Strona główna » gaz » Jak wyeksportować gaz ziemny?

Jak wyeksportować gaz ziemny?

Archiwum

Odpowiedź na tytułowe pytanie wymaga skrótowego przedstawienia kilku technologii, które przez ostatnie dziesięciolecia kształtowały nową infrastrukturę surowcową i energetyczną oraz najprawdopodobniej będą to robić przez kilka następnych, a nawet mogą bardzo mocno wpłynąć na kształt światowej gospodarki, gdy już rewolucja energetyczna się zakończy, a używanie paliw kopalny stanie się przeszłością. Ale najpierw trzeba mieć podstawowe pojęcie o technologii.

Mówiąc o gazie ziemnym mam na myśli metan. Wszystkie pozostałe składniki tego gazu uznajmy za już oddzielone i sprzedane, nieważne czy chodzi o hel czy propan.

Metan wrze w temperaturze -161 st. C, a jego punkt krytyczny to -82,6 C. W temperaturze powyżej punktu krytycznego nie da się danej substancji skroplić, niezależnie od ciśnienia, wobec czego w każdych ziemskich warunkach metan występuje jako gaz. Metr sześciennego tego gazu ma wartość opałową 10 kWh, czyli w przybliżeniu taką samą jak litr oleju opałowego/paliwa diesla/paliwa lotniczego, waży nieco mniej. Jak widać w normalnych warunkach różnica objętości jest tysiąckrotna. Po skropleniu ta różnica prawie znika.

To oznacza, że dla transportu metanu trzeba albo użyć medium, gdzie ta olbrzymia objętość w stosunku do energii nie ma znaczenia, albo go schłodzić poniżej -82 st., a praktycznie do -162 albo rozwiązać to jeszcze jakoś inaczej.

W pierwszym przypadku mówimy o rurociągach, tylko i wyłącznie. Gaz ziemny, który często pojawiał się przy wydobyciu ropy, był przez długi czas uważany za uciążliwy odpad. Później czasem budowano krótkie rurociągi, zazwyczaj do okolicznych naftowych miasteczek, gdzie był używany do ogrzewania. Ten sposób myślenia został przełamany zaraz po II wojnie światowej w Argentynie, gdzie prezydent Peron nakazał budowę ponad 3 tys. km rurociągu z południowych pól naftowych do Buenos Aires, gdzie gaz stał się powszechnym i uniwersalnym paliwem, w tym do napędu samochodów.

Skroplenie metanu wymaga sporej energii, na szczęście zwykle odbywa się tam, gdzie gazu jest zbyt dużo, jest zbyt tani i nie wiadomo co z nim robić. Można go więc spalić w turbosprężarce i skroplić resztę. Drobny problem polega na tym, że niezależnie od izolacji, zawsze trochę ciepła dotrze do płynnego metanu, który w związku z tym cały czas wrze, trzeba go więc cały czas go w postaci gazu usuwać ze zbiorników; w stacjonarnych zbiornikach można go z powrotem skroplić, na statkach używa się go po prostu jako paliwa, z wagonów kolejowych i ciężarówek trzeba gaz wypuścić do atmosfery. Lepiej dla środowiska, jeśli zostanie po prostu spalony.  Po dostarczeniu na miejsce metan zamienia się z powrotem w gaz i wtłacza do rurociągów. W tym celu trzeba go ogrzać. Najnowszym wynalazkiem jest połączenie instalacji skraplania powietrza z zakładem regazyfikacji metanu. Profilem zużycia energii pasuje do siebie prawie idealnie, oszczędzając do 70% po obu stronach. Co oznacza minimalnie tańszy gaz, ale znacznie tańszy w pozyskaniu tlen i argon (azot jest odpadem, jakby ktoś się pytał).

Rurociągi nie wszędzie są możliwe. Czasem z powodów ekonomicznych, czasem politycznych. Przewożenie płynnego metanu jest nieefektywne energetycznie. Wobec tego czy istnieją inne możliwości?

Pierwsza, która się narzuca, to spalenie gazu i eksport prądu. Tu mamy jednak problem dokładnie ten sam co z rurociągami i właściwie nie warto tego rozważać, bo na dużą odległość jednak rura jest lepsza.

Ale jeśli już doszliśmy do pomysłu przerobienia gazu, to może go przerobić na coś, co jest łatwo składować i przewieźć? I to właśnie jest klucz.

Metan jest przede wszystkim bardzo dobrym źródłem wodoru do reakcji chemicznych. Dla wyjaśnienia reakcja przebiega w następujący sposób CH4 + 1/2 O2 => CO + 2 H2, następnie CO + H2O => CO2 + H2. Razem CH4 + 1/2 O2 + H2O => 3 H2 + CO2. Jak widać wodoru uzyskuje się o połowę więcej niż znajduje się w metanie.

Wobec tego interesują nas wszystkie reakcje, gdzie to wodór jest głównym kosztem. Na skalę wielkoprzemysłową są dwa takie procesy. Jeden to produkcja amoniaku (i następnie wszystkich związków azotowych), a drugi to redukcja rudy do żelaza.

Dla syntezy amoniaku wystarczy wpuścić do reaktora azot i wodór, przepuścić to przez katalizator, po reakcji oddzielić NH3, gazy z powrotem wpuścić do reaktora.  Tak, skala tej reakcji ma znaczenie. Tak, efektywność bardzo zależy od wykorzystania ciepła i CO2 z procesu, odzysku energii sprężania gazów, etc. Ale w ostatecznym rachunku i tak 70-90% kosztów produkcji to są koszty wodoru. Czyli w dzisiejszej praktyce gazu ziemnego. To oznacza, że miejsca produkcji gazu bez możliwości eksportowych mają jakąś alternatywę.

