Bevezetés

A globális felmelegedés kérdése napjaink egyik legfontosabb problémája. A felmelegedés okairól megoszlanak a vélemények. Jelentős szervezetek, kutatóintézetek stb. foglalkoznak az okok felderítésével és a megoldások keresésével. Az a meggyőződés kezd kialakulni, hogy a felmelegedés egyik oka az emberi tevékenység: a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során keletkező szén-dioxid mint üvegházhatású gáz jelentősen hozzájárul az éghajlatváltozáshoz. Több megoldás egyidejű alkalmazását javasolják a légkör CO₂ -tartalmának csökkentésére (IPCC, 2005, 2009). Ezek közül az egyik az ún. CCS- (carbon capture and sequestration, azaz a szén-dioxid, pontosabban a szén összegyűjtése és elhelyezése, ill. elzárása) technológia (Jarell et al., 2002). Ez azt jelenti, hogy a fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz) erőműi eltüzelése során keletkezett, illetve koncentrált kibocsátású helyeken a CO₂-t össze kell gyűjteni, le kell választani, szállításra előkészíteni (befogás), szállítani és például földtani szerkezetekbe besajtolni, s hosszú ideig (évszázadokig, évezredekig, vagy azon túl is) ott biztonságosan megőrizni (1. ábra). Ezt a megoldást kb. a 21. század közepéig kellene alkalmazni, amikor is az új típusú energiaforrások megjelenésével a fosz-szilis tüzelőanyagok domináló szerepe a készletek csökkenése miatt várhatóan kisebb lesz.

Igényfelmérés az elzárásra

Az IEA WEO (2009) két változatot dolgozott ki:

• a világ energiafogyasztása korlátozás nélkül –alapváltozat;

• a világ energiafogyasztása korlátozással – 450 ppm változat.

Az alapváltozat esetén a légkör CO₂-koncentrációja 2030-ig a jelenlegi 360 ppm értékről 1000 ppm-re növekedne, az átlagos hőmérséklet pedig +6 °C-kal emelkedne, amikor is a globális felmelegedés folyamata, illetve annak következményei már megfordíthatatlanok. A 450 ppm változat esetén 2030-ig a hőmérséklet növekedése +2 °C, és a becslések szerint a globális felmelegedés folyamata megfordítható.

A két változat közötti különbség, azaz a CO₂-emisszió csökkentése az ipari és energiaszektor területén, az IEA (2009) ütemezése szerint: 2010-re 0 Gt, 2020-ra 3,6 Gt, 2030-ra 13,8 Gt. Ha mindezt a volument geológiai szerkezetekben tárolni akarnánk, akkor 2030-ig függetlenül a rendelkezésre álló geológiai szerkezetek tároló térfogatától, nagyobb CO₂-besajtoló rendszert kellene kiépíteni, mint amekkora 2030-ban a kőolaj- és földgázkitermelő rendszerre összesen rendelkezésre áll majd, ez pedig kivitelezhetetlen.

Ezért több megoldás egyidejű alkalmazását javasolják a 450 ppm (erőművi és ipari kibocsátás) változat megvalósítására: az energiafelhasználás hatásfokának javítása, erőművek korszerűsítése, gázfelhasználás növelése (például a szénfelhasználás rovására), szénben szegény energiaforrások előtérbe kerülése (megújuló energiák), bio-tüzelőanyagok alkalmazása, atomenergia, energiatakarékosság, CCS stb.

Az IEA javaslata szerint a 450 ppm változat megvalósítása esetén 2030-ra kiépítendő CCS-kapacitás kb. 1,4 Gt, ez az ipari és energiaszektor szén-dioxid-kibocsátásának kb. 10%-a. Az IPCC szerint a rendelkezésre álló, becsült tároló térfogatok a CO₂ deponálására (Gt-ban): kitermelt olaj- és gázmezők: 675–900; EOR: 35; EGR: 80; só-kaverna: 0(?); CBM: 20–200; aquifer: 1000–10 000. Ez azt jelenti, hogy a szén-dioxid elzárására potenciálisan óriási térfogatok állnak rendelkezésünkre.

Elhelyezés és a műveletek biztonsága

A szerkezettel szembeni követelmények: fedőkőzet át nem eresztő képessége és integritása, a földtani szerkezet zárása, a kőzet porozitása és a tároló kőzet áteresztőképessége a besajtolhatóság miatt.
Földtani szerkezetek zárási biztonságának igazolása • Több százezer fluidum (kőolaj- és földgáztelep) szerkezetet (csapda) ismerünk, amelyek évmilliók alatt megőrizték az ott csapdázódott fluidumot, és most azokat termeljük. Ezek között vannak CO₂-telepek is (például az USA-ban 2000–3000 milliárd m3 nagyságrendben). Emellett kimutatták azt is, hogy a szén-dioxid természetes alkotója szénhidrogén-rendszereknek. A megfelelően kiválasztott szerkezetek alkalmasak a CO₂ megőrzésére.

