Niebezpieczny towarzysz węgla
Metan w polskim górnictwie węgla kamiennego jest gigantycznym problemem. W 2018 r. wydobycie węgla wyniosło 63,4 mln ton, z czego 80 proc. - czyli ok. 50 mln ton - z pokładów metanowych. A to oznacza, że zdecydowana większość robót górniczych wszelkiego rodzaju prowadzona jest w warunkach wysokiego zagrożenia metanowego. Mimo coraz lepszych technik zapobiegania wypadkom, w ciągu ostatnich 10 lat w polskich kopalniach doszło do 31 zapaleń lub eksplozji metanu. Środki bezpieczeństwa kosztują, a przestoje związane z podwyższonym poziomem niebezpiecznego gazu podnoszą koszty wydobycia, czyli i cenę węgla.
W Polsce musimy sięgać po coraz głębsze i bardziej metanowe złoża węgla. Większość płycej położonych i mniej metanowych pokładów po prostu już wyeksploatowano. Dlatego ilość wydzielanego w trakcie działalności górniczej gazu rośnie. O ile w 2009 r. było to 850 mln m sześc., to w 2018 r. - już nieco ponad 900 mln m sześc. (pomimo znacznego spadku wydobycia węgla). Lepsze wyobrażenie o skali problemu może dać tzw. metanowość względna, czyli ilość wydzielanego metanu na tonę wydobytego węgla. O ile 10 lat temu było to 10-11 m sześc., to w ubiegłym roku wydobyciu na powierzchnię 1 tony węgla towarzyszyło wydzielenie już 14 m sześc. metanu!
Gaz wypuszczany do atmosfery
Niestety, większość tego gazu się marnuje. W polskich kopalniach pracuje 20 powierzchniowych i 2 podziemne stacje odmetanowania. Ale z uwolnionych 900 mln m sześc. w 2018 r. według danych Głównego Instytutu Górnictwa udało się wychwycić tylko ponad 300 mln, a zagospodarować nieco ponad 200 mln. Kopalniany metan służy na niewielką skalę do produkcji energii elektrycznej, ciepła, a w najbardziej zaawansowanej technologicznie, trigeneracyjnej instalacji w kopalni Pniówek - również chłodu. Jednak marnowana bezpowrotnie większość to tzw. metan wentylacyjny, uchodzący szybami wentylacyjnymi kopalń.
Metan w atmosferze generuje silny efekt cieplarniany 25 razy większy niż dwutlenek węgla. Nie jest jednak objęty regulacjami dotyczącymi emisji. Opłata za emisję tony metanu to zaledwie 29 groszy. Dla porównania, energetyka za emisję tony CO2 musi płacić ok. 100 zł, czyli 300 razy więcej. W przeszłości kilkakrotnie pojawiał się temat objęcia emisji metanu regulacjami europejskimi w rodzaju systemu ETS dla CO2, jednak ostatecznie Komisja Europejska na chwilę obecną nie przewiduje tego w swoich strategiach. Co ważne, kopalniane emisje metanu w UE nie mają większego znaczenia, bo w stosunku do emisji tego gazu z sektora rolnictwa są to zdecydowanie mniejsze ilości.
Jak widać, za większym wykorzystaniem metanu pokładów węgla przemawia szereg przesłanek. Jednocześnie jednak w praktyce pojawia się szereg problemów. Najważniejszy jest taki, że to, co ulatuje z kopalnianych wyrobisk, jest mieszaniną metanu z powietrzem, zazwyczaj zawierającą 30 do 50 proc. CH4, często określanym jako CMM (Coal Mine Methane). Nie jest to pełnowartościowy gaz ziemny, a zwiększać koncentracji metanu zwyczajnie się w nim nie opłaca. Jedynym zastosowaniem dla tego typu mieszaniny jest spalenie jej w różnego rodzaju źródłach prądu i ciepła, albo wręcz we flarze.
