Zgazowanie węgla, wykorzystanie produktów ubocznych koksowania czy wydobycie metanu z pokładów węgla - to technologie, które pozwolą na korzystanie z tego „niemodnego” ostatnio surowca w sposób, który nikomu nie będzie solą w oku.

GALERIA  8 ZDJĘĆ


• Zasoby metanu w pokładach węgla w regionie górnośląskiego zagłębia węglowego szacowane są na 170 mld m sześc.


• Jeśli chodzi o nowe zastosowania samego węgla, to wiele technologii umożliwia wykorzystanie produktów ubocznych powstających podczas koksowania węgla.


• Zgazowując 7-8 mln ton węgla, możemy pokryć roczne zapotrzebowanie rodzimego przemysłu chemicznego na gaz.


• Nad wykorzystaniem „czarnego złota” zastanawiali się uczestnicy sesji „Nowe zastosowanie węgla”, która odbyła się podczas Europejskiego Kongresu Gospodarczego.

- Mówiąc o przyszłości węgla, mówiąc o nowych wyzwaniach, musimy pamiętać o otoczeniu prawnym - nie tylko na poziomie krajowym, aczkolwiek przede wszystkim, ale również o otoczeniu zewnętrznym - powiedział Adam Gawęda, senator. - Tutaj przyszłość węgla kształtuje się w pewnych realiach polityki klimatyczno-energetycznej i tzw. pakietu zimowego.

- Poszukiwania nowych zastosowań węgla powinny dać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób kształtować przyszłość sektora surowcowego, żeby spełniał nasze oczekiwania, by był dostosowany do potrzeb głównie energetyki zawodowej i ciepłownictwa - kontynuował senator Gawęda. - Duża tu rola instytucji naukowych, przedsiębiorstw technologicznych, aby pewne dobre rozwiązania, nowe koncepcje czy technologie przenieść z poziomu badawczego do poziomu przemysłowego.



- Przyszłość węgla to przyszłość nowych, dobrze dopasowanych do naszych możliwości technologii. Ale żeby węgiel był w tych nowych technologiach dobrze wykorzystywany, to przede wszystkim musimy zapewnić jego wielkość wydobycia - mówił Adam Gawęda. - Przyszłość węgla jest tym elementem, który wskazuje nasze bezpieczeństwo energetyczne. Ale bezpieczeństwo energetyczne jest kształtowane przede wszystkim na poziomie prawnym, a spółki, które w tym ładzie prawnym funkcjonują, muszą dążyć do tego, żeby zachować konkurencyjność, zachować efektywność i stwarzać swoje dźwignie rozwojowe.

Zdaniem Adama Gawędy, węgiel dzisiaj może być wykorzystywany w nowych technologiach w nowoczesnej energetyce. - Zmodernizowany blok w Jastrzębiu osiąga bardzo wysoką sprawność, osiąga wymogi BATowskie, które wejdą w 2021 roku. Pozwala na to, żeby czyste ciepło, o którym tak dużo dziś mówimy, mogło być dostarczane do mieszkańców Jastrzębia - podkreślił senator. - Ten przykład może posłużyć do tego, by modernizować inne tego typu bloki, które wejdą w ten przedział energetyki rozproszonej.

Metan – dużo go, ale większość nam ucieka

- Energetyka rozproszona to nie tylko energetyka odnawialna, oparta na źródłach wiatrowych i słonecznych. W jej skład z pewnością może wejść nowoczesny segment energetyki opartej na węglu czy też na paliwach towarzyszących, np. metanie górniczym - zaznaczył senator. - Ważne mogą okazać się też technologie zgazowania węgla, produkcji gazu syntezowego, produkcji wodoru.

W 2018 r. wydobycie węgla kamiennego w Polsce wyniosło 63,4 mln ton. 80 proc. tego wydobycia - blisko 50 mln ton - wydobyto z pokładów metanowych. Zdecydowana większość kopalń i robót górniczych prowadzona jest w warunkach zagrożenia metanem.

- W ostatnich dziesięciu latach wzrastała nam tzw. metanowość bezwzględna, czyli ilość metanu, która się wydzieliła w wyniku prowadzonej eksploatacji. Rok 2018 to nieco ponad 900 mln m sześc. metanu - zauważył Stanisław Prusek, dyrektor naczelny Głównego Instytutu Górnictwa. - Co robimy z metanem? 20 stacji powierzchniowych odmetanowania oraz dwie podziemne pracują w polskim górnictwie. Metan jest ujmowany - z tych ponad 900 mln m sześc. metanu udało nam się ująć ponad 300 mln m sześc, ale zagospodarować udało się tylko nieco ponad 200 mln m sześc.



Jak zaznaczył Stanisław Prusek, metan jest głównie wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej. Na kopalni Pniówek funkcjonuje również wykorzystanie metanu do produkcji chłodu. W 2018 roku z metanu wyprodukowano 140 tys. megawatogodzin (MWh) energii elektrycznej i ok. 400 gigadżuli (GJ) ciepła.

Zasoby metanu w pokładach węgla w regionie górnośląskiego zagłębia węglowego szacowane są na na 170 mld m sześc. - To bardzo dużo. Oczywiście taka duża ilość metanu wpływa bezpośrednio na charakter wydobycia węgla kamiennego. Większość kopalń eksploatuje w warunkach wysokiego zagrożenia metanowego - powiedział Janusz Jureczka, dyrektor Górnośląskiego Oddziału Państwowego Instytutu Geologicznego Państwowego Instytutu Badawczego. - Należy pamiętać jednak, że jest to cenny surowieć energetyczny, który do tej pory w skali przemysłowej - pomijając odmetanowanie w kopalniach węgla kamiennego - nie był ujmowany.



- Rocznie się ok. 900 mln m sześc. metanu, z czego tylko 200 mln jest zagospodarowane. Pozostała część jest emitowana do atmosfery - kontynuował Janusz Jureczka. - Do tej pory opłaty za emisję tego gazu są dość niskie. W przypadku, gdyby metan był objęty handlem uprawnieniami do emisji, jak jest w przypadku CO2, to te opłaty bardzo by wzrosły. Obecnie zakłada się, że metan ma 25 razy silniejsze właściwości cieplarniane niż CO2.

Trzeba wyciągnąć metan ze ścian zanim wejdą górnicy

- Prowadzone odmetanowanie w kopalniach wynika przede wszystkim z bezpiecznego prowadzenia ruchu zakładu górniczego. Ale proszę pamiętać, że w kopalniach ujmowana jest zawsze mieszanina metanu z powietrzem - w różnych proporcjach, bardzo zmiennych, w granicach 30-50 proc. Ogranicza to możliwość zagospodarowania tego gazu do różnych systemów generacyjnych - wyjaśniał Janusz Jureczka. - Natomiast z terenów nie objętych eksploatacją ujmujemy gaz o zawartości metanu ponad 90 proc., nierzadko ponad 95 - tu skład jest podobny do gazu ziemnego, wydobywanego ze złóż konwencjonalnych.

- Gazu w złożach węgla mamy ok. 170 mld m sześc. To zapasy gazu wydobywalnego, czyli tego, po który możemy faktycznie sięgnąć - wyliczał Łukasz Kroplewski, wiceprezes zarządu PGNiG. - Natomiast, jeżeli chodzi o złoża konwencjonalne, jest ich znacznie mniej. Na chwilę obecną to jest blisko 100 mld m sześc. 

- Potencjał wydobycia krajowego oscyluje w granicach 4 mld m sześc. rocznie. Do tego „koszyka” wydobycia chcemy dołożyć kolejny miliard, może półtora, wydobycia z pokładów węgla - zapowiedział Łukasz Kroplewski. - To jest możliwe, w to wierzę i wiem, że tak będzie w perspektywie najbliższej dekady.



- Tak już się dzieje na świecie. Nie tylko my sięgamy po gaz z pokładów węgla. Z sukcesami robią to Chiny, Indie, Australia, USA. Ten potencjał globalny wydobycia metanu z pokładów węgla to blisko 100 mld m sześc. rocznie - stwierdził wiceprezes Kroplewski.

