Trochę o węglu i jego zgazowaniu

W ostatnich czasach możemy obserwować spadek wydobycia węgla w Polsce oraz spadek jego ceny. W 2013 roku średnia cena zbytu surowca spadła o 46,2 zł na tonie, czyli aż o 13,6% w porównaniu z rokiem poprzednim, natomiast wydobycie spadło o około 4,5%. Zatrważającym jest również fakt, iż w roku bieżącym, zaimportowano z Rosji do Polski aż o 32% więcej węgla niż w roku poprzednim. Rosyjski węgiel znajduje zastosowanie głównie wśród właścicieli  domów jednorodzinnych, jest również często wykorzystywany przez małe elektrociepłownie.  Należy  zauważyć,  że  wszystkie  te  tendencję  są  dla  nas  bardzo niekorzystne. Stajemy przed nowymi problemami, polski węgiel znajduję się co raz głębiej, a co za tym idzie jego wydobycie jest trudniejsze i bardziej kosztowne. Należy także pamiętać, że im głębiej, tym większe zagrożenie wybuchami metanu i tąpnięciami. Rosjanie na razie nie napotykają tego typu problemów przez co niestety coraz bardziej opłacalnym będzie stawało się importowanie ich węgla. Istnieją wprawdzie możliwości otwierania w Polsce nowych kopalni, np. węgla brunatnego w Legnicy – największe złoże węgla brunatnego w Europie, przypuszczalnie również na świecie, czy też Gubin-Brody, jednak często ich powstawaniu towarzyszą liczne protesty, które utrudniają, a czasem nawet uniemożliwiające inwestycje. Przykładowo w sierpniu kilku tysięcy ekologów Greenpeace stworzyło 8 kilometrowy łańcuch z ludzi protestując w ten sposób przeciwko budowie kopalni odkrywkowej Gubin-Brody.

Można więc stwierdzić, że jesteśmy niejako zmuszeni szukać mniej konwencjonalnych metod wydobycia węgla lub szukać możliwości wydobycia/produkcji energii elektrycznej z innych  paliw. Jednak  jak  twierdzi  prof. Władysław Mielczarski z Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej, na elektrownie jądrową nas nie stać, z OŹE będzie produkowane wymagane 20% energii elektrycznej zgodnie z pakietem 3 x 20, natomiast pozostałe 80%  to węgiel kamienny, brunatny no i gaz. A może udało by się dostać ten stosunkowo drogi gaz z węgla? Dodatkowo zrobić to w miarę niewielkim  kosztem  oraz później spalić bardziej ekologicznie niżeli miałoby to miejsce w przypadku węgla w postaci stałej,  no  i  przede wszystkim w kopalni gdzie powoli przestaje się opłacać wydobycie.  Budowa  instalacji  w warunkach  czynnej  kopalni  węgla  jest  przedsięwzięciem  niespotykanym  dotychczas  w polskim górnictwie. Prace nad tego typu rozwiązaniem są aktualnie intensywnie prowadzone w wielu krajach na całym świecie m.in. w Australii, Chinach i RPA oraz również w Polsce, gdzie  ostatnio  przeprowadzano je z  sukcesem  w  kopalni  Wieczorek. Zacznijmy  od  tego  na czym  polega  to  zgazowanie?  Chodzi  o przeprowadzenie  procesu  wysokotemperaturowej konwersji węgla w formie stałej  do gazu przy użyciu konkretnego czynnika zgazowującego. Jest to więc taki kontrolowany pożar pod ziemią.  Węgiel pierwiastkowy kontaktuje się z medium  zgazowującym,  w  skutek  czego  powstaje  gaz,  którego  docelowo  głównymi składnikami są H2, CO 2, CO oraz CH 4 . Zasadniczo zgazować można każdy rodzaj węgla, należy jednak  pamiętać  o  występujących  ograniczeniach  dotyczących  temperatury  topliwości popiołu oraz niektórych indywidualnych właściwościach węgla, mogących mieć wpływ na proces  zgazowania.  Fundamentem pod technologię podziemnego zgazowania węgla jest georeaktor  na  pokładzie  węgla  oraz  wykonanie  kanałów,  którymi  w  jedną  stronę doprowadza się czynnik zgazowujący, a w drugą stronę odbiera się wytworzony gaz. Bardzo ważnym  aspektem  jest  dobranie  najbardziej  optymalnego  czynnika  zgazowującego,  o odpowiednich parametrach. Czynnikiem zgazowującym może być para wodna, tlen, wodór, powietrze, dwutlenek węgla, jednak najczęściej jest to właśnie para, tlen i powietrze. Należy zauważyć, że w zależności od zastosowanego czynnika zgazowującego, uzyskujemy różne wartości opałowe otrzymanego gazu, przykładowo do 4,5-5,5 MJ/m 3 przy  zastosowaniu powietrza  oraz  do  8-10 MJ/m 3 przy  zastosowaniu  tlenu.  Zgazowanie węgla najprościej można zobrazować następującym schematem:

