הגז הטבעי עלה לאחרונה לכותרות העיתונים מסיבות רבות. המצאותם של שדות גז נרחבים אל מול חופי ישראל מאפשרת לישראל להשתחרר מתלות כובלת במקורות חיצוניים. השימוש בגז טבעי כמקור אנרגיה הולך ומתרחב בעולם כולו. מהו הגז הטבעי? כיצד הוא נוצר? למה השימוש בו טוב יותר? ולמה הוא מתחבא לו אי שם במעמקי האדמה שמתחת לים, ולא פורץ לו החוצה כמו כל בועת אוויר במים? איך כורים אותו? איך מובילים אותו? איך מפיקים ממנו אנרגיה? האם רכב שמונע על גז עדיף על רכב המונע על דלק? הכתבה שלפנינו תעסוק בנושאים אלו ועוד.

גז טבעי הולך ומתפשט בעולם כמקור לאנרגיה זולה וזמינה. מדינות רבות בעולם כורות את הגז ממעמקי האדמה ומשתמשות בו כדי לייצר חשמל ולהניע כלי רכב. צפון אמריקה רוסיה ואיראן הן היצרניות הגדולות בעולם של גז טבעי.

אז מהו הגז הטבעי? גז טבעי מכיל בעיקר חומרים שנקראים מתאן ואתאן. חומרים אלו הם פחמימנים כלומר עשויים מהיסודות פחמן ומימן. המתאן בנוי ממולקולות שבהן אטום אחד של פחמן המחובר ל 4 אטומי מימן. באתאן 2 אטומי פחמן המחוברים בינהם, וכל אחד מהם מחובר ל 3 אטומי מימן, סה"כ 2 פחמנים ו 6 מימנים. גז טבעי מכיל גם מעט פרופאן (3 פחמנים, 8 מימנים) ובוטאן (4 פחמנים, 10 מימנים) שתערובת שלהם מהווה את גז הבישול שלנו, ובנוסף כמויות קטנות של פחמימנים ארוכים יותר, אך אלו נהפכים לנוזל כאשר הם נשאבים אל פני הים. נפט, דרך אגב, מכיל בעיקר פחמימנים ארוכים עוד יותר וחומרים אחרים שלא נדון בהם כאן.

הנוסחא הכימית של המרכיבים העיקריים של הגז הטבעי. תמונה זו מבוססת על תמונות שנלקחו מויקיפדיה.

המשותף לכל הפחמימנים הללו הוא שאפשר לשרוף אותם כלומר להרכיב אותם עם חמצן ולקבל בתגובה מים, פחמן דו חמצני, וחום. הרבה חום.

חום +CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2

בחום שנוצר אפשר להשתמש כדי להפיק חשמל. תחנות החשמל המודרניות מפיקות חשמל בשיטת המעגל התרמודינאמי המשולב. הסבר: בשלב הראשון שריפת הגז הטבעי משמשת ישירות להנעת בוכנה (טורבינה) מייצרת חשמל, כמו במנוע שריפה רגיל של מכונית (התפשטות הגז דוחפת בוכנות שמסובבות את הגלגלים). בשלב השני החום, המים והפחמן הדו-חמצני הנוצרים ונפלטים בלחץ בתהליך השריפה, יוצרים קיטור אשר בתורו משמש גם הוא לסובב טורבינה. בשיטה זו מנוצלים גם הגז וגם תוצרי שריפתו ליצירת חשמל, וכך יעילות התהליך עולה משמעותית.

עכשיו שאנו יודעים ממה מורכב הגז, כדאי לנסות ולהבין איך הוא נוצר וכיצד הגיע לאותם מאגרים תת קרקעיים. ובכן, גז טבעי נוצר בדרך הדומה מאוד לנפט. הסיפור מתחיל בחומר אורגני, צמחיה ובע"ח שהיו מצויים על הקרקע או בים לפני כמה מאות מיליוני שנים בעידן הקרבוני (פחמני) והפרמיאני. בע"ח וצמחים אלו מתו ובשרידים שלהם "התנחלו" חיידקים. החיידקים הללו מתמחים בפירוק חומר אורגני שמורכב ברובו משרשרות ארוכות של פחמן חמצן מימן וחנקן, לחומרים פשוטים יותר ולמתאן. חידקים אלו שקעו ביחד עם החומר האורגני אל מתחת לאדמה בתהליך גיאולוגי טבעי של שקיעת קרקע (סדימנטציה). עד לעומק בינוני מתחת לקרקע החיידקים ממשיכים לפרק את החומר האורגני ולייצר עוד מתאן - זהו ה"מתאן הביוגני". בנוסף, ככל שמעמיקים אל מתחת לקרקע החום והלחץ הולכים ועולים וגורמים לפירוק של החומר האורגני לפחמימנים פשוטים וקצרים יותר. לבסוף, בעומק של יותר מ 5 קילומטר, החום והלחץ הגבוהים הופכים את הפחמימנים לכל כך לא יציבים שהם אינם יכולים להישאר כנוזל והם "מתפצחים" ("crack") לפחמימנים קצרים מאוד והופכים לגז, בעיקר למתאן - "מתאן תרמי". כך בעצם אפשר למצוא מאגרי "גז ביוגני" בעמקים קטנים עד בינוניים (בערך כרבע ממאגרי הגז בעולם), ומאגרי "גז תרמי" בעמקים בינוניים עד גדולים.

צפיפותו של הגז הפחמימני נמוכה מצפיפות הקרקע שבתוכה הוא נוצר ולכן באופן די צפוי הוא נודד בתוך האדמה עד שהוא נכלא תחת שכבת סלע אטומה כמו אויר בבלון. אל שכבת הסלע הזו מגיעות המקדחות הארוכות שלנו, וברגע שהן פורצות אותה, נפלט הגז החוצה ולמעלה בלחץ. את הגז אוספים בצינורות ומובילים לאתרי היעד כמו תחנות כוח, מפעלים וכו'. לעיתים הגז שנכרה מספיק נקי כדי להגיע ישירות למשתמש הקצה. לרוב הגז מגיע כתערובת ומכיל פחמימנים נוזליים ("גז רטוב") שאותם צריך להפריד, אדי מים שאותם צריך לספוח כדי לייבש את הגז, ואף תרכובות גפרית רעילות ואז הוא נקרא "גז חמוץ". "גז חמוץ" כזה צריך לעבור תהליך של "המתקה" שבו הוא מנוקה מהתרכובות הרעילות הללו. טכנולוגיות מודרניות של קירור ודחיסה מאפשרות "הנזלה" של הגז על מנת להעבירו לאזורים ללא גישה לצינורות, אך שיטות אלו דורשות אנרגיה רבה שבד"כ מופקת מהגז עצמו (בערך כ 25% מהאנרגיה הפוטנציאלית של הגז), ולכן גז כזה יקר בשיעור ניכר מגז המובל בצינורות.

לסיכום, השימוש בגז בעולם כמקור עיקרי לאנרגיה ולהפקת חשמל הולך ומתרחב. בין היתרונות של שימוש בגז טבעי ניתן למנות את יעילות ההובלה שלו בצינורות, ונקיון יחסי מרעלים המשתחררים בשרפה שמפחית את דרגת זיהום האויר. יש המציעים להשתמש במאגרי גז שהדלדלו על מנת לאחסן את עודפי הפחמן הדו-חמצני שמייצרת האנושות בהשתמשה בגז. בארץ, גילוי המאגרים יכול, בהתווית מדיניות נכונה, להביא לשיפור משמעותי באיכות חייהם של התושבים. ולגבי הרכב, אם כבר מדברים על שיפור באיכות חיים, אז אני בכלל ממליץ לרכב על אופניים...

קישורים למידע נוסף:
גז טבעי באתר של משרד האנרגיה והמים
גז טבעי באתר של אנציקלופדיה בריטניקה


ד"ר חיים חביב
המחלקה לכימיה ביולוגית

מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

0 תגובות