górotworze, następuje desorpcja metanu i uwalnia się on do wyrobisk górniczych. Powoduje to ogromne zagrożenie dla kopalń węgla kamiennego. Głównie z tego powodu metan ujmowany jest robotami wyprzedzającymi przez zakłady odmetanowania kopalń. Część jego, nie powodująca nadmiernych zagrożeń przy eksploatacji węgla kamiennego, emitowana jest z powietrzem wentylacyjnym. W ostatnich latach opracowano technologię odzysku metanu powierzchniowymi otworami wiertniczymi. Wykorzystując odwiercone otwory wiertnicze, używając specjalistycznych technologii, rozszczelinowuje się pokłady węgla, wypełniając szczeliny przepuszczalnym medium (zazwyczaj piaskiem). Następnie obniża się ciśnienie, odpompowując wodę złożową, co powoduje desorpcję i emisję metanu. Takie wykorzystanie metanu pokładów węgla jest traktowane jako pozyskiwanie gazu z niekonwencjonalnych źródeł. Metan pokładów węgla (MPW) występuje w złożach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, szczególnie w jego części południowej oraz zachodniej. W obszarach przewidywanej eksploatacji węgla kamiennego koncentracje MPW wydają się mieć znikome znaczenie gospodarcze, lecz w głębszych rejonach, np. w synklinie Dorohuczy, mogą występować nagromadzenia spełniające wymogi bilansowości. Udokumentowane zasoby MPW występują w 52 złożach, w obszarze GZW. Zasoby wydobywalne, bilansowe według stanu na 31.12.2010 r., wynoszą 90,0 mld m3, w tym:

* w obszarach eksploatowanych złóż węgla – 28,7 mld m3 w 27 złożach,
* poza obszarami eksploatacji złóż węgla – 27,0 mld m3 w 16 złożach,
* oraz w 9 złożach, w których metan występuje jako kopalina główna – 34,3 mld m3.

Wydobycie metanu w roku 2010 wyniosło 232,4 mln m3. Jest to wielkość oznaczająca odmetanowanie, czyli ilość metanu ujmowanego przez stacje odmetanowania poszczególnych kopalń węgla kamiennego. Ilość metanu wyemitowanego wraz z powietrzem kopalnianym systemem wentylacji (w złożach udokumentowanych) wyniosła 481,5 mln m3.

Azotowy gaz ziemny
Dotychczas w Polsce azotowy gaz ziemny udokumentowano w 2 złożach – Cychry i Sulęcin – występujących na Niżu Polskim, w których zawartość azotu wynosi ponad 90%. Azotowy gaz ziemny może być przeznaczony do produkcji ciekłego azotu, ale częściej wykorzystywany jest do korekty składu chemicznego gazu ziemnego przesyłanego w krajowym systemie gazoenergetycznym. Do tego celu szczególnie nadaje się gaz, w którym zawartość azotu przekracza 70%. Tych złóż nie wydziela się w osobną grupę złóż azotowego gazu ziemnego. Złoża Sulęcin i Cychry występują w cechsztyńskim dolomicie głównym.

Aktualnie wydobycie prowadzi się tylko ze złoża Cychry. Wydobyty gaz znajduje zastosowanie do korekty składu gazu przesyłanego w krajowych gazociągach. W 2010 r. wydobycie azotowego gazu ziemnego wyniosło 6,5 mln m3. Dwa udokumentowane złoża zawierają zasoby wydobywalne bilansowe wynoszące 14 858 mln m3, w tym przemysłowe – 972 mln m3, natomiast wydobycie prowadzone tylko ze złoża Cychry – 6,5 mln m3.

Hel

Hel jest pierwiastkiem chemicznym z grupy gazów szlachetnych w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach (4*10−7% w górnych warstwach atmosfery). Hel na Ziemi występuje głównie w atmosferze (5,2*10−4% obj. w powietrzu), pochodzi głównie z rozpadu jąder promieniotwórczych pierwiastków z naturalnych szeregów promieniotwórczych. W litosferze hel występuje również w niektórych złożach gazu ziemnego. Praktycznie cały hel, który mógł pierwotnie istnieć na Ziemi, nie mogąc związać się z żadnym innym pierwiastkiem, jako bardzo lekki opuścił atmosferę Ziemi. Występuje w postaci dwóch izotopów trwałych – 3He i 4He. Znanych jest także kilka syntetycznych izotopów nietrwałych (T1/2 < 1 sekundy), z których najbardziej stabilne są izotopy 6He i 8He. Hel jest najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym, z bardzo wysoką energią jonizacji. Nie udało się z nim uzyskać żadnego trwałego związku chemicznego. Nie ma więc żadnego znaczenia biologicznego. Choć pierwiastek hel należy do grupy gazów szlachetnych, to dzięki właśnie tej własności znalazł zastosowanie jako nośnik energii w gazowych reaktorach jądrowych do odbierania energii wywiązywanej podczas rozszczepiania jąder atomów i następnie do generacji pary wodnej w wytwornicach pary zasilanych helem. Hel występuje w wielu złożach gazu ziemnego na Niżu Polskim, gdzie jego zawartość w gazie waha się od 0,02 do 0,45%. Udokumentowano zasoby helu tylko w piętnastu złożach, gdzie średnia koncentracja helu w gazie waha się od 0,22 do 0,42%. Występują one w południowej części monokliny przedsudeckiej, w obszarze Zielona Góra – Rawicz – Odolanów. Złoża lokalizują się w utworach górnego czerwonego spągowca, wapienia cechsztyńskiego i dolomitu głównego. W 15 złożach zasoby wydobywalne bilansowe wynoszą 29,7 mln m3, w tym eksploatowane 10 złóż o zasobach 26,6 mln m3, zaś nieeksploatowane 5 złoż o zasobach 3,1 mln m3. W 2010 r. odzysk helu wyniósł 1,01 mln m3. Eksport helu w 2010 r. wyniósł 474,6 tony i był niższy od eksportu w roku poprzednim o 173,2 tony. Największy spadek zanotowano w przypadku eksportu do Niemiec z 227,5 ton w 2009 r. do zaledwie 5,7 ton w 2010 r. Największy wzrost dotyczył eksportu helu do Belgii z 120,9 ton do 364,0 ton. Import helu w roku 2010 wyniósł 68,7 tony, z czego 54,5 tony importowano z Austrii.

Kolejna, ostatnia część poświęcona będzie głównej kopalinie – gazowi łupkowemu.

dr inż. Piotr Kubski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij