AUDIO REO. Posłuchaj tekstu na podcaście. Czyta Paweł Sito.
Premier Mateusz Morawiecki przyznał w zeszłym roku, że chce, by węgiel nie odchodził do przeszłości, tylko miał zastosowanie w nowoczesnym przemyśle. Szansą na to jest proces naziemnego zgazowania węgla. – Ta technologia jest nie tylko lepsza dla środowiska w porównaniu z tradycyjnym wykorzystaniem węgla, ale może też pozwolić nam na częściowe uniezależnienie się od importu gazu ziemnego – uważa profesor Marek Ściążko z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
Metody otrzymania syngazu
W dużym uproszczeniu istnieją dwie techniki zgazowania węgla: podziemna i naziemna. Pierwsza to zgazowanie w pokładach węgla, a druga polega na zgazowaniu go już po wydobyciu, w różnych rodzajach reaktorów. W wyniku reakcji niepełnego spalania w wysokiej temperaturze (ponad 700 st. Celsjusza), przy dostarczeniu kontrolowanej ilości tlenu, powietrza lub pary wodnej, z paliwa stałego otrzymujemy różne gazy, takie jak metan, tlenek węgla czy wodór. Ich mieszanina z dwutlenkiem węgla tworzy tzw. gaz syntezowy, w skrócie nazywany syngazem. Może być on potem używany w ogrzewaniu, w energetyce, ale też z powodzeniem zastępować gaz ziemny w przemyśle chemicznym.
– Dzisiaj zgazowanie naziemne jest technologią rozwiniętą, przede wszystkim stosowaną na olbrzymią skalę w Chinach. Tam zgazowuje się około 200 milionów ton węgla rocznie. To bardzo duża liczba. Dzisiaj jedna trzecia amoniaku i metanolu pochodzi z Chin, całość jest produkowana poprzez naziemne zgazowanie węgla. Natomiast zgazowanie podziemne ciągle jest na etapie badań technologicznych – wyjaśnia profesor Ściążko.
Trzy polskie projekty
1W Polsce nie stosujemy naziemnego zgazowania węgla. Niedługo może się to zmienić dzięki projektowi Tauronu i Grupy Azoty. Pierwsza spółka ma dostarczać węgiel, a druga wykorzystywać go do produkcji wodoru. Inwestycja za nawet 600 milionów euro miałaby powstać w Kędzierzynie-Koźlu. – Wodór ze zgazowania zostałby potem zsyntezowany do amoniaku, a ten do nawozów. Poprzez zgazowanie węgla możemy uzyskać substytut gazu ziemnego, który dzisiaj musimy importować. Ten projekt jest w fazie przedrealizacyjnej, nie ma ostatecznej decyzji. Wyniki analiz techniczno-ekonomicznych są teraz przedmiotem analiz zarządów obu firm i odpowiednich ministerstw – tłumaczy wykładowca AGH.
2Drugi projekt, przygotowywany przez grupę Enea, dotyczy zastosowania zgazowania do produkcji energii elektrycznej. Firma rozpatruje wybudowanie bloku do zgazowania węgla o mocy 500 megawatów. Jak wyjaśnia profesor Ściążko, przewaga zgazowania w energetyce jest taka, że proces daje możliwość osiągnięcia wysokich sprawności wytworzenia energii elektrycznej i jest bardzo bezpieczny ekologicznie, bo tak wyprodukowany gaz musi być bardzo dokładnie oczyszczony. Blok miałby powstać w okolicach kopalni Bogdanka. Decyzja, czy w ogóle do tego dojdzie, zostanie podjęta prawdopodobnie pod koniec roku.
3Trzeci pomysł na zgazowanie ma firma SES EnCoal Energy, której technologia SGT pozwala na wykorzystanie węgla słabszej jakości, mułów czy odpadów. Spółka wraz z Tauronem opracowuje koncepcję modernizacji bloku energetycznego 200 megawatów z wykorzystaniem technologii SGT. W ostatnich 10 latach SES EnCoal Energy wybudował w Chinach pięć zakładów do produkcji metanolu i paliw gazowych z węgla, w których funkcjonuje 12 instalacji zgazowania.