Usunąć metan z drogi górników
Zupełnie inaczej jest, gdy docieramy do metanu uwięzionego w pokładach węgla, które nie są jeszcze naruszone działalnością górniczą. Ten gaz zawiera 90, a nawet 95 proc. metanu. Nie różni się od wysokometanowego gazu ziemnego wydobywanego ze złóż konwencjonalnych czy łupkowych i określany jako CBM (Coal Bed Methane). Po standardowym oczyszczeniu może być więc wtłoczony do sieci gazowej i użyty w dowolnym celu. Metan z pokładów węgla powiększa więc polskie zasoby gazu, a raczej radykalnie zmienia sytuację tych zasobów. Otóż z dzisiejszej wiedzy wynika, że w Polsce mamy ok. 100 mld m sześc. gazu, który można wydobyć ze złóż konwencjonalnych. Tymczasem zasoby wydobywalne metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym - czyli możliwe do wydobycia - szacuje się na 170 mld m sześc.! Tyle gazu tkwi w nienaruszonych jeszcze pokładach węgla. - Patrzymy na Górnośląskie Zagłębie Węglowe jak na jedno wielkie złoże gazu ziemnego - mówił prezes PGNiG Piotr Woźniak. Spółka opracowała program przedeksploatacyjnego odmetanowania pokładów węgla metodą wierceń od powierzchni.
Celem programu Geo-Metan, w którym partnerem PGNiG jest Państwowy Instytut Geologiczny (PIG-PIB), jest wydobywanie rocznie 1-1,5 mld m sześc. gazu ziemnego z nieeksploatowanych jeszcze złóż węgla. Przy krajowym wydobyciu rządu 4 mld m sześc. rocznie, jest to znacząca wielkość. Jednocześnie odprowadzenie metanu z pokładów węgla, które za kilka-kilkanaście lat będą eksploatowane, znacząco powinno podnieść bezpieczeństwo i rentowność wydobycia samego węgla. PGNiG podpisało już umowę z Polską Grupą Górniczą, która umożliwi realizację prac wiertniczych w kopalniach należących do PGG. Planuje też podpisanie umów z kolejnymi spółkami węglowymi.
Gilowice - test możliwości
Pierwszy eksperyment odmetanowania odbył się w Gilowicach. Tam jednak nie planuje się wydobycia węgla, a cały pilotaż był testem możliwości zastosowania technologii odmetanowania. Prace przebiegły pomyślnie. Przy ustabilizowanym ciśnieniu udało się uzyskać średnio 5, a maksymalnie 10 tys. m sześc. gazu na dobę. Gaz od kwietnia 2019 r. zasila generator o mocy 0,9 MW, a produkowana przez niego energia elektryczna trafia do sieci. W ten sposób potwierdzono, że dzięki odpowiednim zabiegom z pokładów węgla można wydobywać i zagospodarować znaczące ilości metanu. Udało się to, czego nie zdołali zrobić kilka lat temu Australijczycy z Dart Energy, którzy pracowali na tych samych odwiertach. Otrzymali jednak minimalne przepływy gazu, prawdopodobnie z powodu niedostosowania swojej technologii do polskich warunków geologicznych.
PGNiG efekty w Gilowicach osiągnęło dzięki dopracowaniu technologii szczelinowania hydraulicznego, znanego głównie z wydobycia gazu z łupków. PGNiG z powodzeniem zastosowało szczelinowanie przy wydobyciu na swoich koncesjach w Pakistanie tzw. gazu zaciśniętego (tight gas), czyli uwięzionego w różnego rodzaju piaskowcach. Eksploatacja takich złóż uchodzi za dużo trudniejszą niż tych łupkowych, znanych z Ameryki Północnej.
Technika przedeksploatacyjnego pozyskiwania metanu z pokładów węgla otrzymała w czerwcu tego roku prestiżowe godło "Teraz Polska" w XII edycji Konkursu dla Przedsięwzięć Innowacyjnych. W wyróżnieniu podkreślono, że nagrodzone przedsięwzięcie jest pierwszym tego typu projektem w Europie.
Prace wiertnicze w rejonie Gilowic są kontynuowane. Ich celem jest przede wszystkim przeprowadzenie długotrwałych testów dopływu metanu, a także obserwacje dotyczące przebiegu krzywej spadku dopływu tego gazu.
Metan z działającej kopalni
PGNiG deklaruje, że jesienią tego roku może być już gotowe do kolejnych wierceń, tym razem w należącej do PGG kopalni Ruda Ruch Bielszowice. Tam prace będą przebiegać w partii złoża przeznaczonego do przyszłej eksploatacji. Najważniejszym celem jest sprawdzenie, czy odmetanowanie pokładu poprawi warunki i bezpieczeństwo pracy górników w przyszłości, w jakim stopniu obniży się metanowość ścian, a także jaki będzie ekonomiczny wymiar przeprowadzonych prac.
W przypadku złóż, które mają być eksploatowane, trzeba zbadać także zachowanie się takiego pokładu podczas robót górniczych.
