Gaz ziemny jest naturalnym paliwem wydobywanym ze złóż znajdujących się w skorupie ziemskiej. Stanowi mieszaninę gazów – metanu z innymi gazami palnymi oraz związkami niepalnymi. Jest mieszaniną węglowodorów gazowych, ciekłych oraz zmiennych ilości azotu N2, dwutlenku węgla CO2, siarkowodoru H2S, wodoru H2 i domieszek gazów szlachetnych (helu He, argonu Ar itp.). Skład gazu zależy od miejsca jego wydobywania oraz istotnie zależy od technologii zgazowania. Zawartość metanu powoduje, iż w procesie spalania nie tworzą się pyły i nie powstają stałe odpady. W wyniku różnorodnych procesów chemicznych skład gazu ulega zmianom i końcowym produktem jest gaz ziemny przystosowany do transportu siecią gazociągów i użytkowania go w coraz większej liczbie urządzeń opartych na technologii gazowej.
Parametry i właściwości gazu ziemnego:
- bezwonny – do celów użytkowych nawaniany substancją zapachową – przez co ma charakterystyczny zapach
- bezbarwny
- ma mniejszą gęstość niż powietrze – gęstość właściwa: 0,73 kg/ m3 – lżejszy od powietrza
- może tworzyć mieszaninę wybuchową w wyniku reakcji z powietrzem
- granice wybuchowości: 5 do 15 %
- bardzo wydajne paliwo ekologiczne
- przy spalaniu emitowane są nieznaczne ilości szkodliwych gazów
- duża kaloryczność, wartość opałowa: 34,78 MJ/ m3
- ciepło spalania: 38,147 MJ/ m3
- urządzenia grzewcze wykorzystujące gaz ziemny są bardzo łatwe w użyciu.
Skład objętościowy gazu ziemnego:
- CH4 metan – 97,42 % obj.
- C2H6 etan – 0,94 % obj.
- C3H8 propan – 0,22 % obj.
- CO2 dwutlenek węgla – 0,07 % obj.
- N2 azot – 1,22 % obj.
W skorupie ziemskiej gaz ziemny występuje:
- swobodnie w postaci gazowej lub związany w stałych hydratach węglowodorów;
- w postaci rozpuszczonej w wodach podziemnych lub ropie naftowej.
Wyróżniamy następujące typy gazu ziemnego:
- wulkaniczny (nieorganiczny, niepalny);
- błotny (powstający w wyniku rozkładu biologicznego, metan jest głównym składnikiem);
- właściwy (występujący wspólnie z ropą naftową).
- łupkowy (występujący w łupkach osadowych w naturalnych porach lub w materiale organicznym)
Największe udokumentowane złoża gazu na świecie znajdują się:
- w Rosji – 48,5 bln m3,
- w Iranie – 21,0 bln m3,
- w Katarze – 9,0 bln m3,
- na Morzu Północnym – 5,38 bln m3,
- w Algierii – 3,72 bln m3.
Złoża gazu ziemnego są związane najczęściej ze skałami osadowymi (gliny, piaski, piaskowce, skały węglanowe), rzadziej natomiast ze skałami magmowymi czy też metamorficznymi (przeobrażonymi). Mimo, że nie wszystkie szczegóły dotyczące powstawania złóż gazu są wyjaśnione, można z całą pewnością stwierdzić, że powstał w wyniku przemian szczątków organizmów żywych w węglowodory. W Polsce złoża gazu odkryto m.in. w rejonie Karpat (gaz wysokometanowy) oraz na Niżu Polskim (gaz zaazotowany), łącznie udokumentowanych jest ok. 80 złóż, z czego eksploatuje się 30. Udokumentowane zasoby gazu w Polsce szacuje się na 150 mld m3. Roczne wydobycie gazu polskiego to ok. 4 mld m3 rocznie. Przygotowanie gazu ziemnego wydobywanego ze złoża szybami gazowymi lub naftowymi do transportu i jego dalszego wykorzystania obejmuje szereg procesów technologicznych takich jak:
- usuwanie zanieczyszczeń stałych;
- osuszanie (usuwanie pary wodnej H2O);
- usuwanie dwutlenku węgla CO2, siarkowodoru H2S, azotu N2;
- rozdzielanie mieszanin gazowych (metanu CH4, etanu C2H6, propanu C3H6itp.);
- sprężanie do odpowiednio wysokiego ciśnienia;
- nawanianie.
