Q & A : Φυσικό Αέριο

Το κείμενο συντάχθηκε από τους Ηλία Παντελεάκο, Ναυπηγό Μηχανολόγο Μηχανικό, LNG Carrier Industry και Αλέκο Ζαχιώτη, Μηχανολόγο Μηχανικό, UK Atomic Energy Authority

1. Τι είναι το φυσικό αέριο;

Πρόκειται για αέριο μίγμα υδρογονανθράκων, κυρίως μεθάνιο, σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 80%, μαζί με ίχνη ανόργανων ενώσεων (διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, νερό κ.α.). Όπως και το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο εξορύσσεται από φυσικές κοιλότητες στο υπέδαφος, τόσο στη στεριά όσο και στον βυθό. Σε αντίθεση, ωστόσο, με το πετρέλαιο που αποτελείται από βαρύτερους υδρογονάνθρακες κι άρα συναντάται κυρίως σε υγρή μορφή, το φυσικό αέριο αποτελείται από ελαφρύτερους υδρογονάνθρακες κι έτσι παραμένει σε αέρια μορφή στο υπέδαφος. ¹

Όπως όλα τα μίγματα υδρογονανθράκων, το φυσικό αέριο παράγει διοξείδιο του άνθρακα CO2 κατά την καύση του, ωστόσο οι εκπομπές CO2 ανά ποσότητα τελικής ενέργειας (MW ηλεκτρικά ή MW θερμικά) είναι χαμηλότερες με καύση φυσικού αερίου, συγκριτικά με την καύση στερεού άνθρακα για ηλεκτροπαραγωγή ή πετρελαίου για θέρμανση. ² Επιπλέον, η καύση φυσικού αερίου δε συνοδεύεται από εκπομπές θειούχων ενώσεων ή αιθάλης, όπως συμβαίνει με την καύση άνθρακα και πετρελαίου.

Ωστόσο, το μεθάνιο, κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, είναι το ίδιο αέριο του θερμοκηπίου και μάλιστα πολύ ισχυρότερο από το διοξείδιο του άνθρακα (96 φορές σε βάθος 20ετίας και 32 φορές σε βάθος 100ετίας). ³
Επομένως, η χρήση του φυσικού αερίου παράγει σημαντική ποσότητα αερίων του θερμοκηπίου, τόσο κατά την κατανάλωσή (καύση) του, όσο και κατά την εξόρυξη, επεξεργασία και μεταφορά του. Συνολικά, οι εκπομπές μεθανίου από την εξόρυξη και μεταφορά υδρογονανθράκων αποτελούν το 18% των συνολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου για παραγωγή ενέργειας. ⁴

Μέχρι και δύο δεκαετίες μετά το Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, η βασική χρήση του φυσικού αερίου ήταν ως καύσιμο αλλά και πρώτη ύλη για την παραγωγή λιπασμάτων. Πλέον, το φυσικό αέριο είναι ευρύτατα διαδεδομένο ως καύσιμο στην ηλεκτροπαραγωγή, τη βιομηχανία, την κτιριακή θέρμανση, ενώ εφαρμογές του στις μεταφορές παραμένουν σχετικά περιορισμένες.

2. Γιατί το φυσικό αέριο είναι τόσο σημαντικό για την ΕΕ;

Η ανακάλυψη κοιτασμάτων υδρογονανθράκων στη Βόρεια Θάλασσα, στις δεκαετίες του 1960 και 1970, μετέτρεψε τη Νορβηγία, την Ολλανδία και το Ηνωμένο Βασίλειο σε μείζονες παραγωγούς πετρελαίου και αερίου και συνέβαλε στη ραγδαία αύξηση της χρήσης του φυσικού αερίου στην Ευρώπη. Μέσα σε μόλις δύο δεκαετίες (1965-1985), η κατανάλωση φυσικού αερίου στη (σημερινή) ΕΕ αυξήθηκε πάνω από 500%. ⁵

Κατά την περίοδο αυτή, η χρήση του αερίου ως καύσιμο για ηλεκτροπαραγωγή θα είναι σχετικά μικρή. Η σταδιακή εγκατάλειψη της πυρηνικής ενέργειας (το πυρηνικό ατύχημα στη Fukushima το 2011 επιτάχυνε αυτήν την τάση), αλλά και η αναγνώριση της ανάγκης για στροφή σε μια οικονομία χαμηλών ρύπων, θα δημιουργήσουν νέο ενδιαφέρον για το φυσικό αέριο στις αρχές του 21ου αιώνα. Το φυσικό αέριο αναγορεύτηκε σε «καύσιμο μετάβασης», με στόχο τη σταδιακή εκτόπιση του (στερεού) άνθρακα, καθ’ όσο η συμμετοχή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (στο εξής ΑΠΕ) στο ενεργειακό μίγμα θα γινόταν ολοένα μεγαλύτερη. Παράλληλα, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο επιλέχθηκαν από ιδιώτες παραγωγούς (πέρα από τις ΑΠΕ) για την είσοδό τους στην αγορά ενέργειας, χάρη στο σχετικά χαμηλό κόστος και τη σύντομη διάρκεια κατασκευής, καθώς και στην υπέρτερη απόδοση και ευελιξία τους.

