Khí thiên nhiên

Sử dụng

Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào cho ngành chế biến hóa chất. Là một nhiên liệu gia dụng, nó được đốt trong các bếp ga, lò ga để nấu nướng, sấy khô. Là một nhiên liệu công nghiệp, khí thiên nhiên được đốt trong các lò gạch, gốm và lò cao sản xuất xi măng. Khí thiên nhiên còn được sử dụng để đốt các lò đốt các tua-bin nhiệt điện để phát điện cũng như các lò nấu thủy tinh, lò luyện kim loại và chế biến thực phẩm.
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho ngành hóa dầu để tạo ra các chất hóa dầu. Các chất hóa dầu này được sử dụng làm sản phẩm cơ sở cho việc sản xuất phân đạm, bột giặt, dược phẩm, chất dẻo và nhiều loại hàng hóa khác.Khí tự nhiên có thể được sử dụng để tạo ra khí hydro, với một phương pháp phổ biến là hydro reformer. Khí hydro có nhiều ứng dụng: nó là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp hóa chất, tác nhân hydro hóa, một mặt hàng quan trọng cho các nhà máy lọc dầu và nguồn nhiên liệu trong các phương tiện sử dụng bằng khí hydro.
Ngân hàng Thế giới ước tính rằng hơn 150 km3 khí đốt tự nhiên được đốt hoặc thông hơi hàng năm. Trước khi khí thiên nhiên có thể được sử dụng như một loại nhiên liệu, hầu hết, nhưng không phải tất cả, khí thiên nhiên phải được xử lý để loại bỏ các tạp chất, kể cả nước, để đáp ứng các thông số kỹ thuật. Các sản phẩm phụ của quá trình này bao gồm: ethane, propane, butanes, pentanes và các hydrocarbon có trọng lượng phân tử cao hơn, hydrogen sulfide (có thể được chuyển thành lưu huỳnh tinh khiết), carbon dioxide, hơi nước và đôi khi heli và nitơ.
Thức ăn giàu đạm và thức ăn cho cá được sản xuất bằng cách cho thêm khí thiên nhiên vào vi khuẩn Methylococcus capsulatus trên quy mô thương mại.
Khí thiên nhiên chủ yếu được sử dụng ở Bắc bán cầu. Bắc Mỹ và Châu Âu là những nơi tiêu thụ lớn trên thế giới.

Lịch sử

Người Trung Hoa đã sử dụng khí thiên nhiên khoảng năm 500 trước Công nguyên. Họ phát hiện ra một cách để vận chuyển khí thoát ra từ mặt đất bằng các đường ống dẫn bằng tre đến nơi sử dụng để đun sôi nước muối để trích xuất các muối, ở huyện Tự Lưu Tỉnh của Tứ Xuyên. 
Vào thế kỷ 17, khí thiên nhiên đã được sử dụng để sưởi ấm và chiếu sáng ở miền Bắc Ý. Ở Hoa Kỳ, khí thiên nhiên lần đầu đã được phát hiện ở Fredonia, New York, năm 1825.
Do khí thiên nhiên ở dạng khí (mật độ thấp) khó vận chuyển bằng các phương tiện thông thường, trong lịch sử khí thiên nhiên đã được sử dụng ở các khu vực gần mỏ khí. Khi ngành công nghiệp dầu khí phát triển vào thế kỷ 19 và thế kỷ 20, khí thiên nhiên được phát hiện cùng dầu mỏ (khí đồng hành) từ các mỏ ngầm thường được xử lý như chất phụ phẩm phế thải và thường được đốt bỏ ngay trên giàn khoan. Ngày nay, khí thiên nhiên được vận chuyển thông qua các mạng lưới đường ống dẫn khí rộng lớn hoặc được hóa lỏng và chở bằng tàu bồn.
Đến năm 2009, 66 ngàn tỷ mét khối (hoặc 8%) đã được sử dụng trong tổng số ước tính 850 ngàn tỷ mét khối trữ lượng khí thiên nhiên có thể thu được còn lại.
Dựa trên mức tiêu thụ của thế giới năm 2015 ước tính khoảng 3,4 nghìn tỷ mét khối khí đốt mỗi năm, tổng số trữ lượng khí có thể khai thác kinh tế ước tính còn lại sẽ kéo dài 250 năm với mức tiêu thụ hiện nay. Sự gia tăng hàng năm trong cách sử dụng từ 2-3% có thể dẫn đến dự trữ hiện thu hồi kéo dài ít hơn đáng kể, chỉ còn khoảng 80 đến 100 năm.