Mniej dwutlenku węgla
Przy powstaniu syngazu również produkowany jest dwutlenek węgla. – Jednak w zgazowaniu łatwiej usunąć CO2, bo usuwany jest przed spaleniem gazu, a nie ze spalin. Dzięki temu możemy na końcu otrzymać wodór, który w ogniwach paliwowych daje wysoką sprawność generacji energii, a po jego spaleniu powstaje woda – tłumaczy wykładowca. W Polsce mamy pełną wiedzę, którą technologię należy do czego zastosować. Zdaniem naukowca warto jednak skorzystać z zagranicznych licencji, żeby proces zgazowania wdrożyć jak najszybciej.
Publicysta REO Hubert Bułgajewski zwraca uwagę, że amerykański Departament Energii szacuje koszt zgazowania tony węgla na 60 dolarów, z perspektywą na obniżenie kosztów maksymalnie do 40 dolarów. To na tyle dużo, że trudno się spodziewać, by wdrożono tak drogą technologię, za którą ostatecznie musiałby zapłacić odbiorca energii. Profesor Ściążko ocenia jednak, że dla części przemysłu zgazowanie jest już opłacalne. – Zastosowanie tej technologii dla produkcji chemicznej, czyli dla substytucji gazu czy produkcji wodoru, jest efektywne ekonomicznie. Problemem jest wykorzystanie zgazowania w energetyce. Jest ono na razie mniej opłacalne niż spalanie węgla przy parametrach nadkrytycznych, a ta technologia też pozwala na obniżanie produkcji dwutlenku węgla – wyjaśnia.
Technologia przyszłości
Dlaczego dzisiaj dominuje zgazowanie naziemne? Bo łatwiej ten proces kontrolować. Żeby dawało on cały czas tę samą wydajność i jakość gazu, trzeba kontrolować jakość surowca. Kiedy mamy węgiel już na powierzchni, to można go łatwo przygotować, ujednolicić i cały czas dozować taką samą ilość węgla o takich samych właściwościach. W związku z tym cały czas otrzymuje się gaz o jednakowych właściwościach.
W zgazowywaniu podziemnym upatruje się zaś możliwość wykorzystania zasobów węgla, których nie moglibyśmy eksploatować tradycyjnymi metodami – tych na głębokości dużo poniżej 1000 metrów. Nie trzeba by drążyć szybów, sprowadzać górników i maszyn, co znacząco obniżyłoby koszty. – Można sobie wyobrazić taką kopalnię, po opanowaniu tej technologii przyszłości, że na głębokich pokładach będziemy tylko wprowadzać czynnik utleniający, wyprowadzać gaz, a gaz po oczyszczeniu będzie mógł być kierowany na przykład do rurociągów – ocenia profesor.
Technologia zgazowania podziemnego przypomina proces wydobywania gazu łupkowego. Trzeba oczywiście zacząć od pionowego odwiertu o długości czasem do dwóch kilometrów. Z tego odwiertu potem trzeba zrobić kilka odwiertów poziomych. Gdy dochodzimy do węgla, należy go rozkruszyć (szczelinowanie), aby tlen mógł łatwiej dochodzić do pokładów. – Jeżeli powierzchnia węgla będzie większa poprzez rozkruszenie, to będzie on szybciej reagował, w związku z tym z takiego odwiertu osiągniemy większą wydajność. Na końcu poziomego odwiertu trzeba zrobić kolektory odbiorowe, czyli otwory wyprowadzające gaz na powierzchnię. A tam jest on potem oczyszczany – tłumaczy wykładowca. W 2014 roku technikę sprawdzono w kopalni Wieczorek w Katowicach. Przez kilka miesięcy spalono 240 ton węgla. Uzyskano niezbyt kaloryczny gaz, który jednak przy spalaniu w odpowiednich warunkach dał podobną energię do tej, którą otrzymano by z węgla.
