Pobierz cały dokument w formacie pdf.

Uwagi na temat kluczowych kwestii dotyczących powietrza i wody

Warsztaty Międzynarodowej Agencji Energetycznej nt. złotych zasad wydobycia gazu ze złóż niekonwencjonalnych

Warszawa, środa 7 marca 2012 r.

I. Jakie są zagrożenia dla środowiska związane z wydobyciem gazu ze złóż niekonwencjonalnych i innych źródeł energii?

Na podstawie własnych doświadczeń ze Stanów Zjednoczonych, Clean Air Task Force (CATF) pragnie zwrócić uwagę na poniższe, kluczowe dla środowiska kwestie dotyczące powietrza i wody:

• Zanieczyszczenia powietrza a klimat. Niewłaściwie zarządzanie gazem wydobywanym z niekonwencjonalnych złóż powoduje zanieczyszczenie powietrza w wyniku:

– uwalniania metanu, podstawowego składnika gazu naturalnego i ważnego gazu cieplarnianego, którego działanie jest 12 razy silniejsze niż dwutlenku węgla i który odpowiada za 1/3 obecnego ocieplenia (zob. wykres 1.);

Wykres 1. Wpływ metanu na równowagę energetyczną Ziemi w 2010 roku na tle dwutlenku węgla oraz innych czynników. Na podstawie: D.T. Shindell et al., "Improved Attribution of Climate Forcing to Emissions", w: „Science" 2009, 326, 716, doi: 10.1126/science.1174760.

– uwalniania substancji odpowiadających za powstawania ozonowego smogu na poziomie gruntu, takich jak tlenki azotu i inne związki organiczne (w niektórych regionach Stanów Zjednoczonych intensywny rozwój wydobycia gazu przyczynił się do powstawania smogu przekraczającego limity ozonu w powietrzu na terenach rolniczych);

– sadzy pochodzącej ze spalania gazu oraz oleju napędowego wykorzystywanego przez maszyny i ciężarówki; a także innych toksycznych emisji do atmosfery, związanych z wydobyciem gazu oraz transportem.

CATF, na podstawie obliczeń Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) oszacowało, że w Stanach Zjednoczonych metan wyemitowany podczas produkcji gazu i ropy naftowej odpowiada w takim stopniu za globalne ocieplenie, co 35% CO₂ emitowanego przez sektor energetyczny (biorąc pod uwagę dwudziestoletni potencjał globalnego ocieplenia) (zob. wykres 2.). Bez uwzględnienia najnowszych danych dotyczących wydobycia gazu łupkowego, przewiduje się, że produkcja gazu na świecie do 2030 roku stanie się największym źródłem antropogenicznego metanu (zob. wykres 3.).

Wykres 2. Emisje w CO₂e (ekwiwalent emisji CO₂) w Stanach Zjednoczonych – porównanie emisji sektora energetycznego, ze spalania węgla z emisjami metanu związanych z gazem, z uwzględnieniem wskaźnika tworzenia efektu cieplarnianego (ang. global warming potential – GWP) w ciągu 20 i 100 lat od emisji. Źródło: CATF na podstawie "2011 US Inventory of GHGs" (EPA).

Większość tych emisji może być łatwo zredukowana za pomocą dostępnych, sprawdzonych technologii, ale jak wskazano poniżej, wiele środków nie jest wymaganych na mocy już obowiązujących bądź dopiero mających wejść w życie regulacji prawnych w Stanach Zjednoczonych – nie uwzględnia ich ani prawo stanowe, ani federalne. Aby zminimalizować te emisje, potrzebne jest opracowanie operacyjnych standardów¹.

Wykres 3. Przewiduje się, że wydobycie gazu na świecie będzie największym pojedynczym źródłem metanu do 2030 roku – nawet według tej analizy, w której nie wzięto pod uwagę gazu łupkowego. Źródło: E. Matthews, "Can Reductions in Emissions of Methane and Black Carbon Provide Swift Climate Responses", Fifth International Symposium on Non-CO₂ Greenhouse Gases (NCGG-5), Wageningen, Holandia, lipiec 2009.

• Skażenie wód gruntowych. Istnieje kilka możliwych sposobów skażenia powierzchni wód podziemnych. Negatywny na zasoby wodne ma przedostanie się do nich płynnych mieszanek chemikaliów, gazu lub metanu. Dochodzi do tego zwłaszcza podczas procesu szczelinowania oraz wydobycia tych substancji na powierzchnię ziemi wskutek: 1) niewłaściwie zaprojektowanych i zarządzanych osłon odwiertów i wadliwego cementu; 2) wibracji gruntu oraz usterek instalacji – odpowiedzialnych za mętną wodę w lokalnych studniach; 3) źle połączonych lub opuszczonych odwiertów; oraz 4) nieidealnych, popękanych podziemnych kanałów wodnych.

Rzeczywiste problemy skażenia wody podczas wydobycia gazu łupkowego są przedmiotem intensywnych rozmów, lecz bez rygorystycznych standardów funkcjonowania liczba zgłaszanych wypadków będzie wzrastać wraz z wzrostem ilości odwiertów.

• Zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Woda wykorzystywana w procesach szczelinowania hydraulicznego, rutynowego wiercenia, a także woda z nieoczekiwanych przebić, która wypływa z odwiertów na powierzchnię, jest skażona licznymi substancjami. Należą do nich: mieszanki płynów używanych do szczelinowania, występujące w przyrodzie węglowodory, substancje wstrzykiwane zaraz po wykonaniu odwiertu w celu jego zabezpieczenia oraz naturalne solanki, często zawierające pierwiastki promieniotwórcze. Prawidłowe funkcjonowanie instalacji, powstrzymanie przed wypłynięciem i utylizacja szkodliwych substancji są niezbędne w utrzymaniu tych płynów z dala od powierzchniowych i podpowierzchniowych źródeł wody.

II. W jaki sposób ten wpływ na środowisko może być złagodzony i o jakich tego kosztach może być mowa?

Emisje do atmosfery

Większość technologii mających na celu redukcję emisji metanu i innych gazów podczas wydobycia zarówno gazu konwencjonalnego, jak i niekonwencjonalnego jest już dostępnych na rynku i są one relatywnie tanie.

Do środków tych należą:

• Rozwiązania redukcji emisji zwane REC (z ang. reduced emissions completions) dla odwiertów niekonwencjonalnych. Wszystko, co wypływa na powierzchnię kierowane jest do urządzeń, które oddzielają gaz. Najszybciej jak to tylko możliwe, gaz musi być wtłoczony do gazociągu w celu sprzedaży i zużycia. Gaz, który w danej chwili nie może być sprzedany, jest spalany.
• Wyeliminowanie spalania gazu towarzyszącemu wydobyciu ropy naftowej. Odwierty tam, gdzie przewiduje się duże ilości gazu nie powinny działać, dopóki nie powstaną gazociągi będące w stanie go odprowadzić.
• Szczelne zawory pneumatyczne, sterowniki i pompy wykorzystujące sprężone powietrze i wychwytujące wyciekające gaz. W izolowanych instalacjach, gdzie koszty zastosowania tego rozwiązania są niewspółmiernie wysokie, muszą być używane niskospadowe kontrolery.
• Suche uszczelnienia sprężarek odśrodkowych.
• Odpowiednie programy wykrywania i usuwania wycieków we wszystkich elementach instalacji (gazociągi, sprężarki, zawory, sprzęt używany w procesach szczelinowania, itd.); właściwe funkcjonowanie urządzeń.
• Kontrola emisji spalin silników.

Jak sugeruje ostatni raport McKinsey'a, redukcja ilości metanu uwalnianego w związku z wydobyciem gazu i ropy naftowej jest jedną z najtańszych opcji zmniejszenia emisji tego gazu do atmosfery. Są to tzw. koszty negatywne (czyli wydatki w rzeczywistości niestanowiące kosztów) ze względu na wartość wychwytywanego przy okazji gazu i wynoszą poniżej 20$ za tonę CO₂e (zob. wykres 4.).

Wykres 4. Redukcja emisji metanu w sektorze paliwowym (ropy naftowej i gazu) jest najmniej kosztowną opcją dostępną na całym świecie. Źródło: Analiza McKinsey and Company wykonana dla ClimateWorks Foundation i European Climate Foundation, maj 2011, tinyurl.com/7gqgja4.

Jednakże trzeba odnotować, że jakość metanu i innych wyprowadzanych gazów często się różni, co sprawia, że dokładne określenie kosztów nie jest możliwe do określenia na tym stadium (zob. wykres 5.). Na wykresie 3. przedstawiono ostrożne szacunki, zakładające niski poziom emisji. Pomiary bazowe są istotnym elementem systemu regulacyjnego.

Wykres 5. Wyniki ostatnich amerykańskich badań sugerują długi cykl życia CO₂e za kWh wyprodukowanej energii z gazu ziemnego. Różnice pomiędzy poszczególnymi analizami wynikają z różnych szacunków wycieków metanu. Dla ułatwienia w powyższych obliczeniach przyjęto 49% wydajność dla elektrowni gazowych i 38% dla węglowych. CO₂e z metanu oszacowano przy użyciu 20-letniego GWP. Źródło: CATF i Worldwatch Institute na podstawie różnych aktualnych amerykańskich analiz.

Ponieważ większość metanu uwalniana jest pod koniec procesu wydobycia (zob. wykres 6.), CATF sugeruje, że "złote zasady" kontrolowania emisji przy wydobyciu gazu ze złóż niekonwencjonalnych powinny uwzględniać poniższe normy:

Realizacja odwiertów

• Uczynienie 100% odzysku gazu z odwiertu stosowaną w praktyce normą, a spalania gazu jedynie rzadkim wyjątkiem. Wycieki gazu do atmosfery powinny zostać wyeliminowane.
• Wyeliminowanie spalania gazu przy wydobyciu ropy naftowej.
• Zagwarantowanie, że flary gazowe – tam, gdzie spalanie jest nieuniknione – mają najwyższą możliwą wydajność, a emisja lotnych związków organicznych, tlenków azotu i sadzy jest zminimalizowana.

Emisje do atmosfery związane z wykorzystaniem sprzętu wiertniczego, pomocniczego, kompresorów i ciężarówek

• Wprowadzenie w ciągu dwóch lat wymagań dla całego sprzętu na olej napędowy, w tym sprzętu podwykonawców, zbliżonych do standardów emisji obowiązujących na amerykańskich drogach od 2007 roku i poza transportem od 2010 roku albo do zasad obowiązujących w Unii Europejskiej.
• Minimalna emisja tlenków węgla z silników (wiertniczych, ciężarówek, sprężarek, itp.) przez nowy sprzęt; stare urządzenia zobowiązane harmonogramem stopniowej redukcji emisji.
• Minimalizacja emisji metanu i lotnych związków organicznych ze sprężarek, urządzeń pneumatycznych, zbiorników kondensacyjnych itp. poprzez standardy zarówno dla nowych, jak i starych maszyn, które generalnie są zgodne z propozycją regulacji prawnych Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) dotyczącymi standardów jakości powietrza dla sprzętu działającego na ropę i gaz (zob. 76 Fed. Reg. 52,738, 23 sierpnia 2011).

Wykres 6. Szacuje się, że większość metanu uwalniane jest przy produkcji ropy naftowej i gazu już na powierzchni ziemi. Źródło: CATF na podstawie danych USEPA.

Ochrona wód gruntowych

W celu ochrony podziemnych wód, CATF sugeruje poniższe "złote zasady":

• Ustanowienie ram zarządzania ryzykiem, z wykorzystaniem podpowierzchniowej charakterystyki geologicznej tak, aby zminimalizować ryzyko przedostania się toksycznych substancji do wód gruntowych.
• Stworzenie systemu monitoringu wód podczas realizacji oraz funkcjonowania odwiertów, bardziej restrykcyjnego niż dla lokalnych studni wody i obejmującego monitoring odwiertów, aby jak najwcześniej wykryć ewentualne wycieki.
• Wprowadzenie wymogu przeprowadzania badań mikrosejsmicznych, gdy planowane są inwestycje na nowych terenach, w celu uzyskania pełnej wiedzy i podziemnych strukturach w planowanym miejscu wydobycia i zapewnienia, że wstrzykiwane substancje nie wydostaną się poza docelową formację skalną.
• Ustalenie norm dla wody wypływającej z odwiertów, mające zagwarantować, że substancje używane do szczelinowania hydraulicznego, wody podpowierzchniowe i uzyskiwane w procesach wydobycia węglowodory oraz płyny z nieoczekiwanych przebić pozostaną odizolowane od środowiska naturalnego i wód podziemnych.
• Zapewnienie, że działania na powierzchni, takie jak wibracje, nie naruszą płytko leżących warstw wodonośnych.

III. Jaką rolę odegra polityka regulacyjna?

Polityka regulacyjna powinna odgrywać główną rolę we wdrożeniu powyższych standardów.

W Stanach Zjednoczonych regulacje federalne dotyczące emisji z produkcji gazu, jego wydobycia i przesyłu zostały niedawno zaproponowane i wkrótce powinnyśmy poznać ich ostateczną wersję. Będą one zawierać tylko część rozwiązań zaproponowanych powyżej i nie wszystkie będą tak rygorystyczne. Przepisy wprowadzane na szczeblu krajowym będą odgrywać ważną rolę, dopóki wydobycie gazu łupkowego będzie miało bardzo duży wpływ na jakość powietrza.

Istnieją natomiast małe szanse na wprowadzenie w Stanach Zjednoczonych ogólnokrajowych regulacji dotyczących wpływu odwiertów na jakość wody.

Jednocześnie luki te są wypełniane przez prawo stanowe oraz dobrowolne zobowiązania inwestorów o różnym rygorze. CATF jest zaangażowane w rozwój takich systemów zobowiązań i, jeśli okażą się przydatne, jest gotowe udostępnić je innym firmom i propagować w innych krajach.

Poza działaniami mającymi na celu ochronę powietrza i wód gruntowych podczas wydobywania gazu łupkowego omawianych w sekcji II zarówno regulacje rządowe, jak dobrowolne zobowiązania podejmowane przed przedsiębiorstwa powinny zawierać następujące elementy:

• System pomiaru aktualnego poziomu emisji do atmosfery w trakcie procesu wydobycia gazu łupkowego i oceny jakości powietrza na danym obszarze, ich zmiany w czasie, a także monitorowanie stanu wody opisane powyżej².
• Monitorowanie i ocena prowadzona przez niezależną organizację, dla zapewnienia zgodności standardów przedsiębiorstwa z ogólnie przyjętymi zasadami. W ramach tego rozwiązania możliwe będzie przeprowadzenie niezapowiedzianych kontroli i wykonywanie niezależnych pomiarów.

IV. Jaka będzie rola gazu łupkowego w przyszłym systemie energetycznym i na ile będzie zależało to od polityki środowiskowej?

Nie ulega wątpliwości, że gaz łupkowy w najbliższych dziesięcioleciach będzie odgrywać główną rolę w światowym zapotrzebowaniu na energię. Ekonomiczne i geopolityczne przesłanki do wydobycia tego gazu są bardzo silne, lecz kwestie związane z metanem, tlenkami azotu, toksynami oraz zanieczyszczeniami wody powinny być rozwiązane. Najlepiej gdyby stało się to z wykorzystaniem powyższych zaleceń, rozwiązanie tych problemów jest kwestią priorytetową.

Wykres 7. Zastąpienie w Stanach Zjednoczonych całej energii z węgla na tę produkowaną z gazu w ciągu 25 lat zredukowałoby amerykańskie emisje z sektora energetycznego o 50% – o wiele mniej niż wymaga się od tej branży w celu ustabilizowania klimatu. Źródło: CATF na podstawie danych EPA.

Podstawowym ograniczeniem w zużyciu gazu dotyczy emisji CO₂ i ich miejsca na światowym rynku energii w przyszłości. Jak wskazano na wykresie 7., zastąpienie wszystkich elektrowni węglowych w Stanach Zjednoczonych elektrowniami gazowymi spowodowałoby zmniejszenie emisji o 50% – niewystarczająco, by ustabilizować ilość CO₂ w atmosferze na bezpiecznym poziomie. Ostatnia analiza, podsumowana na wykresie 8., wykazuje, że ze względu na względnie wysokie potencjalne emisje CO₂, wykorzystanie gazu, nawet z użyciem CCS, rysuje się jako najmniej korzystna technologia służąca ograniczaniu globalnego ocieplenia spośród mogących zastąpić spalanie węgla.

Wykres 8. Z powodu dużych emisji CO₂ zastąpienie węgla gazem ziemnym bez zastosowania CCS wypada najsłabiej wśród innych technologii zmniejszenia ilości dwutlenku węgla, gorzej nawet od spalania węgla z użyciem CCS. Źródło: N.P. Myhrvold i K. Caldeira, "Greenhouses gases, climate change and the transition from coal to low-carbon electricity", 2012, "Environmental Research Letters" 7 014019 (doi:10.1088/1747-9326/7/1/014019).

Jak zauważyła Narodowa Rada ds. Ropy Naftowej (National Petroleum Council), amerykańska grupa doradcza, w ostatnim raporcie "Prudent Development" ("Rozważny rozwój"):

"Jeśli w dłuższej perspektywie wymagana jest duża redukcja emisji gazów cieplarnianych, paliwa kopalne, w tym gaz ziemny, może odgrywać jedynie ograniczoną rolę w zaspokajaniu zapotrzebowania na energię, chyba że podczas jego spalania wykorzystywane będą technologie wychwytywania i składowania CO₂"³ (wyróżnienie CATF).

W świecie, w którym ogranicza się emisje CO₂, rozpowszechnienie się obecnie gotowych już do wprowadzenia na komercyjną skalę technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla zarówno w elektrowniach wykorzystujących węgiel oraz gaz ziemny, będzie elementem krytycznym. Od tego zależeć będzie, czy gaz – ziemny i łupkowy – przeżywać będzie swój "złoty wiek", czy zainteresowanie nim będzie trwać tylko krótką chwilę.

***

Clean Air Task Force (CATF) – organizacja non-profit, której celem jest redukcja zanieczyszczeń atmosfery poprzez dostarczanie rzetelnych badań, udzielanie wsparcia prawnego oraz współpracę z prywatnym sektorem. Powstała w 1996 roku, aby wspierać wcielanie w życie polityki federalnej mającej na celu zmniejszenie zanieczyszczeń z elektrowni węglowych, które powodują choroby układu oddechowego, przyczyniają się do powstawania smogu oraz opadów kwaśnych deszczy. Z czasem CATF naturalnie rozszerzył swoje zainteresowania o tematy związane z zanieczyszczeniami powodowanymi przez transport publiczny oraz o zagadnienia z pogranicza energetyki i zmian klimatu.

Przypisy:

• ocena jakości spalanego i odprowadzanego gazu (na wszystkich etapach procesu wydobycia, a w szczególności podczas odprowadzania i spalania) oraz składu wtłaczanego do rurociągu gazu;
• pomiary emisji ze spalania gazu za pomocą flar;
• pomiary emisji węglowodorów i lotnych związków organicznych z zakładowych zbiorników i innych źródeł lotnych;
• bieżące dane na temat stosowania "zielonych" rozwiązań (np. ile odwiertów je stosuje, a przy ilu we flarach wciąż spalany jest gaz);
• pomiary ilości węglowodorów (w tym metanu) w powietrzu w strefie wydobycia, za pomocą instrumentów, które będą w stanie określić ilość poszczególnych substancji osobno, w celu dokładnego oszacowania emisji w różnych miejscach wydobycia;
• pomiary emisji tlenków azotu i innych drobnych cząstek pyłu.