Naturgas

Vad är energigas?
Energigas är ett samlingsnamn för de gaser som används för energiutvinning. De viktigaste energigaserna är naturgas, fordonsgas, stadsgas, gasol, biogas och vätgas. Gaserna innehåller olika kolväten så som metan, propan och butan.

Bland energigaserna är det naturgas som konsumeras i störst omfattning. Från att ha varit en biprodukt vid raffinering och oljeutvinning har den seglat upp som världens tredje viktigaste energikälla. Gasol utvinns också i samband med oljeutvinning samt olika raffineringsprocesser. Biogas och deponigas är till skillnad mot ovan nämnda gaser förnybara energikällor, och därmed bidrar de inte med något nettoutsläpp av koldioxid. Biogas bildas då organiskt material bryts ner under anaeroba (syrefria) kontrollerade former. Deponigas är en typ av biogas som bildas på soptippar (deponier) när avfallet bryts ned. Fordonsgas är antingen biogas, naturgas eller en kombination av de båda. Fordonsgas används som drivmedel.

Vid förbränning av alla energigaser frigörs växthusgasen koldioxid, dock i avsevärt mindre utsträckning än vid förbränning av olja och kol. Svaveldioxid, tungmetaller, kolväten och sot frigörs däremot inte från de flesta gaser.

Naturgas
Naturgas, den vanligast förekommande energigasen, är en organisk produkt som bildas på samma sätt som kol och olja. Den naturgas som utvinns för energiändamål idag bildades för 50 till 400 miljoner år sedan. Den har sitt ursprung i olika typer av levande organismer, till exempel högre växter, plankton, bakterier och alger. Från början ansågs naturgas endast vara en biprodukt vid oljeutvinning, men har idag vuxit till den tredje största energikällan i världen efter olja och kol.

Framställning
Naturgas består till största delen av metan, CH4, som är den lättaste, enklaste och väterikaste av alla kolväten. Utöver metan innehåller naturgas mindre mängder av andra lätta kolväten som etan, propan och i vissa fall även butan.

Naturgas utvinns antingen direkt ur separata gasfyndigheter i jordskorpan eller i samband med oljeutvinning. I de flesta oljefyndigheter finns nämligen mängder av gaser blandat med oljan. Genom att trycket på oljan sänks till atmosfärstryck då oljan pumpas upp till jordytan så avgår stora mängder av de lättflyktiga kolvätena.

Naturgasen innehåller vid utvinning vissa föroreningar och vattenånga. Rå naturgas kan också innehålla en viss mängd kväve. Är halten kväve hög kan gasen vara så gott som oanvändbar. Innan naturgasen distribueras bearbetas den, varvid vatten, tyngre kolväten och annan barlast separeras. Efter behandling innehåller gasen nästan bara lätta kolväten, varav 90 till 99 procent metan.

Var finns naturgasen?
De kommersiellt utvinningsbara reserverna av naturgas uppgick i slutet av år 2011 till 208 400 miljarder kubikmeter och beräknas räcka i 65 år om användningen fortsätter i samma takt som idag. Huvuddelen av reserverna finns i de forna Sovjetrepublikerna samt i Mellanöstern.

Utvinningen av naturgas är starkt koncentrerad till Ryska federationen och Nordamerika, vilka tillsammans svarade för drygt 45 procent av den totala naturgasproduktionen år 2011. Knappt 0,9 procent av jordens naturgasreserver finns inom EU-länderna. I Europa är det Norge och Nederländerna som har den största produktionen av naturgas. Till följd av geografiska skillnader i utbud och efterfrågan sker en omfattande handel med naturgas. Naturgasanvändningen har vuxit snabbt under det senaste decenniet och har globalt sett ökat med mer än 50 procent de senaste 20 åren.

Förbränningsegenskaper
För att utvinna värme genom förbränning måste luft tillföras naturgasen. För effektiv förbränning skall blandningen av naturgas och luft bestå till 10 procent av naturgas och 90 procent av luft. Gasen brinner med blå, helt sotfri låga under det att koldioxid och vatten bildas. Naturgas har en hög andel väte i förhållande till kol vilket ger mer vatten och mindre koldioxid än vid förbränning av tyngre kolväteföreningar som olja och kol. Energiinnehållet varierar beroende på var gasen härstammar ifrån. Nordsjögasens energiinnehåll brukar variera mellan 10 och 11 kWh per m3. Det motsvarar ungefär energiinnehållet i en liter olja.

