Jesteśmy o krok od zastosowania metody zgazowania węgla na skalę przemysłową

Dr Krzysztof Kapusta prezentuje jeden z reaktorów, który jest gotowy na przyjęcie ładunku węgla

W mikołowskiej Kopalni Doświadczalnej Barbara działają trzy reaktory, w których prowadzi się badania nad zgazowaniem węgla. Jego próbki podlegają przeróżnym procesom fizykochemicznym przy zmieniającym się ciśnieniu i temperaturze. Zachodzące reakcje są na bieżąco monitorowane.

Ogromne skrzynie, a w nich bryły węgla o wadze od 200 do 800 kg. Do mikołowskiej KDBarbara wysłała je walijska kopalnia, eksploatująca głównie antracyt. Naukowcy z Głównego Instytutu Górnictwa mają teraz za zadanie zgazować surowiec w specjalnym reaktorze na powierzchni.

Cięcie węgla
– Zaczniemy od przygotowania odpowiedniej wielkości bloku węgla. Bryły zostaną pocięte za pomocą specjalnej piły, aby mogły zmieścić się do wnętrza reaktora – wyjaśnia dr Krzysztof Kapusta, kierownik Laboratorium Instalacji Doświadczalnych w Centrum Czystych Technologii Węglowych GIG.

Zgazowanie węgla w reaktorze ciśnieniowym polega na doprowadzeniu do zapalonego złoża węgla czynnika zgazowującego i odbiorze wytworzonego gazu o wartości przemysłowej. Produktem końcowym jest m.in. gaz, którego głównymi składnikami są, prócz wodoru (60 proc.), także tlenek węgla oraz metan. Sam przebieg procesu jest skomplikowany. Trzeba umiejętnie sterować podawaniem czynnika zgazowującego, aby uzyskać temperaturę umożliwiającą wytwarzanie gazów o określonym składzie. Temperatura wewnątrz reaktora dochodzi do ok. 1100 st. C. Następnie, przy podawaniu pary, spada do ok. 500 st. C. Ciśnienie we wnętrzu reaktora cały czas nieznacznie przewyższa ciśnienie atmosferyczne. Gaz otrzymany z węgla w procesie podziemnego zgazowania może mieć wiele zastosowań, m.in. do wytwarzania ciepła i elektryczności w energetyce, zastępowania gazu ziemnego w chemii, a także do wytwarzania paliw płynnych.

Antracyt to najsilniej przeobrażona odmiana węgla kamiennego, charakteryzująca się największą zawartością węgla i − co za tym idzie − najwyższą wartością energetyczną ze spalania.

- Co ciekawe, w Walii zalega on na bardzo niskich głębokościach, ok. 300 m. W Polsce antracytu jest bardzo mało. Jeśli już występuje, to na dużych głębokościach. Walijski jest paliwem w pełni ekologicznym. Dla przykładu nasz węgiel posiada wartość opałową rzędu ok. 25 do 26 MJ/kg. Ten z Walii ok. 30 proc. większą. Po jego spaleniu pozostaną śladowe ilości popiołu – dodaje dr Krzysztof Kapusta.

Warunki jak pod ziemią
W hali na terenie KD Barbara w Mikołowie znajdują się w sumie trzy rodzaje reaktorów. Ciśnieniowy pochłania od 800 kg do 1 t węgla. Doskonale symuluje się w nim warunki panujące w podziemnym wyrobisku. Dzięki temu możliwe jest kontrolowanie wielu zachodzących w reaktorze procesów. W warunkach podziemnych nie byłoby to możliwe. W drugiej instalacji zachodzi proces upłynniania węgla w mieszaninę węglowodorów ciekłych. Przy bardzo wysokim ciśnieniu ok. 200 atmosfer i temperaturze 450 st. C struktura węgla zostaje rozbita na mniejsze fragmenty i tworzą się produkty ciekłe. W kolejnym reaktorze dokonuje się proces powierzchniowego zgazowania węgla już wydobytego i odpowiednio przygotowanego.

- Mamy doskonałe warunki do realizowania eksperymentów zgazowania podziemnego w skali wielkolaboratoryjnej. Możemy sprawdzić proces separacji gazów, w szczególności CO2 – tłumaczy dalej dr Krzysztof Kapusta.

Technologia zgazowania jest znacznie czystsza niż tradycyjne spalanie węgla. I co najważniejsze, jesteśmy o krok od zastosowania jej na przemysłową skalę. Blok energetyczny o mocy 500 MW z zasilaniem ze zgazowania węgla kamiennego w reaktorach na powierzchni miałby powstać w Starej Wsi pod Łęczną. Zakłada tak wspólny projekt Enei i LW Bogdanka. Byłaby to największa tego typu siłownia na świecie. Dzięki zgazowaniu Polska ma szanse uniezależnić się od dostaw gazu.

Coraz głośniej mówi się też o pozyskiwaniu wodoru z procesu zgazowania węgla i wytwarzaniu energii za pomocą ogniw wodorowych.