Profesor Ściążko uważa, że choć dzisiaj nie ma specjalnego programu unijnego poświęconego zgazowywaniu węgla, to niedługo może pojawić się szansa na finansowanie tego typu projektów. – Zgazowanie ma zalety ekonomiczne i ekologiczne. Poza tym z węgla możemy wytwarzać produkty robione zwykle z gazu ziemnego, który i tak importujemy. To szansa, której nie można zmarnować – dodaje.
– Jeżeli zlikwidujemy naprawdę najsłabsze kopalnie, to stać nas będzie na zostawienie takich, gdzie są złoża warte miliardy złotych, ale do których dojście kosztuje setki milionów złotych. Po drugie: jeśli chodzi o nowe technologie, cały czas je badamy, wciąż chodzi ten pomysł zgazowania węgla pod ziemią, ale to na całym świecie, nie tylko u nas, jest jeszcze sfera badań. Podczas niektórych prób w Azji na poziomie 600 metrów okazywało się, że to wciąż jest za płytko i zapadał się grunt.
Kilka lat temu w kopalni Wieczorek, gdzie złoże przeznaczone do wydobycia się kończy, postanowiono zgazować je pod ziemią. Eksperyment się powiódł, otrzymano gaz z węgla, są dokładne dane w Głównym Instytucie Górnictwa. Ekipa, która nad tym pracowała postanowiła badać to dalej, bo na głębokości około kilometra pod ziemią technologia ta dawała nadzieje. Niektóre z wyników okazały się nawet lepsze, niż w teoretycznych założeniach. Niestety, pieniądze w Narodowym Centrum Badań i Rozwoju na to się nie znalazły, choć na geotermię mają być. Rząd cierpi na swoistą schizofrenię jeśli chodzi o węgiel. Mówi, że chce stawiać na ten surowiec, a na badania tych technologii, w które powinniśmy przyszłościowo iść, pieniędzy nie ma. Zgazowując węgiel pod ziemią wyciskamy z niego nawet 80% energii, a nie ok. 35-37%, jak w przypadku spalania w polskich elektrowniach.
Jeżeli nie będzie pieniędzy na badania, to z nieba nam technologia nie spadnie, natomiast przyjdzie zapewne z zagranicy. Tylko, że wtedy trzeba będzie zapłacić za to nie Polakom, a obcym firmom – mówi w wywiadzie dla REO Karolina Baca-Pogorzelska, dziennikarka Dziennika Gazety Prawnej, inżynier górniczy II stopnia, prawnuczka i wnuczka górników, autorka trzech książek na temat górnictwa.
Cały wywiad przeczytasz tu.
Szanowny Panie Doktorze,
Zasadniczo identyfikuję się całkowicie z treścią Pańskiego ostatniego komentarza. Mam tylko dwie proste uwagi:
Po pierwsze, naszym problemem jest, że od ponad dekady polską gospodarką – bezpośrednio lub pośrednio – zarządzają historycy, z natury rzeczy przygotowani do badania przeszłości, a z ograniczonymi kompetencjami do antycypowania przyszłości. To powoduje z jednej strony paraliż decyzyjny w skomplikowanych kwestiach technicznych, a z drugiej ochotę do sięgania po rozwiązania, które znamy z przeszłości, a które niekoniecznie przystają do teraźniejszości, nie mówiąc już o przyszłości.
Po drugie, pogłębionej dyskusji wymaga problem, który Pan poruszył, czyli cen nośników energii i marż przemysłowych. Wydaje się, że gaz z węgla, którego wydobycie będzie coraz więcej kosztować, długo, a być może zawsze będzie droższy, od gazu ziemnego z odwiertów konwencjonalnych, czy z łupków. Oznacza to, że przy podobnej efektywności technologii nasz produkt końcowy zawsze będzie droższy niż ten u konkurencji. Domyślam się, że to jest główna przyczyna ślimaczenia się decyzji w sprawie ZAK. Ale do tego, aby ją podjąć potrzeba stabilnych zarządów, z menadżerami-strategami, a nie drżących o posady nominatów politycznych.