Vid förbränning av naturgas kan rökgastemperaturerna i kanaler och skorsten hållas låga eftersom naturgas praktiskt taget inte innehåller något svavel. Låg rökgastemperatur minskar även energiförlusterna. Ytterligare fördelar med förbränning av naturgas är att den inte ger upphov till sot och aska. Rökgaserna består främst av vattenånga och koldioxid samt mindre mängder kväveoxider. Koldioxidutsläppen är mellan 25-40 procent lägre än för olja och kol per energienhet, medan kväveoxidutsläppen är cirka 40 procent lägre. Naturgasen i sig är en växthusgas, varför läckage från ledningar måste minimeras.

Naturgasen i Sverige
I Sverige påbörjades naturgasanvändning i större skala år 1985 genom import från Danmark. Danmark är än idag det land från vilken den största importen av naturgas sker. Naturgasanvändningen är främst koncentrerad till sydvästra Sverige, där naturgasen idag svarar för en stor del av energibehovet. Att användningen är koncentrerad dit beror på att stamledningen löper från Trelleborg upp till Stenungsund, med en avgrening mot Gnosjö.

Naturgasanvändningen ökade snabbt från 1985 fram till början på 1990-talet för att sedan plana ut. Användningen inom el, fjärrvärme och gasverk har ökat kraftigt de sista åren, från 2,9 TWh år 2008 till 9,5 TWh år 2010. Den svenska importen av naturgas uppgick år 2010 till cirka 17,7 TWh. Bland användarsektorerna stod industrin (inkl. sektorerna el, fjärrvärme och gasverk) för 84 procent och bostadssektorn för 6 procent av användningen. En liten andel naturgas används som fordonsbränsle.

Import
Större delen av importen av naturgas till Sverige kommer från de danska naturgasfälten Tyra och Harald i Nordsjön. En mindre del kommer även från Tyskland. All gas kommer via en sjöledning som går mellan Dragör i Danmark och Klagshamn söder om Malmö.

Distribution
Naturgasen transporteras i huvudsak i gasledning, men gasen kan för längre transporter kondenseras till vätska innan transporten sker (Liquified Natural Gas).

Naturgassystemet i Sverige kan delas upp i följande huvuddelar:

  • Transmissionsnät
  • Mät- och reglerstationer
  • Distributionsnät
  • Lager

Transmissionsnätet består av stålrör nedgrävda under jord. Här sker de långa transporterna under högt tryck, mellan 50 och 65 bar. Trycket sänks sedan till mellan 4 och 30 bar i mät- och reglerstationerna. Gasen når sedan distributionsnätet. Distributionsledningarna har mindre dimensioner och via dessa når gasen användaren.

Det svenska transmissionsnätet för gas sträcker sig från Dragör i Danmark till Stenungsund fem mil norr om Göteborg. Transmissionsnätet ägs till största delen av Swedegas (som nu ägs av EQT Infrastructure).

Aktörer på naturgasmarknaden
Marknaden i Sverige domineras av ett fåtal aktörer, som i de flesta fall har såväl nät- som handelsverksamhet, som bedrivs genom olika företag. På den svenska naturgasmarknaden finns idag 6 gasnätsföretag och fem gashandelsföretag. Swedegas AB som äger stora delar av transmissionsnätet sålde nästan all naturgas som användes i Sverige fram till och med slutet av 2004. Sedan såldes handelsverksamheten till tyska Ruhrgas, norska Statoil, danska Dong samt finska Fortum. Övriga aktörer på den svenska marknaden är Dong Sverige AB, Öresundskraft AB, Göteborg Energi AB, Lunds Energi AB, E.ON Sverige AB och Varberg Energi AB.

Samtliga företag köper in naturgas dels för egen förbrukning och dels för vidareförsäljning till slutkunder. De äger också distributionsnät för naturgas.

Systemansvaret för transmission och distribution överfördes under 2012 från Svenska Kraftnät till Swedegas AB. Systemansvaret innebär bland annat ansvar för att övervaka naturgassystemet, att planera in- och utmatning av naturgas och vid behov vidta åtgärder för att upprätthålla balansen, samarbeta med andra systemansvariga i grannländerna etc. Under 2013 planeras även att Swedegas skall ta över balansansvaret från Svenska Kraftnät.

Utbyggnader
En utbyggnad av naturgassystemet i Norden och Sverige undersöks i flera projekt. Då Sverige har en strategiskt viktig position mellan naturgasproduktionsområdena i Norge och Ryssland, finns flera intressenter för en utbyggnad av ledningsnätet i Sverige. Syftet med ledningsnätet skulle vara en sammankoppling mellan de norska och ryska produktionsområdena.