Khí thiên nhiên

Trong thế kỷ 19, khí thiên nhiên thường được xem như một sản phẩm phụ của việc sản xuất dầu, vì các chuỗi khí cacbon nhỏ, nhẹ đi ra từ dung dịch khi các chất lỏng chiết xuất trải qua việc giảm áp suất từ hồ chứa xuống bề mặt.
Khí tự nhiên còn dư là một vấn đề xử lý trong các mỏ dầu đang hoạt động. Nếu không được tiêu thụ gần đầu giếng thì nó cực kỳ tốn kém. Thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, khí dư thường được đốt cháy tại các mỏ dầu. Ngày nay, khí dư (hoặc khí bị tồn đọng trong thị trường) liên quan đến việc khai thác dầu thường được trả lại hồ chứa với các giếng phun trong khi chờ thị trường trong tương lai có thể hoặc kìm nén sự hình thành, có thể tăng cường tỷ lệ khai thác từ các giếng khác. Ở những khu vực có nhu cầu khí tự nhiên cao (như Mỹ), đường ống được xây dựng khi có khả năng kinh tế để vận chuyển khí từ giếng khoan đến một người tiêu dùng.
Ngoài việc vận chuyển khí qua đường ống để sử dụng trong việc phát điện, các mục đích sử dụng khác cho khí thiên nhiên bao gồm xuất khẩu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) hoặc chuyển khí thiên nhiên thành các sản phẩm lỏng khác thông qua công nghệ khí hóa lỏng (GTL). Công nghệ GTL có thể chuyển đổi khí thiên nhiên thành các sản phẩm chất lỏng như xăng, dầu diesel hoặc nhiên liệu máy bay phản lực. Một loạt các công nghệ GTL đã được phát triển, bao gồm Fischer – Tropsch (F – T), methanol để xăng (MTG) và syngas cho xăng cộng (STG +). F-T sản xuất một loại dầu thô tổng hợp có thể được tinh chế thêm thành các sản phẩm hoàn chỉnh, trong khi MTG có thể sản xuất xăng tổng hợp từ khí thiên nhiên. STG + có thể sản xuất xăng, dầu diesel, nhiên liệu máy bay phản lực và hóa chất thơm trực tiếp từ khí thiên nhiên thông qua một quá trình đơn. Trong năm 2011, nhà máy F – T của Royal Dutch Shell (140.000 thùng) mỗi ngày đã đi vào hoạt động tại Qatar.
Khí thiên nhiên có thể được “liên kết” (được tìm thấy trong các mỏ dầu), hoặc "không liên quan" (được phân lập trong các mỏ khí tự nhiên), và cũng được tìm thấy trong các mỏ than (như mêtan than). Đôi khi nó chứa một lượng đáng kể etan, propan, butan và pentane - các hydrocacbon nặng được loại bỏ để sử dụng trong thương mại trước khi mêtan được bán dưới dạng nhiên liệu tiêu dùng hoặc nguyên liệu thực vật hóa học không chứa hydrocacbon như carbon dioxide, nitơ, helium (hiếm khi) và hydrogen sulfide cũng phải được loại bỏ trước khi khí thiên nhiên có thể được vận chuyển.
Khí thiên nhiên được chiết xuất từ giếng dầu được gọi là khí vỏ bọc (đã hoặc không thực sự tạo ra các lò xo và thông qua một đầu ra của vỏ bọc) hoặc khí liên quan. Ngành công nghiệp khí thiên nhiên đang khai thác một lượng khí ngày càng tăng từ các loại tài nguyên: khí chua, khí chặt, khí đá phiến và khí mê-tan.
Có một số bất đồng ở các quốc gia có trữ lượng khí lớn nhất. Các nguồn tin cho rằng Nga có trữ lượng lớn nhất đã được chứng minh thông qua CIA Hoa Kỳ (47 600 km³), Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (47 800 km³), và OPEC (48 700 km³). Tuy nhiên, BP ghi nhận Nga chỉ với 32 900 km³, nó ở vị trí thứ hai, sau Iran (33 100 đến 33 800 km³, tùy thuộc vào nguồn gốc). Với Gazprom, Nga thường là nhà khai thác khí tự nhiên lớn nhất thế giới. Các nguồn tài nguyên chính đã được chứng minh (tính bằng km khối) là trên thế giới 187 300 (2013), Iran 33 600 (2013), Nga 32 900 (2013), Qatar 25 100 (2013), Turkmenistan 17 500 (2013) và Hoa Kỳ 8500 (2013).
Người ta ước tính có khoảng 900 000 km³ khí "mới" như khí đá phiến, trong đó có 180 000 km³  có thể phục hồi được. Đổi lại, nhiều nghiên cứu từ MIT, Black & Veatch và DOE dự đoán rằng khí tự nhiên sẽ chiếm một phần lớn hơn của phát điện và nhiệt trong tương lai.
Lĩnh vực khí đốt lớn nhất thế giới là khu vực South Pars / North Dome Gas-Condensate ngoài khơi, được chia sẻ giữa Iran và Qatar. Ước tính có 51.000 km khối khí tự nhiên và 50 tỷ thùng (7,9 tỷ mét khối) khí ngưng tụ tự nhiên.
Bởi vì khí thiên nhiên không phải là sản phẩm tinh khiết, khi áp suất hồ chứa giảm, khí không liên quan được chiết xuất từ một trường dưới điều kiện siêu tới hạn (áp suất / nhiệt độ), các thành phần trọng lượng phân tử cao hơn có thể ngưng tụ một phần. Khi ngưng tụ đẳng nhiệt - một hiệu ứng gọi là ngưng tụ ngược. Chất lỏng do đó hình thành có thể bị mắc kẹt khi các lỗ của bình chứa khí bị cạn kiệt. Một phương pháp để đối phó với vấn đề này là bơm lại khí khô không ngưng tụ để duy trì áp suất dưới lòng đất, để cho bay hơi và chiết tách các chất ngưng tụ. Thường xuyên hơn, chất lỏng ngưng tụ ở bề mặt, và một trong những nhiệm vụ của nhà máy khí là thu gom chất ngưng tụ này. Chất lỏng thu được được gọi là chất lỏng khí tự nhiên (NGL) và có giá trị thương mại.

Khí đá phiến

Khí đá phiến là khí thiên nhiên được sản xuất từ đá phiến sét. Bởi vì đá phiến có độ thấm ma trận quá thấp, không cho phép khí chảy với số lượng kinh tế, các giếng khí đá phiến phụ thuộc vào các khe nứt để cho phép khí chảy. Các giếng khí đá phiến sớm phụ thuộc vào các đứt gãy tự nhiên thông qua đó dòng khí chảy ra; gần như tất cả các giếng khí đá phiến ngày nay yêu cầu “gãy xương nhân tạo” được tạo ra bằng cách bẻ gãy thủy lực. Từ năm 2000, khí đá phiến đã trở thành nguồn khí thiên nhiên chính ở Hoa Kỳ và Canada. Do sản lượng khí đá phiến tăng cao, Hoa Kỳ hiện là nhà sản xuất khí tự nhiên số một trên thế giới. Sau thành công tại Hoa Kỳ, thăm dò khí đá phiến đang bắt đầu ở các nước như Ba Lan, Trung Quốc và Nam Phi.

Khí đốt nhà máy (khí đốt)

Khí đốt nhà máy là một loại nhiên liệu khí dễ cháy được tạo ra bởi quá trình chưng cất phá hủy than. Nó chứa nhiều loại khí nhiệt bao gồm hydro, cacbon monoxit, mêtan và các hydrocacbon dễ bay hơi khác, cùng với một lượng nhỏ khí không nhiệt lượng như carbon dioxide và nitơ, và được sử dụng theo cách tương tự như khí thiên nhiên. Đây là một công nghệ lịch sử và thường không cạnh tranh về kinh tế với các nguồn khí đốt khác ngày nay.
Hầu hết các nhà chứa khí đốt nằm ở phía đông Hoa Kỳ vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 là lò than cốc với sản phẩm đơn giản là làm nóng than bitum trong các buồng kín khí. Khí thải từ than được thu thập và phân phối thông qua mạng lưới đường ống đến nhà ở và các tòa nhà khác, nơi nó được sử dụng để nấu ăn và thắp sáng. (Khí nóng đã không được sử dụng rộng rãi cho đến nửa cuối thế kỷ 20.) Than đá (hoặc nhựa đường) được thu thập ở đáy lò khí đốt thường được sử dụng để lợp mái và các mục đích chống thấm khác, trộn với cát và sỏi được sử dụng cho các đường phố lát đá.

Khí Biogas

Vi khuẩn Metanogenic Archaea chịu trách nhiệm cho tất cả các nguồn sinh học của mêtan. Một số sống trong các mối quan hệ cộng sinh với các dạng sống khác, bao gồm mối, động vật nhai lại và các loại cây trồng. Các nguồn khí mêtan khác, thành phần chính của khí thiên nhiên, bao gồm khí bãi rác, khí sinh học và hydrat mêtan. Khi khí giàu mêtan được tạo ra bởi sự phân hủy yếm khí của vật chất hữu cơ không phải hóa thạch (sinh khối), chúng được gọi là khí sinh học (hoặc khí biogas tự nhiên). Các nguồn khí sinh học bao gồm đầm lầy và bãi chôn lấp, cũng như các chất thải nông nghiệp như bùn thải và phân bón bằng cách xử lý kỵ khí, ngoài quá trình lên men ruột, đặc biệt là ở bò. Khí bãi rác được tạo ra bằng cách phân hủy chất thải tại các bãi rác, loại trừ hơi nước, khoảng một nửa lượng khí thải là khí mêtan và phần lớn còn lại là khí carbon dioxide, với một lượng nhỏ nitơ, oxy và hydro, và lượng thay đổi của hydrogen sulfide và siloxan. Nếu khí không được loại bỏ, áp lực có thể lên cao đến mức nó hoạt động trên bề mặt, gây thiệt hại cho bãi rác, mùi khó chịu, thảm thực vật chết và nguy cơ nổ. Khí có thể bay vào khí quyển, bùng cháy hoặc đốt cháy để sản xuất điện hoặc nhiệt. Khí biogas cũng có thể được sản xuất bằng cách tách các vật liệu hữu cơ khỏi chất thải mà nếu không thì sẽ chuyển đến bãi rác. Phương pháp này hiệu quả hơn là chỉ thu được khí bãi rác mà nó tạo ra. Các đầm kỵ khí tạo ra khí sinh học từ phân chuồng, trong khi các lò phản ứng biogas có thể được sử dụng cho phân chuồng hoặc các bộ phận của cây trồng. Giống như khí bãi rác, khí sinh học chủ yếu là mêtan và carbon dioxide, với một lượng nhỏ nitơ, oxy và hydro. Tuy nhiên, ngoại trừ thuốc trừ sâu, thường có mức chất gây ô nhiễm thấp hơn.
Khí bãi rác không thể được phân phối thông qua đường ống dẫn khí thiên nhiên trừ khi nó được làm sạch tới dưới 3% CO2, và một vài phần triệu H2S, vì CO2 và H2S ăn mòn các đường ống. Sự hiện diện của CO2 sẽ làm giảm mức năng lượng của khí yêu cầu đối với đường ống. Siloxanes trong khí sẽ hình thành trong việc đốt khí và cần phải được loại bỏ trước khi đi vào bất kỳ hệ thống phân phối hoặc truyền tải khí nào. Do đó, để tiết kiệm khí đốt tại chỗ hoặc trong khoảng cách ngắn của bãi rác ta có thể sử dụng một đường ống chuyên dụng. Hơi nước thường được loại bỏ, ngay cả khi khí được đốt cháy tại chỗ. Nếu nhiệt độ thấp ngưng tụ nước ra khỏi khí, siloxan có thể được hạ xuống cũng bởi vì chúng có xu hướng ngưng tụ với hơi nước. Các thành phần phi mêtan khác cũng có thể được loại bỏ để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải, để ngăn chặn sự bẩn thỉu của thiết bị hoặc để xem xét môi trường. Đồng đốt khí bãi rác với khí tự nhiên cải thiện quá trình đốt cháy, làm giảm lượng khí thải.
Khí sinh học, và đặc biệt là khí bãi rác, đã được sử dụng ở một số khu vực, nhưng việc sử dụng chúng có thể được mở rộng đáng kể. Các hệ thống thử nghiệm đã được đề xuất sử dụng ở các vùng của Hertfordshire (Anh) và Lyon ở Pháp. Khí được tạo ra trong các nhà máy xử lý nước thải thường được sử dụng để tạo ra điện. Ví dụ, nhà máy xử lý nước thải Hyperion ở Los Angeles đốt cháy 8 triệu feet khối (230.000 mét khối) khí mỗi ngày để tạo ra điện cho Thành phố New York sử dụng khí để chạy thiết bị trong các nhà máy xử lý nước thải, để sản xuất điện và trong lò hơi. Sử dụng khí thải để sản xuất điện không chỉ giới hạn ở các thành phố lớn, thành phố Bakersfield, California, sử dụng đồng phát tại các nhà máy thoát nước của nó. California có 242 nhà máy xử lý nước thải, 74 trong số đó đã lắp đặt các thiết bị kỵ khí. Tổng công suất sinh học từ 74 nhà máy là khoảng 66 MW.

Khí tự nhiên tinh thể - hydrat

Một lượng lớn khí tự nhiên (chủ yếu là mêtan) tồn tại ở dạng hydrat dưới trầm tích trên các thềm lục địa ngoài khơi và trên đất ở các vùng bắc cực trải qua băng vĩnh cửu, chẳng hạn như ở Siberia. Hydrat đòi hỏi một sự kết hợp của áp suất cao và nhiệt độ thấp để hình thành.
Trong năm 2010, chi phí chiết xuất khí thiên nhiên từ khí tự nhiên kết tinh được ước tính bằng gấp đôi chi phí chiết xuất khí thiên nhiên từ các nguồn thông thường, và thậm chí cao hơn từ các mỏ ngoại lai. 
Trong năm 2013, Tổng công ty Dầu khí Quốc gia Nhật Bản (JOGMEC) đã thông báo rằng họ đã thu hồi lượng khí thiên nhiên có liên quan đến mặt thương mại từ mêtan hydrat.

Sự hình thành khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh. Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp trầm tích. Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhau tạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hóa hóa học các chất hữu cơ này thành khí thiên nhiên.
Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocarbon này thường được tìm thấy cùng nhau ở trong các bể chứa ngầm tự nhiên. Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên. Do các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, cả dầu mỏ và khí tự nhiên, vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng được tạo ra. Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp đá không thấm (đá không xốp), các lớp đã này được gọi là đá "mũ chụp". Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớn nằm trên dầu mỏ. Lớp khí này được gọi là "mũ chụp khí".
Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan là thành phần chính của khí thiên nhiên. Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường thường bị phân tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than. Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí mêtan trong tầng than đá (coal-bed methane).

Phân loại

Khí thiên nhiên là một loại khí không màu sắc và được phân loại tùy theo thành phần của nó. Khí khô có chứa tỷ lệ mêtan cao còn khí ướt có chứa đáng kể khối lượng hydrocacbon có phân tử lượng cao hơn thuộc nhóm ankan, bao gồm êtan, propan, và butan. Phần cặn lắng của khí là phần còn lại sau khi các ankan đã được rút khỏi khí ướt. Khí chua là khí chứa nồng độ hyđrô sulfít cao (đây là một chất khí không màu, độc có mùi trứng thối). Khí ngọt là khí có chứa ít chất hyđrô sulfít.
Các chất không phải là hyđrô cacbon trong khí thiên nhiên được là các chất làm loãng và chất gây ô nhiễm. Các chất làm loãng bao gồm các loại khí và hơi như: nitơ, điôxít cacbon và hơi nước. Các chất gây ô nhiễm bao gồm các hyđrô sulfít và các hợp chất lưu huỳnh khác. Các chất gây ô nhiễm có thể phá hoại các thiết bị sản xuất và vận chuyển. Nếu được đốt, các chất gây ô nhiễm có thể gây ra các vấn đề như ô nhiễm không khí và mưa axít. Mưa axít được tạo thành khi các hợp chất lưu huỳnh trong khí thiên nhiên và các loại nhiên liệu hóa thạch khác như than đá bị đốt và phản ứng với hơi ẩm trong không khí để tạo nên axít sulphuric (H₂SO₄). Hỗn hợp hơi ẩm axít này rơi xuống đất khi trời mưa gây hư hại cho mùa màng và rừng, hồ, suối, sông.

Khai thác

Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực có chứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, các kiến tạo đá có thể "bẫy" các hyđrôcacbon.
Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thông thường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng các kiến tạo đá. Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt. Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùng bơm hút khi lên bề mặt.

Vận chuyển và lưu trữ

Sau khi được chế biến, khí thiên nhiên được vận chuyển bằng các đường ống dẫn khí đến các hộ tiêu thụ là các khu dân cư hay các khu công nghiệp. Khi khí di chuyển trong lòng ống, sự ma sát của khí lên thành ống làm giảm lưu lượng khí. Do đó, các trạm nén được lắp đặt dọc theo tuyến ống để bổ sung áp lực cần thiết đủ giữ cho khí di chuyển đến nơi yêu cầu.
Một khi khí đã đến nơi tiêu thụ, các công ty khí đốt thường chứa vào các bồn bể để cung cấp cho thị trường vào giờ cao điểm. Ví dụ khi thời tiết lạnh thì nhu cầu tiêu thụ khí tự nhiên thường vượt quá số lượng đường ống có thể vận chuyển từ các nhà máy chế biến khí thiên nhiên. Do đó, các công ty kinh doanh khí đốt thường chứa khí thiên nhiên vào các bể chứa lớn chịu áp lực cao hoặc chứa vào các tầng đá xốp. Trong nhiều trường hợp, các khu vực tàng trữ khí thiên nhiên được sử dụng là các mỏ than hoặc các giếng dầu đã bị bỏ hoang. Khi cần, người ta lại bơm lên mặt đất.
Khí thiên nhiên có thể được chở bằng tàu và tàng trữ dưới dạng Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). Khí thiên nhiên được hóa lỏng ở nhiệt độ -160 °C (-256 °F). Khí thiên nhiên chiếm thể tích lớn hơn 600 lần lớn hơn so với dạng lỏng của nó. Khí hóa lỏng được vận chuyển bằng tàu bồn và xe bồn.

Khí thiên nhiên bị rò rỉ

Khí thiên nhiên chủ yếu bao gồm mêtan. Sau khi thải ra bầu khí quyển, nó được loại bỏ bằng cách oxy hóa dần dần thành cacbon dioxit và nước bằng các gốc hydroxyl (OH−)) được hình thành ở tầng đối lưu hoặc tầng bình lưu, cho phản ứng hóa học tổng thể:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Trong khi tuổi thọ của mêtan trong khí quyển tương đối ngắn khi so sánh với carbon dioxide, với chu kỳ bán rã khoảng 7 năm, nó có hiệu quả hơn trong việc giữ nhiệt trong khí quyển. Khí tự nhiên là một khí nhà kính mạnh hơn carbon dioxide do tiềm năng nóng lên toàn cầu của mêtan lớn hơn. Ước tính năm 2009 của EPA đặt khí thải mêtan toàn cầu ở mức 85 km khối (3,0 nghìn tỷ feet khối) mỗi năm  hoặc 3% sản lượng toàn cầu, 3,0 nghìn tỷ mét khối hoặc 105 nghìn tỷ feet khối (năm 2009). Phát thải khí mêtan trực tiếp chiếm 14,3% tổng lượng phát thải khí nhà kính nhân tạo toàn cầu vào năm 2004.
Trong quá trình khai thác, lưu trữ, vận chuyển và phân phối, khí tự nhiên được biết là rò rỉ vào khí quyển, đặc biệt là trong quá trình khai thác. Một nghiên cứu của Đại học Cornell năm 2011 đã chứng minh rằng tỷ lệ rò rỉ khí mê-tan có thể đủ cao để gây nguy hiểm cho lợi thế nóng lên toàn cầu của nó đối với than đá. Nghiên cứu này đã bị chỉ trích sau này vì đã ước lượng quá mức lượng khí meetan bị rò rỉ. Kết quả sơ bộ của một số mẫu không khí từ máy bay do Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia thực hiện cho thấy các phát thải mêtan cao hơn ước tính bởi các giếng khí ở một số khu vực.

Khí thải carbon dioxit

Khí tự nhiên thường được mô tả là nhiên liệu hóa thạch sạch nhất. Nó tạo ra 25% –30% và ít hơn 40% –45% carbon dioxide trên mỗi joule được phân phối so với dầu và than tương ứng và có khả năng gây ô nhiễm ít hơn các nhiên liệu hydrocacbon khác. Tuy nhiên, về mặt tuyệt đối, nó bao gồm một tỷ lệ phần trăm đáng kể lượng khí thải carbon của con người thải ra, và sự phát thải này được dự báo sẽ tăng lên.
Theo Báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC, năm 2004, khí tự nhiên tạo ra khoảng 5,3 tỷ tấn CO2 thải ra trong vòng một năm, trong khi than và dầu sản xuất lần lượt là 10,6 và 10,2 tỷ tấn. Theo Báo cáo đặc biệt về kịch bản phát thải (Special Report on Emissions Scenario) vào năm 2030, khí thiên nhiên sẽ là 11 tỷ tấn mỗi năm, với than và dầu hiện nay là 8,4 và 17,2 tỷ tương ứng do nhu cầu tăng 1,9% một năm.

Hạt nhân phóng xạ

Khai thác khí tự nhiên cũng tạo ra các đồng vị phóng xạ của poloni (Po-210), chì (Pb-210) và radon (Rn-220). Radon là một loại khí có hoạt động ban đầu từ 5 đến 200.000 becquerels trên một mét khối khí. Nó phân hủy nhanh chóng thành Pb-210 có thể tích tụ thành màng mỏng trong thiết bị khai thác khí.

Mối quan ngại về sự an toàn

Một số mỏ khí tạo ra khí chua có chứa hydrogen sulfide (H2S). Khí không được xử lý này độc hại. Nhằm xử lý khí Amine, một quy trình quy mô công nghiệp loại bỏ các thành phần khí axit, thường được sử dụng để loại bỏ hydrogen sulfide khỏi khí tự nhiên. 
Khai thác khí thiên nhiên (hoặc dầu) dẫn đến giảm áp lực trong hồ chứa. Việc giảm áp lực này lần lượt có thể dẫn đến sụt lún, chìm xuống mặt đất ở trên. Lún có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đường thủy, cống rãnh và hệ thống cấp nước, nền móng, …

Fracking

Việc giải phóng khí tự nhiên từ các thành tạo đá xốp dưới mặt đất có thể được thực hiện bằng một quá trình gọi là nứt gãy thủy lực hoặc "nứt". Người ta ước tính rằng sự phá vỡ thủy lực cuối cùng sẽ chiếm gần 70% phát triển khí thiên nhiên ở Bắc Mỹ. Kể từ khi hoạt động bẻ gãy thủy lực thương mại đầu tiên vào năm 1949, khoảng một triệu giếng đã bị phá hủy bằng thủy lực tại Hoa Kỳ. Việc sản xuất khí thiên nhiên từ các giếng bị phá hủy bằng thủy lực đã sử dụng những phát triển công nghệ của khoan định hướng và nằm ngang, giúp cải thiện khả năng tiếp cận khí tự nhiên trong các thành tạo đá chặt chẽ. Sự tăng trưởng mạnh mẽ trong việc sản xuất khí độc đáo từ các giếng bị nứt thủy lực xảy ra trong khoảng thời gian từ năm 2000-2012.
Trong quá trình bẻ gãy thủy lực, các nhà khai thác buộc trộn lẫn nước với nhiều loại hóa chất khác nhau thông qua vỏ giếng vào trong đá. Nước với áp lực cao bị phá vỡ hoặc "nứt" do đá sẽ tạo ra khí từ sự hình thành đá. Cát và các hạt khác được thêm vào nước như một chất phụ trợ để giữ cho các vết nứt trong đá mở, do đó cho phép khí chảy vào vỏ và sau đó lên bề mặt. Hóa chất được thêm vào chất lỏng để thực hiện các chức năng như giảm ma sát và ức chế ăn mòn. Sau khi "frack", dầu hoặc khí được chiết xuất và 30-70% chất lỏng frack, tức là hỗn hợp của nước, hóa chất, cát, vv, chảy ngược trở lại bề mặt. Nhiều thành tạo chứa khí cũng chứa nước, sẽ chảy nước giếng lên bề mặt cùng với khí, trong cả giếng bị nứt bằng thủy lực và không bị thủy lực. Điều này tạo ra nước thường có hàm lượng muối cao và các khoáng chất hòa tan khác xảy ra trong quá trình hình thành.
Thể tích nước được sử dụng cho các giếng gãy thủy lực được thay đổi tùy theo kỹ thuật bẻ gãy thủy lực. Tại Hoa Kỳ, lượng nước trung bình được sử dụng cho mỗi đứt gãy thủy lực đã được báo cáo là gần 7.375 gallon đối với giếng dầu và khí đốt thẳng đứng trước năm 1953, gần 197.000 gallon cho giếng dầu và khí đốt thẳng đứng từ năm 2000-2010 và gần 3 triệu gallon đối với các giếng khí ngang từ năm 2000-2010. 
Xác định kỹ thuật đóng khung nào là phù hợp với năng suất tốt phụ thuộc phần lớn vào các tính chất của đá hồ chứa từ đó để chiết xuất dầu hoặc khí đốt. Nếu đá đặc trưng bởi tính thấm thấp - đề cập đến khả năng để cho các chất, tức là khí, đi qua nó, sau đó đá có thể được coi là một nguồn khí chặt chẽ. Khí đá phiến, mà hiện nay còn được biết đến như một nguồn khí độc đáo, liên quan đến việc khoan một lỗ khoan theo chiều dọc cho đến khi nó đạt đến hình dáng của đá phiến, lúc đó mũi khoan quay theo đá theo chiều ngang hàng trăm hoặc hàng ngàn feet. Ngược lại, các nguồn dầu và khí truyền thống được đặc trưng bởi khả năng thấm đá cao hơn, điều này cho phép dòng chảy của dầu hoặc khí vào giếng khoan với kỹ thuật bẻ gãy thủy lực ít tốn kém hơn so với việc sản xuất khí chật hẹp.
Những thập kỷ phát triển công nghệ khoan cho việc sản xuất dầu và khí đốt thông thường và độc đáo không chỉ cải thiện khả năng tiếp cận khí tự nhiên trong đá chứa có độ thấm thấp mà còn gây ra những tác động bất lợi đáng kể đến sức khỏe môi trường và cộng đồng.
EPA của Hoa Kỳ đã thừa nhận rằng các hóa chất độc hại, gây ung thư, tức là benzen và ethylbenzene, đã được sử dụng làm chất tạo gel trong nước và các hỗn hợp hóa học cho gãy khối ngang lớn (HVHF). Sau khi đứt gãy thủy lực trong HVHF, nước, hóa chất và chất lỏng frack quay trở lại bề mặt của giếng, được gọi là dòng chảy hoặc nước sản xuất, có thể chứa vật liệu phóng xạ, kim loại nặng, muối tự nhiên và hydrocacbon tồn tại tự nhiên trong đá phiến sét. Các chất hóa học, vật liệu phóng xạ, kim loại nặng và muối được loại bỏ khỏi giếng HVHF bởi các nhà khai thác cũng rất khó loại bỏ khỏi nước chúng bị trộn lẫn, và sẽ gây ô nhiễm nặng nề cho chu trình nước, phần lớn lưu lượng là hoặc được tái chế thành các hoạt động fracking khác hoặc tiêm vào các giếng sâu dưới lòng đất, loại bỏ lượng nước mà HVHF yêu cầu từ chu trình thủy văn.

Thêm mùi

Để hỗ trợ phát hiện rò rỉ, chất tạo mùi được thêm vào loại khí không màu và không mùi khác được người tiêu dùng sử dụng. Mùi này đã được so sánh với mùi trứng thối, do thêm tert-Butylthiol (t-butyl mercaptan). Đôi khi một hợp chất liên quan, thiophane, có thể được sử dụng trong hỗn hợp. Các tình huống trong đó một chất gây mùi được thêm vào khí thiên nhiên có thể được phát hiện bằng thiết bị phân tích, nhưng không thể được phát hiện đúng cách bởi một người quan sát có mùi thông thường, đã xảy ra trong ngành công nghiệp khí tự nhiên. Điều này được gây ra bởi mặt nạ mùi, khi một chất gây mùi vượt qua cảm giác của người khác. Tính đến năm 2011, ngành công nghiệp vẫn đang tiến hành nghiên cứu về nguyên nhân gây ra mùi hôi.

Nguy cơ cháy nổ

Các vụ nổ do rò rỉ khí tự nhiên xảy ra vài lần mỗi năm. Nhà riêng lẻ, doanh nghiệp nhỏ và các cấu trúc khác thường bị ảnh hưởng nhất khi rò rỉ bên trong tích tụ khí bên trong cấu trúc. Thông thường, vụ nổ đủ mạnh để gây thiệt hại đáng kể cho một tòa nhà nhưng để nó đứng vững. Trong những trường hợp này, những người bên trong có xu hướng bị thương nhẹ đến trung bình. Thỉnh thoảng, khí có thể thu thập với số lượng đủ cao để gây ra một vụ nổ chết người, làm tan rã một hoặc nhiều tòa nhà trong quá trình này. Khí thường tiêu tan dễ dàng ngoài trời, nhưng đôi khi có thể thu thập với số lượng nguy hiểm nếu tốc độ dòng chảy đủ cao. Tuy nhiên, xét đến hàng chục triệu cấu trúc sử dụng nhiên liệu, nguy cơ cá nhân sử dụng khí thiên nhiên rất thấp.

Nguy cơ hít phải carbon monoxide

Hệ thống sưởi bằng khí thiên nhiên có thể gây ngộ độc khí carbon monoxide nếu không được thông hơi hoặc kém thông hơi. Trong năm 2011, lò khí thiên nhiên, máy sưởi không gian, máy nước nóng và bếp được đổ lỗi cho 11 ca tử vong carbon monoxide ở Mỹ. 22 trường hợp tử vong khác là do các thiết bị chạy bằng khí đốt hoá lỏng, và 17 trường hợp tử vong do loại khí không xác định. Những cải tiến trong thiết kế lò đốt khí tự nhiên đã làm giảm đáng kể mối quan tâm ngộ độc CO. Máy dò cũng có sẵn cảnh báo khí carbon monoxide và / hoặc khí nổ (mêtan, propane, ….).

Lượng năng lượng, thống kê và giá cả

Lượng khí tự nhiên được đo bằng mét khối bình thường (mét khối khí ở nhiệt độ "bình thường" 0 °C (32 °F) và áp suất 101.325 kPa (14.6959 psi)) hoặc feet khối tiêu chuẩn (foot khối khí ở nhiệt độ "chuẩn": 60.0 °F (15.6 °C) và áp suất 14.73 psi (101.6 kPa)), một mét khối ≈ 35.3147 cu ft. Tổng nhiệt đốt của khí thiên nhiên chất lượng thương mại là khoảng 39 MJ / m3 (0,31 kWh / cu ft), nhưng điều này có thể thay đổi vài phần trăm. Đây là khoảng 49 MJ / kg (6,2 kWh / lb) (giả sử mật độ là 0,8 kg / m3 (0,05 lb / cu ft), một giá trị gần đúng).

Liên minh châu Âu

Giá xăng khác nhau rất nhiều trên toàn EU. Một thị trường năng lượng châu Âu duy nhất, một trong những mục tiêu chính của EU, sẽ làm tăng giá khí ở tất cả các nước thành viên EU. Hơn nữa, nó sẽ giúp giải quyết các vấn đề về cung và hâm nóng toàn cầu, cũng như tăng cường quan hệ với các nước Địa Trung Hải khác và thúc đẩy đầu tư trong khu vực.

