Nauka

Gorączka pod stopami

Gaz z węgla płynie

Gaz syntezowy może być użyty do produkcji elektryczności lub do ogrzewania domów. Gaz syntezowy może być użyty do produkcji elektryczności lub do ogrzewania domów. Todbaker / Flickr CC by SA
Jeśli uda się opanować technologię zgazowania węgla w jego naturalnych złożach, to Polska stanie się prawdziwą potęgą energetyczną. Większą, niż wieszczą to dziś optymiści liczący na zasoby gazu z łupków.
W dół wtłaczane jest powietrze. Pokład węgla zostaje częściowo spalony. Uwalnia się gaz.Marek Sobczak/Polityka W dół wtłaczane jest powietrze. Pokład węgla zostaje częściowo spalony. Uwalnia się gaz.

Nastąpi z czasem taka epoka, że węgla nie będziemy wydobywać z ziemi, a będzie on w niej zamieniany na gazy palne” – zapowiadał pod koniec XIX w. Dimitrij Mendelejew, wybitny rosyjski chemik. Może stoimy na jej progu, bo kilkanaście państw – w tym USA, Australia, Indie, Chiny i RPA – na dobre zabrało się do opanowania przemysłowych technologii podziemnego zgazowania węgla. Byłaby to konkurencja dla gazu ziemnego i recepta na zagospodarowanie olbrzymich pokładów węgla leżących bardzo głęboko lub w cienkich złożach nieopłacalnych do eksploatacji metodą górniczą. Także szansą dla likwidowanych kopalń, w których z reguły pozostaje ok. 35 proc. niewydobytego, z przyczyn ekonomicznych, węgla.

Takie eksperymenty trwają od wieku. Za to już na przemysłową skalę stosowane są metody gazyfikacji i upłynniania węgla w reaktorach na powierzchni. Na świecie pracuje prawie 170 takich instalacji. W Polsce przymierzają się do nich Zakłady Azotowe w Puławach i w Kędzierzynie, które potrzebują olbrzymich ilości gazu syntezowego do procesów chemicznych. Problem w tym, że potrzebny do tego przedsięwzięcia węgiel trzeba najpierw wydobyć z coraz kosztowniejszych, głębinowych kopalń.

Lekcja z metanem

Po kilkudziesięciu latach przerwy do badań nad podziemną gazyfikacją wróciła Polska. Ale międzynarodowy udany eksperyment, w którym wiodącą rolę pełni Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, przykrył obłok gazu uwięzionego w łupkach. Jeżeli mamy tyle błękitnego paliwa pod nogami (marzenia sięgają 3 bln m sześc.), że aż politycy mówią publicznie o gazowym rozwodzie z Rosją, to po co nam kosztowne przedsięwzięcia związane z gazyfikacją węgla?

– Podobne gazowe podniecenie przeżywaliśmy na początku lat 90., kiedy na Górnym Śląsku pojawiły się amerykańskie koncerny z koncesjami na poszukiwania i wydobycie metanu – przypomina i zaleca ostrożność dr Jerzy Markowski, górniczy ekspert, były wiceminister gospodarki odpowiedzialny za węgiel. Wtedy światowe firmy, m.in. Amoco i Texaco, zostały zwabione zdjęciami satelitarnymi robionymi jeszcze nad ówczesną PRL. Analitycy doszli do wniosku, że jeśli z okolic kopalń wypływa w powietrze taka ogromna ilość metanu, to w pokładach węgla muszą być wręcz gigantyczne złoża tego gazu. Jak w USA, gdzie warunki geologiczne są podobne do górnośląskich. W Polsce rozpoczęto więc próbną eksploatację wykorzystując technologie sprawdzone za oceanem – za pomocą otworów wierconych z powierzchni do pokładów węgla.

Niestety, Amerykanie szybko zwinęli interes. – Metan jest w złożach, ale nie w takich ilościach, jak szacowali, a do tego węglowe pokłady nie wydają go samoczynnie, pod ciśnieniem, tylko trzeba gaz zasysać – mówi Markowski. Jeżeli nawet potwierdzą się fantastyczne prognozy o bogactwie gazu łupkowego, to i tak powinniśmy mieć w sejfach sprawdzone technologie podziemnego zgazowania węgla i jego chemicznej przeróbki na powierzchni. – Tak na wszelki wypadek, bo prędzej czy później problem przetwórstwa węgla, a nie jego prostego spalania, do nas wróci – dodaje Markowski.

