Akronim projektu VAMPIRE, realizowanego przez spółkę Centrum Transferu i Promocji Technologii z siedzibą w Katowicach, wyjaśnia podstawową koncepcję i nowość rozwiązania. VAM odnosi się do stosowanego skrótu oznaczającego powietrze wentylacyjne kopalni (ang. ventilation air methane), natomiast PIRE oznacza przetworzenie i regenerację energii.

Stan wiedzy

Wydaje się, że w dziedzinie dopalania metanu zrobiono już wszystko, zwłaszcza że w dobie powracających kryzysów energetycznych pojawia się on jako wciąż niewyeksploatowane paliwo o najmniejszym stosunku C:H, a więc produkujące najmniej CO2 w porównaniu z innymi węglowodorami. Warto zachować tę informację do dalszych rozważań.

Konieczność dopalania metanu pojawia się dziś w Polsce w kontekście ochrony środowiska i wchodzącej w życie ustawy unijnej o zakazie emisji metanu z tak zwanych „obliczalnych” źródeł. Metan jest drugim po dwutlenku węgla gazem cieplarnianym emitowanym do atmosfery w ogromnych ilościach. Przyczyny zaostrzonych norm środowiska stają się oczywiste, jeśli przeanalizuje się właściwości fizyczne metanu. Warto nadmienić, że jego pojemność cieplna mierzona w stosunku do masy dwutlenku węgla jest ponaddwudziestokrotnie większa, a niektóre źródła podają nawet 400-krotny przelicznik względny. W praktyce oznacza to, że wyemitowanie do atmosfery 1 tony metanu odpowiada emisji 21 ton CO2. Z kolei, jak wynika ze stechiometrii reakcji, dopalenie 1 tony CH4 prowadzi do utworzenia 2,75 tony CO2. Prosty rachunek prowadzi nas do wniosku, że dopalenie metanu przynosi 87% redukcję efektu cieplarnianego przy założeniu pierwszego przelicznika.

Jednak najistotniejszym czynnikiem regulującym obecny stan emisji metanu są koszty zezwoleń na emisje w konfrontacji z kosztami instalacji. Obecne koszty zezwoleń na emisję plasują się na poziomie 0,5-2 USD na tonę metanu, podczas gdy koszty utylizacji metanu szacuje się w granicach 20-50 USD na tonę. Różnica w tych kosztach nie wymaga komentarza.

Jednym z istotnych mierzalnych źródeł emisji metanu jest powietrze wentylacyjne z kopalni węglowych. Warto zauważyć, że każdego roku kopalnie na całym świecie emitują ponad 14 mld m3 metanu ze swoich systemów wentylacyjnych, pomimo tego, że zawartość metanu w powietrzu wentylacyjnym jest mniejsza niż 1% [3]. Za taką wartość emisji odpowiedzialne są zatem olbrzymie strumienie powietrza wypuszczane z kopalni. Dzisiaj funkcjonujące rozwiązania dotyczące utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń bazują na instalacjach naziemnych podłączonych do szybów wentylacyjnych. Energia reakcji dopalania wykorzystywana jest do zasilania kopalni. Podstawową wadą instalacji naziemnych jest rozmiar i związane z tym koszty wdrożenia. Mniejsze instalacje, które powstały w Polsce, pomimo elegancji i stopnia zaawansowania rozwiązań technicznych, nie są efektywne, gdyż utylizują jedynie część emitowanego metanu.

Aktualnie możliwe jest wprowadzenie technologii dopalania metanu z kopalni pod następującymi warunkami:

•    wprowadzenie tańszych niż istniejące technologii,

•    odzyskiwanie energii pochodzącej ze spalania metanu,

•    efektywny sposób regeneracji i przesyłu energii.

Cały artykuł dostępny w numerze 1/2019 magazynu Energetyka Cieplna i Zawodowa