Kolejną możliwością jest Direct Reducing of Iron, co ma zapewne jakąś utrwaloną nazwę po polsku, ale ja jej nie znam.

Proces polega na reakcji tlenków żelaza z mieszaniną H2 i CO, czego produktami są Fe, H2O i CO2. Reakcja odbywa się w dość wysokich temperaturach, ale poniżej temperatury topnienia żelaza.  Co oznacza, że z bryły rudy jest usuwany tlen i pozostaje kawałek prawie czystego żelaza o strukturze gąbki. Jest to dokładnie taki sam proces, jaki zachodził w  dymarkach od początku epoki żelaza, aż do powstania wielkich pieców pod koniec średniowiecza. Różnica polega na tym, że wówczas bryłę żelaza obrabiano mechanicznie (kuciem), a dziś są one wrzucane do elektrycznych pieców łukowych i przerabiane na stal. Oraz kiedyś jedynym dostępnym źródłem redukującej atmosfery był węgiel drzewny. Dziś mamy gaz, który jest najczęstszym i podstawowym paliwem w tym przemyśle.  Sama instalacja poziomem nie jest specjalnie skomplikowana, bo nie mamy ani wieloetapowego procesu, ani temperatur, ani ciśnień wymagających zaawansowanej inżynierii lub materiałów. Jedyne realne ryzyko to możliwość samozapłonu żelaza (tak!), a ulepszenie procesu to przerobienie żelaza na stal od razu i pominięcie etapu chłodzenia (i późniejszego rozgrzewania) DRI.

Dla wyjaśnienia skali już od kilkudziesięciu lat praktycznie nie buduje się wielkich pieców, są to pojedyncze przypadki. Lwia część wzrostu produkcji stali ostatnich lat przypada na elektryczne piece łukowe, dla których surowcem jest złom lub DRI. To drugie dla wyrobu stali lepszych jakości oraz kiedy złomu brakuje. Złomu na świecie zaczyna brakować, gdy popyt na stal rośnie, jest go zbyt dużo gdy spada. Dlatego cena DRI potrafi urządzać dość dzikie skoki i opieranie gospodarki wyłącznie na takiej produkcji nie jest najlepszym pomysłem. Ale za to DRI, czy tym bardziej stal, są rzeczami łatwymi w przechowywaniu i transporcie. Zwłaszcza na tle metanu.

To nie koniec litanii

Wodór jest używany także przy rafinacji ropy naftowej, zwłaszcza jej cięższych gatunków. W szczególności jest go sporo potrzeba dla produkcji ropy syntetycznej z łupków roponośnych oraz reakcji odsiarczania. Akurat dość podobną reakcją i instalacją do produkcji ropy syntetycznej jest też produkcja margaryny, ale to chyba już schyłkowy produkt?

Podsumowując: jeśli nie mamy klienta, do którego można gaz dostarczyć rurociągiem, to mamy w praktyce następujące alternatywy:

  1. Schładzamy gaz do -162 stopni, kiedy zmienia się w płyn i tak go wysyłamy statkiem. To kosztuje, ale jeśli odbiorca jest skłonny zapłacić, to zapłaci.
  2. Budujemy fabrykę wytwarzającą półprodukty do których potrzeba wodoru.
  3. Spalamy gaz we flarach i mamy wszystko w nosie.

Przez dziesięciolecia podstawowym rozwiązaniem było to z nr. 3, a produkcja związków azotowych czy stali była ograniczona do krajów uprzemysłowionych. Dziś wszyscy producenci gazu zaczynają coraz dokładniej liczyć pieniądze i na wyścigi zwiększają produkcję nawozów sztucznych, DRI, stali oraz nawet  jeśli nie produkują paliw, to przynajmniej ulepszają ropę.

To jest dzisiejszy trend, który w niezbyt długiej perspektywie zapewne doprowadzi do tego, że ceny związków azotowych będą co prawda nadal związane z cenami gazu, ale nie cenami w krajach uprzemysłowionych, a cenami gazu w miejscach, gdzie alternatywą jest eksport skroplonego gazu, czyli gdzie nie ma innego popytu, ani możliwości transportu rurociągami.

Dziś rynek amoniaku wygląda dziwnie, o tyle, że ceny i marże dyktuje koszt gazu w Europie, ale coraz większa część produkcji jest przenoszona np. do Arabii Saudyjskiej. Co oznacza, że tamtejsi producenci doskonale na tym zarabiają, dopóki europejscy są potrzebni i nadal jakoś się mają. Ale jeśli produkcja w miejscach nadwyżek gazu jeszcze trochę się zwiększy, to ceny amoniaku mogą się załamać, a produkcja w Europie straci jakikolwiek sens. Do czasu, aż ceny gazu w Europie stosownie spadną lub….

kiedy gaz zostanie zastąpiony innym źródłem wodoru.

I w tym miejscu regularnym Czytelnikom pozostawię zadanie domowe. Jeśli przyjąć za nową normę koszt elektryczności z PV w Dubaju, czyli 30 USD/MWh oraz wydajność elektrolizy na poziomie 70% (nieco więcej niż dziś, ale w realnym zasięgu ulepszeń dzisiejszej technologii), to ile musi kosztować gaz ziemny, aby te dwa źródła wodoru były równoważne?

A jeśli cena prądu z PV spadnie do 20 USD/MWh, a wydajność elektrolizerów wzrośnie do 85%? Są to wartości zupełnie realne w perspektywie 10 lat.

To będą ceny, powyżej których gaz ziemny w normalnych warunkach gospodarczych już nigdy nie wzrośnie.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: