Ciężki przemysł może być sexy – przekonywał podczas Europejskiego Kongresu Gospodarczego Andrzej Balcerek, prezes Grupy Górażdże. Bo współczesny przemysł jest naszpikowany elektroniką, sterowany przez komputery i coraz bardziej innowacyjny. Być może trudno w to uwierzyć, ale pod tym względem bardzo sexy jest także górnictwo. Dzięki innowacjom w tej branży możemy kopać głębiej, wydajnie i bezpieczniej. A perspektywy są jeszcze lepsze. Nauczymy się, jak uczynić zyskowną eksploatację złóż, których dziś nie opłaca się wydobywać. Jedną z takich metod będzie podziemne zgazowanie węgla.
Jednak nawet najlepsze paliwo jest bezsensowne z ekonomicznego punktu widzenia, jeśli jego przetworzenie na energię elektryczną wymaga konstrukcji zupełnie nowych bloków w elektrowniach. Dzięki rozwiązaniu opracowanemu w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach otrzymany pod ziemią gaz będzie można spalać w już istniejących kotłach, bez potrzeby ich znaczącej modyfikacji. – Jedynym dodatkiem będą specjalne palniki, które w optymalny sposób podadzą i spalą gaz we wnętrzu kotła. Ten, ulegając spaleniu, zapewni 20–30 proc. energii wytwarzanej w danym kotle dwupaliwowym – mówi prof. Krzysztof Stańczyk z GIG.
Zanim jednak gaz trafi do kotła, trzeba go najpierw wytworzyć. Jak wskazuje sama nazwa procesu, otrzymywany jest on pod ziemią. Dzieje się to po dostarczeniu do pokładu węglowego mieszaniny tlenu, powietrza i pary wodnej; węgiel spala się w tlenie, a woda jest źródłem wodoru, dzięki któremu wytłaczany spod ziemi produkt końcowy jest bardziej energetyczny. Kluczem do powodzenia procesu jest kontrola nad nim w taki sposób, aby węgiel nie spalał się całkowicie, a tylko do postaci tlenku węgla. Robi się to, utrzymując w spalanym pokładzie, zwanym fachowo georeaktorem, temperaturę rzędu 1200–1400 stopni Celsjusza i sterując całym procesem: dodając azotu, żeby reakcję wygasić, lub tlenu, kiedy trzeba ją pobudzić.
Otrzymany w ten sposób gaz syntezowy jest produktem uniwersalnym. Po oczyszczeniu może być wykorzystany przez przemysł do wytworzenia innych, prostych związków chemicznych. Nie trafi natomiast do kuchenek w naszych domach, bo te spalają gaz ziemny składający się z lotnych węglowodorów jak metan. Docelowo miałby trafiać do instalacji opalanych zwykłym węglem, gdzie stanowiłby paliwo uzupełniające. Może też zostać zastosowany w kotłach gazowych wyposażonych w odpowiednie palniki bądź w silnikach spalinowych.
Zalety takiej metody eksploatacji zasobów węglowych są olbrzymie. Im głębiej fedrujemy, tym droższy i bardziej niebezpieczne staje się wydobycie. W kopalniach odkrywkowych koszt pozyskania tony węgla to 60–80 zł; ten sam węgiel z pokładów położonych kilometr pod ziemią kosztuje już 300–400 zł. Ponadto eksploatacja wielu złóż nie ma ekonomicznego sensu, biorąc pod uwagę, że koszt wybudowania nowej kopalni to miliard złotych, zaś istniejące jednostki zamyka się, kiedy w pokładach ciągle pozostają parcele resztkowe. Zgazowanie, które nie wymaga budowy całego zakładu, a jedynie wykonania dwóch otworów w ziemi lub użycia istniejącej infrastruktury, pozwoli nam wykorzystać te pozostałości.
Reklama
Na obecnym etapie badań za wcześnie jest jeszcze mówić o docelowym koszcie energii elektrycznej z gazu syntezowego. – Przeprowadziliśmy jedną próbę zgazowania w katowickiej kopalni Wieczorek. Udało nam się przetwarzać ok. 200 kg węgla na godzinę, otrzymując w ten sposób 1000 m sześc. gazu – mówi prof. Stańczyk. Ze spalenia 1 m sześc. gazu syntezowego otrzymuje się 4 megadżule energii, a więc instalacja miała moc około 1000 kW. Naukowcy uzyskiwali więc tyle gazu, ile potrzeba do ogrzania około 100 domów jednorodzinnych albo całkiem sporego bloku mieszkalnego.