Procesy te mają istotny wpływ na parametry jakościowe, jakie określają gaz ziemny aby mógł spełniać wymagania polskiej normy PN 87/C 96001 Paliwa gazowe rozprowadzane wspólną siecią i przeznaczone dla gospodarki komunalnej, która została zastąpiona kolejno PN-C-04753:2002 Gaz ziemny — Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci rozdzielczej, a dalej PN-C-04753:2011 Gaz ziemny — Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci dystrybucyjnej oraz odpowiednimi rozporządzeniami.
W normie PN-C-04753:2011 określono wymagania dotyczące jakości gazów ziemnych dostarczanych bezpośrednio odbiorcom z sieci rozdzielczej. Ustalono zasady oceny jakości partii gazu oraz częstotliwość przeprowadzania odpowiednich badań. Wskazano, w jakich punktach należy pobierać próbki gazu do badań oraz określono metody badań i procedurę oceny jakości gazu.
1. Przedsiębiorstwo gazownicze jest zobowiązane do dostarczania paliw gazowych spełniających następujące parametry jakościowe:
1) zawartość siarkowodoru nie powinna przekraczać 7,0 mg/m3,
2) zawartość siarki całkowitej nie powinna przekraczać 40,0 mg/m3,
3) zawartość par rtęci nie powinna przekraczać 30,0 mg/m3,
4) intensywność zapachu gazu powinna być wyczuwalna w powietrzu po osiągnięciu stężenia:
a) 1,5% V/V – dla nominalnej liczby Wobbego wynoszącej 25-35,
b) 1,0% V/V – dla nominalnej liczby Wobbego wynoszącej 41-50,
5) ciepło spalania powinno wynosić nie mniej niż:
a) 18 MJ/m3 – dla nominalnej liczby Wobbego 25,
b) 22 MJ/m3 – dla nominalnej liczby Wobbego 30,
c) 26 MJ/m3 – dla nominalnej liczby Wobbego 35,
d) 30 MJ/m3 – dla nominalnej liczby Wobbego 41,
e) 34 MJ/m3 – dla nominalnej liczby Wobbego 50.
2. Liczbę Wobbego, o której mowa w ust. 1, określa się jako stosunek ciepła spalania paliwa gazowego [MJ/m3] do pierwiastka kwadratowego gęstości względnej tego paliwa.
3. Parametry określone w ust. 1 wynoszą:
1) dla procesu spalania:
a) ciśnienie – 101,325 kPa,
b) temperatura – 298,15 K (25°C),
2) dla pomiaru objętości:
a) ciśnienie – 101,325 kPa,
b) temperatura – 273,15 K (0°C).
Gaz ziemny wysokometanowy nie jest gazem trującym, ale spalając się potrzebuje duże ilości powietrza (na 1m3 gazu 9-12 m3 powietrza). W przypadku braku dostępu powietrza (hermetycznie szczelnie pomieszczenia z urządzeniami zasilanymi paliwem gazowym), podczas spalania gazu zaczyna wydzielać się w niebezpiecznych ilościach tlenek węgla (czad), który jest gazem trującym.
