Naukowcy Głównego Instytutu Górnictwa wspólnie z górnikami kopalni Wieczorek KHW dowiedli z powodzeniem, że proces PZW (czyli podziemnego zgazowania węgla) na skalę przedprzemysłową jest bezpieczny i całkowicie sterowalny z powierzchni. - Możemy mówić o sukcesie. Niektóre z wyników okazały się nawet lepsze, niż w teoretycznych założeniach - ocenia prof. Krzysztof Stańczyk z GIG, koordynator projektu.
W należącej do KHW kopalni Wieczorek w Katowicach w ciągu 7 tygodni od 30 czerwca tego roku udało się bez poważniejszych przeszkód zamienić w gaz procesowy ok. 200 t węgla, ukrytego 430 m pod ziemią w georeaktorze, który umiejscowiono i rozpalono w pokładzie 501.
Wkrótce będzie to już przemysł
Jest to pierwsza na świecie próba zgazowania węgla w czynnej kopalni, w sąsiedztwie pracujących wyrobisk. Doświadczenia do opracowania założeń i wyboru odpowiednich technologii zespół naukowców GIG i specjalistów górniczych KHW czerpał z wcześniejszych własnych eksperymentów zgazowania bloków węglowych na powierzchni (w 2006 r.) i pod ziemią w Kopalni Doświadczalnej Barbara GIG w Mikołowie (w 2010 r.).
- Skala każdego z kolejnych etapów rośnie dziesięciokrotnie. Po analizie wyników z Wieczorka będziemy mogli zaprojektować i zbudować pierwszą demonstracyjną instalację przemysłową, o mocy od 20 do 30 MW, która pokaże komercyjne możliwości wykorzystania nowego paliwa do produkcji ciepła i energii elektrycznej - tłumaczy prof. Stańczyk, który wierzy, że nowa metoda uwolnienia energii z pokładów węgla, których wydobycie byłoby nieekonomiczne (bo leży on płytko, ale w resztkowych partiach lub obficie, lecz zbyt głęboko, poniżej tysiąca metrów) okaże się opłacalna i przyszłościowa.
Bezpiecznie oraz pod kontrolą
Koszt budowy instalacji podziemnej i naziemnej przy szybie wentylacyjnym Wschodnim kopalni Wieczorek przy ul. Mysłowickiej w Katowicach wyniósł ok. 10 mln zł. Projekt finansowany jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach strategicznego programu badań naukowych "Zaawansowene technologie pozyskiwania energii".
Celem próby było sprawdzenie, czy - wbrew sceptycznym opiniom wielu środowisk naukowych na świecie - PZW może przebiegać bezpiecznie dla środowiska naturalnego, wód podziemnych oraz czy podda się całkowitej kontroli, przez umiejętne zatłaczanie do płonącego reaktora odpowiedniej mieszanki tlenu, powietrza i pary wodnej. Nie licząc starszych prób PZW, które podejmowano od stulecia, najnowsze usiłowania Hiszpanów z lat 90. XX w. zakończyły się wybuchem wodoru w instalacji i na jakiś czas przyhamowały optymizm naukowców. Obecnie Polacy są w Europie (i na świecie) pionierami najnowszych technologii PZW. Podziemne zgazowanie w odróżnieniu od popularnego w Australii czy USA zgazowania na powierzchni nie zostało dotąd zbadane i jest dużo trudniejsze oraz wzbudzało nieufność.
Nie złamało ich niepowodzenie
- Na początku miałem wielkie obawy a pierwsze niepowodzenia obciążały nas ogromnym napięciem i nie wróżyły zbyt dobrze - zwierzył się nam Marek Pieszczek, dyrektor kopalni Wieczorek, odpowiedzialny za bezpieczeństwo eksperymentu.
Wiosną po próbnym rozpaleniu georeaktora na poziomie 400 zaczęły zatykać się rurociągi odprowadzające gaz o temperaturze od 470 do 520 stopni Celsjusza. Czujniki na powierzchni alarmowały o nagłym spadku ciśnienia. Ku wielkiej uldze górników georeaktor udało sie wygasić bez użycia awaryjnej metody (przez zalanie instalacji płynną podsadzką), która na zawsze zniweczyłaby prace. Obserwacja, że georeaktor można zatrzymać łatwiej niż sobie wyobrażano wcześniej, była pierwszą dobrą wieścią i odwróciła kartę całego eksperymentu.
- Długo szukaliśmy przyczyny niedrożności. Nasza górnicza intuicja nie zawiodła i tym razem. Okazało się, że długie na kilkadziesiąt metrów otwory, odwiercone w skale do środka reaktora, w niektórych fragmentach zaciskają się. Wystarczyło umocnić je, wprowadzając do środka specjalne rury. I odtąd problemy ustały, jak ręką odjął - opisuje dyrektor Pieszczek.
Opłacalne paliwo przyszłości
Przez kolejnych 43 dni z ponad 180 t węgla wytworzono ok. 730 tys. m sześc. gazu. Jego wartość opałowa waha się od 3 do 4,5 MJ/m sześc.
- To wielokrotnie mniej, niż wartość energetyczna gazu ziemnego, ale zupełnie wystarczająco, jeśli wysokowydajnie spalimy mieszankę w palnikach odpowiedniej konstrukcji, którą także już opracowaliśmy - prof. Stańczyk podkreśla, że technologie zapewniają opłacalność operacji, ponieważ przy zgazowaniu podziemnym odpada największy koszt - tradycyjnej eksploatacji pokładów węgla. Substrat do produkcji gazu procesowego - powietrze i ewentualnie dodatkowo tlen oraz para - są tanie i dostępne.
