Mani kövek

Spectator: Metán: valóban váratlan új kihívás?

A Föld jégtakarójának évtizedek óta tartó vizsgálata nagyon sok új információhoz juttatta a tudomány különféle ágait, hiszen a jégbe zárt levegő, por, növényi spórák és pollenek betekintést engednek az utolsó jégkorszak és azt követő idő változásaiba. Nagyon fontosnak bizonyultak ezek az adatok a klímaváltozás folyamatának tanulmányozásában is, hiszen meglepően sokat megtudtak a kutatók az ember ipari tevékenységét megelőző időszak állapotáról. Néhány héttel ezelőtt a neves tudományos folyóiratban, a Nature-ben számolt be egy nemzetközi kutatócsoport arról, hogy a jégből kinyert ősi levegőminták metántartalma a jelenleg tapasztalhatónál lényegesen kisebb mennyiségre enged  következtetni. A kutatók szerint természetesen nyilvánvaló, hogy a 11000 évvel ezelőttről származó minta metántartalma földtani és környezeti okok miatt nem vethető össze a jelenleg tapasztalt légköri metán koncentrációjával, azonban az teljesen világos, hogy korunkban ennek az üvegházhatású gáznak a molekulaaránya a légkörben több, mint duplája az ipari korszak előtti természetes eredetű metánkoncentrációnak. Vitathatatlan tehát, hogy a fosszilis tüzelőanyagok kitermelése a légköri metán mennyiségének jelentős mértékű, gyors ütemű növekedésével járt együtt. A kérdés lényegében az, hogy az antropogén folyamatok milyen mértékben befolyásolják az üvegházhatást felerősítő folyamatot. A rochesteri egyetem által végzett izotópvizsgálatok – mint azt a hivatkozott tanulmány is világossá tette – arra utalnak, hogy a „természetes” eredetű metán mennyisége a földi légkörben lényegesen kevesebb, mint a fosszilis forrásokból, ipari bányászat során kiszabaduló metán. (Az eltérő eredetű metán izotópok különbözőségük alapján elkülöníthetőek.) A légköri metánkoncentráció növekedése valójában több éve ismert, mindössze annak a mértékéről folyik vita, hogy a fosszilis energiahordozók kitermelése mennyi metánt szabadított a légkörbe.

A metángáz a természetben általánosan előforduló vegyület, az élővilág biológiai folyamatai során jelentős mennyiségben képződik, de a iszapvulkánok, tengerfenéken vagy permafroszt környezetben is számottevő mennyiségű metánhidrát csapdázódik. Legnagyobb mennyiségű metán a szénhidrogénképződés meglehetősen bonyolult geológiai folyamatai eredményeként képződött, azonban ezeknek a gázoknak döntően nagyobb mennyisége un. hagyományos (földgáz és kőolajtelepek) vagy nem-hagyományos (pl.palagáz) lelőhelyeken, mélyen a felszín alatt elhelyezkedő kőzetekben csapdázódott (amíg az ember a csapdákat kitermelési céllal meg nem nyitotta). Ma is tudományos vita tárgya, hogy a természetes biológiai folyamatok során keletkező és a légkörbe jutott metán mennyisége hogyan viszonyul az ipari kitermelés során elszökő gáz mennyiségéhez, azaz az antropogén folyamatok mennyiben felelősek az üvegházhatású gázok mennyiségének növekedéséért, végső soron a globális felmelegedés korábban nem tapasztalt mértékéért. (Ráadásul bonyolítja a vizsgálódást, hogy az antropogén hatás nem kizárólag csak a bányászathoz köthető, hanem a mezőgazdaság, állattenyésztés utóbbi évszázadban történt nagyarányú fejlődéséhez, növekedéséhez is.)

