PRZYDATNOŒÆ WÊGLA BRUNATNEGO W POLSCE DLA PROCESU ZGAZOWANIA PODZIEMNEGO (UGC) – PROBLEM KRYTERIÓW BILANSOWOŒCI
USEFULNESS OF LIGNITE IN POLAND FOR THE UNDERGROUND COAL GASIFICATION (UCG) – THE PROBLEM OF CRITERIA OF ECONOMIC VIABILITY
JACEKR. KASIÑSKI1, KAZIMIERZMATL2, ANDRZEJSTACHOWIAK3
Abstrakt. Spoœród niekonwencjonalnych „czystych” technologii wykorzystania wêgla brunatnego najbardziej zaawansowane wydaje siê byæ podziemne zgazowanie wêgla w z³o¿u (UGC – underground coal gasification). Otrzymany gaz syntezowy stanowi substytut gazu ziemnego i mo¿e byæ u¿ytkowany bezpoœrednio lub do produkcji energii elektrycznej, przy czym emisja CO2jest znacznie ni¿sza ni¿ w przy- padku „klasycznego” spalania wêgla. W wielu krajach dzia³a³y lub dzia³aj¹ obecnie instalacje eksperymentalne, a w kilku (Chiny, Indie, Uzbekistan) tak¿e niewielkie bloki energetyki zawodowej. Zalet¹ technologii UGC jest przede wszystkim mniejsza ingerencja prze- kszta³caj¹ca powierzchniê ziemi oraz niski koszt pozyskania produktu, wad¹ natomiast – mo¿liwoœæ szkodliwych oddzia³ywañ na wody pod- ziemne i powierzchniê ziemi.
Dla technologii UGC mog¹ byæ przydatne, obok z³ó¿ udokumentowanych dla potrzeb eksploatacji odkrywkowej, tak¿e cienkie pok³ady wêgla brunatnego oraz pok³ady po³o¿one poni¿ej dotychczasowej granicy dokumentowania 350 m p.p.t. Na obecnym etapie badañ problem stanowi jednak brak choæby ramowych kryteriów bilansowoœci wêgla dla potrzeb UGC, co uniemo¿liwia porównywanie miêdzy sob¹ obiek- tów z³o¿owych z punktu widzenia tej metody eksploatacji. Nie do koñca s¹ tak¿e wyjaœnione elementy procesu, w szczególnoœci w obszarze oddzia³ywania na œrodowisko, co wskazuje na potrzebê prowadzenia dalszych badañ w skali technicznej w instalacjach pilotowych.
S³owa kluczowe: wêgiel brunatny, zgazowanie podziemne, wp³yw na œrodowisko, kryteria bilansowoœci.
Abstract. Among unconventional clean coal utilization technology, the underground coal gasification within the deposit (UCG) appears to be the most advanced. The produced synthesis gas is a substitute for natural gas and it can be used directly or to produce electricity, while CO2emission is much lower than during the “classic” coal combustion. Experimental installations, operated or currently work in many coun- tries. In several countries (China, India, Uzbekistan) small blocks of power plants also operate. The advantage of UCG technology is primarily the less transforming effect on soils and the low cost of the product. The disadvantage is the possibility of harmful impact on groundwater and soil. In addition to deposits documented for the opencast lignite mining, UGC technology could be useful for thin beds and seams situated be- low a deph of 350 m under the ground surface, which limited the depth of recent prospection. At the present stage of research, the lack of min- ing and ecological criteria for the UGC makes it impossible to compare between the deposit from the viewpoint of this exploitation technol- ogy. The elements of the process are also not fully resolved, particularly in the area of environmental impact, indicating a need for further re- search in technical scale in pilot installations.
Key words: lignite, underground gasification, environmental impact, evaluation criteria.
1Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; e-mail: jacek.kasinski@pgi.gov.pl 2Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanis³awa Staszica, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
3Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, Oddzia³ Dolnoœl¹ski, Jaworowa 19, 53-122 Wroc³aw
WSTÊP – PROCES ZGAZOWANIA TERMICZNEGO
Zgazowanie termiczne wêgla w z³o¿u (UCG – undergro- und coal gasification) polega na czêœciowym spalaniu wêgla brunatnego w z³o¿u przy pomocy tlenu lub innego czynnika zgazowuj¹cvego w obecnoœci pary wodnej. Z³o¿e mo¿e byæ eksploatowane metod¹ op³ywow¹, przy której zostaje ono udostêpnione systemem wyrobisk górniczych (chodników) dr¹¿onych w pok³adzie wêgla, lub metod¹ otworow¹. W tym ostatnim przypadku z³o¿e udostêpnia siê systemem otworów wiertniczych, z których jeden lub kilka s³u¿y zapaleniu z³o¿a, a pozosta³e s¹ wykorzystywane do zat³aczania me- diów zgazowuj¹cych oraz odbioru wytworzonych produk- tów zgazowania wêgla (fig. 1). Pok³ad wêgla powinien byæ zapalony w czêœci przysp¹gowej, tak aby proces spalania móg³ rozprzestrzeniaæ siê w sposób naturalny ku górze.
W wyniku spalania wêgla przy niedostatecznym dostêpie powietrza, w warunkach wysokiego ciœnienia panuj¹cego w sposób naturalny w górotworze, w obecnoœci pary wodnej powstaje gaz syntezowy, stanowi¹cy mieszaninê CO, CO2
i CH4. Procentowa zawartoœæ poszczególnych sk³adników
(a wiêc i wartoœæ opa³owa gazu) jest uzale¿niona od propor- cji dostarczanych mediów i zastosowanego sposobu prowa- dzenia zgazowania. Uzyskany gaz mo¿e byæ wykorzystywa- ny bezpoœrednio jako substytut gazu ziemnego (Steinberg, 2005) i w tej roli jako surowiec dla wytwarzania innych pro- duktow w przemyœle chemicznym, lub byæ przeznaczony do produkcji energii elektrycznej.
Podstawowe zalety metody zgazowania termicznego to:
– brak koniecznoœci ca³kowitego przekszta³cenie po- wierzchni z³o¿a i zwi¹zanych z tym skutków technolo- gicznych (np. przek³adanie odcinków rzek) i spo³ecz- nych (np. koniecznoœæ przesiedlenia mieszkañców);
– niewielki, w porównaniu z konwencjonalnymi meto- dami eksploatacji, koszt udostêpnienia z³o¿a;
– uzyskiwanie produktów nadaj¹cych siê do bezpoœred- niego wykorzystania, jako substytut gazu ziemnego, lub do produkcji energii elektrycznej w warunkach ni¿szej, ni¿ w przypadku konwencjonalnego spalania wêgla, emisji CO2.
Fig. 1. Schemat procesu podziemnego zgazowania wêgla (wg Koz³owskiego i in., 2008; Kasiñskiego, 2010)
Scheme of underground coal gasification (UCG) process (after Koz³owski et al., 2008; Kasiñski, 2010)
Prezentowana tu metoda, która by³a dotychczas stosowa- na w œwiecie g³ównie do przeróbki wêgla kamiennego, w odniesieniu do wêgla brunatnego nie jest jednak pozba- wiona istotnych niedogodnoœci (Kasiñski, 2010):
– z³o¿a wêgla brunatnego s¹ przewa¿nie silnie zawodnione i czêsto pozostaj¹ w kontakcie hydraulicznym z poziomami wodonoœnymi nadk³adu lub pod³o¿a; niekontrolowany dop³yw wody do z³o¿a musi zak³óciæ proporcje dostarczanych mediów, a w przypadku znaczniejszych wartoœci mo¿e wrêcz uniemo¿- liwiæ spalanie; z drugiej strony wspomniana sytuacja rodzi nie- bezpieczeñstwo ska¿enia poziomów wód gruntowych;
– znane z³o¿a wêgla brunatnego s¹ przewa¿nie po³o¿one p³ytko; to, co by³o zalet¹ w przypadku konwencjonalnych metod eksploatacji górniczej (w szczególnoœci eksploatacji odkrywkowej), staje siê wad¹, poniewa¿ nadk³ad o ma³ej mi¹¿szoœci nie zapewnia wystarczaj¹cej ochrony powierzch- ni przed wzrostem strumienia cieplnego i zjawiskami inten- sywnego osiadania spowodowanymi znacznymi ubytkami objêtoœci substancji z³o¿a podczas spalania;
– skuteczne i bezpieczne sterowanie procesem podziem- nego zgazowania wymaga szczegó³owej znajomoœci budo- wy geologicznej z³o¿a;
– zasoby z³o¿a nie s¹ w pe³ni wykorzystywane; w refe- rencyjnej instalacji zgazowania wêgla brunatnego twardego (subbituminous coal) w Angren w Uzbekistanie wspó³czyn- nik wykorzystania z³o¿a siêga wprawdzie 82%, jednak
w przypadku wystêpuj¹cego w Polsce wêgla brunatnego miêkkiego bêdzie on przypuszczalnie znacznie ni¿szy.
Zgazowanie wêgla dotyczy³o dotychczas g³ównie wêgla kamiennego (bituminous coal), na szersz¹ skalê prowadzo- nego w Republice Po³udniowej Afryki w latach d³ugolet- niego embarga na gaz ziemny i produkty ropopochodne, zwi¹zanego z polityk¹ apartheidu. Wiele eksperymentów i prób produkcyjnych prowadzono tak¿e w zakresie zgazo- wania wêgla brunatnego. A¿ do ostatnich lat dotyczy³y one niemal wy³¹cznie wêgla brunatnego twardego (subbitumi- nous coal); wêgiel brunatny miêkki (lignite) zgazowywano niejako „przy okazji” jedynie w dwóch instalacjach: w 1959 roku w Newman Spinley w Wielkiej Brytanii i w latach 1989–1998 w Tremendal (fig. 2) w Hiszpanii (Khadse i in., 2007). Niektóre z tych instalacji by³y wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej, jednak produkcja ta odby- wa³a siê na niewielk¹ skalê – do najwiêkszych nale¿a³a in- stalacja w Angren (Uzbekistan) zasilaj¹ca w gaz syntezowy elektrowniê ciepln¹.
Dopiero w ostatnich latach zosta³y uruchomione pierw- sze instalacje eksperymentalne i pilotowe usytuowane na z³o¿ach wêgla brunatnego miêkkiego (lignite). Instalacje ta- kie powsta³y m.in. w Stanach Zjednoczonych w Teksasie (Jennings i in., 2009), Alabamie, Illinois, Mississippi, Utah (Dorminey i in., 2009), a tak¿e w Chinach (Liu i in., 2009), Indiach (Khadse i in., 2007) i Pakistanie.
Fig. 2. Instalacja podziemnego zgazowania wêgla brunatnego w Tremendal, prowincja Teruel (wg Greena, 2008)
Installation of underground lignite gasification in Tremendal, province Teruel (after Green, 2008)
PARAMETRY POK£ADU WÊGLA WARUNKUJ¥CE MO¯LIWOŒCI STOSOWANIA UCG
W Polsce wêgiel brunatny twardy wystêpuje jedynie w niewielkiej iloœci w utworach mezozoicznych (jura i kre- da) w obrze¿eniu Gór Œwiêtokrzyskich i w niecce pó³nocno- sudeckiej (Ciuk, Piwocki, 1990). Z³o¿a tych wêgli, niegdyœ eksploatowane w rejonie Czêstochowy i Zawiercia(Ko³con, Wagner, 1968), dziœ nie maj¹ ¿adnego znaczenia gospo- darczego (Kasiñski, 2010). Ogromne zasoby wêgla brunat- nego, szacowane na 41,6 Pg (Kasiñski, 2011b), s¹ natomiast zwi¹zane z kenozoicznymi (paleogeñskimi i neogeñskimi) pok³adami wêgla brunatnego, reprezentowanymi wy³¹cznie przez wêgle brunatne miêkkie. Na obecnym etapie roz- poznania bazy zasobowej trudno oceniæ, jaka czêœæ tych zasobów mo¿e zostaæ zakwalifikowana jako mo¿liwe do podziemnego zgazowania, poniewa¿ szereg parametrów pok³adu wêgla mo¿e uniemo¿liwiæ zastosowanie do ich eksploatacji omawianej tu technologii, albo uczyniæ tak¹ eksploatacjê nieop³acaln¹. Parametry, które maj¹ krytyczne znaczenie dla procesu zgazowania podziemnego, mo¿na po- dzieliæ na trzy grupy:
– geologiczno-górnicze, warunkuj¹ce bezpieczeñstwo i op³acalnoœæ procesu zgazowania: (1) g³êbokoœæ zale- gania pok³adu wêgla przeznaczonego do zgazowania, (2) mi¹¿szoœæ tego pok³adu i (3) jego po³o¿enie wzglê- dem innych pok³adów w z³o¿u, (4) stopieñ izolacji warstw skalnych w stropie i sp¹gu pok³adu oraz (5) odleg³oœæ od poziomów wodonoœnych, (6) zawodnie- nie pok³adu, (7) stopieñ zuskokowania i szczelinowa- toœci górotworu, a zapewne tak¿e (8) litologia ska³ otaczaj¹cych;
– chemiczno-technologiczne warunkuj¹ce iloœæ i jakoœæ (w tym kalorycznoœæ) uzyskiwanego gazu;
– sozologiczne, zwi¹zane z oddzia³ywaniem na wody gruntowe oraz na powierzchniê ziemi ponad reakto- rem, w tym na infrastrukturê, wody powierzchniowe oraz obszary i obiekty chronione.
Próbê przedstawienia wszystkich istotnych parametrów krytycznych stanowi karta informacyjna z³o¿a (pok³adu) wêgla brunatnego (tab. 1), opracowania w toku realizacji projektu „Opracowanie technologii zgazowania wêgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej”
(zadanie 1: „Opracowanie szczegó³owej bazy danych wêgli krajowych dla procesu zgazowania”) (Kasiñski, 2011a) sta- nowi¹ca adaptacjê podobnej karty, opracowanej wczeœniej dla wêgla kamiennego (Nieæ, 2010)
Podstawowym problemem jest brak kryteriów parame- trycznych, pozwalaj¹cych na dokonanie oceny stopnia przy- datnoœci z³o¿a (czy te¿ raczej wybranego pok³adu) do pod- ziemnego zgazowania. Brak ten nie pozwala nie tylko na jednoznaczne zakwalifikowanie z³o¿a do grupy przydatno- œci (np. przydatne – warunkowo przydatne – nieprzydatne) jak i porównywania z³ó¿ pomiêdzy sob¹. Przy eksploatacji klasycznej – w przypadku wêgla brunatnego w Polsce ma miejsce wy³¹cznie eksploatacja odkrywkowa – istniej¹ za-
twierdzone kryteria bilansowoœci (tab. 2), które wype³niaj¹ obie te role. W chwili obecnej nie ma jasnoœci, jakie konkret- nie wartoœci przypisaæ poszczególnym parametrom, a propo- zycje ró¿nych autorów (Koz³owski i in., 2008; Nieæ, 2009;
Drzewiecki i in., 2011; Stachowiak i in., 2011; Hajdo, 2012) bywaj¹ doœæ odmienne. Zestawienie dostêpnych parametrów pracuj¹cych i zaniechanych instalacji zgazowania podziem- nego wêgla brunatnego (tab. 3) tak¿e nie przybli¿a w sposób istotny rozwi¹zania problemu: te same parametry w poszcze- gólnych instalacjach s¹ bardzo zró¿nicowane pod wzglêdem wartoœci, a ponadto niemal wszystkie dotycz¹ wêgla brunat- nego twardego.