- Projekt pilotażowy w Gilowicach służył dwóm celom. Przede wszystkim chcieliśmy udowodnić naszym partnerom biznesowym - PGG, JSW, Tauron - że takie wydobycie jest możliwe w warunkach geologicznych w naszym kraju. To się udało. Uzyskaliśmy przepływy blisko 5 tys. m sześć. na dobę. W tej chwili z tego gazu produkujemy prąd, za chwile ościenne miejscowości będą otrzymywać ten gaz gazociągiem - mówił Łukasz Kroplewski. - To otworzyło nam drogę do współpracy np. z Polską Grupą Górniczą. Mamy konkretną umowę, miejsce, nasze służby geologiczne dopracowują szczegóły. Za chwilę - myślę, że na jesieni - będziemy wiercić.

- Mówimy tu cały czas o metanie tkwiącym w pokładach węgla, w których nie prowadzona jest eksploatacja - podkreślił Stanisław Prusek.

- W aspekcie przedeksploatacyjnego ujęcia metanu ważne są bezpieczeństwo i rentowność samych kopalń - zaznaczył Janusz Jureczka. - To jest oczywiste, że wydobycie węgla z rejonów o dużym stężeniu metanu jest o wiele droższe, ze względu na liczne przestoje itp. Zmniejszenie metanowości ścian poprawi zarówno bezpieczeństwo, jak i rentowność kopalń.

Koksownie – wiele produktów ubocznych do zagospodarowania

Jeśli chodzi o nowe zastosowania samego węgla, to wiele technologii umożliwia wykorzystanie produktów ubocznych powstających podczas koksowania węgla.

- Z węglem koksowym i procesem koksowania, który jest znany od 200 lat, można skojarzyć dzisiaj wizję przemysłu i gospodarki 4.0 poprzez materiały węglowe i poprzez wodór - podkreślał Marek Ściążko z Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla. - Wodór, jako magazynowanie energii w gospodarce 4.0 i lekkie, wytrzymałe materiały węglowe. To jest właściwie potencjał dzisiaj niewykorzystany.



- Sektor automotive czy lotniczy przejmują dzisiaj kontrolę nad przetwórstwem smoły węglowej w kierunku, czy to włókien węglowych, czy też kompozytów węglowych - kontynuował Marek Ściążko. - Produkty przetworzenia smoły węglowej mają też zastosowanie w bateriach litowych, gdzie tworzy się z nich bardzo wymyślne struktury materiałowe.

- Grupa JSW zasadniczo jest zainteresowana tym, żeby optymalnie wykorzystywać swoje zasoby. Koksownia to taka mała fabryka karbochemiczna. Przy procesie koksowania węgla powstaje wiele produktów ubocznych, takich jak gaz koksowniczy, smoły koksownicze, pyły - mówił Jacek Srokowski, wiceprezes zarządu JSW Innowacje. - My te wszystkie produkty uboczne sprzedajemy, ale trzeba zauważyć, że produkty wyżej przetworzone są produktami wyżej marżowymi i uzyskuje się za nie lepsze ceny. Chcemy iść w tym kierunku. Chcemy optymalizować te procesy.

- Dla nas ważne jest to, żeby wykorzystać wszelkie zasoby, jakie mamy. Pochodne węgla to jest właśnie taki kierunek naszej optymalizacji w zakresie segmentu koksowniczego - dodał Jacek Srokowski. - Już dzisiaj realizujemy taki projekt - wspólnie z PGE będziemy testować wykorzystanie naszych pyłów koksowniczych do redukcji emisji rtęci.



- Przy niewielkiej zmianie funkcjonalności pyłu koksowniczego tworzymy absorbent pylisty. Ten absorbent pozwala nam uzyskać ponad dwukrotnie wyższe przychody z rynku, aniżeli sam pył koksowniczy - podkreślił Jacek Srokowski. - Przy takich produktach, jak włókna węglowe czy nanostruktury węglowe, „przebitki” potrafią być kilkunasto-, kilkudziesięciokrotne.

- Szukamy takich nisz, w których możemy się znaleźć i bardziej efektywnie zaistnieć. Przykładowo włókna węglowe, które obecnie mają przed sobą szerokie perspektywy - podsumował wiceprezes Srokowski. - Dziś jesteśmy na etapie badań w tym zakresie, więc trudno powiedzieć kiedy i czy w ogóle będziemy producentem i dostawcą włókien węglowych.

