Mikołowska kopalnia doświadczalna posiada doskonałe warunki do eksperymentów nad zgazowaniem węgla

Dr Krzysztof Kapusta dogląda procesu zgazowania węgla w KD Barbara (GIG) w Mikołowie

W Kopalni Doświadczalnej Barbara w Mikołowie (GIG) istnieją doskonałe warunki do realizowania eksperymentów zgazowania podziemnego węgla w skali wielkolaboratoryjnej. To właśnie tam zgazowano m.in. próbki węgli sprowadzonych z Walii i Niemiec w kilku różnych projektach.

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 przez 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.

W projekcie HyCon do celów doświadczalnych służą naukowcom węgle z Bełchatowa oraz surowiec pochodzący z kopalń węgla brunatnego w Saksonii. W ramach projektu powstaje specjalna instalacja upłynniania węgla mogąca przetworzyć ok. 10 kg/h mieszanki wsadowej. Proces upłynniania prowadzi się w środowisku wodnym pod wysokim ciśnieniem sięgającym 200 atmosfer i w wysokiej temperaturze 400 st. C.

W KD Barbara realizowano również projekt ATLANTIS dotyczący hybrydowego magazynowania nadwyżek energii w elektrowniach szczytowo-pompowych usytuowanych w likwidowanych odkrywkowych kopalniach węgla brunatnego. Jak wskazuje dr Krzysztof Kapusta, kierownik Laboratorium Instalacji Doświadczalnych w Centrum Czystych Technologii Węglowych GIG, planowana likwidacja wydobycia tego surowca w Europie wymaga innowacyjnych i ekonomicznych strategii wspierania regionów węglowych w okresie przejściowym. Głównym założeniem projektu była ocena możliwości wykorzystania likwidowanych odkrywek do budowy instalacji hybrydowego magazynowania energii w układach szczytowo-pompowych. Zgodne z europejską strategią Zielonego Ładu jest ponadto wykorzystanie istniejącej infrastruktury geotechnicznej kopalń do magazynowania nadwyżek energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych.

W czerwcu br. z kolei miał swój finał projekt ROCCS pt.: „Utworzenie obserwatorium badawczego w celu udostępniania pokładów węgla w Europie do magazynowania dwutlenku węgla”. W tym przypadku procesowi zgazowania węgla poddano próbki surowca pobrane z KD Barbara, głęboko usytuowanego złoża, wybranego przez Polską Grupę Górniczą. Efektem przeprowadzonych doświadczeń jest m.in. zestaw wytycznych, dotyczących najlepszych praktyk wspierających komercyjny rozwój technologii składowania CO2 z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik poziomych odwiertów kierunkowych. Jak wynika z badań, horyzontalna konstrukcja odwiertu może poprawić obszar styku węgla z CO2 i zwiększyć pojemność magazynowania na płytkich głębokościach, a tym samym obniżyć koszty operacyjne. W ramach projektu dokonano również oceny ryzyka dla długoterminowego bezpieczeństwa i ograniczeń składowania CO2.

W mikołowskiej kopalni doświadczalnej zgazowaniu poddano również surowiec z Walii. Wysłała go tamtejsza kopalnia, z pokładów której eksploatowano głównie antracyt, czyli najsilniej przeobrażoną odmianę węgla kamiennego, charakteryzującą się najwyższą wartością energetyczną ze spalania. Co ciekawe, w Walii zalega on na bardzo niskich głębokościach, ok. 300 m. W Polsce antracytu jest niewiele. 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 pozostają jedynie śladowe ilości popiołu.

W 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. Warto wiedzieć, że technologia zgazowania jest znacznie czystsza od tradycyjnego sposobu spalania węgla. I co najważniejsze, jesteśmy o krok od zastosowania jej na przemysłową skalę.