100 lat technologii

Zresztą już jest aktualny, a to za sprawą proponowanego przez Komisję Europejską pakietu klimatyczno-energetycznego. W szczególnej sytuacji znajduje się Polska, która 95 proc. energii produkuje z węgla kamiennego i brunatnego. Teraz, kiedy trzeba będzie zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, staje się to przekleństwem. Do tego sprawność elektrowni węglowych wynosi 30–40 proc., co oznacza, że reszta energii zmagazynowanej w węglu się marnuje. – Jeżeli zaczniemy wychwytywać dwutlenek węgla, to ta sprawność jeszcze się zmniejszy – mówi prof. Jan Palarski z Zakładu Ekologicznych Technik Górniczych Politechniki Śląskiej. – To jest argument, który decyduje dzisiaj na świecie o rozwoju technologii podziemnego zgazowania, zaliczanej do czystych technologii węglowych, i spalania tego gazu w elektrowniach.

– Wszystkie państwa posiadające węgiel mają dzisiaj ten sam problem: jak go najtaniej wydobyć? – mówi prof. Józef Dubiński, dyrektor naczelny Głównego Instytutu Górnictwa (GIG). Aż 70 proc. węgla kamiennego na świecie pochodzi z kopalń głębinowych, drogich w budowie i eksploatacji. – Zgazowanie węgla w złożu to najlepsze rozwiązanie – uważa dyrektor GIG.

Najlepsze, ale nie takie proste, bo choć od 100 lat trwają eksperymenty z podziemnym zgazowaniem, to nikomu jeszcze nie udało się opłacalnie przetwarzać go na masową skalę. Najbardziej zaawansowany był ZSRR, gdzie po wojnie produkowano rocznie do 1,5 mld m sześc. gazu – nie patrząc na koszty. Po odkryciu olbrzymich złóż gazu ziemnego na Syberii zrezygnowano jednak z podziemnej gazyfikacji.

Sama koncepcja gazyfikacji zrodziła się na początku XX w. w Anglii i nie ma tajemnic. – Generalnie chodzi o przewiercenie złoża, zapalenie go z jednej strony i wtłaczanie do niego czynników zgazowujących, którymi są powietrze, tlen lub para wodna – tłumaczy prof. Krzysztof Stańczyk z GIG, kierownik międzynarodowego projektu Huge realizowanego w Kopalni Doświadczalnej Barbara w Mikołowie. – Drugim otworem gaz jest wysysany na powierzchnię. Węglowy pokład między otworami to georeaktor.

A może wodór?

Huge – Hydrogend Oriented Underground Coal Gasification for Europa – to kolejna metoda finansowana przez unijny Fundusz Badawczy Węgla i Stali oraz przez rządy i instytuty naukowe Polski, Holandii, Wielkiej Brytanii, Niemiec, Czech, Belgii i Ukrainy. Huge nastawiony jest na pozyskanie z węgla jak najwięcej wodoru, stąd też nazwa projektu. – W tym przypadku wodór powstaje wskutek rozkładu wody na rozżarzonym węglu – tłumaczy prof. Stańczyk. W Polsce takie badania prowadzono od lat 60., ale później, w czasach Gierka, odłożono je na półkę, bo zaczął płynąć tani gaz ziemny z ZSRR. W tamtym czasie postawiono też na eksport węgla, a nie jego przetwarzanie, bo gwarantował szybki dopływ dewiz.

Podobnie skończyła się przygoda, rozpoczęta pod koniec lat 60., z chemiczną przeróbką węgla na powierzchni. Istniał rządowy program upłynniania węgla dla pozyskania ropy węglowej, a z niej benzyny syntetycznej, gazu i produktów chemicznych. Zamierzano wyciskać węgiel do ostatniej kropli – z jednej tony ok. 300 l paliwa. Zakupiono niemiecką instalację, wybrano miejsce na nową fabrykę – w sąsiedztwie kopalni Janina w Libiążu k. Oświęcimia. Jednak niskie ceny ropy spowodowały, że urządzenia po latach trafiły na złom. I tak do dzisiaj wykorzystujemy węgiel jak pradziadowie: mamy z niego prąd, koks i ciepło w domach.