Elhelyezés és a műveletek biztonságos végrehajtása • A hatékony kőolaj- és földgázbányászat (beleértve a föld alatti gáztárolást is) alapelve: önálló hidrodinamikai egységek (telep) termeltetése és esetleges kúthibák felismerése és felszámolása, tehát a hermetikusság biztosítása. Ezen a területen óriási tapasztalat halmozódott fel. Ennek igazolására néhány adat:

• ez idáig a világon kitermelt mennyiségek: 175×109 m³ kőolaj, 67×1012 m³ földgáz;

• a termeléshez több milliós nagyságrendű kutat mélyítettek;

• nagyszámú (500) föld alatti gáztárolót létesítettek. A tároló térfogat (aktív gáz) 2030-ban várhatóan 750 milliárd m³/év lesz; a technológia hasonló a CCS-hez. Ennek a tárolt gáznak 15−20%-át eredetileg vizet tartalmazó kőzetekben (aquifer) tárolják;

• az USA-ban, illetve Kanadában a leválasztott szennyező gázokat (pl. kénhidrogént) földtani szerkezetekben helyezik el stb.

A nemzetközi szénhidrogén-bányászat gyakorlata

A szén-dioxiddal kapcsolatos olajipari tevékenység alapvető indítékai: CO₂-tartalmú gázokból e komponens leválasztása a fűtőérték biztosítása miatt általában aminos technológiával, illetve többlet olajtermelés biztosítása kőolajtelepekbe való szén-dioxid-besajtolással (CO₂ – EOR). Ezen a területen az USA a meghatározó. Erről néhány jellemző adat az USA-ra vonatkoztatva a következő:

• első üzemi alkalmazás: 1954;

• 2008 végéig összes ipari alkalmazás: 112;

• CO₂-hálózat hossza több mint 5600 km;

• összes kút: 15373;

• eddig a többlet olajtermelés: 220×106 m³.

A fentiekből látható, hogy az USA a CO₂ kezelésében és alkalmazásában óriási tudásbázissal rendelkezik (Sweatman et al. 2009; Moritis 2009; Mohan et al. 2009).

A hazai szénhidrogén-bányászat gyakorlata

Ki kell emelni azt, hogy csaknem az USA-val egyidejűleg Magyarországon is megkezdődtek a CO₂ alkalmazásával kapcsolatos kutatások az

olajipar területén. Magyarország területén az összesen kitermelt szénhidrogén mennyisége 300  millió t kőolaj-egyenérték, ennek egyharmada kőolaj és kétharmada földgáz; kb. 10 000 kutat mélyítettek; a maximális termelés évente 2 millió m³ kőolaj; 7,5 milliárd m³ földgáz; emellett természetes előfordulású, nagy CO2-tartalmú gázvagyonnal is rendelkezünk (kb. 40×109 m³).

EOR CO₂-besajtolással • Magyarországon a szén-dioxid alkalmazását elsősorban a felkutatott természetes CO₂-telepek (81 mol% CO₂-tartalom) gázának alkalmazása tette lehetővé. Ennek eredményeként 4,6×106 m³ többletolajat tudtak termelni (2. ábra). A szanki mező esetében a földgázból leválasztott szén-dioxidot injektálják a teleprészekbe.

Föld alatti gáztárolás • Ez gyakorlatilag a CCS-hez hasonló technológia, mely területen jelentős tapasztalataink vannak (2. ábra). Néhány adat az igazolásra (Pápay,1999a):

• összesen tárolt gáz/év: 6×109 m3;

• ezideig összesen tárolt gáz: kb. 120×109 m3;

• összes kapacitás: 80×106 m3/nap;

• összes kút: 250.

EGR (Enhance Gas Recovery) – CO₂-besajtolással • Magyarországon vetődött fel először, hogy a CO₂ felhasználható a földgáztelepek és a föld alatti gáztárolók hatékonyságának növelésére is. Így született meg a világon az első szabadalom is (1982) (EGR–CO₂ – Ferenczy et al., 1982). Ennek alapján megvalósítottuk az első üzemi kísérletet (Budafa, szintfeletti XVI üzemi kísérlet 1986–1994 között [Pápay 1999b]). Összességében kijelenthető, hogy a magyar szakemberek, kutatók felkészültek az ilyen feladatok megoldására.

Ipari méretű CCS-projektek

A fentiekből egyértelműen következik, hogy a CCS-technológia olajipari tudásbázison alapszik. Ez azzal is igazolható, hogy valamennyi jelentősebb jelenlegi megvalósítást olajipari cégek kezdeményezték. Néhány ezek közül (IPCC 2005; Letcher 2008). 1. táblázat

Az olajipari technológiáktól a CCS az időtényezőben különbözik, ezért a megvalósítás előtt kockázatelemzést javasolnak. A hosszú idő az előkészítés és a megvalósítás gondosságát követeli meg, megjegyezve, hogy a CO₂-csapdázódás feltételei (kémiai megkötés, diszperzió, oldódás stb.) az idő függvényében javulnak (IPCC 2005; Cooper 2009).

A szén-dioxid-elhelyezés várható költségei

Nagyszámú elemzés áll rendelkezésre. Az IPCC (2005) elemzése szerint a költségek nagyságrendje 1t CO₂-re vonatkoztatva a következő (USD) (2. táblázat):

Amennyiben a CO₂-elhelyezés többlet olaj- és gáztermeléssel összekötött (EOR, EGR), akkor a fajlagos költségek akár 50%-kal csökkenthetőek (IPCC, 2005).

Kovács Ferenc (2009) a széntüzelésű erőművek és CO₂ leválasztása okozta (áram) költségnövekedésről ad átfogó elemzést. Eszerint a befogás áramköltség-növelő hatása 25−75%. A 450 ppm változat megvalósítása esetén CCS-ek létesítésére 2030-ig 300−400 milliárd USD-t kellene fordítani. Az összes költség (2030-ig), amely az 1000 ppm változat helyett a 450 ppm megvalósítását jelentené, 1000−1100 milliárd USD.

Következtetések

• A kőolaj- és földgázbányászat a fluidum (gáz, víz) földtani szerkezetekbe való visszasajtolása területén több mint száz-, míg speciálisan a CO₂ esetén csaknem hatvanéves tudományos és műszaki tapasztalattal rendelkezik.

• Kijelenthető, hogy a CCS integrált technológia gyakorlatilag kidolgozott (elfogadva a tudományos-műszaki kutatás szükségességét). A megfelelően kiválasztott földtani szerkezet és monitoringrendszer garantálja a CO₂ hermetikus megőrzését.

• A CO₂ befogása, előkészítése, szállítása, visszasajtolása és megőrzése nagy költségű műszaki tevékenység, amelynek pénzügyi fedezetét meg kell teremteni (politikai és gazdasági döntés szükséges).

• A CCS-technológia környezetvédelmi, jogi stb. hátterét hazánkra is meg kell alapozni, ki kell dolgozni, illetve alkalmazni kell.

• Hazánk rendelkezik minden geo-műszaki tapasztalattal a lehetőségek korrekt felmérésére, és a CO₂ földtani szerkezetekben történő, az adottságainknak megfelelően költséghatékony és biztonságos elzárására.
 

Kulcsszavak: aquifer, CCS, EGR, EOR, földtani csapda, szén-dioxid-visszasajtolás
 

IRODALOM

Cooper, Cal (2009): A Technical Basis for Carbon Dioxide Storage. Conoco Philips •  WEBCÍM >

Ferenczy I. – Pápay J. – Bán A. – Peti L. (1982): Eljárás földgáztelepek és föld alatti gáztárolók művelésére. Magyar szabadalom. N.187718

IEA (International Energy Agency) (2009): World Energy Outlook (WEO) • WEBCÍM >

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) (Metz, Bert – Davidson, O. – de Coninck, H. – Loos, M. – Meyer, L. [eds.]): (2005): Carbon Dioxide Capture and Storage. Cambridge University Press.

IPCC (2009) • WEBCÍM >

Jarrell, Perry M. – Fox, Ch. E. – Stein, M. H. – Webb, S. L. (2002): Practical Aspect of CO₂ Flooding. SPE Monograph Series Vol. 22. Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas. USA

Kovács Ferenc (2009): Az erőművi füstgázokból történő CO₂-leválasztás műszaki-gazdasági jellemzői. Bányászati és Kohászati Lapok. 142, 2−3. 11−19.

Letcher, Trevor M. (2008): Future Energy. Elsevier. Amsterdam (Chapter 18. by Tondeur, D. – Teng, F.)   WEBCÍM >

Mohan, Hitesh – Biglarbigi, K. – Carolus, M. (2009): Study Places CO2 Capture Cost between 34–64 USD/ton. Oil and Gas Journal. 12 October, 56–65.

Moritis, Guntis (2009): More CO2 – EOR Projects Likely as New CO2 Supply Sources Become Available. Oil and Gas Journal. 7 December, 41–47.

Pápay József (1999a): Föld alatti gáztárolás porózus kőzetekben. MTA levelező tagi székfoglaló. 1–39.

Pápay József (1999b): Improved Recovery of Conventional Natural Gas. Erdöl, Ergas, Kohle. June, 302–308., July–August, 353–355.

Sweatman, Ronald E. – Parker, M. E. – Crookshank, S. L. (2009): Industry Experience with CO₂ Enhanced Oil Recovery Technology. SPE 126446. International Conference on CO2 Capture, Storage and Utilization. San Diego. California USA, November 2–4.