Zemní plyn

 

Zemní plyn je plyn přírodního původu, významné fosilní palivo, hořlavý, nejedovatý, nedýchatelný, nezapáchající, bezbarvý, lehčí než vzduch, převážně obsahující metan. Zemní plyn je používán k vaření, pečení, přípravě teplé vody, k topení, slouží k pohonu automobilů a je významnou surovinou pro chemický průmysl.
Číňané prý znali a využívali zemní plyn již v 10. stol před Kr. Vyvěrající plyn rozváděli pomocí bambusového potrubí do svých obydlí. Plyn byl používán i jako „posvátný očišťující oheň“ při kultovních obřadech některých národů. V Americe byl první vrt zemního plynu uskutečněn až kolem roku 1884, v Evropě byl do rumunské Bukurešti přiveden zemní plyn v roce 1934.
Je známo, že na některých místech volně vyvěrající zemní plyn na povrch země hoří (např. Čína, Rusko – Baku). Na Moravě je tento jev znám z příborska jako „příborské ohníčky“.
O vzniku zemního plynu mezi odborníky nepanuje jednotný názor. Nejznámější a nejrozšířenější teorie vysvětluje vznik zemního plynu usazováním odumřelých mirkoorganismů (řas a planktonu) před miliony let na mořském dně a jejich překrytím vrstvami zeminy a hornin. Za vysokého tlaku a teploty, bez přístupu vzduchu došlo k rozložení těchto organických zbytků na jednoduché uhlovodíky. Takto vzniklý plyn migroval vzhůru porézními vrstvami tak dlouho, až narazil na vrstvy nepropustné pro plyn a začal se hromadit v plynových ložiscích. Tento proces je nazýván biogenezí.
Dlouhodobé klesání části zemské kůry, především sedimentárních pánví mořských i kontinentálních způsobilo, že ustala biogeneze a začaly probíhat termogenické procesy. Při termogenické přeměně organické hmoty vznikají plynné uhlovodíky (metan), kapalné (ropa) i pevné uhlovodíky (asfalt). Organický materiál se vlivem tepla a tlaku krakováním rozpadne v teplotním intervalu 60 – 100 0C na ropu a v intervalu 100 – 200 0C na plyn. Nezávisle na teplotě různé druhy hornin vytváří různé druhy uhlovodíků.
Zemní plyn se těží z porézních sedimentárních hornin uzavřených ve strukturálních ložiscích podobně jako ropa. Nachází se společně s ropou (naftový), černým uhlím (karbonský) nebo samostatně. Největší světová naleziště zemního plynu se nalézají v Rusku, v Severním moři, v severní Africe (Alžír), v zemích perského zálivu (Írán, Katar), v USA a Kanadě.
V Česku je výskyt zemního plynu (karbonského) vázán na uhelné sloje hornoslezské pánve, které se nalézají na severní Moravě mezi Příborem a Českým Těšínem. Jsou vázány většinou na zvětralý a tektonicky porušený relief karbonu. Jsou zde ložiska zemního plynu Žukov, Bruzovice, Příbor a Příbor jih. Na jižní Moravě je výskyt zemního plynu (naftového) v okolí města Hodonín vázán na ložiska ropy.
Podle složení zemního plynu rozlišujeme zemní plyn na suchý, vlhký, kyselý a s vyšším obsahem inertních složek. V suchém (chudém) zemním plynu je obsah metanu 98 – 99 % a nepatrný obsah vyšších uhlovodíků. Ve vlhkém (bohatém) zemním plynu dosahuje obsah metanu pouze 85 – 95 %, ale značný je podíl vyšších uhlovodíků (etan, propan, butan) a etylenu. Zpravidla dochází ještě na plynovém ložisku k separaci (odstranění) těchto složek ze zemního plynu a jejich dalšímu zpracování. V kyselém plynu se nachází zvýšený obsah sirovodíku (sulfanu), oxidu uhličitého a dalších sirných složek. Rovněž tyto složky se ze zemního plynu odstranují ještě před jeho další přepravou. V zemním plynu s vyšším obsahem inertních složek je obvykle 50 – 60 % metanu, více než 10 % dusíku a přes 20 % oxidu uhličitého. Jedná se většinou o plyn z důlní degazace, který je z dolů z bezpečnostních důvodů odsáván.

