Przełom energetyczny- Adam Maksymowicz

Wraz z nadejściem epoki przemysłowej dokonała się pierwsza globalna zmiana w wykorzystaniu źródeł energii w Europie. Spalanie drewna i innej biomasy przestało być głównym źródłem energii.

Na wielką skalę zaczęto wykorzystywać energię z węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Paliwa kopalne pod każdym względem zrewolucjonizowały gospodarkę i cywilizację XIX i XX wieku. Rozwój kolei, transportu samochodowego i lotniczego ludzi oraz towarów na dalekie odległości był wyrazem tego postępu. 

Polski udział


Polska, choć nie istniała jako państwo, miała swój udział w kolejnych przełomach energetycznych. Pierwsza na świecie lampa naftowa konstrukcji Ignacego Łukasiewicza zapłonęła 31 lipca 1853 roku podczas pilnej operacji w lwowskim szpitalu. Od tego czasu weszła do powszechnego użytku jako tańsza i wygodniejsza od oświetlenia gazowego.
Lampa ta została wyparta przez kolejny przełom energetyczny, który z końcem XIX wieku rozpoczął trwającą po dziś dzień erę elektryfikacji. 
Rozpoczynający się wiek XX przygotowywał kolejny przełom. Jego inicjatorką była Maria Curie Skłodowska, która jako pierwsza kobieta otrzymała w 1903 roku Nagrodę Nobla za badania nad promieniotwórczością i po raz drugi w 1911 roku z chemii za odkrycie polonu i radu. 
Badania te zostały wykorzystane do budowy kilkuset elektrowni jądrowych na całym świecie. Ich obecna moc wynosi ok. 370 GW. W wielu krajach trwa rozbudowa tego źródła energii (Chiny, Indie, USA, Francja, Rosja i inne kraje). Dlatego ostanie stulecie nazwano „wiekiem atomu”. 
Pierwsza polska elektrownia atomowa miała powstać w Żarnowcu pod koniec lat 80.minionego wieku. Budowę uniemożliwiły protesty społeczne oraz zmiana systemu politycznego w kraju. 
Od kilkunastu lat prowadzona na ten temat debata wskazuje na posiadane zasoby węgla kamiennego i brunatnego, których eksploatacja ma być kontynuowana. Zagrożeniem dla nich staje się polityka klimatyczna UE nakładająca coraz wyższe normy odprowadzania dwutlenku węgla do atmosfery, których nasza energetyka nie jest w stanie uzyskać. Jedynym paliwem kopalnym mogącym zachować te normy jest gaz ziemny. 
Energetyka w Polsce, ze względu na bogate złoża węgla kamiennego i brunatnegou oparta jest przede wszystkim na tych surowcach. W małym stopniu rozwija się produkcja energii z innych źródeł. Ponadto ze względu na niskie wydobycie gazu ziemnego i ropy musimy importować większość tych surowców z zagranicy, przede wszystkim z Rosji. Elementem zmierzającym do dywersyfikacji dostaw gazu ziemnego była budowa gazoportu im. Lecha Kaczyńskiego w Świnoujściu, który umożliwia import LNG z dowolnego miejsca. 
Kolejnym krokiem może być niskoemisyjna technologia zgazowania węgla, która umożliwi pozyskiwanie gazu ziemnego oraz innych produktów naftowych z surowców dostępnych w Polsce.

Podziemne zgazowanie węgla na świecie


Badania nad podziemnym zgazowaniem węgla mają blisko stuletnią tradycję. Idea tej koncepcji opiera się na najtańszym pozyskiwaniu produktów spalania węgla bez jego wydobywania na powierzchnię ziemi. 
Kluczową rolę spełniają otwory wiertnicze, z których jeden jest generatorem ciepła, a drugi jest odbiorcą produktów spalania. Pierwsze próby zastosowania tej technologii zostały wykonane w Wielkiej Brytanii w 1920 roku. Kontynuowano je jeszcze w latach 50.XX wieku. Po odkryciu złóż ropy i gazu ziemnego na Morzu Północnym zaniechano dalszego ich prowadzenia. 
W USA prowadzono od 1973 do 1989 roku intensywne badania doświadczalne nad technologią podziemnego zgazowania. Badania pilotażowe podważyły pogląd, iż proces podziemnego zgazowania węgla jest prosty - w praktyce okazał się bardzo złożony. 
W dawnym ZSRR uruchomiono pięć takich instalacji. Obecnie pracują dwie. Jedna na Syberii, a druga w Uzbekistanie. Prace nad podziemnym zgazowaniem węgla prowadzone są w Australii, w Chinach oraz powtórnie w Wielkiej Brytanii i w Hiszpanii oraz w Japonii. 
Badania związane z podziemnym zgazowaniem węgla nadal są realizowane w bardzo ograniczonej skali. Ich kontynuacja jest ważna. Dzięki zgazowaniu węgla bezpośrednio w złożu nie trzeba byłoby ponosić kosztów wydobycia węgla, a uzyskiwałoby się gaz. Umożliwiłoby to wykorzystanie złóż, których nie da się eksploatować w tradycyjny sposób lub jest to nieopłacalne (np. złoża pod miastami, o niekorzystnej geologii i zalegające bardzo głęboko). 
Podziemne zgazowanie węgla (PZW)
Ta metoda polega na odwierceniu dwóch par otworów wiertniczych do złoża węgla, które ma być podziemnie zgazowane. Na jednym końcu pola jest otwór generatorowy, z którego następuje zapłon zgazowywanego pokładu węgla. Drugim otworem położonym na przeciwnym końcu tego pola odbierane są produkty jego spalania. 
Bezpośrednie zgazowanie węgla w złożu w Polsce jest nieopłacalne przede wszystkim z powodu jego zawodnienia. Polskie niecki węglowe na Górnym i Dolnym Śląsku mają swoje wychodnie na powierzchni. Całość górotworu jest silnie spękana i pocięta uskokami, co umożliwia łatwą infiltrację wód opadowych i zawodnienie złoża. Jego skuteczne odwodnienie dla celów zgazowania węgla jest prawie niemożliwe ze względów czysto przyrodniczych. Część wód podziemnych znajduje się w zamkniętych enklawach, porach i innych strukturach w postaci wód resztkowych, które będą utrudniać, a nawet uniemożliwiać podziemny zapłon węgla. 
Gdyby nawet udało się pokonać zawodnienie złóż węgla kamiennego, to tektonika i szczelinowatość górotworu powoduje, że nie dałoby się zapewnić szczelnego przebiegu tego procesu w naturalnym złożu, gdyż tą samą drogą, którą dostają się wody opadowe do złoża, będą w sposób niekontrolowany wydobywać się gazy pochodzące z podziemnego spalania węgla. 
Zgazowanie takie w innych krajach jest możliwe, gdyż złoża węgla zalegają w strefach pustynnych i im podobnych, jak ma to miejsce w Australii, USA, Chinach i w Rosji. Polskie badania zgazowania złóż bezpośrednio w złożu prowadzone są tylko w skali teoretycznej. 

Podziemne zgazowanie węgla w kopalni


Główny Instytut Górnictwa (GIG) w Katowicach od wielu lat prowadzi badania nad podziemnym zgazowaniem węgla w Kopalni Doświadczalnej „Barbara”. Badania prowadzono w wydzielonym pokładzie, wcześniej udostępnionego robotami górniczymi. Polski Serwis Naukowy twierdzi, że badania te zostały zakończone sukcesem. Zgazowano ok. 12-15 ton węgla, uzyskując wodór, dwutlenek węgla i metan, które odprowadzano na powierzchnię i spalano w pochodni. Technologia GIG polega na dostosowaniu metody powierzchniowego zgazowania do warunków panujących w podziemnej kopalni. 
Z tego powodu całe oprzyrządowanie, kontrola spalania węgla w pokładzie prawie nie różni się od zgazowania węgla na powierzchni. Zgazowywany węgiel w kopalni to wydzielone pole górnicze, szczelnie otamowane tak, aby gaz nie wydobywał się do chodników, tylko był odprowadzany do założonej instalacji. Metoda GIG tylko dlatego nazywa się „podziemna”, gdyż zmodyfikowany powierzchniowy proces spalania węgla odbywa się w podziemnej kopalni. Podziemne zgazowanie w nieczynnych już kopalniach jest nieopłacalne ze względu na podwójne koszta: utrzymanie kopalni i górnicze udostępnienie złoża dla jego zgazowania oraz przeprowadzenie samego procesu zgazowania złoża.
Zintegrowany cykl zgazowania węgla (IGCC)
Wysokociśnieniową technologię zgazowania węgla kamiennego na powierzchni stosuje się w wielu czynnych już instalacjach na całym świecie. Syntetyczny gaz otrzymuje się przez zgazowanie węgla w zamkniętym reaktorze ciśnieniowym z niedoborem tlenu. Niedobór tlenu zapewnia, że węgiel jest rozkładany pod wpływem ciepła i ciśnienia, w przeciwieństwie do całkowitego spalania.
Naziemna instalacja zgazowania węgla w procesie spalania węgla jest podobna do podziemnej. O ile pod ziemią spalanie przeprowadzane jest z wykorzystaniem otworów wiertniczych, to na powierzchni odbywa się w generatorach połączonych z turbinami gazowo-parowymi. W procesach naziemnych możemy wykorzystywać węgiel bardziej rozdrobniony o odpowiednio większej porowatości i dostępności powierzchni, co skutkuje lepszymi efektami. Procesy w reaktorach umożliwiają większą kontrolę i rozdzielenie procesów zgazowania i odgazowania. 
Proces powierzchniowego zgazowania polega na załadowaniu reaktora węglem i jego spalanie z dodawaniem czynników zgazowujących takich jak powietrze, tlen czy też para wodna. W zbliżonych do siebie proporcjach otrzymuje się metan, tlenek węgla, dwutlenek węgla i wodór. Zgazowanie węgla przy tej metodzie związane jest z jednoczesną produkcją energii elektrycznej. Zainstalowane turbiny gazowo-parowe umożliwiają efektywne wykorzystanie gazu średniokalorycznego. Zintegrowane układy powalają osiągać wysokie sprawności termodynamiczne przy niskiej emisji zanieczyszczeń. 