De mi a baj a metánnal, azaz tulajdonképpen a földgázzal, ami alapvetően metán?  Tüzelőanyagént jóval tisztább, környezetkímélőbb, jelentősen kisebb CO2 kibocsátást eredményezően alakítható hőenergiává, mint a kőolajszármazékok vagy a szén. A baj forrása maga a metán, mint üvegházhatású vegyület. Húsz éves időhorizontot tekintve ugyanis a metán ötvenhatszor hatásosabb hőcsapda, mint ugyanannyi mennyiségű  széndioxid. A földi légkörbe került metán súlyosan befolyásolja, növeli az üvegházhatás kialakulását, a felszínközeli levegő felmelegedését és hővisszatartást. A globális felmelegedés kialakulását elősegítő légköri metán koncentrációja sokáig szinte észrevétlenül növekedett. A légkörkutatás és környezettudományok figyelmének középpontjába az utóbbi két évtizedben, az amerikai ”palagáz forradalom„ kapcsán került. A NASA távérzékelő műholdjai és a repülőgépes légköri mintavételek 2007 évtől kezdve megnövekedett metánkoncentrációt észleltek, ami időben egybeesett az egyesült államokbeli és nyugat-kanadai palagáz kitermelés robbanásszerű felfutásával. 2015-ben végzett mérések a gázkitermelő kutak területén és a kapcsolódó szállítási létesítmények térségében (és ez a felmérés csak a működő termelési területeknek mindössze egyharmadát fedte le) évi 13 millió tonna cseppfolyós metán mennyiségének megfelelő földgáz (metán) szivárgást igazoltak.  A mérési módszerek természetes bizonytalanságai és korlátai ellenére is nehéz lett volna tagadni valamilyen oksági összefüggést a kitermelés és elszivárgás között.

A 21. század első évtizedétől kezdve a kitermelési technológia forradalmi változása (irányított vízszintes fúrás, erőteljes, masszív hidraulikus kőzetrepesztés és sűrűn telepített termelőfúrások kombinációja) nyomán az addig gazdaságosan nem kitermelhető palagáz kinyerése merőben átalakította az észak-amerikai gázipart. Másfél évtized alatt az észak-amerikai palagáz kitermelése 31-szeresére növekedett; 2015-ben a nem-hagyományos módon kitermelt 435 milliárd m³ palagáz 89 %-át az Egyesült Államokban, 10 %-át pedig Nyugat-Kanadában hozták felszínre. A globális gáztermelés növekedésének 63 %-a 2016-ban a nem-hagyományos kitermelésből származott. Okkal merült fel tehát a kérdés, hogy az itteni bányászati tevékenység és annak módszere milyen mértékben lehet felelős a metán légkörben tapasztalható növekedéséért.

A légköri metán eredetével kapcsolatosan az elmúlt évek során készült sok részletes tanulmány adatait felhasználva az ithacai Cornell Egyetem tanára, R. Howarth a légkörbe kerülő metán forrásait és mennyiségi megoszlását illetően arra a következtetésre jutott (más kutatók eredményeivel összhangban), hogy a fosszilis energiahordozók kitermelése során felszabaduló, légkörbe került metán mennyisége 2007 óta jelentősen meghaladta a biogén eredetű metán mennyiségét:

A palagáz kitermelésével összefüggően a légkörbe elszivárgott metán (földgáz) mennyisége szembeszökően nagy. A több évi adatsorok elemzése során azonban a kutatók felhívják a figyelmet arra is, hogy számottevő különbség tapasztalható a légköri mintavételek, távérzékeléssel nyert adatok és a földfelszínen levő termelési létesítmények körzetében mért adatok között. A két irányból szerzett mérési adatok közül az előbbiek inkább a légkörben tapasztalt globális változásokat tükrözik, míg az utóbbiak termelési létesítmények és a szállító hálózatok közvetlenül mérhető gázszivárgását detektálják (a két megközelítés között mint azt Vaughn és kutatótársai két évvel ezelőtti tanulmányukban kimutatták akár 45 % különbség is lehet.)

Figyelembe kell venni azért azt is, hogy a földgáz légkörbe kerülése nem feltétlenül és kizárólag gondatlanság következménye. A hagyományos szénhidrogén telepek feltárása és kitermelése során esetenként elkerülhetetlen technológiai, műveleti okok miatt a gáz légkörbe engedése, bár ez többnyire rövid és kézben tartható esemény, sőt többnyire elégetéssel (”fáklyázás„) szokták megoldani. Problémásabb viszont ennek kezelése a palagáz kitermelése esetében, mert a pl. repesztést közvetlenül követő periódusban vagy más okból történő hirtelen nagy beáramlás esetén vészhelyzeti megoldásként utat kell nyitni a termelt gáznak. Ezek azonban inkább kivételek, a fő problémát az üzemszerű működés során, észlelés és kontroll nélkül levegőbe kerülő metán jelenti.