Problem jest bardzo złożony. Bo Polska przez lata była krajem technologicznie opartym na węglu. Taka była nasza rola. W międzyczasie poprawiała się przepustowość i rozmieszczenie tras przesyłowych gazociągów. W międzyczasie górnictwo schodziło coraz głębiej, co generowało / generuje coraz większe koszty.. Przy pogarszającej się konkurencyjności węgla jednocześnie w Polsce zła selekcja kadr, brak pieniędzy, transformacja realizowana przez osoby nieprzygotowane itd. doprowadziły do sytuacji, że instalacje przerobu węglopochodnych, lub zakłady /technologie pozwalające na węglu zarobić i jednocześnie się technologicznie rozwijać w znacznej części zostały wygaszone. Istnieje wiele zewnętrznych oddziaływań związanych z walką o sprzedaż produktów. Oddziaływania te wypychają nas nawet z własnego rynku. Jednym z takich oddziaływań jest wojna o kierunek rozwoju naszej bazy surowcowej i energetyki. Nie będę tego rozwijać ale każdy pobieżnie znający temat wie, że chodzi o miliardy. I nierozważnymi działaniami sami wpuszczamy się w bagno. Prof. którego Pan wspomina to specjalista od termochemicznej przeróbki węgla. Promuje tenże profesor rozwiązania oparte o krajowy surowiec energetyczny i w oparciu o nowoczesne technologie. Mówiąc / pisząc o zgazowaniu naziemnym nie można przyrównywać nowoczesnych urządzeń do wytwornic gazu wodnego. Mogę się jednak z Panem zgodzić, że wielu „naukowców” przykleja się do tematu zgazowania bez przygotowania, wiedzy i celu klepiąc badania mające więcej wspólnego z pracami 19-wiecznych chemików, niż obecnymi trendami rozwojowymi w tym zakresie. Ba – ci 19-wieczni naukowcy zwykle mieli większy zasób wiedzy, czego efektem była eksplozja chemii na początku XX wieku. W warunkach dostępności do gazu węgiel obecnie przegrywa, bo łatwiej dla uzyskania np. wodoru prowadzić konwersję metanu, niż zgazowywać węgiel i oczyszczać jego pochodne. Ale czy tak będzie zawsze? Zachodzi pytanie, czy mamy całkowicie zrezygnować z własnego surowca energetycznego i chemicznego? Gdzieś tam za ocean przenosi się coraz więcej firm chemicznych – molochów i ich megainstalacji. Tenże gaz łupkowy będzie musiał podrożeć, coraz częściej stanowi surowiec do wytworzenia produktów charakteryzujących się większą marżą, niż marża ze sprzedaży samego gazu. Przełoży się to na podwyżkę i naszych cen. To prowokuje pytanie, związane z sensownością inwestycji w zgazowanie węgla dla potrzeb chemii. Fakt faktem, kolejne przymiarki i studia wykonalności na pewno nie są obiecujące. Czego dowodem jest fakt, że pomimo nacisków politycznych projekt np. Kędzierzyn nie wystartował. Czy pokonując trudności pierwszego wdrożenia i efekt skali uzyska się dodatkową rentowność? Jest wiele pytań. Faktem jest, że zakłady oparte na węglu i jego konwersji w Polsce prosperują dobrze (mam na myśli koksownie) i to pomimo faktu, że ich część jest niedoinwestowana i przestarzała. W znacznym uproszczeniu więc my się szamoczemy wychodząc z zaszłości historycznych, w których ktoś kiedyś prowadził inna politykę gospodarczą – opartą na węglu i nie jesteśmy w stanie prowadzić konsekwentnej i niezależnej polityki gospodarczej przyszłości. W efekcie różnego rodzaju niezależni eksperci” i lobbyści doprowadzają do sprzedaży ton instalacji, które również nie przynoszą zysku, za to dają zarobek krajom eksporterom technologii. Zachodzi więc pytanie o to, co jest przyszłością, i w jakiej pozycji w tej przyszłości będziemy.
