Czy gaz ziemny jest ekologiczny?

Gaz ziemny jest w transformacji energetycznej uznawany jako paliwo przejściowe i po osiągnięciu zeroemisyjności ma być zastąpiony w szczególności wodorem. Inni zakładają, że jest on najbardziej ekologicznym paliwem kopalnym. Jak jest w rzeczywistości?

Liczby nie kłamią

Co o emisyjności gazu ziemnego mówi literatura? Trzeba sobie zadać to pytanie, ponieważ przy dalszych rozważaniach twarde dane będą tym, na co trzeba zwrócić największą uwagę.

Raport KOBiZE pokazuje, że emisje dwutlenku węgla dla gazu ziemnego wynoszą 58 kg CO2/GJ. Porównując go do innych paliw wypada rzeczywiście bardzo czysto: węgiel kamienny - 98 kg/GJ, węgiel brunatny 109 kg/GJ, olej opałowy 77 kg/GJ, olej napędowy 72 kg/GJ. Przyjrzyjmy się innym paliwom gazowym: gaz koksowniczy: 44 kg/GJ, gaz wielkopiecowy: 260 kg/GJ, biogaz: 55 kg/GJ. Poza biogazem pozostałe rodzaje nie mają tak dużego znaczenia.  

Jeśli chodzi o emisje NOx, to również największe znaczenie ma węgiel - prawie trzykrotnie większa emisja niż z oleju napędowego. Tymczasem po raz kolejny gaz ziemny ma niewielkie znaczenie. Podobnie to się prezentuje dla związków siarki i pyłów. 

Na poniższych wykresach zebrałem wszystkie dane, z których wynika jasno, że gaz ziemny jest najczystszym rozwiązaniem - nie dość, że produkuje się znacznie mniej dwutlenku węgla, ale też i innych zanieczyszczeń powodujących nieczyste powietrze. 

Inne zalety błękitnego paliwa

Niskie emisje zanieczyszczeń powodują również, że gaz ziemny po spaleniu nie pozostawia po sobie żadnych pozostałości w kotłach - nie jest wymagane ich częste sprzątanie jak w przypadku kotłów na ekogroszek czy pellet. 

Ciekawostką są kotły gazowe kondensacyjne, które wykorzystują zjawisko kondensacji, czyli pary wodnej zawartej w spalinach. W normalnym przypadku para wodna uchodzi ze spalinami do atmosfery i jej ciepło jest bezpowrotnie tracone. Ciepło kondensacji pary wodnej, nawet jeśli jest jej niewiele, to daje nam dużo: ponad 2200 kJ/kg, które możemy wykorzystać. Z tego powodu kotły kondensacyjne mają najwyższą sprawność: ponad 100%!!!

Jak to możliwe? Sprawność normalnie jest wyrażana jako stosunek energii wykorzystanej do energii zawartej w paliwie. Często różne definicje mylnie wskazują energię zawartą w paliwie jako wartość opałową, która nie zawiera ciepła skraplania pary wodnej. Poprawnie powinno używać się ciepła spalania zamiast wartości spalania, które już uwzględnia kondensację cieczy. Sprawności odniesione do ciepła spalania już mają wartości poniżej 100%, dlatego wszystko już jest w porządku. Tak obaliliśmy perpetuum mobile.

Poprawność ekologiczna (i polityczna)

Przez wiele lat głównym aspektem zarzucanym gazowi ziemnemu było jego pochodzenie z Rosji. W obliczu agresji zbrojnej na Ukrainę, a wcześniej wobec windowania cen, import gazu stał się nie tylko problemem zarówno gospodarczym, jak i politycznym. Obecnie dywersyfikacja dostaw oraz rozwój terminali LNG sprawiają, że dostępność gazu jest znacznie bezpieczniejsza niż kilka lat temu. Jednak równolegle Unia Europejska w ramach polityki klimatycznej wskazuje jasno, że gaz ziemny nie jest rozwiązaniem docelowym – to paliwo przejściowe, które ma stopniowo ustępować miejsca źródłom zeroemisyjnym.

Wycieki 

Istotnym elementem debaty o gazie ziemnym jest problem emisji metanu. Sam proces spalania gazu jest stosunkowo czysty, lecz w całym cyklu życia: od wydobycia, przez transport rurociągami, po magazynowanie występują wycieki metanu.  Jest to gaz cieplarniany znacznie silniejszy niż CO₂ (jego potencjał cieplarniany jest nawet 30 razy większy w horyzoncie 20 lat). Oznacza to, że nawet niewielkie straty gazu do atmosfery mogą znacząco podważać jego przewagę nad innymi paliwami. Dlatego kluczowe staje się monitorowanie infrastruktury i minimalizacja tych emisji. 

Natknąłem się na raport U.S. PIRG Education Fund, który mówi, że w samych Stanach Zjednoczonych w latach 2010-2021 do atmosfery wyciekło 753 mln metrów sześciennych gazu ziemnego, co stanowi równoważność emisji dwutlenku węgla wyemitowanego przez 2,4 miliona samochodów osobowych w ciągu roku. Jest to ogromna ilość dla samych Stanów Zjednoczonych. Ciężko jest znaleźć dane dla wszystkich krajów - jest to niekontrolowana wartość w szczególności dla krajów wydobywających gaz ziemny. 

Wycieki gazu, poza potęgowaniem ocieplenia klimatu powodują niepotrzebne koszty oraz mogą powodować wybuchy. Dla bezpieczeństwa ludzi należy zwracać uwagę na stan sieci i instalacji gazowych tak, aby wycieki stanowiły marginalny problem. 

Biogaz - jeszcze czystsza alternatywa?

W kontekście transformacji energetycznej coraz większe znaczenie przypisuje się biogazowi i biometanowi. Choć chemicznie są one niemal identyczne z gazem ziemnym, to ich bilans emisji jest korzystniejszy, ponieważ powstają w procesie utylizacji biomasy, odpadów rolniczych czy komunalnych. Biometan może być wtłaczany do istniejących sieci gazowych, zastępując gaz kopalny i ograniczając emisje netto. To czyni go realną alternatywą, szczególnie w krajach rozwijających się oraz w rolniczych regionach Europy. W dłuższej perspektywie to właśnie biogaz i wodór mogą stać się fundamentem nowoczesnej gospodarki energetycznej.

Gaz ziemny jest obecnie najczystszym z paliw kopalnych – jego spalanie generuje znacznie mniej CO₂ i innych zanieczyszczeń niż węgiel czy ropa. Dzięki temu bywa postrzegany jako „paliwo pomostowe” w drodze do neutralności klimatycznej. Jednak należy pamiętać o emisjach metanu w całym łańcuchu dostaw oraz o konieczności ograniczania zależności od źródeł politycznie wrażliwych. Z tego względu rola gazu ziemnego w transformacji będzie maleć na rzecz biogazu, wodoru i odnawialnych źródeł energii. To właśnie te technologie wyznaczą kierunek przyszłej, niskoemisyjnej gospodarki.

Źródła:

https://krajowabaza.kobize.pl/docs/MATERIAL_wskazniki_male_zrodla_spalania_paliw_2022-2024.pdf

https://publicinterestnetwork.org/wp-content/uploads/2022/08/Methane-Gas-Leaks-2022-1.pdf