Oprócz oszczędności wynikających z braku konieczności tradycyjnego wydobycia dochodzą jeszcze inne, związane z obniżeniem kosztów ochrony środowiska. – Otrzymywany w ten sposób gaz syntezowy jest zanieczyszczony m.in. związkami siarki. Koszty związane z oczyszczaniem są jednak znikome, bowiem dzieje się to już w trakcie spalania w specjalnych kotłach zwanych fluidalnymi, które są wykorzystywane przez naszą energetykę. Jednostki te doskonale radzą sobie z usuwaniem siarkowych zanieczyszczeń – mówi prof. Stańczyk.
O technologii podziemnego zgazowania węgla wspominali już pod koniec XIX w. tacy wynalazcy jak William Siemens (jeden z braci założycieli istniejącego do dzisiaj koncernu) i Dmitrij Mendelejew. Przygotowania do rozruchu pierwszej, testowej instalacji dostrzegł nawet w 1913 r. znajdujący się na emigracji Włodzimierz Lenin, który w artykule „Wielkie zwycięstwo technologii” na łamach czasopisma „Prawda” dostrzegł w zgazowaniu sposobu na uwolnienie robotników od ciężkiej i niebezpiecznej pracy pod ziemią, co nastąpiłoby oczywiście pod komunizmem.
Trzeba jednak przyznać, że w pewnym sensie Lenin słowa dotrzymał. W ZSRR prace nad technologią prowadzono od początku lat 30. aż do lat 60., kiedy podziemne zgazowanie odbywało się już na przemysłową skalę. Dzięki stałym postępom obecność człowieka pod ziemią przestała być potrzebna już w latach 50. Sowieci zaczęli jednak wygaszać technologie po odkryciu w latach 60. olbrzymich złóż bardziej energetycznego gazu ziemnego.
Technologią interesowali się również Amerykanie, ale od kilku lat najwięcej uwagi poświęcają jej Chińczycy, którzy wybudowali ok. 30 testowych instalacji do zgazowania. Badania trwają również w RPA i Australii. Eskom, potentat energetyczny z tego pierwszego kraju, uruchomił instalację pilotową, a w Uzbekistanie australijska firma Linc Energy wykupiła przemysłową instalację podziemnego zgazowania węgla, która działa od lat 60. W Polsce rozwojem technologii zajmuje się Główny Instytut Górnictwa w konsorcjum kilku instytutów i uczelni, zaś badania finansowane są ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
Problem dla technologii podziemnego zgazowania węgla stanowią z pewnością względy środowiskowe, bowiem dysponujemy zbyt małą wiedzą o wpływie tego procesu na środowisko. Wiadomo, że pod ziemią zostają niektóre szkodliwe związki powstające w procesie zgazowania. Obawa jest taka, czy po kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu latach po procesie nie będą się one przedostawać do wód gruntowych.
Jak zapewnia prof. Stańczyk, naukowcy już pracują nad dokładniejszym rozpoznaniem tych problemów i zawczasu próbują im zaradzić. W grę wchodzą m.in. możliwość przepłukiwania miejsc po georeaktorze czy zamiany pod ziemią szkodliwych związków w niegroźne substancje. Żadna z tych metod nie została jednak dotychczas przetestowana; nieznane są więc rozmiar potencjalnych zagrożeń ani metody radzenia sobie z nimi.
Dla rodzącej się technologii stanowi to także wyzwanie ekonomiczne, bo koszty środowiskowe stanowią ukryty element ostatecznego kosztu wytworzenia energii. Jeśli zastosowanie metod zapobiegających zanieczyszczeniu środowiska okaże się drogie, wyższy będzie też rachunek za pozyskaną z gazu syntezowego energię elektryczną. Jedyna nadzieja w technologii; dzięki niej tanio możemy pozyskać paliwo, które później tanio spalamy. Miejmy nadzieję, że tanio też będziemy w stanie się zabezpieczyć przez ewentualnymi kosztami środowiskowymi – jeśli podziemne zgazowanie będzie się z nimi wiązać.
