Szintetikus földgáz: receptek

Kácsor Enikő2019. április 15.

A földgáz jövőjéről szóló elemzések hosszú évek óta szolgálnak érdekességekkel. Hol a megújulók mellett betöltött kulcsszerep kerül a fókuszba (a rugalmas gázerőművek a fogyasztás és termelés folyamatos egyensúlyát igénylő villamosenergia-rendszerben jól kiegészítik az időnként hirtelen változó termelésű szél- és naperőműveket), hol a szénerőművek kevésbé szennyező alternatívájaként kerül képbe a földgáz, megint mások az importkitettség kapcsán értekeznek szerepéről. Ebben a bejegyzésben azonban nem a földgáz felhasználása, hanem az előállítása a téma. A szóhasználat nem véletlen, a hagyományos (és nemkonvencionális) kitermelés helyett most valóban a földgáz szintetikusan történő előállításáról lesz szó; néhány érdekes technológiai megoldást gyűjtöttem csokorba.

A földgáz árazása hagyományosan az olajárakhoz kötődik/kötődött, ugyanis az 1970-es években az első olajválság idején az olaj helyettesítő termékeként érkezett a gáz a piacra. Saját, likvid piaca nem volt, hosszú távú szerződések keretében értékesítették a nagy kitermelők, akik az olajárakhoz kötötték az árát. Ez a gyakorlat az önálló, likviddé fejlődött gázpiacok kialakulásával (pl. HH az USA-ban, TTF Hollandiában vagy NBP Nagy Britanniában) egyre inkább háttérbe szorul ugyan, de valamekkora arányban a mai napig része a hosszú távú szerződések árazásának. Éppen ezért, bár a technológiák egy része már jóval korábban is elérhető volt, a földgáz szintetikusan történő előállítására fókuszáló projektek a 2000-es évektől megugró olajárakkal új lendületet kaptak.

1. ábra: Brent olaj spot árának alakulása, 1987 és 2017 között

Forrás: EIA

2010 és 2017 között a gáznemű tüzelőanyagokat (elsősorban hidrogént és földgázt) előállító kapacitások évente átlagosan 26%-kal növekedtek, 2018 és 2024 között azonban a Stratas előrejelzése szerint lassuló - bár még mindig jelentős, 16%-os - növekedés várható, mivel több beruházást is leállítottak a 2010-es évek második felében bekövetkezett olajáresés hatására. Összességében azonban még mindig marginális összkapacitásról beszélhetünk világszinten.

Technológiák

A szintetikus gázelőállítás egy sor területen kap fontos szerepet a petrolkémiától a vegyiparig. A teljes piacnak viszonylag kis része a szintetikus földgáz (synthetic natural gas – SNG) előállítása. 2018-ban a kapacitásokat tekintve a három legnagyobb terület a műtrágyagyártáshoz kapcsolódó szintetikus gázelőállítás (34%), a szintetikus metanol (22%) illetve a szintetikus benzin- és dízelgyártás (11%) volt, hidrogén és SNG-előállításra csak a kapacitások mintegy 10%-át használták. Érdekesség, hogy ezeken az egyéb területeken a földgáz alapanyagként is fontos szerephez jut.

Az SNG-előállítás esetén nagyjából minden technológia lényege, hogy első lépésként valamilyen módon hidrogént nyernek ki vagy állítanak elő, majd második lépésként ebből (többnyire szén-dioxid hozzáadásával) metánt képeznek. A technológiák a felhasznált alapanyagok mellett mind az első, mind a második lépés tekintetében különbözhetnek.

2. ábra: A szintetikus földgáz előállításának lehetséges lépései és a használt alapanyagok

Forrás: Beychok, (1975), syngaschem

A hidrogén előállításának alapvetően két módja van: kinyerhető különböző fosszilis energiahordozókból (szén, lignit, olaj) vagy akár biomasszából is gázosítással, illetve vízből elektrolízis segítségével (esetleg protoncsere membrános üzemanyagcella fordított működtetésével, ami végeredményben szintén vízbontást jelent).

A gázosítás során az alapanyagokból szintézisgáz (syngas) keletkezik. Ez elsősorban hidrogént és szénmonoxidot tartalmaz, illetve sok esetben szén-dioxidot is. Az eljárás során a szénhidrogéneket (vagy a biomasszát) technológiától függően gőzzel és/vagy oxigénnel reagáltatják. Ezt követően különféle katalizátorok segítségével a szintézisgáz szénmonoxid tartalmából és hozzáadott vízből hidrogént és szén-dioxidot képeznek, amiből már csak egy lépés a metán előállítása.