A palarétegből a földgáz kitermelése, gyűjtése, majd szállítása során szinte láthatatlanul jelentős mennyiségű metán szivárog el. (A nyers gáz színtelen, alapvetően szagtalan; a végfelhasználóhoz érkező gáz szagát hozzákevert figyelemfelhívó vegyület kölcsönzi). Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynökségének tavalyi adata szerint a termelt gázmennyiség 1,4 %-a szivárog el a légkörbe. Egy non-profit szakmai érdekképviseleti szervezet, a Környezetvédelmi Alap (EDF) jóval kiterjedtebb – a földi és légköri mérésekre alapozott – vizsgálata szerint azonban ennél jóval több, a termelt mennyiség 2,3 %-a szivárog el az Egyesült Államok gáztermeléséből. A már említett R. Howarth és munkacsoportja 2011-ben végzett igen alapos elemzése szerint a palagáz termelőkutak teljes életciklusa során a termelvény 3,6 – 7,9 %-a, a hagyományos gázkutakból pedig a földgáz 1,6-6,0 %- a kerül lényegében ellenőrizetlenül a légkörbe. Hozzá kell azonban tenni, hogy a mintavételek nem fedik le az összes termelő területet, a tárolókőzetek tulajdonságai nagyon eltérőek és a termelőkutak műszaki állapota, kivitelezés minősége is roppant különböző. Általában az óriásvállalatok tevékenysége kapcsán jóval kevesebb műszaki kifogás merül fel, mint a kisebb cégekkel kapcsolatban.

Az Egyesült Államok gáziparának méretét jellemzi, hogy jelenleg 523 410 aktív gáztermelő kút működik. Arra azonban meglepő módon nincs adat, hogy ebből mennyi a palagázt termelő kút, az viszont ismert adat, hogy 2013-ban egyetlen hónap alatt 12 000 termelőkutat fúrtak az Államokban, ami speciális kitermelési körülményeknek, a sűrű kúthálózatot igénylő termelési módnak tudható be.  A  szállítóvezeték-hálózat hossza 3,3 millió km. A földgáz a teljes létesítményi hálózat szinte bármely pontján szivároghat. Az USA Környezetvédelmi Ügynökségének adatai szerint a termelőkutaknál és az ehhez csatlakozó gyűjtőállomáson keletkezik a szivárgási veszteség kétharmada. Az austini egyetem vizsgálatai arra is felhívták már korábban a figyelmet, hogy a texasi palagáz termelőkutak 5 %-ában hibás vagy részben hiányzik a gázt felszínre vezető termelőcső szigetelését biztosító cementezés. Ez a hiba a felszínközeli víztartó rétegekbe történő gázátfejtődést okoz és a földgáz megjelenik a lakossági vízhálózatban. A földgáz szivárgása a nyomás alatt levő távvezetéki szállítási rendszer rosszul tömített csatlakozási helyein sem ritka, a vizsgálatok szerint ez felelős 16 % szivárgási veszteségért.  A közvélemény és a szakmai körök egyaránt a technikai problémák egyik okaként a nem eléggé szigorú és gyakran következetlen hatósági szabályozást és ellenőrzést teszik felelőssé.

A környezetvédelmi és a felelősen gondolkodó ipari szakértők egyetértenek abban, hogy az utóbbi évtizedben a globális metánkoncentráció növekedésének bő egyharmadért a palagáz kitermelése tehető felelőssé, mert a hagyományos fosszilis energiahordozókhoz köthető kibocsátás lényegében nem változott. Miután jelenleg gyakorlatilag a világon csak Észak-Amerikában van ipari méretekben palagáz kitermelés, okkal feltételezhető, hogy légköri metántartalom növekedése erről a területről származik. A légkör szennyezésének csökkentése csak a kitermelési rendszer radikális és elképzelhetetlenül költséges átalakításával lenne megvalósítható. Nem kevés szakértő állítja azt, hogy miután a nem- hagyományos földgáz kitermelése okozza bizonyíthatóan a légköri metán koncentrációjának növekedését, az ipari társadalomnak el kellene távolodni minél hamarabb a földgáztól, ezzel is hatásosan csökkentve  a globális metán és CO2 kibocsátást. Ebből a nézőpontból a szakértők szerint a földgáz nem lehet a fosszilis energiahordozókról megújulókra történő áttérés közbenső (”bridge fuel„) megoldása. Ez a felfogás az energiaiparban egyelőre inkább vitatott, mint többségi vélemény. Érdemes azonban ennek kapcsán fontolóra venni azt, hogy a légkör metánszennyezésének (is) várhatóan a nem távoli jövőben jelentős társadalmi költségei fognak felmerülni (közegészségügytől a klímaváltozásig).