Teraz produkt zgazowania spala się w tempie do 800 m sześc. na godzinę w pochodni pod szybem. W przyszłości nowe paliwo - w dziesięciokrotnie większej skali - ogrzewałoby kocioł i zasilało turbinę. Uzyskana w takiej elektrowni moc (do 30 MW) wystarczy na potrzeby średniej kopalni lub dużego osiedla mieszkaniowego. A instalacje takie można będzie np. łączyć w większe kompleksy, postępująco zgazowując całe pokłady węgla.
Potrafimy sterować żywiołem
Naukowcy przekonali się, że skład, ciśnienie i temperatura gazu procesowego dają się kontrolować przy pomocy zatłaczanego medium powietrzno-tlenowego. Zbadali wpływ dodatku wody na jakość paliwa. Tłoczyli też pod ziemię dwutlenek węgla, by uzyskać jego tlenek. W 7. tygodniu georeaktor przyjmie większe ilości powietrza i zbadany zostanie wzrost jego wydajności.
Testy do końca sierpnia przewidują jeszcze stopniowe schładzanie georeaktora, by uzyskać warunki do pirolizy węgla. Dzięki wynikom badań w chemicznej obróbce uzyskać będzie można ze zgazowania rozmaite mieszanki metanu, azotu, wodoru i powietrza a nawet paliwa płynne.
Przez całą dobę na powierzchni czuwa przy instalacji czteroosobowy zespół fachowców GIG. Magdalena Pankiewicz-Sperka analizuje skład gazu, a Marcin Szyja nadzoruje całość instalacji, która schładza gaz przed spaleniem w pochodni do 50 stopni Celsjusza. Rafał Kłosiński dogląda separatora smół, które gromadzą się w specjalnych kontenerach przed utylizacją. Zajmują sie nią specjaliści w dąbrowskiej koksowni Przyjaźń. Zbigniew Szafran pod wieżą chłodniczą sprawdza specjalistycznym sprzętem skład paliwa na ostatnim odcinku przed pochodnią gazową.
Bezpieczeństwo najważniejsze
W trosce o bezpieczeństwo górników pod ziemią zdecydowano się skorygować początkowy plan: zamiast zatapiać rurociąg w wodnym syfonie w chodniku badawczym, zbudowano na dole szczelną śluzę, wypełnioną obojętnym dla procesu azotem. Dowieziono go w potężnej cysternie podłączonej z boku instalacji.
Po zakończeniu eksperymentu i wygaszeniu georeaktora na przełomie sierpnia i września trzeba będzie ochłodzić skały. Potrwa to nawet dwa lub trzy miesiące. Potem naukowcy zbadają, jak wytrzymała jest struktura reaktora po wypaleniu węgla. (Obserwacje kawerny w kopalni Barbara były przed 4 laty bardzo obiecujące). Przeanalizują też wpływ procesu na wody podziemne, by uniknąć wszelkiego ryzyka związanego z napływem wód i wymywaniem kawerny.
Już teraz wiadomo na pewno, że zgazowanie przebiegło całkowicie bezpiecznie pod względem zagrożeń pożarowych na dole, a było to główną troską specjalistów górniczych.
- Kontrola składu atmosfery w wyznaczonych miejscach pomiarowych w czynnych wyrobiskach w otoczeniu georeaktora nie wykazuje obecności tlenku węgla ani innych gazów pożarowych. Do pokładu 501 odwiercaliśmy też otwory kontrolne wokół georeaktora. Upewniły nas, że jakiekolwiek gazy nie migrują do wyrobisk - podkreśla dyrektor Marek Pieszczek.
Stary Wieczorek na nowe czasy
Nie kryje radości, że jego Wieczorek - jedna z najstarszych śląskich kopalń - przejdzie do historii jako ta, w której polskim naukowcom i górnikom udało się przeprowadzić pierwszy na świecie eksperyment PZW, który na zawsze skojarzy kopalnię z górnictwem i energetyką przyszłości.
W galerii: podsumowanie pilotowej próby w projekcie GIG podziemnego zgazowania węgla w kopalni KHW Wieczorek, wtorek, 12 sierpnia 2014 r. (zdjęcia Witold Gałązka - portal górniczy nettg.pl; GIG 15-17).
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
Przed zamkniętymi już dawno kopalniami rysuje się wspaniała przyszłość !!!
Co do wpływu na środowisko polecam "Wybrane aspekty zagrożeń związanych z próbami podzienego zgazowania węgla" artykuł można znaleźć na stronie Przeglądu Górniczego nr 12/2013. To są na razie próby, mnie bardziej ciekawi co właśnie będzie rozumiane pod pojęciem "pełna skala"?
Proszę o informację na temat wpływu tej metody użycia wegla na powierzchnię i przewidywane osiadania terenu przy pracy na pełną skalę. Czy one również są pod "pełną kontrolą"?
za wcześnie na szczegółowe obliczenia opłacalności. będą znane po demonstracji x10. jeżeli z elektrowni da się wyciągnąć 30 MW przy koszcie instalacji kilku milionów i taniej obsłudze, to wygląda to bardzo sensownie. zwłaszcza że odpadnie nie tylko wydobycie, ale i koszty likwidacji i przywrócenia środowiska a emisja pomijalna w stosunku do spalania węgla w kotłach.
A jaka jest ekonomiczna opłacalność tego procesu?