Rzetelne i pogłębione informacje, które przedstawił nam Pan dr. Piotr Mocek, we właściwym świetle stawiają problemy podziemnego zagazowania węgla. Prowadzenie takich procesów na skalę półtechniczną nie rozwiązuje żadnego z naszych problemów, a ich uruchomienie w wymiarze znaczącym dla sektora paliwo-energetycznego w Polsce rodzi ryzyko, graniczące z pewnością, że nie będziemy mogli ich właściwie kontrolować i minimalizować groźne skutki uboczne. Szacunek Panie Doktorze, choć to w zasadzie powinno być traktowane jako “oczywista oczywistość” i powinność Ludzi Nauki, za obiektywizm i nieepatowanie opinii publicznej hurraoptymistycznymi wizjami, a raczej mirażami.
Odwrotnie niestety czyni cytowany wielokrotnie przez Autora artykułu Profesor AGH. Warto więc przypomnieć, że technologia zgazowania węgla nie jest niczym nowym (pierwsza gazowania powstała pod koniec XVIII w Anglii) i była bardzo powszechnie wykorzystywana w XIX i XX w jako źródło gazu dla przemysłu (gaz kokswoniczy, gaz syntezowy) i miast (gaz miejski, gaz świetlny). W Warszawie taka instalacja dostarczała gaz do sieci jeszcze w latach 60-tych ubiegłego wieku. Dziś obiekty tego typu znajdują zastosowanie praktycznie tylko w zakładach przemysłowych, a w miastach zarzucono stosowanie technologii zgazowania ze względu na niekonkurencyjne koszty i poważne problemy środowiskowe. Próby zastosowania jej w elektroenergetyce również spalą na panewce, gdyż będzie to źródło energii znacznie bardziej kosztowne niż elektrownie na gaz ziemny (dodatkowy stopień konwersji energetycznej węgla – o problemach tych pisałem już na reo w kontekście elektromobilności). A o projekcie Kędzierzyn, gdzie produkcja gazu syntezowego miałaby jeszcze jakiś sens, debatuje się chyba już ponad dekadę, ciągle podając nowe terminy jej realizacji. Gdyby im wierzyć, instalacja działałaby już od dawna, ale nie wyszła poza sferę planów. Kilka tygodni temu w Sejmie przedstawiciel Grupy Azoty zapewniał, że może ona powstać w terminie ok. 3 lata od dnia podjęcia decyzji, która jednak jak dotąd nie zapadła.
Ps. W PAna publikacji jest taki cytat: “Zgazowując węgiel pod ziemią wyciskamy z niego nawet 80% energii, a nie ok. 35-37%, jak w przypadku spalania w polskich elektrowniach” – to nie do końca jest prawdą. Błąd polega w różnej granicy bilansu i porównywaniu różnych rodzajów energii. Szybko licząc to 80% to tzw. sprawność zgazowania (nie podane czy na zimno czy na gorąco) a więc w uproszczeniu stosunek energii w gazie uzyskanym ze zgazowania odniesiony do energii w węglu doprowadzonym. Aby porównać do energetyki klasycznej należałoby porównać tak: energia użyteczna uzyskana z węgla spalanego podzielona przez energię w wydobytym węglu i energię włożoną na wydobycie i transport= sprawność całkowita konwersji w elektrowni klasycznej. Energia użyteczna uzyskana z wykorzystaniem procesu zgazowania podzielona przez energię w wydobytym węglu i energię włożoną na wydobycie i transport= sprawność całkowita konwersji ze zgazowaniem. Błąd polega na porównaniu sprawności wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni klasycznej ze sprawnością wytwarzania gazu w procesie zgazowania. Gdyby tak porównywać zgazowarkę do nowoczesnego kotła to osłona bilansowa musiałaby być poprowadzona zupełnie w innym miejscu.