Egy speciális technológia ezen a területen az úgynevezett föld alatti széngázosítás (underground coal gasification – UCG). Ebben a folyamatban egy föld alatti (jellemzően hagyományos módon gazdaságosan nem kitermelhető) szénkészletbe vezető kúton keresztül gőzt és vizet vezetnek át a szénrétegen, majd egy kitermelő kúton keresztül hozzák a felszínre a termelődő gázokat: hidrogént, metánt, szén-monoxidot és szén-dioxidot. A technológiát már a XIX. század végén felfedezték, majd az 1920-as, ’30-as évek folyamán a Szovjetunióban már sikeres kísérletek is folytak. Később Amerikában a hidegháború majd az első olajválság idején szintén komolyan foglalkoztak a technológiával. Európában Belgium és Franciaország kísérletezett a XX. század folyamán. Igazán komoly áttörés azonban sehol sem történt, bár a próbálkozás sem állt le teljesen. Az elmúlt néhány évtizedben Ausztráliában, Üzbegisztánban, Dél-Afrikában és Kínában is születtek pilotprojektek – a környezetvédelmi aggályok miatt azonban nem igazán beszélhetünk sikertörténetről.

3. ábra: UCG folyamat

Forrás: Otto, (2017)

Egy további érdekes lehetőség a gyakran „power to gas” (P2G)-ként emlegetett elgondolás, melynek lényege, hogy azokban az órákban, amikor nagy mennyiségű olcsó áram áll rendelkezésre (például a megújulók nagy arányú termelése miatt) ennek segítségével állítanak elő szintetikus gázt, majd a drágább órákban (pl. a megújulók termelésének visszaesésekor) ebből a gázból ismét áram termelhető. Ez tulajdonképpen felfogható egy tárolási lehetőségnek is. A technológia a rendkívül energiaintenzív elektrolízist használja a hidrogén előállítására. Ezt követően a hidrogénből szén-dioxid hozzáadásával - egyes esetekben a Sabatier reakció, más esetekben mikroorganizmusok segítségével – állítanak elő metánt, mely utóbbi esetben biometánnak számít. Ez a második változat ugyanakkor nagyobb energiaveszteséggel jár. Ilyen technológia alkalmazását tervezi egy Dániában már működő egységgel rendelkező beruházó Amerika és Svájc mellett Magyarországon is (a tervek eredetileg 2018-as üzembehelyezésről szóltak). Egy harmadik lehetőség, hogy a hidrogén segítségével a szén-dioxidot és egyéb szennyezőket tartalmazó biogázt biometánná alakítják - a magasabb fűtőérték és a nagyobb tisztaság lehetővé teszik, hogy ezt a jobb minőségű végterméket már közvetlenül a hálózatba táplálják. Ez a harmadik verzió jár a legkisebb karbonlábnyommal.

Az elmúlt évek fejleményei alapján például a közlekedésben komoly versenytársa lehet a hidrogén a földgáznak. Így érdekes kérdés a jövőre vonatkozóan, hogy a fenti technológiák vajon megállnak-e a hidrogénelőállításnál, vagy továbbmennek a földgáz előállításáig.

Az egyes technológiákról nehéz megbízható költséginformációkat gyűjteni, de egyelőre távol vannak attól, hogy piaci alapon megérje alkalmazni őket. A gázipari lobbicég, az Eurogas becslései alapján a P2G technológia nagyjából megawattóránként 130 eurós támogatás mellett lenne megtérülő – viszonyításképp jelenleg a nyugat-európai gázárak 15-20 €/MWh között mozognak.

Lassuló lendület

A földgáz jövőjével kapcsolatban az elmúlt évtized során rendkívül különböző elképzelések láttak napvilágot, melynek oka elsősorban az időközben bekövetkezett változások keresletre gyakorolt hatása lehet. Az áram és (az áramtermelés egyik fontos inputjaként felhasznált) földgáz ára közötti árrés, az energiahatékonysági beruházások vagy a szén-dioxid-kibocsátási kvóta ára mind fontos keresletalakító tényezők, nem beszélve magáról a gázárról. Mindezek eredőjeként 2014-re a földgázkereslet az EU-ban átlagosan a 2010-es szintről majdnem 25%-kal esett vissza (bár azóta ismét növekszik, a válság előtti szintet 2017-re sem érte el). Nem csoda, hogy a keresletelőrejelzések is pesszimistábbak lettek. Míg a 2010-es évek elején a gáz aranykorát emlegették - egyes forgatókönyvek esetén 2010-ről 2035-re nagyjából 60%-os keresletnövekedéssel számolva -, addig az évtized második felében készült elemzések közül egyre több feltételez keresletcsökkenést. Ennek oka többek között az EU rendkívül ambíciózus dekarbonizációs politikája: egyes elemzések alapján ahhoz, hogy a 2050-re vonatkozó szén-dioxid-kibocsátási célok teljesíthetőek legyenek, az EU földgázfogyasztásának nagyjából feleződnie kellene. Ezeknek a változásoknak a hatására az alternatív gázelőállítási lehetőségek iránti érdeklődés némileg megcsappant.