Más, nem csekély befolyással bíró iparági és tudományos csoportok ezzel szemben éppen azt hangsúlyozzák, hogy az üvegházhatást jelentősen csökkentheti a szénnel vagy olajjal működő erőművek földgázra történő gyors ütemű átállítása, mert a keletkező CO2 kisebb mennyiségű és mérsékeltebb üvegházhatású. A szakértők véleménye szerint a gyors ütemű átállás még a jelenlegi metánkibocsátás mellett is klímavédelem szempontjából kedvezőbb eredményt hozhat. A károsanyag-kibocsátás jelentős csökkenését prognosztizálja sok szakértő, ha az erőművi fölgázhasznosítás mellett a gépjárművek jelenlegi olajalapú hajtóanyagát cseppfolyós földgázzal váltják ki.  Ehhez azonban a ”gázkúttól a kerekekig„  ellátási lánc rövidítésére és a gépjárműállomány tömeges cseréjére lenne szükség.

A palagáz ipari méretű kitermelése és ezzel összefüggő környezeti problémák Észak-Amerikára terjednek ki, bár ezek globális hatása  a légkörben már érzékelhetők. A világ más területein azonban – egyelőre jórészt feltáratlanul – még számottevő palagáz készletek van. A legnagyobb mennyiségű nem-hagyományos földgázzal Kína rendelkezik. Az Egyesült Államok Energiaügyi Információs Ügynökségének (EIA) becslése szerint az ázsiai ország technikailag kitermelhető palagáz készlete 31 trillió (!) m³, de ennek gazdaságosan felszínre hozható része azért még megerősítésre vár. A Kínában jelenleg folyó palagáz kitermelés mennyisége egyelőre csekély, mindössze 9 milliárd m³ volt 2017-ben. Az ország energiaigénye alapján azonban biztosra vehető, hogy az elkövetkező évtizedekben a kínai nem-hagyományos földgáztermelés nagymértékben növekedni fog. Ehhez jelentős segítséget nyújtott az országnak az Obama adminisztráció, ami 2009-ben engedélyezte a palagáz termeléséhez szükséges technológia átadását. Ez önmagában természetesen kevés az iparág és szerviz háttérnek és a kiterjedt szállítási hálózatának gyors kialakításához. Az egységnyi égéshő értékű földgáz mennyiségére vetített becsült termelési költség Kínában jelenleg még az iparág fejletlensége miatt is legalább kétszerese – háromszorosa az amerikainak, de hosszabb távon is  drágábbnak ígérkezik a kitermelés az amerikainál. Az energiaéhes országban azonban várhatóan nem ez fogja jelenteni a fejlesztés korlátait. Amennyiben a kínai palagáz kitermelés az elkövetkező évtized(ek)ben felfut, az bizonyosan át fogja rendezni a globális földgázkereskedelmet, de várhatóan a légköri üvegházhatású gázok, így a metán kibocsátását is és újabb kihívást jelenthet a globális klímaváltozás tekintetében is.

2020. 02. 28.

Iratkozz fel most!

Ha tetszett a cikk, de még olvasnál, ha esténként van időd leülni a gép elé, akkor légy az előfizetőnk a Szalonnázón. Naponta 18 órakor élesedő további 3 cikket ajánlunk, jellemzően szintén olyan magyar és nemzetközi közéletet, lényegében az életünket érintő témákról, amelyeket fontosnak tartunk, de nem férnek bele a Szalonna napi kínálatába. Szeretettel várunk!

Tovább