Uproszczone kryteria przydatnoœci pok³adów wêgla bru- natnego zestawiono na podstawie materia³ów publikowa- nych wtabeli 4.
PARAMETRY GEOLOGICZNO-GÓRNICZE POK£ADU WÊGLA BRUNATNEGO
G³êbokoœæ zalegania wêgla. Istniej¹ce instalacje pod- ziemnego zgazowania wêgla brunatnego twardego wykorzy- stuj¹ najczêœciej z³o¿a po³o¿one doœæ p³ytko (por. tab. 3), ale z regu³y dobrze izolowane od powierzchni. Taki waru- nek spe³nia tylko niewielka czêœæ bazy zasobowej (udoku- mentowanych z³ó¿) wêgla brunatnego w Polsce, poniewa¿
w œwietle dotychczas obowi¹zuj¹cych kryteriów bilansowo- œci by³y dokumentowane tylko z³o¿a o wartoœci wspó³czyn- nika N:W poni¿ej 12 (por.tab. 2).
Mi¹¿szoœæ pok³adu. Wykazano doœwiadczalnie, ¿e ja- koœæ gazu syntezowego uzyskanego w procesie podziemnego zgazowania wêgla wzrasta proporcjonalnie do mi¹¿szoœci pok³adu (Nieæ, 2009), przy czym produkcja gazu uzyskanego z pok³adów o mi¹¿szoœci poni¿ej 2 m nie jest op³acalna ze wzglêdu na jego nisk¹ kalorycznoœæ (fig. 3A). Z kolei du¿a mi¹¿szoœæ zgazowywanego pok³adu, przy stosunkowo nie- wielkiej gruboœci nadk³adu, zwiêksza potencjalny wp³yw na powierzchniê ziemi ponad reaktorem, z powodu kumulacji stru- mienia cieplnego i rosn¹cych osiadañ. Zasadne wydaje siê wiêc przyjêcie, jako jednego z kryteriów, proponowanej ju¿ wczeœniej (Kasiñski, 2009), wartoœci liniowego wspó³czynnika N:W, któ- rego wartoœæ brze¿n¹ nale¿y okreœliæ w toku dalszych badañ.
Odleg³oœæ od s¹siednich pok³adów wêgla. Uwa¿a siê (Drzewiecki i in., 2011), ¿e ze wzglêdu na mo¿liwoœæ inte- rakcji odleg³oœæ od s¹siednich pok³adów wêgla nie powinna byæ zbyt ma³a; najlepiej, by nie by³a ona mniejsza ni¿ 10 m.
Poziom izolacji (tzw. szczelnoœæ) warstw w stropie i sp¹gu pok³adu wêgla jest uzale¿niony od stopnia szczelino- watoœci (spêkania) górotworu. W przypadku, gdy stopieñ szczelinowatoœci jest niewielki, co zreszt¹ powinno byæ warunkiem sine qua non dla kwalifikacji pok³adu wêgla do zgazowania podziemnego, a izolacja jest uzale¿niona od wodoprzepuszczalnoœci i porowatoœci ska³ otaczaj¹cych
T a b e l a 1 Karta informacyjna pok³adu wêgla brunatnego (wed³ug Kasiñskiego, 2011a)
Information sheet for a lignite seam (after Kasiñski, 2011a)
Z£O¯E: POK£AD:
Kategoria rozpoznania
G³êbokoœæ od–do
Odleg³oœæ od sp¹gu nadk³adu:
Rodzaj nadk³adu serii wêglonoœnej:
Mi¹¿szoœæ od do [m] i œrednio [m]
pok³adu wêgla w pok³adzie przerostów Liczba przerostów w pok³adzie i ich ci¹g³oœæ i roz- mieszczenie
Orientacyjna powierzchnia [km2] pok³adu o mi¹¿szoœci:
1,0–3,0 m ponad 3,0 m Zasoby bilansowe kat B
kat. C1
kat. C2
kat D
Mi¹¿szoœæ kompleksu ska³ nieprzepuszczalnych nad stro- pem pok³adu w metrach
jednorodny Charakterystyka, jeœli
zawieraj¹ przewarstwienia ska³ przepuszczalnych (udzia³ %, liczba, rozmiesz- czenie, mi¹¿szoœæ) z przewarstwieniami
piasku i ¿wiru do 2 m mi¹¿szoœci
Zmiennoœæ kompleksu ska³ stropowych
Mi¹¿szoœæ kompleksu ska³ nieprzepuszczalnych w sp¹gu pok³adu w metrach
jednorodny Charakterystyka, jeœli
zawieraj¹ przewarstwienia ska³ przepuszczalnych (udzia³ %, liczba, rozmiesz- czenie, mi¹¿szoœæ) z przewarstwieniami
piaskowca do 2 m mi¹¿szoœci Zmiennoœæ kompleksu ska³ sp¹gowych Odleg³oœæ od warstwy wodonoœnej w stropie [m]
Wspó³czynnik wodoprzepuszczalnoœci warstwy najs³abiej przepuszczalnej w stropie [m/s]
Odleg³oœæ od warstwy wodonoœnej w sp¹gu [m]
Odleg³oœæ od najbli¿szego pok³adu w stropie [m/s] Numer pok³adu
