Podziemne zgazowanie węgla. Czy może to być innowacyjny sposób pozyskiwania energii ?

1. Podziemne zgazowanie węgla. Czy może to być innowacyjny sposób pozyskiwania energii ? Prof. dr hab. inż. Józef DUBIŃSKI,czł. koresp. PAN Katowice, 08.04.2014r.

2. Czy można będzie wydobywać węgiel z podziemi bez użycia tradycyjnej techniki górniczej ?

3. Podziemne zgazowanie węgla jest ideą z blisko 150 historią 1868 – Carl Wilhelm Siemens – sugestia zgazowania podziemnego węgla przed Chemical Society of London,

4. Światowe próby podziemnego zgazowania węgla

5. Zasoby węgla należą do najbogatszych (50% całości) spośród wszystkich surowców węglowodorowych. • Głęboko zalegające zasoby są trudne do pozyskania klasycznymi technikami górniczymi. • W Polsce na głębokościach poniżej 1000 m zalega 4,67 mld ton zasobów bilansowych węgla, a w pozostawionych resztkach co najmniej 1 mld ton.

6. Polska jest krajem zasobnym w węgiel ... • Zasoby bilansowe • 48,23 mld ton • Zasoby bilansowe w polach zagospodarowanych • 19,13 mld ton • Zasoby bilansowe w obszarach niezagospodarowanych • 25,14 mld ton • Zasoby przemysłowe • 4,21 mld ton • Zasoby operacyjne • 3,49 mld ton Węgiel kamienny Stan : 31.12.2012.

7. Podstawowe procesy i produkty wykorzystania węgla

8. Podziemne Zgazowanie Węgla powala na bezpośrednie pozyskanie energii w miejscu zalegania węgla, a sam proces przebiega analogicznie do technologii zgazowania węgla na powierzchni - jest jednak bardziej złożony i trudniejszy w realizacji. 8

9. Istota procesu podziemnego zagazowania węgla • Podziemne Zgazowanie Węgla - stanowi zespół wielokierunko – wych przemian termicznych i chemicznych, jakie zachodzą w pokładzie węgla w podwyższonej temperaturze (700 ÷900oC, a nawet do 1500oC) i przy kontrolowanym dostępie ilości powietrza , tlenu lub pary wodnej. • Podstawowe reakcje : • > Reakcja utleniania (spalania) C + O = CO2 (egzotermiczna) • > Reakcja powstawania syngazu C + H2O = CO + H2(endotermiczna) > Reakcja Boudouard’a C + CO2 = 2CO • > Reakcja tworzenia metanu CO + 3H2 = CH4 + H2O • Ciepło potrzebne do zgazowania otrzymywane jest przez spalenie węgla w egzotermiczna reakcji utleniania . • Podstawowe produkty zgazowania węgla : CO, CO2, H2, CH4, H2O

10. Podziemne zgazowanie węgla (ang. Underground CoalGasification – UCG) to jedna z najprężniej rozwijających się obecnie technologii pozyskania energii zawartej w węglu poprzez jego zgazowanie bezpośrednio w złożu. Jej zaletą jest przede wszystkim możliwość wykorzystania uzyskiwanego gazu zarówno w  celach energetycznych jak i do innych procesów karbochemicznych.

11. Dlaczego znowu podjęto prace nad technologią PZW w Polsce ? Polska jako kraj zasobny w węgiel i potrzebujący nowych zdywersyfikowanych źródeł energii nie może stać z boku prac B+R rozwijanych aktualnie na świecie nad technologią podziemnego zgazowania węgla.

12. Podziemne zgazowanie węgla nie może być stosowane wszędzie - muszą być spełnione określone warunki aby było ono bezpieczne dla ludzi i dla środowiska naturalnego • Kryteria wg J. Drzewieckiego, 2011 • Głębokość: ponad 100m.; • Miąższość: ponad 2 m; • Zawartość popiołu: do 30% • Brak przerostów w pokładzie; • Odległość do najbliższego pokładu: ponad 10m; • Grubość skał nieprzepuszczalnych w nadkładzie ponad 10m; • Całkowita izolacja poziomów wodonośnych.