Powierzchniowe zgazowanie węgla na świecie


W ciągu ostatnich 30 lat niemiecki rząd federalny sponsorował ponad 100 projektów skupiających się na technologii zgazowania IGCC, przy całkowitym budżecie wynoszącym 400 milionów euro. Obecnie realizowany jest piąty „Program Badań nad Energią”. Podkreśla on ogromny potencjał tej technologii dla strategii „efektywność energetyczna” jak również dla „separacji CO2”. Komisja UE sponsoruje technologie wytwarzania energii elektrycznej oparte na zgazowaniu węgla i o niskich emisjach dwutlenku węgla. 
Daleko zaawansowane są pilotażowe instalacje w Stanach Zjednoczonych. Zrealizowano projekty z zastosowaniem tej technologii: Wabash River – 252 MW, Tampa Electric – 250 MW, Pinon Pine 100 MW. W trakcie budowy jest projekt Texas Clean Energy – 400 MW, który ma być zakończony w 2018 roku. 
Po katastrofie elektrowni atomowej Fukushima w 2011 r. Japonia rozpoczęła intensywne prace nad wdrożeniem technologii IGCC. W latach 2020 i 2021 mają być kolejno uruchomione dwie instalacje, każda z nich po 540 MW. Dodać do tego można podobne instalacje w Hiszpanii, we Włoszech i w Holandii.
Polski przełom energetyczny
Pod koniec stycznia 2017 roku minister energii Krzysztof Tchórzewski zapowiedział budowę elektrowni w technologii „czystego węgla”. To polska nazwa powierzchniowego zgazowania węgla (IGCC). Elektrownia ta o mocy 500 MW ma być wybudowana w pobliżu kopalni węgla kamiennego „Bogdanka” na Lubelszczyźnie. Minister wezwał polskich uczonych do prac nad tym projektem. Ma być to pierwsza tego typu elektrownia w Europie. Od kilku miesięcy prowadzone są analizy ekonomiczne, które według prezesa Mirosława Kowalika są wielce obiecujące. 
Podobną inwestycję w Zespole Elektrowni Dolna Odra (ZEDO) planuje PGE. Blok ma mieć moc ok. 500 MW. Prognoza przewiduje, że koszt jednego megawata mocy wahać się będzie w granicach 2,5 do 4 mln euro. Zamierza się wykorzystać japońskie doświadczenia związane z budową tego rodzaju elektrowni. Po awarii elektrowni jądrowej w prefekturze Fukushima postanowiono wybudować dwa bloki po 500 MW w technologii IGCC. Całość japońskiej inwestycji ma być zakończona do 2020 roku. Dla Japonii są to przedsięwzięcia ekonomicznie opłacalne. Jeżeli powierzchniowe zgazowanie węgla dla celów energetycznych jest opłacalne w Japonii, która musi importować węgiel, to tym bardziej proces ten winien być dochodowy w Polsce, gdzie węgla mamy pod dostatkiem.