Porównanie wartość opałowa różnych nośników energii
| Rodzaj paliwa | Wartość opałowa |
| węgiel kamienny | 24 MJ/kg |
| koks | 27 MJ/kg |
| miał węglowy | 20 MJ/kg |
| słoma | 14 MJ/kg |
| drewno | 14 MJ/kg |
| olej opałowy | 42 MJ/kg |
| gaz ziemny | 31 MJ/m3 |
| gaz płynny – propan | 45,6 MJ/kg |
| gaz płynny – propan-butan | 45,2 MJ/kg |
| energia elektryczna | 3,6 MJ/kWh |
Porównanie wielkość emisji dwutlenku węgla na jednostkę energii
| Emisja | w kg CO2/GJ | w %(gaz=100%) |
| Torf | 102,7 | 183,0 |
| Węgiel brunatny | 101,2 | 180,4 |
| Antracyt | 98,3 | 175,2 |
| Węgiel kamienny | 94,6 | 168,6 |
| Olej opałowy | 77,4 | 137,9 |
| Olej napędowy | 74,1 | 132,0 |
| Ropa naftowa | 74,1 | 132,0 |
| Benzyna | 66,0 | 117,6 |
| Gaz ziemny | 56,1 | 100,0 |
Przedstawiona powyżej tabela ilustruje wielkość emisji dwutlenku węgla na jednostkę energii wyprodukowanej w wyniku spalania różnych surowców energetycznych. Przytoczone dane jednoznacznie wskazują, że emisja dwutlenku węgla ze spalania gazu ziemnego jest najniższa.
Gaz ziemny jest surowcem energetycznym o najwyższych wskaźnikach wzrostu w zakresie wydobycia i zużycia. Orientacyjny wskaźnik wystarczalności zasobów niezmiennie kształtuje się na poziomie około 60 lat. Wielkość zasobów kwalifikujących się do ekonomicznej eksploatacji wzrosła szczególnie na Bliskim Wschodzie; aktualna ich wielkość – 55881 mld m3 – przewyższa zasoby Rosji. Lokalizacja zasobów jest korzystniejsza niż w przypadku ropy naftowej, szczególnie dla odbiorców europejskich.
W krajach Unii Europejskiej udział gazu ziemnego w bilansach energetyczno-paliwowych rośnie z malejącą dynamiką. W grupie producentów europejskich, poza Wielką Brytanią, Holandią i Norwegią, znaczące wyniki uzyskują: Niemcy – 17,1 mld m3 w roku 2001; Włochy – 17,0 mld m3; pozostali – 39,1 mld m33. Dystrybutorzy i odbiorcy gazu dążą do zabezpieczenia niezawodności dostaw poprzez zróżnicowanie źródeł zaopatrzenia. Aktualna struktura dostawców gazu ziemnego na rynki Unii przedstawia się następująco: Rosja – 31,2 proc., Norwegia – 22,4 proc., Algieria – 22,2 proc., Holandia – 16,2 proc., pozostali – 8,0 proc.
Rosja dostarcza gaz ziemny do Niemiec, Włoch, Francji, Austrii, Finlandii oraz Grecji. Sieć rurociągów łączy złoża zachodniosyberyjskie z systemem będącym w dyspozycji europejskich koncernów gazowych. Dostawy realizowane są na podstawie umów obejmujących okres do 2030 roku. W ramach pertraktacji na temat dostaw z każdego regionu dochodzi do “wypośrodkowania” interesów stron partycypujących w określonym przedsięwzięciu. Producentom z reguły zależy na dostawach stabilnych, gwarantujących zwrot poniesionych nakładów inwestycyjnych; odbiorcy preferują natomiast dostawy o wielkościach zbliżonych do popytu w danym czasie, przy cenach zapewniających określony poziom rentowności. Rozwiązania kompromisowe ułatwiają wielorakie powiązania kapitałowe (na przykład niemiecki Ruhrgas jest właścicielem udziałów Gazprom-u) oraz magazyny gazu o stosownej pojemności. Norwegia dostarcza gaz ziemny m.in. do Niemiec, Francji, Belgii oraz Holandii. Zasoby szacowane na 3300 mld m3 występują wyłącznie pod dnem Morza Północnego. Wydobycie gazu będzie systematycznie narastało. Do grona potencjalnych odbiorców zalicza się kraje Europy Środkowej. Celem importerów niemieckich jest zrównoważenie dostaw norweskich z rosyjskimi. Algieria zaopatruje Włochy, Hiszpanię, Francję, Belgię i Portugalię. Rurociągi łączą ten kraj z Włochami – poprzez Tunezje – oraz z Hiszpania, przez Gibraltar. Dodatkowe ilości gazu transportuje się drogą morską w postaci skroplonej. Zasoby Holandii szacowane są na 1565 mld m3, brytyjskie na 670 mld m3.