Mỹ

Tại các đơn vị của Mỹ, một khối lượng tiêu chuẩn khối (28 L) khí tự nhiên tạo ra khoảng 1.028 đơn vị nhiệt Anh (1.085 kJ). Giá trị gia nhiệt thực tế khi nước hình thành không ngưng tụ là nhiệt thuần của quá trình đốt cháy và có thể thấp hơn 10%.
Tại Mỹ, doanh số bán lẻ thường ở đơn vị nhiệt (th); 1 nhiệt = 100.000 BTU. Bán khí đốt cho người tiêu dùng trong nước thường ở đơn vị 100 feet khối tiêu chuẩn (scf). Đồng hồ đo khí đo khối lượng khí được sử dụng, và điều này được chuyển đổi thành nhiệt bằng cách nhân khối lượng với hàm lượng năng lượng của khí được sử dụng trong khoảng thời gian đó, thay đổi theo thời gian. Tiêu thụ hàng năm điển hình của một nơi cư trú của một gia đình là 1.000 therm hoặc một khách hàng khu dân cư tương đương (RCE). Giao dịch bán buôn thường được thực hiện trong decatherms (Dth), nghìn decatherms (MDth), hoặc triệu decatherms (MMDth). Một triệu decatherms là một nghìn tỷ BTU, khoảng một tỷ feet khối khí tự nhiên.
Giá khí tự nhiên thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào vị trí và loại người tiêu dùng. Trong năm 2007, giá là $ 7/1000 feet khối (0,25 đô la / m3) điển hình ở Mỹ. Giá trị khí thiên nhiên điển hình là khoảng 1.000 BTU mỗi foot khối, tùy thuộc vào thành phần khí. Điều này tương ứng với khoảng 7 triệu đô la một triệu BTU hoặc khoảng 7 đô la mỗi gigajoule (GJ). Vào tháng 4 năm 2008, giá bán buôn là $ 10/1000 feet khối ($ 10 / MMBTU). Giá nhà ở thay đổi từ 50% đến 300% so với giá bán buôn. Vào cuối năm 2007, đây là $ 12– $ 16/1000 feet khối ($ 0,42– $ 0,57 / m3). Khí đốt tự nhiên tại Hoa Kỳ được giao dịch dưới dạng hợp đồng tương lai trên sàn giao dịch New York Mercantile Exchange. Mỗi hợp đồng là 10.000 MMBTU hoặc 10 tỷ BTU (10.551 GJ). Vì vậy, nếu giá khí là $ 10 / MMBTU trên NYMEX, hợp đồng trị giá $ 100,000.

Canada

Canada sử dụng thước đo số liệu cho thương mại nội bộ các sản phẩm hóa dầu. Do đó, khí tự nhiên được bán bởi gigajoule (GJ), mét khối (m3) hoặc nghìn mét khối (E3m3). Cơ sở hạ tầng phân phối hầu như luôn luôn theo khối lượng mét (mét khối hoặc mét khối). Một số khu vực pháp lý, chẳng hạn như Saskatchewan, chỉ bán khí đốt theo khối lượng. Các khu vực pháp lý khác, chẳng hạn như Alberta, khí được bán bởi hàm lượng năng lượng (GJ). Ở những khu vực này, hầu như tất cả các mét dành cho khách hàng thương mại nhỏ và dân cư đều đo khối lượng (m3 hoặc ft3) và báo cáo thanh toán bao gồm hệ số nhân để chuyển đổi âm lượng thành nội dung năng lượng của nguồn cung cấp khí địa phương.
Một gigajoule (GJ) là một thước đo xấp xỉ bằng một nửa thùng (250 lbs) dầu, hoặc 1 triệu BTU, hoặc 1.000 cu ft hoặc 28 m3 khí. Hàm lượng năng lượng cung cấp khí đốt ở Canada có thể thay đổi từ 37 đến 43 MJ / m3 (990 đến 1,150 BTU / cu ft) tùy thuộc vào việc cung cấp và xử lý khí giữa giếng khoan và khách hàng.

Những nơi khác

Trong phần còn lại của thế giới, khí tự nhiên được bán trong các đơn vị bán lẻ gigajoule. LNG (khí thiên nhiên hoá lỏng) và LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng) được giao dịch bằng tấn số liệu (1.000 kg) hoặc MMBTU dưới dạng giao hàng tại chỗ. Các hợp đồng phân phối khí tự nhiên dài hạn được ký theo mét khối, và các hợp đồng LNG được tính theo tấn. LNG và LPG được vận chuyển bằng các tàu vận chuyển chuyên dụng, vì khí được hoá lỏng ở nhiệt độ đông lạnh. Đặc điểm kỹ thuật của mỗi hàng LNG / LPG thường chứa nội dung năng lượng, nhưng thông tin này nói chung không có sẵn cho công chúng.
Tại Liên bang Nga, Gazprom đã bán khoảng 250 tỷ mét khối khí đốt tự nhiên trong năm 2008. Năm 2013, họ sản xuất 487,4 tỷ mét khối (17,21 nghìn tỷ feet khối) khí thiên nhiên và khí liên quan. Gazprom đã cung cấp cho châu Âu 161,5 tỷ mét khối khí (5,70 nghìn tỷ feet khối) trong năm 2013.
Vào tháng 8 năm 2015, đợt khám phá khí tự nhiên lớn nhất trong lịch sử đã được thực hiện và được thông báo bởi một công ty khí ENI của Ý. Các công ty năng lượng chỉ ra rằng công ty đã khai quật được một lĩnh vực "siêu khổng lồ" khí ở Biển Địa Trung Hải bao gồm khoảng 40 dặm vuông (100 km2). Nó cũng đã được báo cáo rằng lĩnh vực khí đốt có thể chứa một tiềm năng 30 nghìn tỷ feet khối (850 tỷ mét khối) khí tự nhiên. ENI nói rằng năng lượng là khoảng 5,5 tỷ thùng dầu tương đương [BOE] (3,4 × 1010 GJ). Khu vực này được tìm thấy ở vùng biển sâu ngoài khơi bờ biển phía bắc Ai Cập và ENI cho rằng nó sẽ lớn nhất từ trước đến nay ở Địa Trung Hải và thậm chí cả thế giới.