E.ON Gas planerar en ny gasledning från Rostock i Tyskland till Fredshög i Skåne. Ledningen ska förse Sverige med tysk naturgas.

Svenska aktörer på naturgasmarknaden arbetar för en utbyggnad av naturgasnätet till Mälardalen. E.ON har inlett arbetet för att i första hand förlänga ledningsnätet till Jönköping, men även en fortsatt utbyggnad via Linköping och Norrköping upp till Bergslagen. Framförallt de tunga industrierna i Bergslagen är öppna för att använda naturgas. Ett alternativ till ett utbyggt ledningsnät är mottagningsstationer för flytande naturgas LNG (Liquified Natural Gas). Marknaden för flytande naturgas utvecklas i högt tempo och under 2011 färdigställdes en LNG-terminal i Nynäshamn. Terminaler i Lysekil och Göteborg hamn är planerade till slutet av 2013 respektive 2015.

Planer finns också på en naturgasledning från Norge till Sverige. Ledningen skulle i så fall komma via Sydnorge och ansluta till det svenska naturgasnätet på Västkusten.

Belastningsutjämning
För att klara av variationerna i gasförbrukningen över året, och som reserv vid eventuella leveransavbrott, behövs ett gaslager. Lagring av naturgas kan ske i gasform under tryck eller i flytande form, LNG. En lagringsmetod som används bl a på kontinenten är lagring i tomma naturgasfält eller i naturliga bergsformationer på stort djup. Svenska distributörer har tidigare endast haft tillgång till lagringsutrymme i Danmark, men under 2006 öppnades ett naturgaslager i berget Skallen norr om Halmstad. Naturgasen lagras där under högt tryck på 100 till 200 meters djup i ett bergrum som är inklätt i betong och tätat med en stålcylinder. Ett svenskt naturgaslager minskar sårbarheten för avbrott i leveranser samt ökar möjligheten till optimering av inköpen.

Förutom lagring av naturgas är kontrakt om avbrytbara leveranser en möjlighet till belastningsutjämning. Detta innebär att vissa storkunder, t ex industrier, med kort varsel kan koppla om driften till olja under toppbelastning.

För att klara stora effektuttag under de kallaste vinterdagarna kan också en inblandning av propan och luft ske i de lokala distributionsnäten. Detta görs i speciella anläggningar i anslutning till mottagningsstationerna.

Användning av andra gaser
I de områden där naturgas saknas finns kompletterande lösningar, till exempel gasol och biogas. Dessa gaser kan användas vid en förtida inkoppling av nätet innan naturgasen finns i regionen. Man kan också distribuera en blandning av gasol och luft och därmed efterlikna naturgasens förbränningsegenskaper vilket underlättar en övergång till naturgas. Gasol kan också tjäna som beredskapslager vid eventuella avbrott i naturgastillförseln.

Förändringar på naturgasmarknaden
Från den 1 juli 2005 gäller en ny naturgaslag. Lagen syftar till att avreglera naturgasmarknaden på liknande sätt som tidigare skett på elmarknaden. Det innebär en omstrukturering av marknaden där de nya aktörerna är gasanvändare, gasleverantörer, gasproducenter, nätägare, lagerägare samt en ansvarig kontrollmyndighet. Detta innebär bland annat att en juridisk person som bedriver nätverksamhet inte får bedriva handel med gas, vilket medför att befintliga företag på naturgasmarknaden måste separera sina verksamheter i skilda bolag. Den nya naturgaslagen innebär också att sedan 1 juli 2007 har gasanvändarna rätt att fritt välja gasleverantör.

Gasol
Gasol är handelsnamnet för vätskeformig eller kondenserad petroleumgas, LPG (Liquified Petroleum Gas), och består huvudsakligen av antingen propan eller butan eller en blandning av dessa, till skillnad från naturgas som till största delen består av metan. Gasol är i stort sett luktfri, men för att kunna varna för eventuella läckage tillsätts luktmedel. Även metanol tillsätts för att binda vatten.

Framställning
Gasol utvinns direkt i samband med olje- och naturgasutvinning samt vid raffinering av råoljor. Utvinningen går till så att när olja pumpas upp från råoljereservoaren sänks trycket till atmosfärstryck, och de lättflyktiga kolvätena så som etan, propan och butan avgår. Kvar i den stabiliserade råoljan finns fortfarande en viss mängd lättflyktiga gaser, vilka tas till vara vid råoljedestillationen.