W podsumowaniu stwierdzić można, iż potencjał gazu ziemnego zabezpiecza potrzeby ludzkości do końca XXI wieku. Z punktu widzenia dostępu do złóż, sytuacja Europy jest korzystniejsza od Ameryki Północnej względnie Japonii. Istniejąca infrastruktura zapewnia niezawodność dostaw liczoną w dziesięcioleciach. Gaz ziemny jest surowcem, którego zakres wykorzystywania będzie sukcesywnie rozszerzany; postrzegany jest w kategoriach pomostu do technologii bazujących na stosowaniu wodoru.
Tabela 2. Zasoby oraz wydobycie ropy naftowej i gazu ziemnego na świecie w latach 1980-2001.
| Rok | Ropa naftowa mln ton | Gaz ziemny mld m3 | ||
| Zasoby | Wydobycie | Zasoby | Wydobycie | |
| 1980 | 88 352 | 3 059,0 | 88 090 | 1 531,0 |
| 1985 | 95 510 | 2 721,9 | 104 809 | 1 747,0 |
| 1990 | 135 734 | 3 164,3 | 119 328 | 2 057,1 |
| 1995 | 136 890 | 3 269,3 | 139 609 | 2 209,2 |
| 1999 | 138 044 | 3 452,1 | 145 627 | 2 402,3 |
| 2000 | 139 626 | 3 589,8 | 149 401 | 2 443,4 |
| 2001 | 140 134 | 3 413,6 | 154 248 | 2 464,0 |
Źródło: Przy opracowaniu tabeli korzystano z danych ExxonMobil Central Europe GmbH (opublikowanych w periodyku “Bergbau” Nr 2/03, str. 53-56) oraz informacji Oil and Gas Journal, 2001.
Tabela 3. Zasoby, wydobycie i zużycie gazu ziemnego na świecie w 2001 roku (mld m3)
| Zasoby | Wydobycie | Zużycie | |||
| Wyszczególnienie | mld m3 | Wyszczególnienie | mld m3 | Wyszczególnienie | Mld m3 |
| Świat | 154 248 | Świat | 2 464,0 | Świat | 2 509,5 |
| W tym: | w tym: | w tym: | |||
| 1. Rosja | 47 544 | 1. Rosja | 581,0 | 1. USA | 652,3 |
| 2. Iran | 22 988 | 2. USA | 548,5 | 2. Rosja | 400,0 |
| 3. Katar | 14 392 | 3. Kanada | 184,0 | 3. Wielka Brytania | 104,9 |
| 4. Arabia Saud. | 6 198 | 4. Wielka Brytania | 115,6 | 4. Niemcy | 98,4 |
| 5. Zjedn. Emiraty. | 6 002 | 5. Algieria | 84,0 | 5. Kanada | 90,8 |
| 6. USA | 5 021 | 6. Holandia | 75,9 | 6. Japonia | 82,2 |
| 7. Algieria | 4 520 | 7. Indonezja | 68,0 | 7. Ukraina | 81,0 |
| 8. Wenezuela | 4 177 | 8. Iran | 56,0 | 8. Włochy | 71,0 |
| 9. Nigeria | 3 509 | 9. Uzbekistan | 56,0 | 9. Iran | 57,0 |
| 10.Irak | 3 107 | 10.Norwegia | 51,8 | 10.Holandia | 51,3 |
| Razem w/w kraje | 117 458 | Razem w/w kraje | 1 820,8 | Razem w/w kraje | 1 688,9 |
źródło:
1) www.pgnig.pl
2) www.instsani.pl