Byłem osobą odpowiedzialną za techniczną stronę zgazowania na Wieczorku (tzn. rurociągi, instalacje to jak to działa, w jaki sposób było to sterowane i jak przerobić uzyskany gaz na energię efektywnie użyteczną). W praktyce krajowej problem stanowi fakt, że nie ma ani wiedzy , ani interesu, żeby wdrażać te wyniki tych badań. Z punktu widzenia profesora aplikacja użytkowa paradoksalnie to porażka, bo lepiej w kółko pisać publikacje. Z punktu widzenia “konkurencyjnych” instytutów im gorzej pójdzie np. w zgazowaniu podziemnym tym lepiej (kołderka zbyt krótka na badania ..). Z punktu widzenia ewentualnych inwestorów czas zwrotu inwestycji jest zbyt długi (o czym można znaleźć moje publikacje w sieci). I nie ma tutaj taryfy ulgowej na koszt wdrożenia nowej technologii. Tutaj z kolei i wina samych instytucji realizaujących takie procesy – nauczyły się mnożyć koszty i zrzucać wszystkie zachcianki na konieczność pokrycie progu wdrożenia nowości. Z punktu widzenia ewnentualnych donatorów takiej inwestycji zgazowanie to jest jednak technologia węglowa. Brudna i związana z emisjami a emisje – wiadomo są “be”.
A jak to wygląda z mojej strony? Obecnie technologia pozwala na prowadzenie zgazowania ciśnieniowego mieszanką tlenu i wody (ew. pary wodnej). Umożliwia uzyskanie gazu maksymalnie ok 1/3 wartości opałowej gazu ziemnego. Wymaga odpowiedniego, zależnego od głębokości zalegania węgla zgazowywanego ciśnienia i indywidualnie zaprojektowanej instalacji: podawania substratów zgazowania, odbioru produktów, odzysku energii uzyskanych produktów, ich oczyszczania , chemicznej konwersji i wykorzystania. To jest zespół technologii wymagających konstrukcji indywidualnej i dopasowanej do potrzeb instalacji chemicznej i energetycznej. Potrzeba w tym celu zespołu konstruktorów i ludzi z wizją. I jeżeli na jednej szali położyć możliwości a na drugiej zagrożenia to niestety podziemne zgazowanie węgla nie jest w Polsce możliwe. Są też faktyczne i groźne efekty prowadzenia procesu o których nie ma pojęcia większość zwolenników PZW a i profesorstwo nie bada możliwości ich uniknięcia!. Przede wszystkim problem stanowi pustka po procesie zgazowania (obniżanie terenu) ,oraz olbrzymia ilość związków chemicznych groźnych dla środowiska (głównie wodnego) które teoretycznie w procesie są do uniknięcia, jednakże pola ciśnień i temperatury w okolicy strefy reakcyjnej georektora są na tyle rozłożone przestrzennie, ze nie da się uniknąć warunków, w których otoczenie będzie zanieczyszczane ubocznymi produktami procesu.. Proces PZW paradoksalnie ma wiele wspólnego z geotermią – tzn. wiercenie z powierzchni w obu przypadkach obarczone jest znacznym ryzykiem, co moim zdaniem powoduje, że firmy wiertnicze narzucać mogą znaczną marżę na realizację i ciężko jest rozliczać je z każdego błędu a tym samym nie sposób projektować realizacji procesu tak, jak chociażby budowy klasycznej elektrociepłowni. Same wiercenie w przypadku PZW wymaga wielu nowych otworów co wiąże się ze znacznymi kosztami inwestycyjnymi. Wiele tutaj można napisać, wiele dodać i wiele udowodnić. Zwykle nikogo to ani doświadczenia z prowadzenia eksperymentu nie interesują. To dodatkowy dowód na fakt, ze poza sztucznym fermentem nic więcej PZW w praktyce nie jest warte.