Eksperyment w Barbarze

W trwającym dwa tygodnie eksperymencie w kopalni Barbara, prowadzonym w złożu 30 m pod ziemią, z ok. 15 ton węgla uzyskano blisko 60 tys. m sześc. gazu o parametrach zbliżonych do używanego przed laty gazu koksowniczego. Gaz płonął w pochodni na powierzchni, ale gdyby go uchwycić, wystarczyłby na ogrzanie przez rok 10 domków jednorodzinnych. – Nie był najwyższej jakości, ale naszym głównym celem było zapanowanie nad podziemnym procesem – mówi prof. Dubiński. Trzeba umieć go zatrzymać i podrasować. Należy też zbadać kwestię bezpieczeństwa i wpływu na środowisko. – Kolejne doświadczenia będziemy prowadzić na wydzielonym węglowym polu w czynnej kopalni Wieczorek w Katowicach – zapowiada dyrektor GIG. Prof. Stańczyk mówi, że ta próba zgazowania prowadzona była w otamowanym miejscu i nie mogła wymknąć się spod kontroli: – W warunkach rzeczywistych, a nie eksperymentalnych, takiej pewności już nie będzie.

W reaktorach na powierzchni węgiel jest specjalnie dobierany, można sterować ciśnieniem, mediami zgazowującymi i temperaturą. W georeaktorze mamy do czynienia z chaotycznym procesem. Zapanowanie nad nim będzie kluczem do sukcesu.

Na początku eksperymentowano w czynnych kopalniach – wtedy największym problemem, oprócz kontroli procesu, było odizolowanie tej części kopalni od pracujących górników. Z biegiem lat zaczęto stosować metodę wiercenia otworów – takich jak przy wydobyciu gazu – i łączenia ich pod ziemią wierceniami kierunkowymi. Trochę instalacji i elektrownia na powierzchni – tak będą wyglądać przyszłe kopalnie. Bez wież wyciągowych, chodników i umorusanych górników.

Ale pojawiają się kolejne kłopoty: w miejscu georeaktora powstaje podziemna komora – kawerna. Jeżeli pokład jest niski, to nie ma problemu, jeżeli pustka jest olbrzymia, to traci się kontrolę nad przepływem wtłaczanego tlenu lub pary wodnej. – Należałoby sukcesywnie ją zapełniać jakimiś materiałami – mówi prof. Palarski. Tak jak w tradycyjnym górnictwie wyrobiska tzw. podsadzką. Były przypadki zapadania się gruntu nad kawernami i powstawania szkód na powierzchni.

Gaz i ciepło

Ostatnie badania australijskie szły w dwóch kierunkach: uzyskania w podziemnych procesach gazów syntezowych – a z nich paliw płynnych, albo do wytwarzania energii elektrycznej w turbinach gazowych. Prof. Stańczyk uważa, że w polskich warunkach należy pójść tą drugą drogą. Australijczycy, którzy przez kilka lat w jednym miejscu prowadzili proces zgazowania, nie chwalą się, jak to wpływa na koszty wytwarzania energii. – Nieoficjalnie dowiedziałem się, że wychodziło im 4–5-krotnie taniej niż przy tradycyjnym wydobyciu węgla, transporcie i jego spaleniu w elektrowniach. No i odpadają też koszty budowy kopalń.

Zgazowując węgiel zmierzamy więc ku taniej energii. Ale dla prof. Palarskiego to jeszcze za mało. W czasie ostatniego pobytu w Chinach oglądał instalację, którą gaz wypływa na powierzchnię. Była rozgrzana do 90–120 st. C. – Gaz niesie ze sobą określoną porcję ciepła, którą trzeba na górze wykorzystać. Jego zdaniem, podziemne technologie będą miały rację bytu, kiedy wykorzystywać będziemy nie tylko gaz, ale i ciepło. – Może nawet z palącego się pod ziemią węgla.

Na świecie prowadzi się obecnie ok. 50 nowych projektów podziemnego zgazowania węgla. Wiele z nich uwzględnia budowę w sąsiedztwie elektrowni o mocy do 200 MW. Z kolei w Australii projektowana jest instalacja, która będzie przetwarzać gaz na paliwa o wydajności 20 tys. baryłek na dobę. To już przedsięwzięcie na skalę przemysłową. Kanada realizuje pilotażowy projekt zgazowania węgla na głębokości 1400 m. Nikt niżej nie próbował jeszcze tego robić. Być może okaże się, że 1,5 km pod ziemią będzie to łatwiejsze niż w płytszych pokładach, a do tego bezpieczne dla środowiska.

 

 

Polityka 28.2010 (2764) z dnia 10.07.2010; Nauka; s. 72
Oryginalny tytuł tekstu: "Gorączka pod stopami"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Ja My Oni

Jak komunikować swoje potrzeby

Jak wyrazić swoje potrzeby, aby inni je uwzględniali.

Anna Dąbrowska, Anna Dobrowolska
06.02.2018
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną