Metan, syngaz czy gaz łupkowy

Zapotrzebowanie na surowce energetyczne stale wzrasta, co wynika z postępu cywilizacyjnego i potrzeby komfortu życia. Polska jest niezwykle hojnie obdarowana przez naturę w surowce energetyczne, z których węgiel, nazywany w minionej epoce czarnym złotem, umożliwił odbudowę kraju po II wojnie światowej, a następnie jego rozbudowę do poziomu średnio zamożnego kraju europejskiego. Obecnie prowadzone są dyskusje nad wyborem strategicznego dla Polski surowca energetycznego, a w szerszym ujęciu nad przyszłością polskiej energetyki.

Narodowy surowiec energetyczny
Waga podejmowanych decyzji dla przyszłości kraju, jego suwerenności, której warunkiem jest niezależność energetyczna, nie może wynikać z bieżących emocji politycznych. Należy je podejmować w sposób pragmatyczny posiłkując się rzetelną wiedzą w dyscyplinach technicznych związanych z tą dziedziną gospodarki narodowej oraz analizą ekonomiczną uwzględniając realne a nie emocjonalne wskaźniki rynkowe. Pod pojęciem "emocjonalne wskaźniki rynkowe" rozumiem taki wybór ich wartości z całego dopuszczalnego przedziału, które potwierdzą "założoną" wysoką ocenę wybranej ścieżki inwestycji w energetyce. Rodzi się zatem pytanie, co jest a co będzie naszym narodowym surowcem energetycznych w najbliższych dziesięcioleciach, jak należy go wykorzystać i jakie nakłady inwestycyjne pochłonie jego udostępnienie a następnie przetworzenie na energię czystą, elektryczność. Nawet szacunkowa ocena wielkości zasobów własnych surowców energetycznych wskazuje, że należy odrębnie rozpatrywać każdy z nich tj. węgiel kamienny, węgiel brunatny, gaz ziemny i ropę naftową. Każdy z tych surowców występuje w ilościach gwarantujących energetyczne zapotrzebowanie kraju, niemniej jednak nakłady na jego pozyskanie stanowią istną barierę ekonomiczną. Celowo nie odnoszę się do energetyki jądrowej, ponieważ ten rodzaj energetyki całkowicie uzależni kraj od dostawcy paliwa, będącego realnym narzędziem "szantażu" gospodarczego, patrz wypowiedź prezydenta Francji Chiraca "stracili dobrą okazję, aby siedzieć cicho".

Wielowiekowe doskonalenie techniki i technologii eksploatacji węgla kamiennego, a także innych surowców kopalnych, umocniło Polskę na mapie gospodarczej świata, na której jest ona równoprawnym partnerem wszystkich potęg górniczych. Problemem ostatnich lat jest kosztowna eksploatacja pokładów w resztkach, filarach czy partiach o wysokim stanie zagrożeń naturalnych tj. tąpaniami, pożarami, metanem, pyłem czy klimatycznym. Na chwilę obecną słusznie zatem rozważa się możliwość zastąpienia węgla kamiennego gazem łupkowym czy syngazem otrzymanym w podziemnym procesie pozyskiwania z węgla gazu o wartości przemysłowej. Mając na uwadze własne doświadczenia zawodowe zarówno w zakresie górnictwa podziemnego, profilaktyki zagrożeń górniczych, a także podziemnego zgazowania węgla czy problemów z pozyskiwaniem metanu zarówno z pokładów węgla jak i formacji łupkowych - mogę stwierdzić, że surowcem energetycznym, po jaki mamy obowiązek sięgnąć, jest metan.

Metan
Metan jest gazem pochodzenia organicznego, w naturze jest głównym składnikiem, ponad 90 proc., gazu ziemnego. W Polsce we wszystkich trzech zagłębiach węglowych metan występuje jako gaz prawie czysty tj. z minimalną ilością innych gazów, jego wartość opałowa wynosi 35 897 kJ/m3. Na chwilę obecną jego eksploatacja wydaje się być najatrakcyjniejsza w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW), w szczególności w jego części centralnej i południowej, gdzie pokłady są silnie i bardzo silnie metanowe. Zasoby geologiczne metanu wynoszą około 250 mld m3, zasoby bilansowe 95 mld m3, w tym z obszarów górniczych kopalń czynnych - 29,8 mld m3. Aktualnie w wyniku prowadzonej eksploatacji pokładów węgla jego emisja do atmosfery jest na poziomie 900 mln m3 rocznie. Metodą drenażu wychwytuje się około 270 mln m3 metanu, z czego w sposób przemysłowy wykorzystuje się jedynie 55 proc.

Nawet tak szacowana ilość metanu, która nie uwzględnia wszystkich pokładów węgla wskazuje, że metan ze złóż węgla kamiennego należy go traktować jako rzeczywisty, dostępny i niezwykle atrakcyjny surowiec energetyczny. Pragnę podkreślić, że metan jest surowcem zdefiniowanym pod każdym względem tj. znamy jego lokalizację i zasobność, wiemy jakie warunki należy stworzyć aby nastąpiła jego desorpcja. Jest on zatem udokumentowanym surowcem energetycznym, którego eksploatację warunkuje opracowanie technologii wykorzystującej posiadany potencjał maszynowy i wiedzę, a zarazem doświadczenia stosowania profilaktyk metanowych dla różnych stężeń jego występowania.

Mikro zbiorniki
Bardzo duże ilości metanu udokumentowano w pokładach węgla, które są ośrodkami porowatymi, i stanowią wzajemnie z sobą połączone "mikro zbiorniki" wypełnione metanem. Jednocześnie w ściankach takich zbiorników, zbudowanych z węgla, występuje metan zabsorbowany, czyli w nich "ukryty". Może on zostać uwolniony jedynie w przypadku ich zniszczenia/rozbicia. Węgiel, jako ośrodek porowaty zawierający metan, posiada bardzo małą przepuszczalność rzędu 1 mD, maksymalnie do 10 mD. Proces desorpcji metanu czyli jego uwolnienia w wyniku zniszczenia węgla o tak małej przepuszczalności, możemy sobie wyobrazić jak przedmuchiwanie metanem sitka o oczku od stu do tysiąca razy mniejszym od milimetra, co jest niezwykle trudne w przypadku nienaruszonego pokładu węgla. Aby mógł on przemieszczać się znacznie swobodniej, należy złoże odpowiednio wcześnie zeszczelinować/udrożnić. Wykonanie jedynie otworu do pokładu węgla nie jest sposobem na jego odmetanowanie. Tego typu sposoby odmetanowania pokładu są realizowane na świecie poprzez wykonie bardzo gęstej sieci otworów wiertniczych do pokładu węgla. Jest to jednak przedsięwzięcie kosztowne, a dla węgli o małej względnie bardzo małej zwięzłości, jakie występują w Polsce, technicznie trudno wykonalne, ponieważ przy pewnej długości otworu, zależnej od wytrzymałości mechanicznej węgla, żerdzie wiertnicze w otworach ulegają zakleszczaniu. Widzimy zatem, ze dla takich pokładów należy opracować inne metody skutecznego odmetanowania pokładów.

**pagebreak**

Potrzebny jest program
Gdzie jest zatem przeszkoda jego eksploatacji na dużą skalę?. Odpowiedź na to pytanie jest stosunkowo prosta i wynika z odpowiedzi na kolejne pytanie, kto będzie odbiorcą tego surowca?. Potrzeba zagospodarowania metanu jest oczywista, jednak jedynie lokalnie w poszczególnych zakładach górniczych realizowane są inwestycje wykorzystujące już ujmowany systemem odmetanowania metan. Nie ma strategicznego programu przemysłowego drenażu metanu z aktualnie eksploatowanych pokładów, a co jest szczególnie istotne dla energetyki kraju, programu drenażu metanu z pokładów przewidzianych do eksploatacji w przyszłych okresach. Wdrożenie tego ostatniego mogłoby w zasadniczy sposób poprawić bilans energetyczny kraju, zbliżyłoby energetykę krajową do dywersyfiakcji surowców energetycznych tj. po 1/3 z węgla, gazu i źródeł odnawialnych. Potrzebą chwili jest opracowanie takiego programu, w którym środki finansowe przeznaczono by na opracowanie technologii opartej na sprawdzonych metodach upodatnienia/zeszczelinowania pokładów i udrażniania górotworu, a nie kolejny raz na dokumentowanie złóż metanu już udokumentowanych czy ich metanonośności bądź tworzenie technologii jego pozyskiwania opartych na rozwiązaniach technicznych i technologicznych stosowanych na świecie, jednak w warunkach skrajnie różnych od górniczo-geologicznych warunków polskich złóż węgla kamiennego.

Czy Polska może eksploatować metan na skalę przemysłową?
Eksploatacja metanu w krótkim czasie na skalę przemysłową jest możliwa pod warunkiem równoczesnego zrealizowania następujących prac:

• włączenia sieci odmetanowania z kopalń do systemu gazociągów krajowych/regionalnych czy lokalnych, co jest przedsięwzięciem technicznie prostym natomiast wymaga uzgodnień głównie ekonomicznych, pomiędzy zakładami górniczymi i dystrybutorem gazu, jego odbiorcami, w tym energetyką,

• doboru i modyfikacji dostępnych technologii destrukcji skał celem ich upodatnienia/udrożnienia/zeszczelinowani wykorzystując stosowane w górnictwie metody i urządzenia wiertnicze, a także techniki strzelnicze, co może być praktycznie od zaraz wykonane przez ośrodki badawcze będące twórcą takich technologii bądź mające doświadczenia w tego typu pracach np. przez Główny Instytut Górnictwa,

• stosowanie wierceń kierunkowych urządzeniami spełniającymi wymogi bezpieczeństwa w kopaniach gazowych, o gabarytach pozwalających na ich pracę w wyrobiskach górniczych celem wykonania wierceń odmetanowujących pokłady, nie udostępnione wyrobiskami chodnikowymi.

Zrealizowanie tych prac, oprócz pozyskania alternatywnego dla węgla surowca energetycznego, pozwoli na poprawę bezpieczeństwa pracy, redukcję kosztów bieżącej profilaktyki metanowej, przekwalifikowanie pokładów metanowych do niższej kategorii tego zagrożenia, z czym wiążę się zwiększenie intensywności ich eksploatacji. Tego typu zabiegi techniczne wprost przedkładają się na obniżenie kosztu jednostkowego wydobycia, a zatem podniesienia konkurencyjności węgla w stosunku do jego zagranicznych dostawców.

Tanśzy niż atom i łupki
Dla pełnego obrazu możliwości technicznych i technologicznych polskich naukowców i inżynierów należy wspomnieć, że w kopalniach podziemnych wdrożone są polskie technologie szczelinowania skał, a także ich skutecznego uszczelniania czy rekonsolidacji. Te ostatnie znane z profilaktyki pożarowej, mogą mieć decydujące znaczenie dla bezpiecznej, ale odsuniętej w czasie, eksploatacji pokładów silnie spękanych drenażem metanu. Potrafimy skutecznie izolować, kontrolować i gasić ogniska pożarowe w pokładach węgla, także metanem. Z punktu widzenia stosowanych technologii górniczych nie ma zatem większych przeszkód, aby kopalnię bądź jej część przeznaczyć także na zbiornik metanu, a nawet doprowadzić do sytuacji, w której zakład górniczy, w miarę potrzeb rynku, np. jego nasycenia węglem kamiennym, byłby producentem jednocześnie bądź zamiennie węgla czy metanu.

Jest zrozumiałe, że realizacja takiego programu wymaga nakładów finansowych. Wydaje się jednak, że będą one o rząd bądź dwa rzędy niższe od prognozowanych nakładów na energetykę nuklearną (ponad 50 mld zł), bądź pozyskanie gazu łupkowego, około 220 mld zł, czy na produkcję gazu syntezowego w procesie podziemnego zgazowania węgla, którego produkcję szacuje się na 30 zł/GJ do 150 zł/GJ.

W odniesieniu do bezzasadności ponoszenia gigantycznych nakładów na pozyskanie gazu łupkowego należy przytoczyć wypowiedź Jerzego Nawrockiego, dyrektora Państwowego Instytutu Geologicznego, który stwierdził "w naszym kraju problemem są specyficzne własności skał łupkowych, z którymi na razie nikt nie potrafi sobie poradzić" a także "...nie udało się ... w Polsce uzyskać pełnowartościowych wyników z jakiegokolwiek otworu, dzięki którym moglibyśmy ... ustalić wartość tzw. wskaźnika EUR, który wskaże, ile można wydobyć gazu w stosunku do wolumenu surowca faktycznie znajdującego się w skale łupkowej, a którego dotychczas nie udało się określić w żadnym odwiercie w Polsce" ( źródło Rzeczpospolita 10-03-2013).

Polska myśl techniczna
Podobnie tj. moim zdaniem negatywnie należy odnieść się do ewentualnej technologii podziemnego zgazowania węgla, ponieważ publikowane dane oszacowania kosztów produkcji gazu syntezowego nie uwzględniają wszystkich nakładów na tego rodzaju technologię w których nakłady na izolację i stabilizację generatora w górotworze w zasadniczy sposób podnosi koszt jego budowy i pracy, (źródło Przegląd Górniczy nr 2/2013). Na zakończenie mogę stwierdzić, że Polscy naukowcy i inżynierowie dysponują dostateczną wiedzą oraz umiejętnościami, aby pozyskiwać metan zarówno w procesie podziemnej syntezy węgla czy z formacji łupkowych. Nadmieniam jednak, że każda z tych technologii wymaga olbrzymich nakładów na opracowanie całkowicie nowych technologii, natomiast drenaż metanu ze złoża węgla kamiennego jest technologią stosunkowo prostą, jej opracowanie w porównaniu z ww. technologiami jest nisko nakładowe. Mam nadzieję, że w dobrze rozumianym interesie kraju w dalszym ciągu będą zabezpieczone środki finansowe na kontynuację już rozpoczętych prac badawczych w zakresie podziemnej syntezy węgla czy destrukcji łupków, natomiast główne nakłady finansowe zostaną przeznaczone na eksploatację metanu, którego udokumentowane zasoby gwarantują niezależność energetyczną kraju, a którego eksploatacja przyczyni się do wzmocnienia jego proekologicznego wizerunku na świecie.

Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.