Tovább rontott a helyzeten, hogy az UCG-technológiánál környezetvédelmi aggályok merültek fel. Először Ausztráliában (Queenslandben), majd Skóciában tiltották be, később pedig a brit kormány is kijelentette, hogy nem támogatja. Egyes elemzések szerint az így kinyert gáz használata az erőművekben az importált gázhoz képest 40-100%-kal magasabb összesített CO2 kibocsátással járna, míg az ausztrál indoklás szerint a környező talaj- és vízkészletszennyezés miatt tiltották be a technológiát. Érdekes fejlemény, hogy 2018 végén az akkori ausztrál miniszterelnök az áramszektor kibocsátásának szigorúbb szabályozását tűzte napirendre, terve miatt azonban menesztették, utódja pedig elkaszálta a szénerőművek megregulázását. Vagyis a bizonytalan alternatív szénhidrogénprojektek helyett inkább a szennyező, de jól ismert, biztos, így kockázatmentes szénalapú termelés maradt a befutó.

Mindezek ellenére elmondható, hogy az alternatív földgázelőállítás több szempontból is kiemelt figyelmet érdemel. A földgázkereslet visszaesése csak az EU- átlagot tekintve volt jelentős, a 2009-es év adataitól eltekintve világszinten folyamatos növekedést láthatunk, melyben komoly szerep jut például Kínának és Japánnak, valamint a közel-keleti országoknak. A szintetikus gázelőállítás egyéb területein pedig (például a műtrágyagyártásnál) a földgáz alapanyagként is fontos szerephez jut.

A fent bemutatott technológiák lehetőséget kínálhatnak az importfüggőség csökkentésére is, ami sok ország számára lehet vonzó. Csak a miheztartás végett: 2017-es adatok alapján a világ teljes földgázfogyasztásának felét 5 országban termelték ki (USA, Oroszország, Irán, Katar, Kanada), az EU nettó földgázimportjának aránya a teljes fogyasztáshoz viszonyítva ugyanebben az évben 73%, a 2004-től kezdődően csatlakozó tagországok esetén pedig majdnem 87% volt. Ezt a jövőben ugyan a csökkenő EU-s gázkereslet mérsékelheti, de az Európában kitermelhető készletek fogyatkozása ront a helyzeten. Kínában a nettó import aránya 37%, Japánban pedig 90% volt 2017-ben.

Ahogy fent is említettem a nagy energiaigényű földgázelőállítás a földgázalapú áramtermeléssel kombinálva alkalmas eszköz lehet az áram tárolására a jövőben. Ennek az időjárásfüggő megújulók terjedésével egyre nagyobb jelentősége lesz; a kifejezetten szélenergiára alapozott P2G technológiának már saját neve is van: „windgas”. A tárolói piacon azonban folyamatos az innováció - ez a téma egy külön blogbejegyzést is megérne, röviden: egyelőre nem egyértelmű, hogy ki lesz a befutó -, ezért nehéz megjósolni, hogy mekkora szerep juthat ennek a technológiának. Ha az olajárak ismét kellően magasra kúsznak, akár fényes jövő elé is nézhet az egyelőre még drágának tűnő szintetikus földgázelőállítás.

A Metazsúlról

A Metazsúlt a REKK munkatársai hozták létre, a blogposztok szerzőink magánvéleményét tükrözik. A blog célja, hogy felhívjuk a figyelmet a minket foglalkoztató témákra, leírjuk saját véleményünket, és megismerjük másokét, remélve, hogy olvasóink közül sokan hozzászólnak majd egy-egy bejegyzésünkhöz.A blog témaválasztásában és stílusában is sokszínűnek ígérkezik: rövid elemzések és szakmailag érdekes ábrák ugyanúgy megjelennek majd, mint szubjektív írások bármiről, ami éppen foglalkoztat minket - a zsúlon túl. Olyan témákat is szeretnénk felvetni, amelyekkel mindennapi munkánk során találkoztunk, s melyek nem feltétlenül jelennek meg tanulmányainkban, de talán szélesebb körű érdeklődésre is számot tarthatnak. Jó olvasást kívánunk!

Portfolio Blogger

Keresés

Címkefelhő

Archívum

Hírfolyam

RSS