Fosszilis csapda vagy áthidaló technológia? A földgáz szerepe az energetikában és a klímaváltozásban

1. Bevezetés

A földgáz – mint a legtöbb fosszilis energiahordozó – egyszerre áldás és átok. Ugyan égésekor a földgáz bocsátja ki a legkevesebb káros anyagot, ám mostanra a globális energiarendszer legtöbb területén jelentősen megnőtt a felhasználása. A globális energiaellátás 21%-át adja, de sokak szerint további növekedés várható, ahogy fokozatosan átveszi a szennyezőbb fosszilis üzemanyagok (kőolaj, kőszén) helyét, ami problémákat vet fel. A földgázt alkotó metán az ellátási lánc egyes részein a légkörbe szivárog, jelentősen hozzájárulva az éghajlatváltozáshoz.

Eközben a fogyasztás növekedése megerősítheti a „kényszerkötődési” („lock-in”) hatást, amelynek lényege, hogy a társadalom közép- és hosszú távon képtelenné válik az üzemanyag kivonására az energiaellátásból. A probléma nagysága régiónként eltérő, de a fosszilis tüzelőanyagok, beleértve a földgázt is, 2035 után nem játszhatnak jelentős szerepet az Európai Unió 2 °C-os energiarendszerében, ami a Párizsi Megállapodásnak megfelelően bőven 2°C fok alatt kívánja tartani a globális felmelegedést a század végéig.

2. De mi is az a földgáz?

A földgáz – a kőszén és a kőolaj mellett – a napjaink társadalmát energiával ellátó három fő fosszilis energiahordozó egyike. Normál légköri nyomáson és hőmérsékleten gáz halmazállapotú. Túlnyomórészt metánból (CH4) áll, melyet általában kis mennyiségű etán (C₂H₆) és propán (C₃H₈), szén-dioxid (CO₂), hidrogén-szulfid (H₂S), nitrogén, hélium és vízgőz kísér. A földgázfeldolgozó üzemek berendezései az utóbbiakat leválasztják, biztosítva, hogy a hálózatba csak metán kerüljön, míg a többi alkán külön értékesíthető. Míg a kén és nitrogén (-vegyületek) leválasztása biztosítja, hogy égésekor nem keletkezik SO₂ vagy NO_x, ami egyébként savas esőt eredményezhetne.

Gázneműsége miatt a földgáz térfogati energiasűrűsége (0,036 MJ/l) viszonylag alacsony a kőolajéhoz (37 MJ/l) és a kőszénéhez (34–43 MJ/l) képest, így jobban alkalmazható ott, ahol folyamatos üzemanyagáramlásra van szükség, mint ott, ahol az energia sűrített tárolása, vagy szolgáltatása az elsődleges cél. A viszonylag alacsony térfogati energiasűrűség nyomással növelhető, az így kapott sűrített földgáz (CNG; 9 MJ/l) pedig már egyes személygépjárművekben is használható. Alternatív megoldásként cseppfolyósítható, és így folyékony földgázzá alakítható (LNG – liquefied natural gas; 22,2 MJ/l), mely többek között szállítmányozáskor lehet hasznos.

Környezetvédelmi szempontból sokan a földgázt említik ideális energiahordozóként, ugyanis az SO₂– vagy NO_x-kibocsátás elkerülhető, valamint a földgáz égésekor a szállópor-kibocsátás – amely jelentős mértékben járul hozzá a légszennyezéshez – viszonylag alacsony, csakúgy, mint az oxidáció során felszabaduló szén-dioxid. A földgáz alapértelmezett széntartalma 15,3 kg/GJ, míg ez a kőszén esetében 26,8 kg/GJ, a nyersolaj esetében pedig 20,0 kg/GJ, tehát ökölszabályként a kőszén, a kőolaj és a földgáz széntartalma 5:4:3 módon aránylik egymáshoz. Egy GJ 278 kWh-val egyenlő, amely körülbelül az az árammennyiség, amelyet egy átlagos magyar háztartás elfogyaszt másfél hónap alatt. [A szerző számítása az NKM, a MEKH és a KSH adatai alapján – szerk.]

A tényleges CO2-kibocsátás még nagyobb különbséget mutat a fosszilis tüzelőanyagok között. Ez a földgáz esetében 56 100 kg/TJ, a nyersolajnál 73 300 kg/TJ és a kőszénnél 98 300 kg/TJ, vagyis az arány körülbelül 2:3:4. Tehát a földgáz égetése során kikerülő szén-dioxid mintegy fele a kőszén égetésekor a légkörbe kerülő szén-dioxidnak, mivel a földgázüzemű erőművek magasabb átalakítási hatásfokkal üzemelnek, mint a széntüzelésűek.

A földgáz éghajlati kockázata sajnos nem áll meg a szén-dioxid-kibocsátásnál, mivel fő alkotóeleme, a metán a földgázértéklánc mentén – a kitermelés és a végfelhasználás közötti vezetékekből és egyéb infrastruktúrákból – a légkörbe szökik, tulajdonképpen szivárog, tovább súlyosbítva az energiahordozó éghajlatra gyakorolt hatását. A metán a szén-dioxidnál jóval erősebb üvegházhatású gáz, légköri tartózkodási ideje viszont rövidebb: néhány évtized alatt kikerül a légkörből, míg a szén-dioxid évszázadokig ott marad. Ugyanakkor a globális metánkoncentráció emelkedik, ennek egyik forrása a fokozott kőolaj- és földgáztermelés. [A metán természetes és emberi forrásairól, valamint a mérések jelentőségéről külön cikkekben írtunk – szerk.]

3. A földgázellátási lánc

A földgázt a Földön elszórtan jelen lévő föld alatti lelőhelyekről nyerik ki. Ezek három fő formája:

1. Nem társult gáz: olyan lelőhelyek, melyek csak földgázt tartalmaznak.
2. Társult gáz: kőolajat és földgázt is tartalmazó lelőhelyek.
3. Kőszénnel együtt előforduló metán: kőszéntelepekben található földgáz.

A földgázkutak többféleképp csoportosíthatók. Megkülönböztetünk szárazföldi (onshore) vagy tengeri (offshore) kutakat. Az előbbi esetben a kitermelést a szárazföldön végzik – mint Magyarországon vagy Oroszország nagyobb részén. A lelőhelyek a tenger alatt is elhelyezkedhetnek, mint például a Fekete-tenger romániai részén, vagy az Északi-tengeren található brit és norvég lelőhelyek esetében. Általános szabály, hogy minél mélyebb a víz, annál nagyobb kihívást jelent az energiahordozó kinyerése, és ezért költségesebb és veszélyesebb a vállalkozás.

A földgáz gáz halmazállapota jelentős kihívást jelent a termelőknek, mivel megfelelő infrastruktúra kiépítése szükséges, hogy befogják és a fogyasztókhoz szállítsák az energiahordozót, mielőtt elillanna a légkörbe. Ez számos olyan területen kihívást jelent, ahol nagy volumenű olajkitermelés zajlik, de hiányzik a megfelelő infrastruktúra a gáz kezeléséhez. Ilyen esetekben a kitermelők egyszerűen elégetik a metánt (fáklyázás – flaring – szerk.), ami egyébként a légkörbe kerülne. Annak ellenére, hogy a Világbank programja (Zero Routine Flaring by 2030) 2030-ra megszüntetné ezt a pazarló és szennyező gyakorlatot, az azt aláírók 2018-ban összesen 76,4 milliárd köbméter gázt égettek el – közel nyolcszor annyit, mint amit Magyarország ugyanebben az évben felhasznált.

A földgáztermelést a termelési mód szerint is lehet jellemezni, amelyet a lelőhely sajátos geológiai jellemzői határoznak meg. A kitermelés lehet konvencionális (hagyományos) vagy nem konvencionális. Általánosságban elmondható, hogy a hagyományos kitermelés esetén a geológiai képződmények között csapdába esett metánt termelik ki. A nem konvencionális földgáz is sokféle formát ölthet, de a legnagyobb figyelmet a palagáz kapta az elmúlt időben. Ebben az esetben a földgáz egy gázban gazdag palaképződményben esett csapdába, melyben azonban a repedések olyan kisméretűek, hogy nem teszik lehetővé nagy mennyiségű gáz összegyűlését, ezért alapvetően kisebb gáz-felhalmozódásokat találunk egymástól elválasztott zsebekben. Emiatt repedéseket kell létrehozni, hogy az elválasztott zsebek egymásba nyílhassanak, lehetővé téve a gáz áramlását.

Az amerikai palakitermelés fellendítésében élen járt a hidraulikus repesztés (fracking) technológiája. Ennek során túlnyomórészt magas nyomású vizet, illetve vegyi anyagokat használnak a repedések létrehozására, amelyek lehetővé teszik, hogy a gáz közöttük áramoljon, majd végül a felszínre jusson. Ez azonban többféle kockázatot hordoz magában: a hidraulikus repesztés során alkalmazott vegyi anyagok szennyezhetik a vízbázist, továbbá aggodalomra adhat okot a geológiai destabilizáció (pl. földrengések), valamint a pala intenzívebb fúrására is szükség van, ami viszont további kútfejek létesítéséhez vezet, ami növeli az elszökő metán mennyiségét.

A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) kimutatta, hogy a földgázkitermelés mértékének és ütemének fokozása egyre magasabb üvegházgáz-intenzitású kitermelési módokat igényel: azaz mind a kitermelés, mind pedig a vele járó metánszivárgás jellemzően növekvő emissziót eredményez. Tehát minél több földgázt termelnek ki, annál karbonintenzívebb lesz az üzemanyag egésze. Ezt a kockázatot nemcsak az egy adott időpontban megnövekedett kereslet, hanem az üzemanyag elhúzódó fogyasztása is növelheti, mivel az elöregedő – jellemzően hagyományos – földgázmezőket pótolni kell további termeléssel. Az utánpótlás vélhetően nehezebben hozzáférhető, és így karbonintenzívebb lesz.

A földgáz olyan energiaforrás, amely hajlamos az ellátási lánc mentén (pl. megrongálódott csővezetékek) szivárogni. Az Európai Uniót ellátó nagyvállalatok, mint az Equinor vagy a Gazprom, megkezdték ugyan a metánkibocsátás kezelését, de még sok a teendő. Nem elég, hogy a Gazprom (az EU legnagyobb beszállítója) metánkibocsátása a teljes termelésének 5–7%-át teszi ki (ami a globális átlag háromszorosa), a további, az átvitel és az elosztás területén elszökő metán mennyisége is jelentős, különösen a kompresszorállomásokon, valamint a mérő- és szabályozóállomásokon. Emellett a cseppfolyósított földgáz (LNG) szállításakor, valamint az LNG-üzemű hajók esetében fellépő veszteségek is gyakoriak, és még nem számszerűsítettek, ami tovább növeli az energiahordozó életciklusa során fellépő kibocsátást.

4. A földgáz felhasználása

A földgázt fizikai tulajdonságai ideális üzemanyaggá teszik számos alkalmazás számára. Az EU-27-ek (az Egyesült Királyság nélkül) teljes energiaellátásából 13,6 EJ-t (exajoule = 10¹⁸) tett ki a földgáz 2018-ban, amelyet főként villamosenergia és hő termelésére fordítottak (29,4%). Továbbá az ipar 23,2%-át, a háztartások 24,3%-át, végül a kereskedelmi és közszolgáltatások 12,3%-át használták fel.