Pewne doświadczenia już mamy, co więcej są one unikatowe w skali świata. W latach 2012-2015 PIG-PIB przeprowadził doświadczalne badanie warunków przedeksploatacyjnego odmetanowania i odzysku metanu w rejonach czynnych kopaln?, także przy użyciu hydraulicznego szczelinowania pokładów we?gla. W trakcie prac, po analizie wybrano jeden z pokładów (501-510) kopalni Mysłowice-Wesoła, około kilometra pod ziemią. PIG-PIB dokonał dwóch odwiertów na wzór tych w Gilowicach. Jeden z nich miał mierzący 600 m odcinek horyzontalny, biegnący w pokładzie węgla, niewiele więcej niż 100 m od wyrobisk. Po raz pierwszy w Polsce wiercono w czynnej kopalni, w pobliżu prowadzonych robót górniczych, a następnie przeprowadzono szczelinowanie. W wyniku dwukrotnego szczelinowania uzyskano stałe dopływy gazu wysokiej jakości, o zawartości metanu ponad 90 proc.
Zasoby wydobywalne metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym szacuje się na 170 mld m sześc.! Tyle gazu tkwi w nienaruszonych jeszcze pokładach węgla. Patrzymy na nie jak na jedno wielkie złoże gazu ziemnego.
Jak pisał w publikacji na temat całego przedsięwzięcia szef Oddziału Górnośląskiego PIG-PIB dr Janusz Jureczka, zgromadzono bardzo dużo cennego materiału badawczego, ale przede wszystkim pokazano, że takie operacje są możliwe. Największym problemem pozostaje jednak niemal całkowity brak informacji na temat parametrów węgla i skał otaczających, które określają warunki geologiczne pozyskania metanu. Innymi słowy, potrzebujemy więcej analiz, aby stwierdzić, ile metanu można faktycznie pozyskać z danego złoża lub jego partii.
Co istotne, jak niedawno mówił Janusz Jureczka, kilka lat po wierceniach i szczelinowaniach w czasie eksploatacji węgla dokładnie z tej ściany kopalni, w której przeprowadzono szczelinowanie, nie natrafiono na żadne niekorzystne warunki utrudniające wydobycie.
W raporcie PIG-PIB sygnalizuje też, że ponieważ odwierty muszą być bardzo precyzyjne, ważne jest miejsce ich wykonania na powierzchni. Na Śląsku kłopotem może być gęstość zaludnienia i zabudowy utrudniająca odpowiednią lokalizację miejsca wierceń. Jednak dzięki nowoczesnym technologiom z jednego wiertniczego pada można wiercić wiele otworów horyzontalnych biegnących daleko i w różnych kierunkach, co częściowo rozwiązuje problem potencjalnych kolizji z zabudową na powierzchni.
Zagraniczne doświadczenia
PGNiG udowodniło, że w Polsce można wydobywać metan z pokładów węgla, choć wcześniej nie udało się to w naszym kraju Australijczykom. U siebie jednak eksploatują oni metan z pokładów węgla na dużą skalę, a w infrastrukturę zdolną skraplać do postaci LNG i eksportować rocznie dziesiątki mld m sześc. tego gazu (20 mld m sześc.) zainwestowali 70 mld dolarów. Dlatego PGNiG nie chce rezygnować z doświadczeń z zagranicy i wykorzystać całą dostępną wiedzę przy dalszym rozwoju programu Geo-Metan. Warto przypomnieć, że PGNiG jest współzałożycielem Międzynarodowego Centrum Doskonałości w zakresie Metanu z Kopalń Węgla działającego we współpracy z Europejską Komisją Gospodarczą ONZ.
- W Polsce wydobywany z pokładów węgla metan może pozwolić w przyszłości na zwiększenie bilansu krajowego wydobycia gazu. Będziemy mieli więcej surowca dla krajowych odbiorców, nie mówiąc już o korzyściach, jakie mogą odnieść spółki węglowe z wcześniejszego odmetanowania kopalń - ocenił Łukasz Kroplewski, wiceprezes PGNiG ds. rozwoju. - Chodzi przede wszystkim o znaczną poprawę bezpieczeństwa pracy górników podczas późniejszej eksploatacji pokładów węgla, dzięki czemu możliwe będzie zwiększenie tempa robót podziemnych, oraz o korzyść dla środowiska, czyli zmniejszenie emisji metanu do atmosfery - wylicza wiceprezes PGNiG.
Leszek Kadej, WysokieNapiecie.pl