Odleg³oœæ od najbli¿szego pok³adu w sp¹gu [m] Numer pok³adu
Wspó³czynnik wodoprzepuszczalnoœci warstwy najs³abiej przepuszczalnej w sp¹gu [m/s]
Wartoœæ opa³owa (w stanie roboczym) (Qri) od–do, œrednio [MJ/Mg]
Popielnoœæ (w stanie suchym) (Ad): œrednio, od–do [%]
Zawartoœæ czêœci lotnych (w stanie suchym i bezpo- pio³owym) (Vdaf): œrednio, od–do [%]
Zawartoœæ wêgla pierwiastkowego (w stanie suchym i bezpopio³owym) Cdaf[%]
Zawartoœæ wodoru pierwiastkowego (w stanie suchym i bezpopio³owym) Hdaf[%]
Ca³kowita zawartoœæ siarki (w stanie suchym) (Sdt):
œrednio, od–do [%]
ZawartoϾ siarki palnej (w stanie suchym) SdC[%]
ZawartoϾ chloru (w stanie suchym) Cld[%]
Zawartoœæ bituminów (w stanie suchym) Bd[%]
Wydajnoœæ prasmo³y (w stanie suchym) Tdsk[%]
Wydajnoœæ pó³koksu (w stanie suchym) (sk)d[%]
WydajnoϾ gazu wytlewnego (w stanie suchym) Gdsk[%]
Rozciêcia erozyjne w nadk³adzie pok³adu rozcinaj¹ce pok³ad Charakterystyka tektoniki nachylenie pok³adu
zuskokowanie
T a b e l a 2 Kryteria bilansowoœci dla z³ó¿ wêgla brunatnego
(wg Rozporz¹dzenie…, 2001, 2005) Applicable criteria of viability for lignite deposits
(after Rozporz¹dzenie…, 2001, 2005)
Parametr Jednostka WartoϾ
brze¿na
Maksymalna g³êbokoœæ sp¹gu z³o¿a m 350
Minimalna mi¹¿szoœæ wêgla brunatnego w pok³adzie m 3
Maksymalny stosunek gruboœci nadk³adu do mi¹¿szoœci z³o¿a
(liniowy wspó³czynnik nadk³adu) – 12
Minimalna œrednia wa¿ona wartoœæ opa³owa wêgla brunatnego
w pok³adzie wraz z przerostami, przy wilgotnoœci wêgla 50 % MJ/Mg 6 500 Maksymalna œrednia wa¿ona zawartoœæ siarki ca³kowitej wraz
z przerostami, przy wilgotnoœci wêgla 50 % % 2*
* przy zawartoœci siarki przekraczaj¹cej 2% zasoby s¹ kwalifikowane jako pozabilansowe
* with a sulfur content exceeding 2% the resources are classified as sub-economic
T a b e l a 3 Parametry geologiczno-górnicze i parametry chemiczno-technologiczne wêgla brunatnego
w pok³adach bêd¹cych obiektami zgazowania podziemnego
Geologic/mining parameters and chemical/technological parameters of lignite in the seams being the objects of UCG
Okres dzia³alnoœci
Instalacja Kraj Klasa
wêgla
G³êbokoœæstropu Mi¹¿szoœæwêgla Zawartoœæ czêœcilotnych Wartoœæopa³owa Popielnoœæ Wilgotnoœæ Upadpokladu wêgla
Vdaf Qri Ad Wr
[m p.p.t.] [m] [%] [MJ/Mg] [%] [%] [°]
1941–1946 Podmoskovnaya-11) Rosja brunatny
twardy 30–80 ok. 2,5 œr. 44,5 œr. 34,3 ok. 30 0–2
1946–1963 Podmoskovnaya-21) Rosja brunatny
twardy ok. 50 1,0–5,0 œr. 44,5 œr. 34,3 ok. 30 0–2
1955–2012 Angren2) Uzbekistan brunatny
twardy 130–300 0,2–15,0 11 720–13 400 15,0–21,0 30–35 7–10
1959 Newman Spinney3) Wlk.
Brytania
brunatny twardy i miêkki
75 ok. 0,8
1959–1976 Szackaya-11) Rosja brunatny
twardy 30–60 2,6–4,0 œr. 38,1 œr. 26,0 ok. 30 0–2
1973–1974 Hanna-23) USA brunatny
twardy 90–120 ok. 6,8
1976–1979 Hoe Creek4) USA brunatny
twardy ok. 38 ok. 7,6
1989–1998 Tremendal3) Hiszpania
brunatny twardy i miêkki
530–580 2,0–5,0
1999–2012 Chinchilla3) Australia brunatny
twardy ok. 130 8,0–10,0
1)– Kasztelewicz, Polak (2009);2)– Underground... (2008);3)– Khadse i in. (2007);4)– Cammbell i in. (1977); Barrash i in. (1987)
(por. Drzewiecki i in., 2011), wówczas miar¹ szczelnoœci górotworu, na odcinku pomiêdzy pok³adem wêgla a najbli¿- szym poziomem wodonoœnym, mog³aby byæ wartoœæ œred- nia (wa¿ona) wspó³czynnika wodoprzepuszczalnoœci, ponie- wa¿ wartoœæ porowatoœci nie jest zazwyczaj podawana w do- kumentacjach geologicznych z³ó¿ wêgla brunatnego.