Den största delen av den gas som bildas vid raffinering uppstår vid så kallad krackning. Krackning innebär att råolja hettas upp till så höga temperaturer att molekyler med många kolatomer bryts ned i mindre delar. Då oktantalet höjs på bensin genom så kallad reformering frigörs också stora mängder gasol, närmare bestämt cirka 5 viktsprocent räknat på bensinvikten. Sammanfattningsvis ger en enkel raffinering, vilket innebär krackning, destillation och reformering, cirka 30 kilo gasol per ton råolja, medan raffinering med högt utbyte av bensin kan ge cirka 40 kilo gasol per ton råolja.

Förbränningsegenskaper
Fördelarna med gasol är att det är ett rent bränsle som är enkelt att hantera och reglera. Då gasol förbränns bildas koldioxid och vatten och det sker inga utsläpp av svaveldioxid, tungmetaller, kolväten eller sot. Koldioxid- och kväveoxidutsläppen är i stort sett desamma som för naturgas.

En risk vid användning av gasol är att explosiva blandningar uppkommer vid läckage, då gasol är tyngre än luft och därför lätt kan ansamlas i hålrum. Endast en liten mängd gasol krävs för antändning vid rätt luftförhållande. Energi¬innehållet i 1 kg gasol är 12,8 kWh och motsvarar energiinnehållet i 1,2 liter eldningsolja 5.

Gasolen i Sverige
Gasol är ett mångsidigt bränsle som kan användas för bland annat uppvärmning och i industriella processer. Järn- och stålindustrin, verkstads-, massa- och pappers-, textil-, livsmedels- och glasindustrin har länge varit stora förbrukare.

Under flera år ökade användningen av gasol i fjärrvärmeverken i jakten på miljövänligare bränslen. Den trenden har dock vänt de senaste åren beroende på en allt större användning av biobränslen.

En betydande användning är dessutom raffinaderiernas interna förbrukning och den petrokemiska industrins användning. I övrigt används gasol ibland som substitut för stads- eller naturgas, som högkomponent i motorbensin samt som bränsle för fritidsändamål.

År 2010 användes 4 TWh gasol inom industrin, 1,1 TWh inom bostads- och servicesektorn samt knappt 0,2 TWh till el- och fjärrvärmeproduktion (se diagram). Till Sverige kommer en stor del av gasolen från Nordsjön och från inhemska raffinaderier.

Distribution
Idag finns flera leverantörer på den svenska gasolmarknaden. Vid normala temperaturer är gasol en gas men den är lätt att komprimera till vätska. Det innebär att den med lätthet kan distribueras i tryckbeständiga tankvagnar och flaskor. I Sverige finns en rikstäckande distribution och eftersom gasol kan transporteras via landsväg och järnväg nås marknader som inte naturgasnätet täcker.

Biogas
Biogas kallas den gas som bildas då organiskt material bryts ned av metanproducerande bakterier under anaeroba (syrefria) förhållanden. Ibland kallas även metangas som framställts genom förgasning av organiskt material, exempelvis skogsmaterial, för biogas. Den typen av gas behandlas inte närmare här.

Vid framställning av biogas erhålls en så kallad rågas som huvudsakligen består av metan och koldioxid. Andelen metan respektive koldioxid beror på produktionssättet och råvaran. Metanhalten kan variera mellan 45 och 85 procent och koldioxidhalten mellan 15 och 45 procent. Förutom metan och koldioxid kan biogasen också innehålla små mängder av svavelväten, ammoniak och kvävgas.

En skillnad görs mellan gas som framställts genom rötning av organiskt material under kontrollerade former (rötgas) och gas som tagits om hand från avfallsdeponier (deponigas).

Rötgas
Det finns idag ett antal tekniska lösningar för hur en anläggning för produktion av rötgas kan se ut.  Processens utformning beror av vilken typ av råmaterial, så kallat substrat, som används.

De olika typerna av substrat kan vara:

  • Avloppsvatten, exempelvis lakvatten eller spillvatten från kommun och industri.
  • Slamformigt material, så som flytgödsel eller avloppsslam.
  • Fast material, vilket till exempel kan utgöras av hushållsavfall eller växtmaterial.

Det finns flera skäl till att ta tillvara på rötgasen då rötgasens båda huvudbeståndsdelar, metan och koldioxid, är växthusgaser. Metan är en cirka 20 gånger starkare växthusgas än koldioxid och genom att tillvarata den kan utsläppen av växthusgaser minska. Ett annat starkt skäl är att utvinna energin i rötgasen.

Vid framställningen av rötgas erhålls även en rötrest som beroende på råvara (gödsel, hushållsavfall mm) kan innehålla en större eller mindre mängd tungmetaller. Rötresten kan, om den inte innehåller några föroreningar, användas som gödsel.

Deponigas
Deponigas är en typ av biogas, som bildas då avfall deponerats och täckts på en soptipp. Värmevärdet för deponigas är dock lägre än för den rötgas (biogas) som bildats under kontrollerade former. Deponigasen består till största delen av metan (25-55 procent) och koldioxid (25-40 procent), men också av ett stort antal organiska spårämnen och olika svavelföreningar samt små mängder kväve, syre och vätgas. Deponigasen sugs ur avfallsupplag genom så kallade gasbrunnar som borras ned i upplagen.

Utvinning av deponigas ur avfallsupplag sker av två skäl, dels för att förbättra miljön och dels för att utvinna energi. De lokala problemen är främst att dålig lukt sprids kring avfallsupplaget om deponigasen inte tas om hand. Ett globalt problem som uppstår om inte gasen tas om hand är dess bidrag till växthuseffekten. Metanbildningen kan fortgå i upp till 100 år efter det att upplaget avslutats, även om mängden gas avklingar med tiden.

Under de senaste åren har mängden deponerat material minskat. Anledningen till minskningen är att såväl återvinningen av material som avfallsförbränningen har ökat. Att återvinning och källsortering sker i större utsträckning kan till stor del förklaras med att en skatt på deponiavfall infördes 2001 samt förbudet mot att deponera organiskt material som gäller från år 2005.

Produktion
Biogasen i Sverige utvinns till största delen från reningsverk. Produktionen från deponier utgjorde tidigare en betydande del men har minskat på grund av minskad deponering av avfall. Biogasproduktionen beskrivs också i kapitel 7.5 ”Energi från avfall”. År 2011 fanns 233 biogasproducerande anläggningar i landet, merparten på reningsverk. Den totala biogasproduktionen uppgick år 2011 till ca 1,5 TWh.

Förutom utveckling av tekniken för rötning av jordbruksgrödor är så kallad samrötning ett intressant alternativ. Samrötning innebär att flera substrat rötas tillsammans, vilket kan ge en ökad metanhalt.

Användning
Biogasen är brännbar tack vare dess metaninnehåll. Metan brinner vid en blandning av 5-15 volymprocent i luft. Jämfört med naturgas innehåller biogas (som inte är uppgraderad) och deponigas stora mängder koldioxid. Värmevärdet är därför lägre än för naturgas och beroende av metaninnehållet. Värmevärdet för obehandlad biogas ligger mellan 5-8 kWh/Nm3. Nm3 står för normalkubikmeter och betyder 1 m3 gas vid 1,01 bar och 0 grader C.

Tidigare har biogasen i Sverige främst använts för värmeproduktion men det uppstod ett skifte år 2010. Under 2011 uppgraderades 50 procent av den totala produktionen till fordonsgas 38 % användes till värmeproduktion. Att producera värme från biogas är en enkel process som, förutom torkning, inte kräver någon förbehandling av rågasen. Vanligast är att värmeproduktionen sker direkt i biogasanläggningen och värmen utnyttjas till uppvärmning av närliggande bebyggelse eller distribueras ut i fjärrvärmenätet.

En liten del av biogasen används också för kraftvärmeproduktion där både värme och el genereras. Detta är ett effektivt sätt att utnyttja gasens energi men kräver vanligen att rågasen, förutom att torkas, också renas från föroreningar som svavelväten och klorerade kolväten.

Som nämnts ovan uppgraderas idag 50 procent av biogasen för att kunna användas som fordonsbränsle. Detta är ett användningsområde som går snabbt framåt. För att biogas ska kunna användas som bränsle krävs en förbehandling som syftar till två saker. Dels måste rågasen uppgraderas, det vill säga det mesta av koldioxiden måste avlägsnas. Dessutom måste vatten och eventuella föroreningar renas bort. Efter behandlingen har biogasen en metanhalt på 95-99 procent och kan distribueras tillsammans med naturgas. Under 2011 användes 734 GWh biogas som fordonsbränsle. Uppgraderad biogas har ungefär samma energivärde som naturgas, det vill säga omkring 11 kWh/Nm3.

 

Referens:
ÅF Energi- och miljöfakta