Górnictwo: Wiele czynników ma wpływ na opłacalność procesu zastosowania czystych technologii węglowych

Zgazowanie to proces, który polega na przekształceniu węgla w tzw. gaz syntezowy

Wrześniowe porozumienie rządu ze związkami zawodowymi dotyczące tego, jak ma wyglądać transformacja branży, duży nacisk kładzie na tzw. czyste technologie węglowe. Jedną z technologii, która może być szansą dla węgla, jest zgazowanie i produkcja metanolu z węgla.

Zgazowanie to proces, który polega na przekształceniu węgla w tzw. gaz syntezowy. W przypadku naziemnej technologii zgazowanie odbywa się w instalacji, której głównym elementem jest reaktor. Do reaktora dostarczane jest powietrze lub tlen, a w wyniku półspalania węgla otrzymuje się mieszaninę tlenku węgla i wodoru, czyli właśnie gaz syntezowy (syngaz).

Alternatywa dla gazu ziemnego
Co ważne, uzyskany w ten sposób syngaz może z powodzeniem zastąpić gaz ziemny, który jest dziś powszechnie wykorzystywany w przemyśle chemicznym jako baza do produkcji metanolu i amoniaku, a w dalszej kolejności nawozów, paliw, tworzyw sztucznych, kauczuków czy fenoli.

– Cała „chemia” metanolu czy wodoru jest dzisiaj przemysłowo oparta na gazie ziemnym, którego zasoby w Polsce są ograniczone. Jedną z alternatyw może być właśnie gaz syntezowy otrzymywany z węgla w procesie zgazowania. Jeśli chodzi o metanol, to obecnie w Polsce zużywamy go ok. 500 tys. t, nie produkując go wcale. Taką ilość mogłaby wyprodukować jedna instalacja zużywająca ok. 1 mln t węgla. Metanol jest następnie kluczowym surowcem w przemyśle chemicznym i tworzywowym oraz służy do produkcji farb, lakierów, rozpuszczalników, a ostatnio ma też coraz większe zastosowanie jako komponent paliwowy, a jego pochodne są wykorzystywane jako stabilizatory benzyny – wylicza prof. Marek Ściążko, sekretarz naukowy w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu.

Kluczowe parametry
Naukowiec zwraca jednak uwagę, że aby cały proces był opłacalny, muszą zostać spełnione kluczowe parametry dotyczące kosztu produkcji węgla oraz jego wartości energetycznej.

– Kluczową sprawą jest to, żeby koszt węgla nie przekraczał 10 zł za GJ, a jego kaloryczność nie powinna być mniejsza niż 21-22 MJ/kg. Wtedy produkcja metanolu byłaby ekonomicznie uzasadniona, biorąc pod uwagę obecne ceny na rynkach światowych. Przy tej okazji trzeba mieć również świadomość konieczności stabilizacji cen węgla oraz jego jakości przez okres 20-30 lat, bo taki trzeba przyjąć czas życia zakładu zgazowania. W mojej ocenie polskie górnictwo mogłoby spełnić takie wymagania i taka instalacja mogłaby funkcjonować. Tym bardziej, że rynek zbytu dla węgla zaczął się bardzo wyraźnie kurczyć i nagle zaczyna się okazywać, że mamy duże nadmiary węgla. Zgazowanie może być odpowiedzią po części na fakt, że energetyka nie odbiera węgla. Oprócz tego, trzeba pamiętać, że z każdym rokiem coraz bardziej będzie się kurczyło zapotrzebowanie na węgiel na rynku komunalnym, gdzie lokowany jest węgiel znacznie lepszej jakości niż w przypadku energetyki. Jeżeli taki węgiel trafi do instalacji zgazowania, to efektywność tego procesu będzie większa.

– To oczywiście wymaga szczegółowej analizy, ale obecnie kierunek metanolowy, jak wszystko wskazuje, jest jednym z efektywnych ekonomicznie sposobów wykorzystania węgla. Oczywiście zapotrzebowanie naszego przemysłu chemicznego na metanol jest ograniczone i nie potrzeba go więcej docelowo niż 1 mln t, ale ta ilość jest jak najbardziej warta zainteresowania – argumentuje prof. Ściążko.

Korzystniej metanol niż wodór
Mniej optymistycznie z ekonomicznego punktu widzenia wygląda natomiast produkcja wodoru z węgla. Efektywność tego procesu jest znacznie mniejsza – jeśli z 1 mln t węgla można wyprodukować 500 tys. t metanolu, to z takiej samej ilości otrzymamy już tylko 80 tys. t wodoru.

– Natomiast emisja przy wyprodukowaniu tych 80 tys. t wodoru wynosi ponad 1 mln t dwutlenku węgla. Stosunek ilości wyprodukowanego wodoru do wyemitowanego przy tym dwutlenku węgla jest więc bardzo duży. Nawet przy obecnych cenach opłat za emisję dwutlenku węgla to przestaje być ekonomicznie opłacalne. Natomiast produkcja metanolu z węgla powinna się wciąż bilansować, nawet jeśli opłata emisyjna będzie sięgać 40-50 euro za tonę dwutlenku węgla. Jeśli chodzi o produkcję wodoru, to należy tutaj zwrócić uwagę na jeszcze jedną kluczową kwestię. Obecnie produkuje się go bezpośrednio z gazu ziemnego. Jeszcze trzy lata temu cena 1 tys. m sześc. w handlu hurtowym wynosiła ponad 1,1 tys. zł, podczas gdy obecnie spadła do nawet 550 zł. I to jest kluczowy punkt odniesienia.

Zakłady chemiczne w Puławach czy Kędzierzynie-Koźlu, które planowały budowę zakładów zgazowania węgla dla produkcji wodoru, zarzuciły te inwestycje właśnie z uwagi na bardzo duży spadek cen gazu ziemnego. Obecnie te ceny są bardzo niskie i jest to spowodowane m.in. kryzysem gospodarczym oraz pikiem produkcyjnym gazu z łupków w Stanach Zjednoczonych. Jednak nie zawsze tak będzie i można prognozować, że te ceny gazu będą wyższe i w związku z tym być może powrócimy za jakiś czas do kwestii produkcji wodoru z węgla. Natomiast obecnie i w najbliższej perspektywie takie projekty węgla nie są przedsięwzięciami ekonomicznie atrakcyjnymi – ocenia naukowiec.

Chiny liderem
Obecnie światową potęgą i liderem w technologii zgazowania węgla są Chiny. Rocznie w Chinach zgazowuje się ok. 200-300 mln t węgla na potrzeby przemysłu chemicznego.

– Są to technologie dobrze rozpoznane i powszechnie używane, jednak trzeba zaznaczyć, że się „wyprowadziły” poza Amerykę i Europę i są użytkowane w Azji. Trzeba również w tym miejscu podkreślić, że zgazowanie węgla w Chinach osiągnęło pik produkcyjny w 2010 r. i od tego czasu nie są budowane nowe instalacje. Obecnie jedna trzecia globalnej produkcji metanolu jest oparta na zgazowaniu węgla w Chinach. To samo dotyczy jednej czwartej globalnej produkcji amoniaku dla potrzeb nawozowych. Stagnacja w rozwoju projektów zgazowania węgla po 2010 r. ma związek z tym, że chiński rynek, jeśli chodzi o metanol czy amoniak, został już nasycony. Trzeba również wziąć pod uwagę zwiększenie efektywności gospodarczej Chin, a z drugiej strony spowolnienie gospodarcze na całym świecie. No i gaz ziemny stał się tani, co nie sprzyja intensywnemu rozwojowi projektów opartych na zgazowaniu węgla – dodaje prof. Ściążko.