A földgáz az EU-28 2018. évi villamosenergia-termelésének 19%-át szolgáltatta 614 TWh (terawattóra) megtermelt árammal (lásd az 1. ábrát) – összehasonlítva, Magyarország 2018-as villamosenergia-fogyasztása 42,8 TWh volt. A gázturbinák népszerűsége az ágazatban a magas termikus hatásfoknak és rugalmas teljesítménynek egyaránt köszönhető. A legtöbb földgázerőmű viszonylag gyorsan, percek vagy órák alatt képes megemelni az áramtermelést, anélkül, hogy a folyamat különösen károsítaná az erőművet. Összehasonlításképpen: a kőszén sokkal hosszabb felfutási idővel rendelkezik, míg a nukleáris energia még kevésbé rugalmas. Ez a rugalmasság az egyik oka annak, hogy a földgázüzemű erőműveket az időszakosan rendelkezésre álló megújuló energiák kiváló kiegészítőjévé nyilvánították – mivel képesek alkalmazkodni a napelemek vagy szélturbinák villamosenergia-termelésének változékonyságához.

A földgáz emellett kényelmesen használható hőtermelésre, széleskörűen elterjedt a földgáz alapú fűtőrendszerek alkalmazása a háztartások (illetve általánosan az épületek) fűtésére. Ennek előfeltétele az a hatalmas elosztórendszer, amely az épületeket a földgázhálózathoz köti. Az elosztórendszer megléte viszont erősen meghatározza az egyes országok földgázfelhasználását (2. ábra). A hozzáférés széles határok között változik: míg Magyarországon vagy Hollandiában a települések több, mint 90%-a csatlakoztatva van a hálózatra, addig például Finnországban az infrastruktúrához való hozzáférés továbbra is korlátozott.

2. ábra: a teljes 2017-es földgázhasználat háztartásokra, kereskedelmi és közszolgáltatási alkalmazásokra eső része. Forrás: EurostatA földgázt az ipari szektor széles körben használja energetikai és egyéb célokra. Az energiát kinyerő és hasznosító alkalmazásai melegvíz és gőz előállítására vonatkoznak, valamint az anyagok előmelegítéséhez, olvasztásához és a párátlanításhoz szükséges közvetlen hő biztosítására. A földgázfogyasztás e területeit nehéz helyettesíteni gazdaságilag észszerű módon, mivel a villamosenergia-alapú alternatívák ipari mértékű alkalmazása rendkívül költséges. Az ipar földgázfogyasztása túlmutat az energetikai alkalmazásokon, mivel a metán különböző ipari folyamatok (például hidrogéntermelés az olajfinomítás során, műtrágyagyártás) alapanyaga is.

A közlekedés és szállítás a negyedik ágazat, amelybe a földgázipar megpróbált beférkőzni. A sűrített földgáz (compressed natural gas – CNG) könnyű járművekben használható, míg az LNG kevésbé szennyező megoldást kínál a nehéz tehergépjárművekben és a tengeri szállításban alkalmazott üzemanyagokhoz képest. A CNG-járművek piaci elterjedése azonban lassan halad, 2018-ban az EU személygépjármű-flottájának csupán 0,4%-át tették ki. Az LNG használata a nehéz tehergépjárművek és a tengeri szállítás területén még szintén gyerekcipőben jár.

5. A földgáz-infrastruktúra igénye

A földgázlelőhelyek eloszlása a Földön egyenetlen, ezért megfelelő infrastruktúra szükséges a szállításához a termelőktől a fogyasztókig. Az igazolt tartalékok 70,3%-a a Közel-Keleten és a Független Államok Közösségében koncentrálódik, míg Európában (mely az egyik legnagyobb fogyasztója) csupán 1,7%-a van 2019-es adatok szerint. Ez az egyenetlen eloszlás a termelőket és a fogyasztókat arra késztette, hogy együtt fejlesszék az üzemanyag nagy távolságra történő szállításához szükséges infrastruktúrát. Ennek két jellemző formája a csővezetéken, illetve a folyékony formában (LNG-ként) történő szállítás.

A csővezetékek létesítése hatalmas és drága projekt. Vegyük például a sokat vitatott Északi Áramlat 2-t: a gázvezetéket, amely Oroszországot és Németországot kötné össze a Balti-tengeren keresztül, és amely évente 55 milliárd köbméter földgázt lesz képes szállítani. Ez becslések szerint összesen 9,5 milliárd euróba kerül (Magyarország teljes gazdasági teljesítményének valamivel több, mint három hetébe). Az a nagyságrend, összetettség és hatalmas összeg, amelyet a fejlesztők beruháznak ezekbe a projektekbe, arra készteti őket, hogy hosszú évtizedekig törekedjenek az üzemeltetésére. Műszaki élettartamuk általában 30-50 év közötti, de ez gyakran meghosszabbítható. Például az ukrán földgáz-infrastruktúra – amely Oroszországból Ukrajnán keresztül szállít Európába – az 1970-1980-as évek óta (több mint 40 éve) működik, annak ellenére, hogy az építéskor várt élettartama 33 év volt.

Ez rávilágít egy kulcsfontosságú problémára: ha Európa nem használ földgázt 2035 után, akkor mi fog történni a 2020-ban üzembe helyezett infrastruktúrával? Egyre növekvő aggodalomra adnak okot a meg nem térülő, fosszilis iparághoz kapcsolódó infrastrukturális beruházások (stranded assets). Ezek olyan projektek, amelyek a befektetők [ami nemzetgazdasági befektetésként az egész társadalmat is érintheti – szerk.] számára nem térülnek meg, mivel különféle okokból fel kell hagyniuk azokkal. Az éghajlatváltozás kezelésének szükségessége megkövetelheti a különféle fosszilis cégtulajdonosoktól, hogy az adott projekt tervezett nyugdíjazása előtt függesszék fel a működést. Profitérdekeltségük miatt a tulajdonosok nyomást próbálnak gyakorolni a klímapolitikára annak biztosítása érdekében, hogy továbbra is működhessenek. Márpedig ez kockáztatja az összehangolt fellépést és a kibocsátás-csökkentést. Ha viszont ezeket a fosszilis projekteket valóban leállítják, akkor ezen társaságok csődjei kihathatnak a gazdaságra, és így nagy társadalmi költségekkel járhatnak.

A csővezetékeken történő gázszállítást az LNG szállítása és kereskedelme egészíti ki. A földgázfogyasztás ezen formája a cseppfolyósítás, az újbóli gázosítás és a szállítási infrastruktúra szempontjából szintén hatalmas beruházásokat igényel. A befektetések itt is általában százmillió, vagy milliárd eurós nagyságrendűek. Például a szomszédos Horvátországban, a Krk LNG projekt költsége 233,6 millió euró, nem számolva azokat a hálózati fejlesztéseket, amelyeket Horvátország és a szomszédos országok vállaltak, hogy lehetővé tegyék az importált LNG szállítását a régióban. A problémák hasonlók, mint a csővezetékek esetén: az infrastruktúra jóval a tervezett nyugdíjazás előtt elavulhat vagy kihasználatlanná válhat.

6. Társadalmi hozzáállás

Végül, de nem utolsósorban az elgondolás, miszerint a földgáz a legtisztább fosszilis tüzelőanyag, mélyen bevésődött az ergiahordozókról alkotott világképünkbe, amely berögződés abban is meglátszik, hogy miként dolgozták ki a tudósok és politikai döntéshozók a földgázra vonatkozó stratégiát. Vegyük például az Éghajlatváltozási Kormányközi Testületet (IPCC), amely már az 1990-es első értékelő jelentésében szorgalmazta a kőszénről a földgázra való áttérést. Ez az áttérés a légszennyezés miatt az 1960-as években, illetve évtizedekkel később, a 2000-es években szintén téma volt, amikor a földgázipar és a politikai döntéshozók mantrája a földgázt átmeneti vagy áthidaló energiahordozóként állította be: az üzemanyag helyettesítheti a szennyezőbb fosszilis tüzelőanyagokat és kiegészítheti a megújuló energiákat.

Alapvetően persze képes ezekre, de később kiderült, hogy a metánkibocsátás sokkal nagyobb probléma, mint azt eredetileg gondoltuk, továbbá az is világossá vált, hogy egy nem megújuló, ÜHG-kibocsátó energiaforrás kibővítésével a társadalom több problémát okozhat magának, mint amennyit képes megoldani. Az áthidalóüzemanyag-elgondolás azonban idővel elterjedt, és tovább erősítette az energiahordozóhoz való pozitív hozzáállást.

7. Ami még előttünk van

A földgáz olyan kulcsfontosságú energiaforrássá nőtte ki magát, amelyet számos alkalmazásában nehéz vagy drága helyettesíteni. Bővülését folyamatosan alátámasztotta bőséges hozzáférhetősége, a bevezetését megkönnyítő technológiák elterjedése, a szállításhoz és elosztáshoz szükséges infrastruktúra bővülése, valamint a használatával kapcsolatban kialakult pozitív kép. Világos azonban, hogy mindez nem folytatódhat a végtelenségig.

Két lehetséges irány fogalmazódott meg a földgázzal kapcsolatban: rövid távon támogassuk és hosszú távon fokozatosan szüntessük meg, vagy azonnal kezdjük meg kivonását az energiaellátásból. Egyik lehetőség sem egyszerű. Az első forgatókönyv, amelyet többek között a földgázipar erőteljesen támogat, azt állítja, hogy a földgáz hozzájárulhat a kibocsátások enyhítéséhez és az éghajlati fordulópontok (tipping point) elkerüléséhez. Időközben a társadalom fokozatosan ki tudja terjeszteni a megújuló energiaforrások használatát, hogy idővel teljes mértékben csak azokra támaszkodhasson. Ez két kérdést vet fel: megengedhetjük-e magunknak, hogy az éghajlatváltozást okozó üvegházgázok drasztikus csökkentését halogassuk? Mi garantálja, hogy a társadalom képes lesz a földgáz fokozatos kivonására a jövőben, tekintettel a földgázhasználatban érdekeltek erős ellenállására?

A társadalom radikálisan csökkentheti a földgáz iránti igényét, de ennek ára van: a nem villamosítható ágazatok továbbra is akadályt jelentenek, a gazdaságilag érdekeltek heves ellenállást mutatnak, és végül: nem tűnik úgy, hogy a földgáz- és energiaigényes életmódot folytató társadalmi rétegek különösen fel akarnának hagyni jelenlegi szokásaikkal.

Mindeközben a földgázipar is azon serénykedett, hogy olyan alternatív módszereket javasoljon, amelyek segítségével továbbra is folytathatja az energiahordozó árusítását. A szén-dioxid-megkötés és -tárolás (CCS) egy jelenleg vizsgált lehetőség, mely megszabadíthatja a földgázt az égés során keletkező kibocsátásoktól. Ez azonban továbbra sem oldaná meg a metánkibocsátás problémáját, és a társadalom továbbra is nagymértékben támaszkodna egy nem megújuló energiaforrásra. Nem is beszélve arról, hogy a CCS fájdalmasan lassan fejlődik. Alternatív megoldás a földgáz hidrogén formájában történő felhasználása. Ez részben a CCS-re, vagy olyan alternatív technológiákra támaszkodik, amelyek még szintén gyerekcipőben járnak.

A fentiek arra utalnak, hogy a sok feszítő kérdés miatt az üzemanyag jövője bizonytalan közép- és hosszú távon, különösen, ha a megújuló energiaforrások növekvő versenyképességét is figyelembe vesszük. Ugyanakkor korai lenne a földgázt temetni – mivel akármilyen formában is, de valószínűleg továbbra is kulcsszerepet fog játszani a globális energiarendszerben.

A cikket angolról magyarra Pieczka Ildikó fordította le.

Írta: Szabo John – társadalomtudós, a Közép-európai Egyetem (CEU) Környezeti Tudományok és Politika Tanszékének PhD-jelöltje, a Közgazdaság- és Regionális Tudományi Kutatóközpont Világgazdasági Intézetének tudományos segédmunkatársa.