Η συμμετοχή του φυσικού αερίου στο μίγμα ηλεκτροπαραγωγής στην ΕΕ, από ένα ποσοστό της τάξης του 7% στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ξεπέρασε το 20% στα τέλη της δεκαετίας του 2000. Έπειτα από μια πτώση κατά τη διάρκεια της κρίσης, η κατανάλωση επέστρεψε στα ίδια επίπεδα στο τέλος της περασμένης δεκαετίας. Παράλληλα, το ίδιο διάστημα, η συμμετοχή του αερίου στην οικιακή θέρμανση στην Ευρώπη, παρέμεινε λίγο πολύ σταθερή στο αρκετά υψηλό ποσοστό του 40%. ⁶ Συνολικά, το ένα τέταρτο της τελικής κατανάλωσης ενέργειας στην ΕΕ για το 2020 ήρθε από το φυσικό αέριο.

Στην Ελλάδα, η πρώτη διακρατική συμφωνία για την προμήθεια αερίου υπογράφηκε με τη Σοβιετική Ένωση το 1987 και η κατασκευή του πρώτου αγωγού μεταφοράς από τα ελληνοβουλγαρικά σύνορα ολοκληρώθηκε το 1996. Από μόλις 0.2% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας το 1995, το φυσικό αέριο θα σκαρφαλώσει στο 21% το 2020. Σε ότι αφορά ειδικά την παραγωγή ρεύματος, η συνεισφορά του φυσικού αερίου θα αυξηθεί από περίπου 10% το 2000 (6TWh) σε 35% το 2021 (19TWh). Το ποσοστό αυτό αναμένεται να μεγαλώσει κι άλλο, δεδομένης της δέσμευσης για κλείσιμο των λιγνιτικών μονάδων της ΔΕΗ μέχρι το 2028, αλλά και της προγραμματισμένης εισόδου στο σύστημα τεσσάρων (ιδιωτικών) μονάδων φυσικού αερίου μέχρι το 2024.

3. Τι είναι οι αγωγοί αερίου και γιατί έχουν τόσο μεγάλη σημασία;

Το φυσικό αέριο φτάνει στους καταναλωτές/ριες μέσω δικτύων μεταφοράς και διανομής, τα οποία απαρτίζονται από σωλήνες διαφορετικής διαμέτρου και πίεσης λειτουργίας (υψηλή/χαμηλή), μετρητικές διατάξεις και συστήματα ελέγχου. Πέρα από το εθνικό δίκτυο, οι αγωγοί αποτελούν και την πιο συνηθισμένη επιλογή για τη διακρατική μεταφορά του αερίου σε μεγάλες αποστάσεις, αν και η μεταφορά LNG (Υγροποιημένο φυσικό αέριο) κερδίζει συνεχώς έδαφος τα τελευταία χρόνια κι αναμένεται να ξεπεράσει τους αγωγούς σε συνολική διακινούμενη ποσότητα τα επόμενα χρόνια.

Η μεταφορά του αερίου με αγωγούς απαιτεί τη συμπίεσή του σε υψηλές πιέσεις κι έπειτα τη διοχέτευσή του σε σωλήνες μεγάλης διαμέτρου, συχνά τοποθετημένους υπόγεια (ή και υποθαλάσσια). Ενδιάμεσοι σταθμοί συμπίεσης λειτουργούν προκειμένου να αναπληρώνουν τις απώλειες πίεσης. Στα σημεία σύνδεσης ενός υπερεθνικού αγωγού με ένα εθνικό δίκτυο, υπάρχουν μετρητικοί σταθμοί, όπου η ποσότητα που διοχετεύεται στο εθνικό σύστημα μπορεί να προσδιοριστεί με υψηλή ακρίβεια, το ίδιο κι η σύσταση του αερίου. Από την τελευταία εξαρτάται το ενεργειακό περιεχόμενο (σε MWh) μιας ορισμένης ποσότητας αερίου.

Το μεγαλύτερο ποσοστό (περίπου τα ¾) του εισαγόμενου φυσικού αερίου στην ΕΕ έρχεται μέσω αγωγών, από τη Ρωσία, τη Νορβηγία, τη Βόρειο Αφρική και (πρόσφατα) το Αζερμπαϊτζάν. Το υπόλοιπο καλύπτεται από εισαγωγές υγροποιημένου φυσικού αερίου. Σε ότι αφορά το ρωσικό αέριο, διαχρονικά οι μεγαλύτερες ποσότητες διοχετεύονταν στην ΕΕ μέσω του συστήματος αγωγών που διασχίζει την Ουκρανία (Ukraine transit). Την τελευταία δεκαετία, η ποσότητα αυτή έχει μειωθεί σημαντικά, προς όφελος των αγωγών Nord Stream (Ρωσία-Γερμανία), Yamal (Ρωσία-Βαλτικές χώρες-Πολωνία) και δευτερευόντως του αγωγού Turkstream (Ρωσία – Τουρκία-Ελλάδα).

Η Ελλάδα διαθέτει τέσσερα σημεία εισόδου αερίου, τρία από αγωγούς (Σιδηρόκαστρο, Κήποι- και Νέα Μεσημβρία) και ένα από LNG (Αγία Τριάδα, Ρεβυθούσα). Σε αυτά αναμένεται να προστεθεί ένα ακόμα σημείο υποδοχής στην Κομοτηνή στα σύνορα με τη Βουλγαρία, από τον αγωγό IGB, κι άλλα δύο πλωτά σημεία υποδοχής LNG στην Αλεξανδρούπολη. Μια ακόμα πλωτή μονάδα υποδοχής στη Ρεβυθούσα βρίσκεται υπό συζήτηση.

4. Τι είναι το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), τα LNG Terminals και τα FSRU;

Οι αγωγοί αερίου είναι η επικρατέστερη λύση για τη μεταφορά στη στεριά ή ακόμα και υποθαλάσσια, για σχετικά περιορισμένα μήκη και βάθη (πχ. Μεσόγειος, Βόρεια Θάλασσα κλπ). Για πολύ μεγάλες αποστάσεις όπου μπορεί να μεσολαβούν ολόκληροι ωκεανοί, οι αγωγοί είναι ασύμφορη και τεχνικά σχεδόν αδύνατη λύση. Επιπλέον, οι αγωγοί είναι συνήθως έργα με ποικίλες γεωπολιτικές προεκτάσεις, ενώ παίρνουν αρκετά χρόνια να κατασκευαστούν και να τεθούν σε λειτουργία.

Η εναλλακτική είναι η μεταφορά του αερίου σε υγρή μορφή (Liquefied Natural Gas – LNG) μέσα σε δεξαμενόπλοια (LNG carriers). Κατά την υγροποίηση, ο όγκος του αερίου συρρικνώνεται κατά περίπου 600 φορές κι έτσι πολύ μεγαλύτερη ποσότητα του καυσίμου μπορεί να αποθηκευτεί σε δεδομένο χώρο. Προκειμένου να υγροποιηθεί, το φυσικό αέριο ψύχεται πρώτα στους -162oC κι έπειτα φορτώνεται στις ειδικά διαμορφωμένες δεξαμενές του πλοίου, όπου διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία με χρήση ειδικής μόνωσης και σε πίεση λίγο υψηλότερη της ατμοσφαιρικής. Η (μικρή) ποσότητα LNG που αεριοποιείται κατά τη μεταφορά, χρησιμοποιείται ως καύσιμο για την πρόωση του πλοίου.

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει σημαντική πρόοδος στην τεχνολογία των LNG carriers, τόσο με τη χρήση εμβολοφόρων κινητήρων διπλού καυσίμου που προσφέρουν ανώτερη απόδοση, όσο και στη μόνωση των δεξαμενών. Ενδεικτικά ένα σύγχρονο LNG carrier έχει μήκος 300 μέτρα και μπορεί να παραδώσει περίπου έως 190.000 κ.μ. LNG (δηλαδή 115 εκατομμύρια κ.μ. αερίου), καταναλώνοντας περίπου το 1-2% αυτού στη διαδρομή, για ένα υπερατλαντικό ταξίδι ΗΠΑ-Ευρώπη. Στην Ελλάδα το 2020 καταναλώθηκαν περίπου 5.5 δισεκατομμύρια κ.μ. φυσικού αερίου. Εάν όλα αυτά ήταν LNG, θα απαιτούνταν περίπου 50 LNG Carriers για τη μεταφορά τους.

Κατά τη διαδικασία εκφόρτωσης, τo LNG Terminal υποδέχεται, μέσω κρυογενικών σωλήνων, το υγροποιημένο φυσικό αέριο, το οποίο αποθηκεύεται σε κυλινδρικές δεξαμενές και στη συνέχεια μέσω μίας μονάδας επαναεριοποίησης (Regasification Unit), τροφοδοτείται στο δίκτυο. Συχνά τα LNG terminals χρησιμοποιούνται και για αποθήκευση του αερίου για λόγους επάρκειας του εθνικού συστήματος.

Τα LNG Terminals, εκτός από σταθερές χερσαίες εγκαταστάσεις μπορούν να είναι και πλωτά. Αυτά ονομάζονται FSRU (Floating Storage Regasification Unit), τα οποία είναι είτε πλωτές εγκαταστάσεις ή LNG Carriers εξοπλισμένα με σύστημα επαναεριοποίησης (Regas). Τα βασικά πλεονεκτήματα ενός FSRU σε σχέση με μία σταθερή εγκατάσταση είναι το μικρότερο κόστος κατασκευής ($200-300 εκ.), ο μικρότερος χρόνος κατασκευής (2-3 έτη) και η δυνατότητα μετακίνησης της εγκατάστασης, εάν αυτό απαιτηθεί. ⁷

5. Τι είναι το σχιστολιθικό αέριο;

Σχιστολιθικό αέριο ονομάζεται το φυσικό αέριο που βρίσκεται «παγιδευμένο» μέσα σε λεπτόκοκκα ιζηματογενή πετρώματα που ονομάζονται σχιστόλιθοι. Οι σχιστόλιθοι έχουν πολύ χαμηλή διαπερατότητα κι η εξόρυξη του αερίου απαιτεί τη «διέγερση» του πετρώματος, δηλαδή τη διάνοιξη πόρων στην επιφάνειά του, ώστε το παγιδευμένο αέριο να διαφύγει. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται «υδραυλική ρηγμάτωση» (hydraulic fracturing ή, εν συντομία, fracking) και περιλαμβάνει τη διοχέτευση μεγάλης ποσότητας νερού, υπό πίεση, μέσα σε κατακόρυφο ή οριζόντιο αγωγό. Το πεπιεσμένο νερό ασκεί δυνάμεις στην επιφάνεια του σχιστόλιθου, συντελώντας στη διάνοιξη πόρων απ’ όπου το αέριο μπορεί να διαφύγει, ενώ ειδικές χημικές ουσίες βοηθούν ώστε αυτοί οι πόροι να παραμένουν ανοιχτοί. Το φυσικό αέριο που «δραπετεύει» εισέρχεται στους αγωγούς συλλογής και μεταφέρεται στην επιφάνεια. ⁸

Η συγκεκριμένη μέθοδος ανήκει στις «μη συμβατικές» μεθόδους εξόρυξης και, παρόλο που είναι γνωστή εδώ και αρκετές δεκαετίες, παρέμενε στο περιθώριο, καθότι πιο ακριβή και τεχνικά απαιτητική. Η «επανάσταση» του σχιστολιθικού αερίου στις ΗΠΑ, από τις αρχές της δεκαετίας του 2010 (επί προεδρίας Obama), βασίστηκε στην ευρεία διάδοση της μεθόδου οριζόντιας εξόρυξης που έκανε εκμεταλλεύσιμα τα μεγάλα αποθέματα σχιστολιθικού αερίου της χώρας. Από το 2010 έως το 2020 η συνολική παραγωγή αερίου σχεδόν τετραπλασιάστηκε, ενώ αναμένεται να μεγαλώσει κατά 30% μέχρι το 2035 και 50% μέχρι το 2050 (έτος αναφοράς το 2020). Οι ΗΠΑ, με παραγωγή 9136 ΤWh το 2020, είναι μακράν ο μεγαλύτερος παραγωγός φυσικού αερίου στον κόσμο, αρκετά πάνω από χώρες όπως η Ρωσία (6385 TWh), το Ιράν (2508 ΤWh), το Κατάρ (1713 ΤWh) και η Νορβηγία (1115 ΤWh).

Η εξόρυξη του φυσικού αερίου από σχιστόλιθους είναι πολλαπλά προβληματική από περιβαλλοντική σκοπιά. Αφενός καταναλώνει πολύ μεγάλες ποσότητες νερού, ενώ είναι πολύ πιο ευεπίφορη σε ανεξέλεγκτες διαρροές αερίου στην ατμόσφαιρα (το μεθάνιο είναι πολύ ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου), όσο και υδρογονανθράκων και άλλων επιβλαβών χημικών ουσιών στον υδροφόρο ορίζοντα, όπου μπορεί να δηλητηριάσουν το διαθέσιμο πόσιμο νερό σε μεγάλη έκταση. Ταυτόχρονα, παράγει μεγάλο όγκο τοξικών λυμάτων, τα οποία, αφού συλλέγονται στην επιφάνεια, συχνά καταλήγουν και πάλι στον υδροφόρο ορίζοντα, πολλαπλασιάζοντας τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο του fracking.

Σημειώσεις