13. Podstawowe metody (technologie) PZW Metoda szybowa Metoda bezszybowa W metodzie bezszybowej, przygotowanie georeaktora polega na wykonaniu z powierzchni otworów wiertniczych stanowiących kanały zasilające i produkcyjne, które są połączone kanałem łączącym wykonanym w pokładzie węgla. Metoda szybowa polega na udostępnieniu pokładu węgla szybem. Georeaktor stanowi wydzielony fragment pokładu, do którego poprzez otwory wiertnicze podawane są media zgazowujące i odbierane produkty zgazowania. Media zgazowujące iprodukty zgazowania są transportowane wyrobiskami dołowymi i szybem na powierzchnię.

14. Polskie badaniach koncentruję się na technologii szybowej… • umożliwia pozyskanie unikalnej wiedzy o zjawiskach i procesach zachodzących w obrębie georeaktora zgazowania i w jego otoczeniu, • pozwala na łatwiejsze rozpoznanie i sterowanie parametrami procesu w zakresie : • - składu i jakości uzyskiwanego produktu, • - bezpieczeństwa realizacji procesu, • - oceny wpływu procesu na podziemne środowisko • geologiczne i środowisko naturalne na powierzchni.

15. POLSKIE DOŚWIADCZENIA W ROZWOJU TECHNOLOGII PODZIEMNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA • Prace badawcze realizowane w GIG w latach 50 i 60 – tych XX wieku (poligon : dawna kopalnia Mars) • Projekt HUGE • Projekt HUGE 2 • Projekt Strategiczny pt. „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” - Zadanie 3 „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej • produkcji paliw i energii elektrycznej”

16. EKSPERYMENTY PODZIEMNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA W POLSCE W WARUNKACH RZECZYWISTYCH Projekt HUGe – etap 1 Próba zgazowania w warunkach rzeczywistych w i pokładzie 310 w KD Barbara GIG w Mikołowie Projekt HUGE – etap 2 Badanie procesu podziemnego zgazowania węgla w dynamicznym georeaktorze

17. EKSPERYMENTY PODZIEMNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA W WARUNKACH RZECZYWISTYCH Projekt HUGE – etap 2 PRÓBA ZGAZOWANIA

18. EKSPERYMENTY PODZIEMNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA W WARUNKACH RZECZYWISTYCH Projekt HUGE – etap 2 REZULTATY • W procesie uzyskano palny gaz o wartości opałowej w przedziale: 2,5÷10 MJ/m3,o następującym składzie: • wodór 10–40%, • tlenek węgla 20–30%, • metan 2–3%, • dwutlenek węgla 10–15%, • tlen 1–2%.

19. Dlaczego technologię PZW można zaliczyć do grupy Czystych Technologii Węglowych ? • Po zakończeniu prac przygotowawczych nie ma potrzeby wprowadzania pod ziemię ekip górniczych. • Większość operacji technicznych, w tym procesy chemiczne odbywają się bezpośrednio w pokładzie węgla. • Istnieje możliwość pozostawienia pod ziemią odpadów i zanieczyszczeń powstających w procesie zgazowania (popiołów, siarki, metali ciężkich). • Rozważa się możliwość składowania CO2 w kawernach powstałych po zgazowaniu.

20. PODSUMOWANIE : • Podziemne zgazowanie węgla przeżywa aktualnie swój renesans i stało się „trendy” w wymiarze światowym. • Polska baza zasobowa węgla uzasadnia aktywnośćB+R polskich instytucji naukowych w obszarze PZW. • Duże zainteresowanie przemysłu węglowego rozwojem technologii PZW. • Przyjęty program badań stwarza szanse na uzyskanie wyników unikalnych w skali światowej. • PZW jest technologią o szczególnych wymaganiach w zakresie bezpieczeństwa i ochrony środowiska. • PZW szansą na pełniejsze wykorzystanie krajowych zasobów węgla.

21. Dziękuję za uwagę !