Maakaasu

Maakaasu eli luonnonkaasu on tavallisesti lähes kokonaan metaanista (CH₄) koostuva kaasu, joka on merkittävä fossiilinen polttoaine asuntojen lämmityksessä ja sähköntuotannossa. Maakaasu on syntynyt ajan saatossa biomassan hajotessa maan uumenissa anaerobisen bakteeritoiminnan ja maaperän lämmön vuorovaikutuksesta. Metaanin lisäksi maakaasussa on pieniä määriä etaania, propaania, butaania, pentaania sekä muita raskaampia hiilivetyjä ja toisinaan typpeä ja heliumia. Maakaasun CAS-numero on 8006-14-2. Maakaasua saadaan maakaasu- ja öljyesiintymistä sekä liuskekivestä, joita sijaitsee maankuoressa maalla ja merellä. Ei-fossiilista, anaerobisten bakteerien biomassasta tuottamaa metaania kutsutaan biokaasuksi erotuksena maakaasusta.^[1]

Maakaasu jalostetaan ennen teollista käyttöä maakaasunjalostuslaitoksessa, jossa siitä poistetaan kaikki muut yhdisteet kuin metaani. Maakaasun jalostus on huomattavasti yksinkertaisempaa kuin öljyn jalostus. Puhdistettu maakaasu on väritön ja hajuton heikosti sinertävällä liekillä palava kaasu, jonka lämpöarvo on korkea, 50 MJ/kg kun esimerkiksi kivihiilen on keskimäärin 24,8 MJ/kg. Jalostettua maakaasua voidaan käyttää polttoaineena voimalaitoksissa, ajoneuvoissa, sellaisenaan kotitalouksissa lämmitykseen ja ruoanlaittoon. Maakaasusta voidaan jalostaa nesteytettyä maakaasua (LNG) ja liikennekäyttöön soveltuvaa paineistettua maakaasua (CNG). Metaanin hiilidioksidipäästöt ovat alhaisemmat kuin öljyn tai kivihiilen. Maakaasun jalostuksen sivutuotteita ja metaanista valmistettua vetyä käytetään myös teollisuuden raaka-aineena.^[2]

Tuotantomäärät

Vuonna 2009 maakaasun kokonaistuotanto maailmassa oli noin 3 000 miljardia kuutiometriä (so. 3 000 kuutiokilometriä). Tästä Yhdysvallat ja Venäjä kumpikin tuottivat noin 20 %, vajaat 600 miljardia kuutiometriä. Iran tuotti 200 miljardia ja EU, Kanada ja Norja kukin yli 100 miljardia kuutiometriä.^[3]^[4] Vuonna 2010 Yhdysvalloista tuli maailman suurin maakaasun tuottaja.^[5]

Jalostaminen

Nesteytetty maakaasu (LNG)

Pääartikkeli: Nesteytetty maakaasu

Jäädyttämällä maakaasu −160 °C:n lämpötilaan se saadaan nestemäiseen olotilaan nesteytetyksi maakaasuksi (lyh. LNG, engl. liquefied natural gas). LNG:n tilavuus on noin kuudessadasosa normaaliolotilassa olevan kaasun tilavuudesta. Tonni LNG:tä vastaa 1 370 kuutiometriä maakaasua. Nesteytettyä maakaasua voidaan kuljettaa putkiverkoston ulkopuolelle laiva- tai rekkakuljetuksina. Käyttökohteissa LNG höyrytetään kaasuksi.^[6]

LNG on metaania, jonka oktaaniluku on 130 ja lämpöarvo 13,7 MWh/tn (vrt. raskas polttoöljy 11,4 MWh/tn). LNG on turvallinen polttoaine. Mahdollisen vuodon tapahtuessa LNG höyrystyy välittömästi. Höyrystynyt kaasu on ilmaa kevyempi, noin puolet ilman tiheydestä. Nestemäisenä LNG ei räjähdä, koska sen syttymislämpötila on korkeampi kuin öljypohjaisilla polttoaineilla.

Paineistettu maakaasu (CNG)

Paineistettu maakaasu on liikennekaasua, jota käytetään kaasuautojen polttoaineena (lyh. CNG, engl. compressed natural gas). Maakaasun painetta nostetaan hyvin korkeaksi (200 baariin), näin kaasu saadaan pienempään tilaan.

Siirtoputkisto ja kuljetus

Maakaasua siirretään paineistetuissa putkissa kaasukentiltä käyttökohteeseen^[7]. Nesteytettyä maakaasua voidaan kuljettaa erikoisvalmisteisissa laivoissa ympäri maailmaa.

Suomessa luonnonkaasuihin erikoistunut Gasum Oy omistaa 1 186 kilometrin pituisen kaasuputkiverkoston, jota pitkin kaasua tuodaan Suomeen. Maakaasun ohella biokaasun merkitys kotimaisena energiana kasvaa tulevaisuudessa.^[8]

Maakaasun siirtoverkoston tärkeimmät osat ovat siirtoputkisto venttiiliasemineen, kompressoriasemat ja maakaasun luovutuspisteissä sijaitsevat paineenvähennysasemat. Maakaasu siirtyy käyttöalueiden läheisyyteen maanalaisissa siirtoputkistoissa, jotka asennetaan noin 1–2 metrin syvyyteen ja niiden sijainti merkitään maastoon valkoisin muovipylväin joiden yläosassa on keltainen tunnuslaatta. Nykyisissä siirtoputkissa kaasun paine on noin 30–54 baaria, mutta uusia putkia rakennetaan myös 80 baarin paineelle.^lähde? Putket ovat raskaita ja kestäviä teräsputkia, jotka ovat pinnoitettu polyeteenimuovilla. Pinnoitteen korroosiosuojausta täydennetään katodisella suojausjärjestelmällä.

Gasum edistää aktiivisesti omilla investoinneilla maakaasun siirtoverkoston laajentumista. Gasum vastaa itse maakaasuverkoston laajentamiseen ja ylläpitoon kuuluvista suunnittelu- ja rakentamistöistä. Maakaasurakentamisessa otetaan erityisen tarkkaan huomioon ympäristöseikat ja turvallisuus. Siirtoverkosto kehitetään niin, että siirtokapasiteetti ja toimitusvarmuus nykyisiin ja tulevaisuuden käyttökohteisiin on aina varmistettu.

Venttiili- ja linkkiasemat

Siirtoputkistoon asennetaan noin 8–32 kilometrin välein venttiiliasemia, joiden linjasulkuventtiileillä voidaan katkaista kaasun siirto ja jakelu sekä tyhjentää putki maakaasusta ulospuhaltamalla täysin. Siirtoputkiston venttiiliasemat lisäävät putkiverkoston käyttöturvallisuutta. Linkkiasemat välittävät siirtoverkoston varrelta valvonta- ja hälytystiedot keskusvalvomoon maakaasuverkoston omaan tiedonsiirtojärjestelmään. Ne sijaitsevat aina venttiiliasemien lähellä.

Kompressoriasemat

Kompressoriasemien avulla nostetaan maakaasun painetta ja lisätään siis maakaasuverkoston siirtokapasiteettia. Gasumin Suomen kompressoriasemat ovat Imatralla, Kouvolassa ja Mäntsälässä. Kompressorien käyttötarve riippuu kokonaisuudessaan siirtoputkiston painetilanteesta, johon vaikuttaa maakaasun vuorokautinen menekki, käytön jakautuminen verkoston alueella ja tulopaine.

Paineenvähennysasemat

Siirtoputkistosta maakaasu johdetaan paineentasausasemille, joiden tehtävänä on alentaa siirtoputkiston paine asiakkaalle käyttöön sopivaksi. Paineenvähennysasemat ovat aina aidattuja ja ne on varustettu kaasuvuotohälyttimillä, erilaisilla automaattisilla turvalaitteilla ja kaukovalvontalaitteistolla sekä aseman ulkopuolella olevalla isolla pääsulkuventtiilillä. Siirtoverkostossa on jopa 131 paineenvähennysasemaa.

Maakaasun käyttökohteet

Energiantuotanto

Suurin osa maakaasusta käytetään polttoaineena tehtaissa ja kaasuturbiinivoimalaitoksissa. Kaasu palaa puhtaasti, koska siinä ei ole esimerkiksi rikkiä ja raskasmetalleja eikä palamisessa vapautuvia kiinteitä epäpuhtauksia. Tuhkaa ei synny ollenkaan kaasumaisen olomuodon ansiosta. Poltto synnyttää kuitenkin hiilidioksidipäästöjä. Saman lämpömäärän tuottamisessa syntyy 30 % vähemmän hiilidioksidia kuin öljyä poltettaessa ja 45 % vähemmän kuin kivihiilellä.^lähde?

Lämmitys ja ruoanlaitto

Maakaasua käytetään laajalti muun muassa Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Manner-Euroopassa, Venäjällä ja Pohjois-Amerikassa asuntojen lämmittämiseen, käyttöveden lämmittämiseen ja ruoanlaittoon. Esimerkiksi Yhdysvalloissa 51 prosenttia eli 49,1 miljoonaa kotitaloutta käyttivät maakaasua lämmitykseen vuonna 2003. Vuonna 2003 rakennetuista asunnoista 70 prosenttiin lämmitysjärjestelmäksi valittiin maakaasu.^[9]

Liikenne

Maakaasua käytetään jonkin verran polttoaineena henkilöautoissa ja linja-autoissa. Laivojen moottoreita valmistava Wärtsilä on suunnitellut useita maakaasua ja dieseliä tai pelkästään maakaasua käyttäviä moottoreita.^[10] Ympäristön kannalta maakaasun suuri etu laivojen polttoaineena on se, että se ei sisällä lainkaan rikkiä.

Teollisuus

Energian tuotannon ohella maakaasua käytetään myös teollisuuden raaka-aineena. Heliumin tuotannon lähes ainoana lähteenä on maakaasu, josta sitä saadaan jalostuksen sivutuotteena merkittävästi esimerkiksi Yhdysvalloissa, jossa geologinen rakenne on heliumin pakkautumiselle otollinen. Maakaasun vety voidaan erottaa höyryreformoimalla ja se onkin pääasiallinen tapa valmistaa vetyä teollisuuden tarpeisiin. Vetyä käytetään typpilannoitteena käytettävän ammoniakin valmistamiseen Haber-Bosch-menetelmää käyttäen, ja sellaisenaan mitä erilaisimpiin käyttötarkoituksiin.

Käyttäjät

Suurimmat käyttäjämaat

Vuonna 2009 suurimmat maakaasun käyttäjät olivat Yhdysvallat (noin 650 miljardia kuutiometriä), EU (490 mrd.) ja Venäjä (440 mrd.). Suuria kuluttajia ovat myös Iran (140), Japani (95), Kanada (95), Kiina (87), Saudi-Arabia (77), Meksiko (60), Yhdistyneet arabiemiraatit (59), Uzbekistan (53) ja Ukraina (52) ja Intia (51 mrd kuutiometriä). Suomen kulutus oli noin 4 miljardia kuutiometriä.^[11]

Käyttö ja merkitys Suomessa

Porakaivoista veden mukana noussutta metaanikaasua käytettiin Tyrnävän Leppiojan taloissa yli 40 vuoden ajan aina 1960-luvulle saakka. Kaasu johdettiin letkuilla kaivojen päälle rakennetuista kaasukelloista talouskäyttöön. Kaasun lähteenä on Muhoksen suistomaa-aluemuodostuma ja sitä esiintyy myös Limingan Tupoksessa ja Muhoksella.^[12]^[13]^[14]^[15]

Maakaasu muodosti 11 prosenttia Suomen energiankulutuksesta vuonna 2006.^[16] Noin kolme neljäsosaa maakaasusta käytetään sähköä ja kaukolämpöä tuottavissa yhteisvoimaloissa.^[17] Helsingissä sähköstä 49 prosenttia^[18] ja Vantaalla 40,4 prosenttia^[19] tuotettiin maakaasulla vuonna 2006. Kaikki Suomen maakaasu tuodaan Venäjältä.^[16] Maakaasuyhtiö Gasum Oy omistaa Suomen 1 186 kilometrin pituisen maakaasun siirtoputkiston, joka käsittää pääasiassa Kaakkois-Suomen, Pirkanmaan, osan Länsi-Uuttamaata ja pääkaupunkiseudun.^[20] Maakaasun varastointivelvoitteet täytetään maakaasua korvaavilla polttoaineilla.^[21] Suomessa käytetään hyvin vähän maakaasua suoraan asuntojen lämmittämiseen, mutta epäsuorasti kaukolämpöä ja sähköä tuotetaan runsaasti maakaasulla. Pääkaupunkiseudulla yli 30 000 yksityistä käyttäjää tekee ruokaa maakaasulla ja lähes 300 ravintolaa Helsingissä valmistaa ruoat kaasulla.

Maakaasun käyttäjiä Suomessa on tuhansia. Gasumin maakaasuverkoston pohjoisin kaupunki, jonne maakaasu siirtyy putkessa, on Ikaalinen ja tulevaisuudessa läntisin kaupunki on Naantali.^[22]

Ilmastovaikutus

Maakaasu on fossiiliseksi polttoaneeksi suhteellisen vähäpäästöinen ja aiheuttaa noin 25–30 % vähemmän hiilidioksidia kuin öljy ja 40–45 % vähemmän kuin hiili saman energiamäärän vapauttaessaan.^[23] Muihin tärkeisiin fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna maakaasu aiheuttaa kuitenkin suhteellisesti enemmän päästöjä polttoaineen tuotannon ja kuljetuksen aikana, mikä tarkoittaa, että elinkaaren aikana sen kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 47 % korkeammat kuin suorat päästöt kulutuspaikalta^[24].

Manitoban yliopiston entisen professorin Vaclav Smilin mukaan maakaasun lisääntynyt poltto säästi vuosina 2000–2017 noin 2,8 miljardia tonnia hiilidioksidia verrattuna kivihiilen polttoon. IPCC:n mukaan maakaasun metaani lämmittää ilmakehää 28 kertaa niin voimakkaasti kuin hiilidioksidi 100 vuodessa ja 86-kertaisesti 20 vuodessa^selvennä. Science-lehden tutkimuksen mukaan vuonna 2018 Yhdysvaltain öljy- ja maakaasuteollisuuden metaanivuodot olivat 2,3 % tuotetusta maakaasusta ja 13 miljoonaa tonnia metaania. Yhden arvion mukaan maakaasun ilmastohyödyt verrattuna kivihiileen häviävät, jos vuodot ylittävät 2,8 % tuotannosta. Biogeosciences-lehden tutkijat pystyivät metaanin kemiallisten ominaisuuksien avulla tunnistamaan liuskekaasualkuperän. Lisäksi päästölähteitä on tunnistettu infrapunakameralla.^[25]

Arvio maailman maakaasuvarannoista

Luettelo koskee vuoden 2010 alkuun päivättyjä arvioita.^[26]

Sija	Valtio	Maakaasu- varannot (mrd. m³)	Osuus
—	maailma yht.	190 163	100 %
1	Venäjä	47 570	25,02 %
2	Iran	29 610	15,57 %
3	Qatar	25 470	13,39 %
4	Turkmenistan	7 504	3,95 %
5	Saudi-Arabia	7 461	3,92 %
6	Yhdysvallat	6 928	3,64 %
7	Yhdistyneet arabiemiraatit	6 071	3,19 %
8	Nigeria	5 246	2,76 %
9	Venezuela	4 983	2,62 %
10	Algeria	4 502	2,37 %
11	Irak	3 170	1,67 %
12	Australia	3 115	1,64 %
13	Kiina	3 030	1,59 %
14	Indonesia	3 001	1,58 %
15	Kazakstan	2 407	1,27 %
16	Malesia	2 350	1,24 %
17	Norja	2 313	1,22 %
—	Euroopan unioni	2 250	1,18 %
18	Uzbekistan	1 841	0,97 %
19	Kuwait	1 798	0,95 %
20	Kanada	1 754	0,92 %
21	Egypti	1 656	0,87 %
22	Libya	1 539	0,81 %
23	Alankomaat	1 416	0,74 %
24	Ukraina	1 104	0,58 %
25	Intia	1 075	0,57 %
26	Azerbaidžan	850	0,45 %
27	Oman	850	0,45 %
28	Pakistan	840	0,44 %
29	Bolivia	750	0,39 %
30	Vietnam	680	0,36 %
31	Jemen	479	0,25 %
32	Trinidad ja Tobago	436	0,23 %
33	Argentiina	398	0,21 %
34	Brunei	391	0,21 %
35	Brasilia	364	0,19 %
36	Meksiko	360	0,19 %
37	Thaimaa	342	0,18 %
38	Peru	334	0,18 %
39	Britannia	292	0,15 %
40	Myanmar	283	0,15 %
41	Angola	272	0,14 %
42	Syyria	241	0,13 %
43	Papua-Uusi-Guinea	227	0,12 %
44	Itä-Timor	200	0,11 %
45	Bangladesh	195	0,10 %
46	Saksa	176	0,09 %
47	Puola	165	0,09 %
48	Kamerun	135	0,07 %
49	Mosambik	127	0,07 %
50	Kolumbia	112	0,06 %
—	Muut yhteensä	1 500	0,80 %