- Smoły, które mamy w Polsce, wyprowadzamy w całości za granicę, nie przerabiamy tego. Eksportujemy do Hiszpanii, Danii, Niemiec, a nawet Czech. Tam robią z niej wyrafinowane produkty - powiedział Marek Ściążko. - Tu jest wyzwanie w kwestii pozyskania tej technologii. Naukowcy wiedzą, jak to wygląda, robiliśmy różne doświadczenia, mało- lub większoskalowe, ale żeby dzisiaj gwarantować pewny cykl technologiczny, trzeba sięgnąć po współpracę zagraniczną.

Wodór ma przyszłość, ale trzeba stworzyć rynek

- W gazie koksowniczym wodór zajmuje ok. 50-55 proc. Co z nim dzisiaj robimy? Spalamy. A można go wydobyć i może on stanowić dzisiaj ekonomicznie alternatywę dla ogniw paliwowych. Nawet pomijając cenę samochodu z takim napędem - powiedział Marek Ściążko.

- Przewagą naszego wodoru może być jeszcze to, że w wyniku procesu separacji, czyli pozyskania wodoru z gazu koksowniczego, produktem ubocznym nie jest dwutlenek węgla, jak to ma miejsce w przypadku innych znanych technologii, np. reforming parowy gazu ziemnego - podkreślał Jacek Srokowski. - Chcemy pokazać jednoznacznie, że węgiel da się doskonale wkomponowywać w łańcuch dostaw dla nowoczesnego, niskoemisyjnego przemysłu.

- Już zaczęliśmy aplikować do Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR) o projekt badawczo-rozwojowy dotyczący stworzenia instalacji separacji i czyszczenia gazu wodorowego. Jednak do chwili uruchomienia produkcji jest jeszcze daleka droga - mówił Jacek Srokowski. - Równocześnie idziemy też ścieżką komercyjną. Nawiązaliśmy kontakty z partnerem azjatyckim i chcemy otrzymać od niego gotową technologię.

- Borykamy się też z problemem animacji dzisiejszego rynku. Chcemy się pozycjonować w produkcji czystego wodoru, który miałby zasilać ogniwa paliwowe, natomiast tego rynku dzisiaj nie ma - tłumaczył Srokowski. - Dlatego równolegle do tych działań badawczo-rozwojowych w obszarze technologicznym prowadzimy badania związane z kreowaniem rynku - współpraca z producentami autobusów w Polsce, a także nawiązana współpraca z Zakładem Cegielskiego w zakresie otworzenia produkcji lokomotywy o napędzie wodorowym. To ma nam stworzyć rynek.

- Z naszych rozmów - choćby z producentami autobusów - wynika, że taki „peak” nastąpi gdzieś ok. 2030 roku. Ale to nie znaczy, że tego rynku nie należy kreować i zdajemy sobie sprawę, że ten gaz koksowniczy jest specyficznym gazem - podsumował Jacek Srokowski. - Liczymy się z tym, że proces badań nad rozwojem tej technologii może napotykać na pewne bariery. Jednak skoro Chińczykom się to udaje, dlaczego nam miałoby się nie udać?

Zgazowanie – jedno na tak, drugie na nie

- Opinie ekspertów i dotychczasowe wyniki badań wskazują, że to zgazowanie węgla będzie technologią, która ma największą przyszłość, jeśli chodzi o nowe zastosowanie węgla. Głównie poprzez produkcję gazu syntezowego i surowców chemicznych - stwierdził senator Adam Gawęda. - Myślę, że to jest ta przyszłość, która najbardziej w tym łańcuchu wartości i kluczu biznesowym się sprawdzi. Doświadczenia Japończyków wskazują, że biznesowo się to opłaca.

- Zgazowanie węgla to są dwie technologie: podziemna i naziemna. Prowadziliśmy wiele testów, badań w dużej skali, na naszej kopalni doświadczalnej Barbara, również na kopalni Wieczorek. Były to testy związane ze zgazowaniem podziemnym. Jesteśmy gotowi do zrobienia takiego projektu typu demonstrator. Na kopalni Wieczorek udało nam się zgazować 53 tony węgla i otrzymać milion m sześc. gazu syntezowego - powiedział Stanisław Prusek. - Czy ta technologia jest przyszłościowa? Nie bardzo. Ona jest, była przez wiele lat, w różnych częściach świata testowana, rozwijana. Aktualnie szacuje się, że instalacje zgazowania podziemnego pracują głównie w Chinach.