Složení zemního plynu je na každém ložisku odlišné, pro dané ložisko specifické. Je třeba ještě uvést, že některá ložiska zemního plynu jsou zdrojem vzácných plynů, zejména helia a argonu. Z plynu se tyto inertní plyny získávají frakční destilací.

Složení vybraných druhů zemního plynu.

Složky tranzitní ZP norský ZP alžírský ZP jihomoravský ZP holandský ZP
CH4 98,39 85,80 86,90 97,90 81,31
C2H6 0,44 8,49 9,00 1,20 2,85
C3H8 0,16 2,30 2,60 0,50 0,37
C4H10 0,07 0,70 1,20 - 0,14
C5H12 0,03 0,25 - - 0,08
N2 0,84 0,96 0,30 0,60 14,35
CO2 0,07 1,50 - - 0,89

(údaje o složení vybraných zemníc plynů: Trávníček, bakalářská práce, VÚT Brno).

Důležité technické údaje zemního plynu.
Spalné teplo (přibližně) 34 MJ/m3,
výhřevnost 37,8 MJ/m3,
oktanové číslo 128
hustota (přibližně) 0,68 kg/m3,
hutnota 0,526
dolní mez výbušnosti 4,4 %, horní mez výbušnosti 15,0 % (ve směsi se vzduchem)
zápalná teplota 650 oC,
teplota plamene 1957 oC,
rychlost hoření 34 cm/s
množství spalovacího vzduchu 9,56 m3 vzduchu/1 m3 plynu
teplota varu -162 0C,
teplota tání -182 0C
Wobbeho číslo (přibližně) 53,6 MJ/m3
(Poznámka – m3 je udáván při teplotě 0 0C, tlaku 101,325 kPa a suchý plyn.)

Se zemním plynem se setkáváme ještě v dalších podobách. Jedná se stlačený (zkomprimovaný) zemní plyn označovaný jako CNG (compressed Natural Gas) používaný zejména k pohonu motorových vozidel a zkapalněný zemní plyn LNG (Liguefied Natural Gas). LNG o teplotě -161 0C. Ten se používá při přepravě lodními tankery, specielními železničními vozy či autocisternami. Pro úplnost uvádím i LPG (Liguefied Petroleum Gas) což je označení pro známý propan-butan používaný jak v autodopravě tak i v tlakových lahvích k různým účelům.
Dle složení zemního plynu se lze setkat i s označením „plyn H“ a „plyn L“ (např. v Německu). Plynem H se rozumí „high Calorific gas“ s obsahem metanu 87 – 99 %, spalným teplem 40 – 45 MJ/m3 (11,1 – 12,8 kWh/m3) a podílem nehořlavých složek (CO2, N2) nižším než 5%. Plyn L je „law Calorific gas“ s obsahem metanu 80 – 87 %, spalným teplem 33 - 38 MJ/m3 (9,15 – 10,15 kWh/m3) a podílem nehořlavých složek (CO2, N2) vyšším než 10 %. Příkladem plynu H je ruský plyn nebo plyn ze Severního moře, zatímco plyn L pochází se severního Německa (značný obsah oxidu uhličitého a dusíku).