Odleg³oœæ od poziomów wodonoœnych wraz z wodoprze- puszczalnoœci¹ tzw. „szczelnych” ska³ w nadk³adzie i pod³o¿u zgazowywanego pok³adu wêgla wspó³decyduje o wielkoœci dop³ywu wody do pok³adu.
Zawodnienie pok³adu. Poniewa¿ z³o¿a wêgla brunatne- go s¹ przewa¿nie silnie zawodnione i czêsto pozostaj¹ w kontakcie hydraulicznym z poziomami wodonoœnymi nadk³adu lub pod³o¿a, dodatkowy niekontrolowany dop³yw wody do z³o¿a musi zak³óciæ proporcje dostarczanych me- diów, a w przypadku znaczniejszych wartoœci mo¿e wrêcz uniemo¿liwiæ spalanie. Zwiêksza on równie¿ wilgotnoœæ gazu syntezowego stanowi¹cego produkt zgazowania pod- ziemnego. Oba te czynniki wp³ywaj¹ wysoce niekorzystnie na kalorycznoœæ otrzymywanego produktu, przy czym kalo- rycznoœæ maleje w stosunku do obu tych wartoœci odwrotnie proporcjonalnie w stosunku logarytmicznym (fig. 3A, B).
Wysoka wilgotnoœæ naturalna wêgla brunatnego powoduje zmniejszenie wartoœci opa³owej gazu syntezowego, który jest z tego powodu zubo¿ony w wodór, a wzbogacony w CO2, co jest zwi¹zane z ni¿sz¹ temperatur¹ reakcji pirolizy (w wyniku strat ciep³a na odparowanie wody), która tylko nieznacznie przekracza wtedy 800°C (Stañczyk i in., 2010).
Z powy¿szych powodów w wielu przypadkach nale-
¿a³oby zastosowaæ, podobnie jak przy konwencjonalnych
metodach eksploatacji, górnicze odwodnienie z³o¿a, wraz z p³yn¹cymi st¹d konsekwencjami dla stosunków wodnych w górotworze i dla œrodowiska naturalnego w otoczeniu z³o¿a (Kostúr, Sasvári, 2010). Wydaje siê jednak, ¿e koszty zwi¹zane z takim odwodnieniem uczyni³yby produkcjê gazu syntezowego ca³kowicie nieop³acaln¹. Z tego powodu z³o¿a o znaczniejszym dop³ywie wód nie mog¹ byæ brane pod uwagê jako baza zasobowa dla potrzeb zgazowania pod- ziemnego. W okreœlonych przypadkach ograniczony dop³yw wód gruntowych mo¿e byæ wykorzystany, w warunkach kontrolowanego ciœnienia, do produkcji gazu syntezowego wzbogaconego w wodór (Liu i in., 2009).
Stopieñ zuskokowania. Sieæ uskokowa mo¿e stanowiæ istotne drogi migracji zarówno wód podziemnych do reaktora, jak i produktów otrzymanych w wyniku podziemnego zgazo- wania wêgla (z których czêœæ mo¿e stanowiæ istotne zagro-
¿enie œrodowiska) w g³¹b górotworu lub ku powierzchni.
W ska³ach luŸnych, które dominuj¹ w utworach paleogenu i neogenu, szczeliny uskokowe pozostaj¹ zazwyczaj zam- kniête i zakolmatowane. Dlatego wskaŸnik 50 metrów dyslo- kacji na hektar, przyjmowany dla wêgla kamiennego (Drze- wiecki i in. 2011), którego pok³ady wystêpuj¹ w otoczeniu ska³ zwiêz³ych, mo¿na uznaæ wstêpnie za bezpieczny, a nawet nadmiarowy. Oczywiœcie i to zagadnienie wymaga dalszych badañ.
Litologia ska³ otaczaj¹cych. Litologia ska³ otacza- j¹cych wp³ywa w sposób zasadniczy na w³aœciwoœci wytrzy- ma³oœciowe ska³ otaczaj¹cych reaktor (szczególnie po wy-
¿arzeniu) i wystêpuj¹cych w jego nadk³adzie. W bezpoœred- nim s¹siedztwie reaktora ska³y otaczaj¹ce mog¹ równie¿
T a b e l a 4 Uproszczone kryteria dla kwalifikowania pok³adów wêgla brunatnego jako bazy zasobowej
dla zgazowania podziemnego (na podstawie materia³ów publikowanych) Simplified criteria for estimation of lignite seams as the resource potential for UGC
(on a base of printed matters)
Parametr
Propozycje polskie Propozycje amerykañskie (Beath, 2004) wymagania minimalne
(Koz³owski i in., 2008)
dla procesu op³acalnego (Stachowiak i in., 2011)
G³êbokoœæ stropu >12 m >150 m 100–1 400 m
Mi¹¿szoœæ wêgla >1,5 m >4,0 m >3 m
PopielnoϾ Ad Р<20% <60%
Zawartoœæ siarki Sdt – <1% –
Warunki hydrogeologiczne poni¿ej poziomu wód gruntowych
minimum 40 m poni¿ej poziomu wód gruntowych
izolacja u¿ytkowych poziomów wodonoœnych
Sk³ad wody TDS >1 ppm – –
Szczelnoœæ nadk³adu –
warstwy szczelne na poziomie niskiego oddzia³ywania termicznego
warstwy szczelne pomiêdzy reaktorem a u¿ytkowym poziomem wodonoœnym
Tektonika – brak uskoków i szczelin brak wiêkszych nieci¹g³oœci
Zagospodarowanie
powierzchni –
brak zabudowy powierzchni, wód powierzchniowych, obszarów i obiektów chronionych
–
ulegaæ rozk³adowi termicznemu, przy czym ska³y bardziej podatne (np. ciemne i³y i mu³ki z rozproszonym pirytem) mog¹ w procesie rozk³adu emitowaæ znaczne iloœci produk- tów gazowych zmieniaj¹cych na niekorzyœæ sk³ad gazu syn- tezowego (Porada, 2011).
PARAMETRY CHEMICZNO-TECHNOLOGICZNE WÊGLA BRUNATNEGO
Z grupy parametrów chemiczno-technologicznych, okreœ- lanych w wyniku analiz rozszerzonych wêgla, wykonywa- nych dotychczas standardowo dla potrzeb dokumentacji geologicznych, in plus dzia³a tu z pewnoœci¹ wysoka war- toœæ opa³owa Qri, zawartoœæ wêgla Cdaf, wodoru pierwiastko- wego Hdaf, zawartoœæ czêœci lotnych Vdaf, zawartoœæ bitumi- nów Bd oraz wydajnoœæ prasmo³y Tdski gazu wytlewnego Gdsk. In minus dzia³a wysoka popielnoœæ Ad, zawartoœæ chlo- ru Cldi wilgotnoœæ naturalna Wr. Trudniejsza do okreœlenia jest rola zawartoœci siarki palnej SdC, czy te¿ siarki siarcza- nowej (SdSO4), choæ z pewnoœci¹ nie mo¿na jej pomin¹æ.
Parametrem wêgla brunatnego, który mo¿e mieæ istotny wp³yw na proces zgazowania mo¿e byæ sk³ad petrogra- ficzny. Obok rozmiaru cz¹stek wp³ywa on bezpoœrednio na reaktywnoœæ wêgla (Sligar, 1998). Najwy¿sz¹ reaktywnoœ- ci¹ cechuj¹ siê macera³y grupy huminitu, a nastêpnie liptyni- tu, najmniej reaktywne s¹ natomiast macera³y z grupy iner- tynitu (Bielowicz, 2012).
PARAMETRY SOZOLOGICZNE OTOCZENIA REAKTORA
Proces podziemnego zgazowania wêgla oddzia³uje w spo- sób istotny zarówno na œrodowisko naturalne, jak i antropoge- niczne. Szkodliwe oddzia³ywanie manifestuje siê w dwóch przestrzeniach (fig. 4): w g³êbi górotworu, gdzie najbardziej wra¿liwym elementem s¹ wody podziemne oraz na powierz- chni ziemi, gdzie mo¿e ono zagra¿aæ œrodowisku przyrodni- czemu i infrastrukturze.
Wp³yw na wody podziemne. W procesie pirolizy wêgla brunatnego, podczas zgazowania podziemnego, powstaj¹ liczne substancje szkodliwe, g³ównie nale¿¹ce do grupy or- ganicznych zwi¹zków aromatycznych (fenole, benzen, poli- cykliczne wêglowodory aromatyczne) (Campbell i in., 1977;
Liu i in., 2007). Spoœród zanieczyszczeñ nieorganicznych podczas gazyfikacji stwierdzono bardzo wysoki wzrost stê-
¿eñ jonów ¿elaza oraz silnie podwy¿szon¹ kwasowoœæ wód, zazwyczaj zaznacza siê tak¿e znaczny wzrost koncentracji amoniaku, siarczków i metali ciê¿kich (Liu i in., 2006), przy czym w przypadku wêgla brunatnego stê¿enia tych zwi¹z- ków s¹ z regu³y ni¿sze ni¿ powstaj¹ce w wyniku pirolizy wê- gla kamiennego (Kapusta, Stañczyk, 2010).
Substancje te mog¹ staæ siê przyczyn¹ zanieczyszczenia wód podziemnych, co ma szczególne znaczenie w przypad- ku obszarów wysokiej (OWO) i najwy¿szej (ONO) ochrony (Kleczkowski, 1990) oraz u¿ytkowych poziomów wodo- noœnych.
