Jeszcze w maju w KWK „Wieczorek” zostanie wznowiony proces podziemnego zgazowania węgla. Rozpoczęte w marcu doświadczenie ma przynieść wiele odpowiedzi dotyczących bezpieczeństwa tej metody.
Pierwsze uruchomienie procesu podziemnego zgazowania węgla (PZW) w warunkach czynnej kopalni miało miejsce pod koniec marca br. Pilotowa instalacja została wybudowana wspólnymi siłami Głównego Instytutu Górnictwa i Katowickiego Holdingu Węglowego na terenie KWK „Wieczorek” w związku z realizacją zadania badawczego „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej”. Uruchomiony miesiąc temu proces nie przebiegał jednak zgodnie z oczekiwaniami. Pojawiły się problemy z drożnością i przepływem w zainstalowanych rurach. Proces został zatrzymany, a mankamenty usunięto. Ponowne jego uruchomienie ma nastąpić jeszcze w tym miesiącu. Próba będzie prowadzona przez około dwa miesiące.
Naukowcy chcą sprawdzić szczególnie bezpieczeństwo ekologiczne i technologiczne zgazowania węgla. Eksperyment ma bowiem dowieść, że procesem da się sterować i można go w dowolnym czasie zatrzymać.
Na obecnym etapie wiedzy praktycznej polskim naukowcom dostarczają dwie próby zgazowania wykonane w Kopalni Doświadczalnej „Barbara”.
W ocenie prof. Krzysztofa Stańczyka, kierownika Zakładu Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza Głównego Instytutu Geologicznego, zajmującego się projektem realizowanym w KWK „Wieczorek”, mimo pojawiających się trudności metoda PZW jest perspektywiczna.
– Wykorzystuje się ją w wielu miejscach na świecie, choć zasadniczo proces jest trudny. Nie wystarczy wywiercić dwóch otworów, jednym doprowadzać czynnik zgazowujący, drugim odbierać gaz. Po drodze występuje wiele problemów, które trzeba rozwiązać. To także problemy środowiskowe, na które zwracamy szczególną uwagę i chcemy je dobrze opanować, zanim pozwolimy na to, by proces był realizowany w większej skali – podkreślił w rozmowie z „Naszym Dziennikiem”.
Podczas podziemnego zgazowania węgla w fazie tzw. pirolizy powstają smoły, związki organiczne. Właśnie poznaniu tych procesów służą kolejne doświadczenia prowadzone przez GIG.
– Chcemy dobrze poznać te procesy. Próby prowadzimy w mniejszej skali, bo nie ma wówczas większego zagrożenia zanieczyszczeniem środowiska. To, co robiliśmy już w KD „Barbara”, pozwoliło nam się zorientować, jak powstają poszczególne substancje, na jaką odległość od georeaktora, w którym przebiega proces, są w stanie migrować – wyjaśnił prof. Stańczyk.
Doświadczenie w kopalni „Wieczorek” pozwoli poznać tę problematykę w nieco większej skali. Bo żeby proces mógł być wprowadzony do prawa geologicznego i górniczego, naukowcy muszą mieć pewność, że PZW nie spowoduje uciążliwych, wykraczających poza normy zanieczyszczeń.
W ocenie prof. Stańczyka, na bazie nabytych dotąd doświadczeń trudno jednoznacznie stwierdzić, czy metoda PZW nadaje się do stosowania na szerszą skalę. Jak zauważył, w Australii proces był badany przez wiele lat i uznano, że póki nie przeprowadzi się całego procesu – od zgazowania, poprzez wygaszenie, zamknięcie i ocenę skutków tego procesu w kolejnych kilku latach – metody nie można jednoznacznie uznać za bezpieczną. W Queensland dotąd nie zdecydowano się na realizację PZW na skalę przemysłową.
– My także chcemy być przekonani o bezpieczeństwie tej metody, zanim zdecydujemy się na jej szersze stosowanie. Z pewnością eksperyment w „Wieczorku” da nam wiele odpowiedzi. Gdybyśmy budowali kolejną instalację, to byłaby ona wielkości 20-30 MW i pełniłaby rolę testującą, demonstracyjną. To wszystko jednak wymaga czasu i sądzę, że około roku 2020 będzie można powiedzieć, czy na pewno PZW jest bezpieczne – dodał.
Taka perspektywa nie wyklucza, że rozwój PZW będzie wpisywał się w stopniowe przejście na gospodarkę wodorową. Jednak taki kierunek zmian nie jest jednoznacznie przesądzony. Z pewnością jednak PZW nie będzie konkurować z górnictwem konwencjonalnym. Jest to nierealne z uwagi na skalę, w jakiej zgazowanie może być realizowane w praktyce w najbliższych latach. Realnie patrząc, liczba instalacji, jaka mogłaby powstać w najbliższej dekadzie, w sumie bazowałaby na pokładach węgla, które bez trudu wydobywa jedna kopalnia – to 3-4 mln ton węgla rocznie, które udałoby się przetworzyć na paliwo gazowe. Ponadto metoda PZW ma być raczej wykorzystywana w tych pokładach, do których górnictwo konwencjonalne nie dociera z uwagi na uwarunkowania ekonomiczne, geologiczne czy w końcu bezpieczeństwo ludzi pracujących pod ziemią.
– Chodzi tu przede wszystkim o resztki, których nie wydobędziemy klasycznymi metodami, o trudne miejsca, także te położone głęboko. Choć ten ostatni przypadek jest na razie tylko teoretyczny, bo próby PZW, jakie prowadzone są w świecie, bazują na pokładach położonych na poziomie 200-300 metrów. Wprawdzie mówi się o sięganiu po złoża położone na poziomie 1400 m, ale ich wykorzystanie tą metodą wydaje się znacznie trudniejsze – dodaje prof. Stańczyk.
Kluczowa dla rozwoju PZW będzie też ekonomia. Obecnie pojawiają się próby szacowania opłacalności tej metody, które wskazują, że zgazowanie węgla w złożu może być efektywne. W polskich realiach są to jednak tylko przymiarki teoretyczne. Z pewnością jednak wydobywane gazy mogą liczyć na zbyt w energetyce czy syntezie chemicznej. Wiele jednak zależy od cen rynkowych tych gazów. Na razie wysokich. Zatem ich wydobycie może być opłacalne.
Pilot w „Wieczorku”
Jak informuje GIG, instalacja przygotowana w KWK „Wieczorek” składa się z części podziemnej zlokalizowanej 400 m pod powierzchnią, której kluczowym elementem jest georeaktor zgazowania w pokładzie 501 o miąższości ok. 5 m, oraz części naziemnej zlokalizowanej na terenie szybu Wschodniego. Składa się ona z elementów zasilania georeaktora w media oraz odbioru, oczyszczania i utylizacji gazu. Dostarczenie czynników zgazowujących oraz odbiór produktów reakcji ze strefy zgazowania w pokładzie realizowane jest dwoma otworami nawierconymi w kształcie litery V po skosie z wyrobiska wykonanego ok. 2-2,5 m nad pokładem. Rurociąg produktów w początkowej części chłodzony jest przeponowo wodą wypełniającą część wyrobiska po jego wcześniejszym uszczelnieniu metodą torkretowania (metoda polega na podaniu wody do suchych składników mieszanki betonowej (lub zaprawy).
Czynniki zgazowujące dostarczane są z powierzchni systemem rurociągów w szybie i wyrobiskach – powietrze (z kompresora powietrza) oraz tlen (ze zbiornika ciekłego tlenu z parownicą). Ze względów bezpieczeństwa w rejon zgazowania doprowadzone są również rurociągi podsadzki i azotu. Proces PZW wiąże się z wydzielaniem substancji smolistych, które odbywać się będzie w separatorach umieszczonych w podziemnych wyrobiskach. Z kolei produkty gazowe o temperaturze do 400°C transportowane są izolowanym rurociągiem w szybie na powierzchnię, gdzie są podawane ochłodzeniu i oczyszczaniu, a gaz kierowany jest do pochodni.
Wedle przyjętych założeń, w złożu zgazowywane będzie od 100 do 600 kg węgla na godzinę, co pozwoli na uzyskanie wydajności pozyskiwanego gazu do 1500 Nm3/h, przy szacowanej wartości opałowej gazu ok. 3,5-5 MJ/Nm3. Spodziewana mieszanka gazów będzie składała się z azotu – 53 proc. obj., dwutlenku węgla – 16 proc. obj., tlenku węgla – 12 proc. obj., metanu – 3 proc. obj. i wodoru – 15 proc. objętości. Podczas całej próby zgazowaniu poddanych zostanie 1200 ton węgla.
Eksperyment w KWK „Wieczorek” jest pierwszym w Polsce prowadzonym w czynnej kopalni węgla. To wymagało przygotowania rozwiązań natury formalnoprawnej, związanych ze spełnieniem wymogów ustawy prawo geologiczne i górnicze. Celem jest opracowanie i zweryfikowanie własnej technologii podziemnego zgazowania węgla zweryfikowanej w skali pilotowej. Badania zostały ukierunkowane m.in. na opracowanie technologii podziemnego zgazowania węgla metodą szybową, w której zakłada się wykorzystanie istniejącej infrastruktury kopalni dla wykorzystania złóż resztkowych węgla.
PZW wciąż poznawane
Badania nad metodami PZW są prowadzone na świecie od wielu lat, ale dotąd funkcjonuje tylko jedna komercyjna tego typu instalacja w Angren w Uzbekistanie. Technologią jednak mocno interesują się Australia, Chiny, Kanada i RPA.
Podziemne zgazowanie węgla polega na doprowadzeniu do zapalonego złoża węgla czynnika zgazowującego i odbiorze wytworzonego gazu o wartości przemysłowej na powierzchni. Warunkiem prawidłowego przebiegu procesu jest umiejętne sterowanie podawaniem czynnika zgazowującego, tak by uzyskać temperaturę umożliwiającą wytwarzanie gazów o określonym składzie. Gaz powstały z węgla w procesie podziemnego zgazowania może mieć wiele zastosowań: wytwarzanie ciepła i elektryczności w energetyce, gaz ziemny dla chemii, wytwarzanie paliw płynnych. PZW można prowadzić z zastosowaniem powietrza, tlenu, pary wodnej lub ich mieszanek jako czynnika zgazowującego. Dla energetycznego zastosowania gaz wytwarza się zazwyczaj z użyciem powietrza lub tlenu. Uzyskany produkt różni się jednak wartością opałową. I tak ze zgazowania tlenem gaz charakteryzuje się wartością opałową rzędu 8 MJ/m3, a powietrzem – 3,5-4,5 MJ/m3.
