Naukowcy zbadają potencjał pozyskiwania metanu w powiązaniu z podziemnym zgazowaniem węgla

Zainaugurowany w ostatnim czasie w Głównym Instytucie Górnictwa (GIG) w Katowicach projekt o akronimie MEGA+ dotyczy produkcji metanu z głęboko zalegających europejskich pokładów węgla w połączonych procesach odzysku tego gazu z węglowych pokładów oraz podziemnego zgazowania węgla.

Po raz pierwszy w swoich badaniach naukowcy postanowili połączyć obie technologie w jednym projekcie, aby zbadać, na ile można skutecznie powiązać ze sobą proces odzysku metanu z pokładów węgla z wysokociśnieniowym procesem podziemnego zgazowania, ukierunkowanym na produkcję substytutu gazu ziemnego – przy użyciu do obu zadań tej samej infrastruktury, zarówno podziemnej jak i naziemnej.

Przedsięwzięcie sfinansują środki europejskiego Funduszu Badawczego Węgla i Stali. Partnerami międzynarodowego konsorcjum, oprócz GIG i Polskiej Grupy Górniczej, są: firma TATA Steel UK, Uniwersytet Cardiff i Imperial College London z Wielkiej Brytanii, Instytut Podstawowych Procesów Chemicznych z Czech, Centrum Badawcze GFZ z Niemiec oraz instytut INERIS z Francji.

Przedmiotem badań będą głęboko zalegające pokłady węgla, powyżej 900 m pod ziemią. Przeprowadzone będą m.in. specjalistyczne badania nad wykorzystaniem katalitycznej aktywności składników popiołu z wysokociśnieniowego procesu podziemnego zgazowania w reakcjach metanizacji gazu syntezowego. Zaplanowano też próby podziemnego zgazowania węgli, w tym antracytów, na dużą skalę.

Eksperymenty będą prowadzone z wykorzystaniem infrastruktury badawczej działającego przy katowickim GIG Centrum Czystych Technologii Węglowych, w tym wysokociśnieniowej instalacji do badań procesu podziemnego zgazowania w warunkach laboratoryjnych. Ponadto dla wybranych trzech obszarów modelowych z Polski (Zagłębie Górnośląskie), Niemiec (Zagłębie Rury) i Wielkiej Brytanii określone zostaną warunki techniczne, ekonomiczne oraz środowiskowe jednoczesnej realizacji procesu odmetanowania i podziemnego zgazowania w głębokich pokładach.

Z pokładów metanowych pochodzą cztery na pięć ton wydobytego w Polsce węgla. Na każdą z nich przypada średnio o ponad połowę więcej tego gazu niż przed kilkunastu laty. Prawie połowa wydobycia pochodzi z miejsc zaliczanych do czwartej, najwyższej kategorii zagrożenia metanowego. W ostatnich latach w polskich kopalniach węgla kamiennego wydzielało się ok. 900 mln m sześc. metanu rocznie, czyli średnio ponad 1,6 tys. metrów sześciennych na minutę.

Podziemne zgazowanie węgla to jeden z pomysłów zmierzających do tego, by spalanie tego surowca nie szkodziło środowisku i klimatowi. Polscy naukowcy, we współpracy ze spółkami węglowymi, od kilkunastu lat badają, na ile możliwe i opłacalne jest, zamiast wydobywania węgla na powierzchnię, zgazowanie go w podziemnych georeaktorach; na powierzchni wydobyty gaz byłby używany do celów energetycznych.

Kilka lat temu naukowcy z GIG pomyślnie zgazowali węgiel na małą skalę w Kopalni Doświadczalnej Barbara w Mikołowie. W 2014 r., w ramach projektu badawczego, kolejną udaną próbę przeprowadzono w katowickiej kopalni Wieczorek, gdzie zgazowano ok. 245 ton węgla, uzyskując ok. 1 mln m sześc. gazu. To jednak za mało, by uznać technologię za w pełni bezpieczną i opłacalną – aby to stwierdzić, potrzebna jest instalacja demonstracyjna. Dalsze badania i analiza ich wyników mogą posłużyć do decyzji o możliwości wdrożenia technologii na skalę przemysłową.

W swoim raporcie z 2016 r. Najwyższa Izba Kontroli oceniła, że wdrożenie technologii podziemnego zgazowania węgla na skalę przemysłową będzie możliwe nie wcześniej niż za 15 lat. Izba przyjrzała się wówczas postępom badań w tej dziedzinie, wyliczając, że w ostatnich latach wydano na nie w Polsce już ponad 96 mln zł.

Niezależnie od badań procesów zgazowania węgla, GIG uczestniczy też w projektach – także międzynarodowych – dotyczących pozyskiwania i wykorzystania towarzyszącego złożom węgla metanu. W ostatnim czasie podsumowano np. projekt o akronimie GASDRAIN, służący opracowaniu ulepszonych technik drenażu metanu poprzez stymulacje pokładów węgla. Celem tych działań jest zapobieganie zagrożeniom i zwiększenie możliwości wydobycia węgla. Partnerami koordynowanego przez GIG projektu, także realizowanego ze środków Funduszu Badawczego Węgla i Stali, byli: Jastrzębska Spółka Węglowa, Instytut Nafty i Gazu w Krakowie, Grupa Hunosa i Instytut Aitemin z Hiszpanii, Imperial College London z Wielkie Brytanii, RWTH z Niemiec oraz instytut INERIS z Francji.

W ramach projektu zbudowany został specjalnie zaprojektowany system do hydroslottingu, czyli techniki odprężania pokładu poprzez wycinanie strugą wody pod wysokim ciśnieniem dysków w caliźnie węglowej. Urządzenie testowano w Zakładzie Badań Dołowych i Utrzymania Powierzchni Kopalni Doświadczalnej Barbara, gdzie określono m.in. warunki bezpieczeństwa użytkowania systemu, efektywność i wydajność dysz urabiających oraz czas operacji hydrocięcia, potrzebny do wykonania stymulacji otworów drenażowych. Urządzenie pozwala na pracę w otworach do 100 m w głąb górotworu i cięcie węgla strugą wody o ciśnieniu tysiąca barów.

Naukowcy z GIG przypominają, że metan jest jednym z najgroźniejszych zagrożeń naturalnych w kopalniach węgla kamiennego. W ostatnich latach odnotowano wzrost emisji metanu na jedną tonę wydobytego węgla o ok. 63 proc., co wiąże się ze wzrostem głębokości oraz koncentracją eksploatacji węgla. Zwiększone uwalnianie metanu jest nie tylko groźne dla górników, ale także ogranicza eksploatację węgla. Wkrótce, w związku z polityką klimatyczną, stanie się też przyczyną wysokich opłat emisyjnych, podobnie jak w przypadku dwutlenku węgla.

PAP – Nauka w Polsce, Marek Błoński