Natomiast - zdaniem Stanisława Pruska - duży potencjał ma zgazowanie naziemne. Na świecie pracuje około 380 instalacji zgazowania naziemnego. W tych instalacjach umieszczono ponad 900 reaktorów. Rocznie zgazowuje się na świecie od 300 do 400 mln ton węgla.

Liderem są Chiny, gdzie zgazowuje się ok. 200 mln ton węgla. Państwo Środka nie ma własnych zasobów gazu ziemnego. Prowadzą zgazowanie w znacznej części pod kątem uzyskania surowców dla chemii. Z gazu syntezowego produkują metanol lub amoniak. Światowa produkcja amoniaku i metanolu z gazu syntezowego szacowana jest odpowiednio na 25 i 30 proc. całej produkcji.

- Nasz przemysł chemiczny zużywa rocznie ok. 2,5 miliarda m sześc. gazu. Zgazowując 7-8 mln ton węgla, możemy pokryć to zapotrzebowanie - wyliczał Stanisław Prusek, dyrektor Głównego Instytutu Górnictwa. - Z jednego miliona ton węgla energetycznego możemy uzyskać 0,4 mld m sześc. tzw. substytutu gazu ziemnego.

Według Stanisława Pruska, zgazowanie 1 mln ton węgla pokryłoby roczne zużycie metanolu w Polsce - wynosi ono około 500 tys. ton.

Co możemy zrobić z produktami zgazowania? - Są dwie główne linie. Pierwsza to produkcja energii, głównie energii elektrycznej, a druga to produkcja surowców dla chemii - mówił Stanisław Prusek.

Jeśli chodzi o produkcję energii elektrycznej, to najbardziej znaną wszystkim technologią są układy gazowo-parowe ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC - integrated gasification combined cycle). To są technologie rozwijane już od lat 60. ubiegłego wieku. - Takich instalacji na świecie pracuje pięć: jedna w Japonii, dwie w USA, jedna w Korei i jedna w Chinach - podkreślił Stanisław Prusek. - W Japonii w latach 2020-21 mają być oddane dwie nowe instalacje tzw. zintegrowanych układów gazowo-parowych. Japończycy też widzą tutaj potencjał i możliwość rozwoju. Chińczycy też na pewno będą rozwijać tego typu instalacje.

- Przyglądając się rodzimemu rynkowi, to są rozmowy, umowy, listy intencyjne podpisywane pomiędzy Grupą Tauron i zakładami azotowymi w Kędzierzynie. Bardzo dużo się mówi o tym projekcie. Tam właśnie ma powstać instalacja zgazowania na potrzeby zakładów azotowych - poinformował Stanisław Prusek. - Inny projekt to plany Grupy Enea budowy instalacji gazowo-parowej IGCC przy kopalni Bogdanka o mocy ok. 500 MW i plan produkcji energii elektrycznej.

- Jeśli chodzi o część chemiczną - czy to produkcję wodoru do syntezy amoniaku, czy produkcję metanolu - wszystkie wskaźniki ekonomiczne zgazowania węgla są pozytywne - uważa Marek Ściążko z Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla. - Węgiel energetyczny może z powodzeniem konkurować z gazem ziemnym jako surowiec do produkcji chemicznej. Te technologie są efektywne ekonomicznie, a technicznie ryzyko jest małe, bo na świecie tych instalacji jest sporo.

- Narzekamy wszyscy na słabe działania w zakresie tzw. niskiej emisji. Cała ta niska emisja bierze się stąd, że „kopcimy” węglem w piecach. Gdybyśmy zgazowali te 10 mln ton węgla, które spalamy w rozproszonym ogrzewnictwie, to mamy 4 miliardy m sześc. substytutu gazu ziemnego - wyliczał Marek Ściążko. - Dajmy ludziom ten gaz do ogrzewania mieszkań!

- Trzeba się pogodzić z faktem, że ten węgiel jest i trzeba go wykorzystywać. Zgazowując węgiel i wykorzystując produkty zgazowania - czy to do celów energetycznych, czy jako surowce chemiczne - nie będziemy niszczyć polskiego górnictwa, tylko będziemy używać węgla w sposób sensowny i racjonalny - mówił Ściążko. - Co więcej, możemy sprowadzać wówczas mniej węgla i gazu z zagranicy.

« POWRÓT