Polskie zgazowanie węgla dla chemii


20 kwietnia 2017 roku w budynku Giełdy Papierów Wartościowych w Warszawie Zarządy Tauron i Grupy Azoty w obecności wicepremiera Mateusza Morawieckiego i ministra Krzysztofa Tchórzewskiego podpisały list intencyjny określający ogólne zasady rozpoczęcia współpracy nad projektem zgazowania węgla. Przy tej okazji wicepremier powiedział: „Zgazowanie węgla może zmniejszyć uzależnienie Polski od importu produktów chemicznych, dzięki takim projektom wchodzimy w przestrzeń przyszłości”. 
Od kilkunastu lat zakłady te przygotowywały się do podjęcia tego zadania. Zdaniem prezesa Filipa Grzegorczyka można dobrze restrukturyzować sektor górnictwa. „Podejmujemy dzisiaj z Grupą Azoty wysiłek dwojaki: chcemy widzieć węgiel jako paliwo, ale także nowe pola jego zbytu. Chcemy by sprzedaż węgla była wysokomarżowa, a to wymaga innowacyjności. Mamy nie tyle problem, co wyzwanie związane z węglem”. (energetyka24, 20.04.2017) 
Dr Wojciech Wardacki, prezes Grupy Azoty, zaznaczył przy tej okazji, że intensywne prace nad tym zagadnieniem trwają od 2015 roku, czyli od chwili, kiedy stało się jasne, że gazu łupkowego w Polsce nie będzie. Prowadzący to spotkanie podkreślali, że takich instalacji jest tylko kilka w Europie. Jest to sposób na niskoemisyjne wykorzystanie węgla kamiennego do produkcji gazu i potrzebnych nam chemikaliów. Szacowana wartość projektu wynosić będzie od 400 do 600 mln euro, w zależności od wybranej wersji technologicznej. 
Miejscem planowanej inwestycji będzie Kędzierzyn-Koźle. Prace nad tym projektem nabierają tempa. Tereny przyszłej inwestycji wizytowali parlamentarzyści z Sejmowej Komisji do spraw Energii i Skarbu Państwa, którzy 25 kwietnia 2017 zapoznali się ze szczegółami projektu powierzchniowego zgazowania węgla. Obejrzeli grunty planowane pod zabudowę instalacji do zgazowania węgla z reaktorami powierzchniowymi. Według założeń w Kędzierzynie-Koźlu przeróbce chemicznej na metanol lub amoniak poddawano by rocznie około 1 mln ton węgla kamiennego z górnośląskich kopalń. Koszt instalacji wyniesie 2,5 mld zł (600 mln euro). Licząc z fazą projektową, budowlaną i czasem niezbędnym na zamówienie, wyprodukowanie i montaż specjalistycznych urządzeń oraz reaktorów śląska instalacja mogłaby ruszyć w ciągu trzech lat. 
Rozważana jest budowa bloku energetycznego. Szczegóły budowy tej instalacji oraz jej uzasadnienie ekonomiczne nie zostało podane do publicznej wiadomości. Profesor Marek Ściążko twierdzi, że proces powierzchniowego zgazowania węgla „jest dziś efektywny ekonomicznie, był efektywny 10 lat temu i będzie efektywny za 10 lat. To jest jedyna szansa, aby zagospodarować nadmiar polskiego węgla kamiennego”. 
Wynika to przede wszystkim z wykorzystania tego gazu do przeróbki chemicznej, ograniczenia importu gazu ziemnego oraz możliwości jego wykorzystania do  celów energetycznych. Zdaniem profesora najbardziej ekonomicznie uzasadnione są instalacje w zakładach chemicznych, które dają gwarancje opłacanego wykorzystania produktów zgazowania węgla kamiennego. Technologia ta ma być w ZAK nadal rozwijana z wykorzystaniem jej w przyszłości również do celów energetycznych. 

Wybudowanie dwóch instalacji zgazowania węgla pozwoliłoby na wytworzenie około 2,5 mld m³ syngazu, co znacznie wpłynęłoby na ograniczenie importu. 

 

Zamach w Smoleńsku a sądy i instytucje państwa
Przywrócić sądy Polakom – skrót diagnozy- Stanisław Możejko
Kryzys polityczny w Brazylii
Groźby śmierci wobec prezydenta Dudy

Wspomóż nas!

Jeśli czytałeś lub słuchałeś...

Newsletter

Chcesz być na bieżąco?
Zapisz się do subskrybcji!

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym nasz serwis może działać lepiej.

Dowiedz się więcej