Jak ocenił Marek Pieszczek, Dyrektor Kopalni Wieczorek, technologię, nad którą w kopalni    aktualnie  prowadzony  jest  eksperyment,  można z powodzeniem wykorzystać w zasobach resztkowych i tych, których nie można było wydobyć tradycyjnymi metodami, np. gdy  złoża  są  położone  zbyt  głęboko.  Stwierdził  również,  że  tego  typu  instalacja  jest bezpieczna  dla  załogi  i  środowiska.  Podczas  eksperymentu  zgazowano  dotychczas  z powodzeniem 200 ton węgla. Należy również zauważyć, że technologia zgazowania może zostać wykorzystana w miejscach gdzie nie znajduję się żadna kopalnia, wystarczy dostać się do złoża węgla, wydrążyć otwory do podania czynnika zgazowującego i odbioru gazu. Odpowiednio  zgazowany  węgiel  daje  tyle  samo  energii  co  wydobyty.  Po  zakończeniu eksperymentu naukowcy mają zbudować wielokrotnie większą, demonstracyjną instalację zgazowania.

Warto zwrócić uwagę na to, że wytworzone w technologii podziemnego zgazowania paliwo można wykorzystać zarówno do wytwarzania ciepła i elektryczności w energetyce, zastąpić nim gaz ziemny w chemii jak i do wytwarzania paliw płynnych. Naukowcy realizujący eksperyment w Kopalni Wieczorek oceniają, że uzyskany przez nich gaz  będzie miał wartość opałową w granicach 3,5 – 5 MJ/m 3 , aż 53% jego objętości  będzie stanowił azot, około 16%. dwutlenek węgla, 15% wodór, 12% tlenek węgla i 3% metan. Są to w miarę dobre wartości, jednak eksperyment ma pomóc odpowiedzieć na pytanie, jak najlepiej sterować tym ciągle opracowywanym  procesem  zgazowania  węgla,  aby  otrzymać  jeszcze  lepsze  i  bardziej optymalne parametry. Nie sposób jest również nie wspomnieć o tym, że 70  proc.  polskich  elektrowni  ma ponad  30  lat.  Znaczna część z nich niedługo będzie musiała być odstawiona. Według niektórych naukowców, co raz bardziej rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, w zestawieniu  z  wyliczeniami Polskiego Komitetu  Energii  Elektrycznej, że tylko do 2016 roku trzeba będzie wyłączyć bloki o mocy ponad 3000 MW, może grozić Polsce blackoutem i to wcale w nie tak odległej perspektywie czasowej. Dlatego należy budować nowe bloki, a przecież mogą być to bloki gazowe, bardziej ekologiczne, z wyższą sprawnością. Jedno  jest pewne,  nadchodzą  czasy  dużych  zmian  w  polskiej  energetyce,  a  jeżeli  eksperymenty dotyczące zgazowania węgla dalej będą odnosić takie sukcesy, o inwestycji w tą technologię można naprawdę poważnie pomyśleć.

 

Źródła:

Gordon Couch, Underground Coal Gasification;

www.naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,401490,naukowcy-eksperyment-zgazowania-wegla-prowadzony-z-sukcesem.html

http://www.zgazowaniewegla.agh.edu.pl

www.biztok.pl/None/ani-lupki-ani-atom-skad-polska-wezmie-energie-elektryczna_a17477

Dodaj komentarz