Dalším zdrojem metanu jsou hydráty metanu (CH4.5,75H2O). Někdy jsou hydráty metanu označovány jako „klatrát metanu“. Jde v podstatě o led, do jehož krystalické mřížky je natlačen metan. Hydráty metanu jsou stálé až do teploty 18 oC. Hydráty metanu pravděpodobně vznikají uvolněním metanu ze zemského jádra, který pak stoupá zlomy v zemské kůře, kde se mísí s chladnou vodou moře a je uzavřen do krystalů. Ložiska hydrátů metanu se nacházejí hluboko v sedimentech oceánů (Mexický záliv, indické, čínské, japonské pobřeží). Hloubka je obvykle několik set metrů až kilometrů pode dnem moře. Hydráty metanu leží i pod permafrostem, věčně zmrzlou půdou (Sibiř, Aljaška). Ložiska hydrátů metanu nejsou v současné době ještě těžena a využívána. Při vytěžení a uvolnění metanu z krystalického ledu lze tento plyn použít obdobně jako zemní plyn. Některé státy (Japonsko) již přistoupily k pokusům s těžbou hydrátů metanu. Odborníci odhadují, že zásoby hydrátů metanu převyšují až dvacetkrát zásoby zemního plynu. V hydrátech metanu spatřují nejen energetický zdroj budoucnosti, ale i ekologickou hrozbu pro lidstvo (nekontrolované uvolnění metanu a únik do atmosféry).
Tyto hydráty však dokážou již dnes působit i potíže při přepravě zemního plynu velmivysokotlakým potrubím (ucpávání).
Při těžbě břidlicového či skalního plynu se získává rovněž topný plyn na bázi metanu. Mezi další topné plyny tohoto typu patří bioplyn, bahenní plyn či skládkový plyn.
V druhé polovině dvacátého století se započalo v Česku s budováním celostátní přepravní plynovodní svítiplynové sítě, zvyšoval se odbyt plynu i odběratelů.

Roční spotřeba plynu v ČR (mil m3/rok):

Rok
Svítiplyn
Zemní plyn
Max denní spotřeba ZP
1950
451,9
19,8
0,7
1960
1077
841,9
7,1
1970
2510
515
6,4
1980
3630
2910,5
25,4
1990
1895
7043,2
30,1
2000
*)
9147,9
56,1
2010
*)
8979,2
57,3
2019
*)
8564,6
50,4

*) poslední dodávka svítiplynu ukomčena v červnu 1996 (296.3 mil m3/rok)

Počet zákazníků:

rok 1980 asi 500 tisíc
rok 1985 1,0 milion
rok 1989 1,5 milionů
rok 1994 2 miliony
rok 1998 2,5 milionů
rok 2009 ustáleno kolem 2,8 milionů

V Moravskoslezském kraji spotřeba zemního plynu v roce 2019 činila 891751 m3, počet zákazníků byl 381527.
(statistické údaje dle roční zprávy ERÚ o provozu plynárenské soustavy ČR 2019)

Těžený zemní plyn v ČR byl využíván a spotřebováván pouze lokálně. Vše vedlo k tomu, že se začalo uvažovat o dovozu zemního plynu. K prvnímu propojení plynovodů Sovětského svazu a Českovenska došlo v roce 1966 a již příští rok byl uveden do provozu plynovod „Bratrství“ (DN 700, PN 55, délka 482 km, 3 kompresní stanice). Dne 12. prosince 1970 byla schválena koncepce výstavby tranzitního plynovodu a následujícího roku zahájena jeho stavba. Již v polovině roku 1973 protekla do ČSSR „Transgazem“ první miliarda m3 zemního plynu. Kromě České republiky proudil tímto plynovodem zemní plyn tehdy do východního i západního Německa i do Rakouska (odtud dále do Maďarska, Slovinska, Chorvatska a Itálie). Na území ČR je dnes vybudováno přibližně 2400 km plynovodů Transgasu (DN 800 – 1400, PN 75). Československo se tak stalo významnou páteřní tranzitní zemí zemního plynu do Evropy. Význam tranzitního plynovodu ještě vzroste, uvědomíme-li si, že budování mezistátních plynovodů v Evropě začalo teprve kolem roku 1970 a to v Holandsku výstavbou mezistátních poměrně krátkých plynovodů (DN 500 – 700) do okolních zemí.
ČSSR byla závislá pouze v této době pouze na dodávkách ruského zemního plynu a proto vláda schválila ze strategických důvodů v dubnu 1977 nákup norského zemního plynu. Norský plyn začal do Čech proudit již 1. května 1977 prostřednictvím severoněmeckého plynovodu NETRA přes krušnohorskou předávací stanici na Hoře sv. Kateřiny. Dodávky ruského zemního plynu do České republiky tvoří v současné době přibližně 75 – 80 %, norského plynu 20 – 25 % a domácí těžba 1- 2 %.
Tyto události umožnily v České republice v následujících letech další rozvoj plynárenství na bázi zemního plynu.

(zpět historie)