Fig. 3. Wartoœæ opa³owa gazu syntezowego – produktu zgazowania podziemnego wêgla
jako funkcja mi¹¿szoœci pok³adu oraz wilgotnoœci gazu (A) i dop³ywu wody do reaktora (B) (wg Niecia, 2009)
Heating value of a synthesis gas – a product of the underground coal gasification
as a function of lignite seam thickness and gas moisture (A) and groundwater influx to the reactor (B) (after Nieæ, 2009)
Wp³yw na œrodowisko przyrodnicze. Proces podziem- nego zgazowania wêgla wywiera wp³yw na œrodowisko przy- rodnicze przede wszystkim bezpoœrednio ponad reaktorem.
Dla zachowania bezpieczeñstwa wskazane jest przyjêcie stre- fy buforowej, w której nie powinny znajdowaæ siê obszary chronione oraz zbiorniki wód powierzchniowych. Wyniki ba-
dañ (Drzewiecki i in., 2011) wskazuj¹, ¿e taka strefa powinna obejmowaæ obszar nie mniejszy ni¿ 0,5 km od granic reaktora.
Wp³yw na infrastrukturê. Wp³yw na infrastrukturê ogranicza siê g³ównie do obszaru ponad reaktorem; obszar ten powinien byæ niezabudowany i nie zawieraæ elementów infrastruktury liniowej (drogi, koleje etc.).
STAN ROZPOZNANIA BAZY ZASOBOWEJ
Stan rozpoznania bazy zasobowej wêgla brunatnego w Polsce mo¿na uznaæ za bardzo dobry (Ciuk, Piwocki, 1990;
Kasiñski, 2010). W œwietle „klasycznych” kryteriów bilanso- woœci tylko w kilku niewielkich rejonach mo¿na spodziewaæ siê udokumentowania nowych z³ó¿ i to zaledwie œredniej wielkoœci (Kasiñski, 2011b). Sytuacja wygl¹da zgo³a odmien- nie w odniesieniu do bazy zasobowej dla potrzeb zgazowania podziemnego.
Jak ju¿ wspomniano, z ró¿nych powodów tylko czêœæ udokumentowanej bazy zasobowej mo¿e zostaæ wykorzy- stana w procesie UCG – jak wielka, tego w chwili obecnej nie sposób okreœliæ, ze wzglêdu na brak jednoznacznych kryteriów przydatnoœci. Rysuj¹ca siê pal¹ca potrzeba ustale- nia takich kryteriów zostanie zapewne zaspokojona w wyni- ku realizacji projektu „Opracowanie technologii zgazowania wêgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elek- trycznej” (zadanie 1: „Opracowanie szczegó³owej bazy da- nych wêgli krajowych dla procesu zgazowania”). Na obec- nym etapie kryteria takie mia³yby charakter wstêpny, stano- wi¹c materia³ umo¿liwiaj¹cy porównywanie poszczególnych obiektów, ale nie dyskwalifikuj¹cy ¿adnego z nich, a o osta- tecznym uznaniu bilansowoœci z³o¿a powinien decydowaæ
inwestor, na podstawie dodatkowych czynników stano- wi¹cych indywidualne kryteria bilansowoœci, takich jak:
– odleg³oœæ od instalacji odbiorczej produktu zgazowa- nia, co generuje koszty transportu, d³ugoœci ruroci¹gu, etc.;
– wyniki testu przeprowadzonego ju¿ na wczesnym eta- pie rozpoznania z³o¿a, które mog¹ wykazaæ, ¿e z³o¿e nie od- powiadaj¹ce wstêpnym kryteriom, np. pok³ad o mniejszej mi¹¿szoœci ni¿ przewiduj¹ mo¿e byæ jednak op³acalny do zgazowania i odwrotnie, ¿e obiekt, który odpowiada kryte- riom bêdzie musia³ zostaæ zdyskwalifikowany.
Mimo to wydaje siê tak¿e celowe, aby wstêpne kryteria zosta³y w przysz³oœci, po zgromadzeniu dalszych doœwiad- czeñ, sformalizowane w postaci kryteriów bilansowoœci z³ó¿
wêgla brunatnego dla potrzeb zgazowania podziemnego.
Z drugiej strony zgazowanie termiczne mo¿e byæ praw- dopodobnie zastosowane dla utylizacji cienkich pok³adów wêgla, o mi¹¿szoœci 2–3 m, które nie spe³niaj¹ obecnie obo- wi¹zuj¹cych kryteriów bilansowoœci, a których niewielka mi¹¿szoœæ mimo ich p³ytkiego zalegania zredukowa³aby nadmierny wp³yw emisji ciep³a w kierunku powierzchni.
Najwiêksze perspektywy nios¹ jednak pok³ady wêgla wystê- puj¹ce na g³êbokoœci ponad 350 m p.p.t., czyli poni¿ej Fig. 4. Schemat wp³ywu podziemnego zgazowania wêgla na otaczaj¹cy górotwór i powierzchniê ziemi ponad reaktorem
wg Coila i in. (2011) (A) oraz Kasztelewicza i Polaka (2009) (B)
Scheme ot UCG impact on surrounding rocks and soil surface after Coil i in. (2011) (A) and Kasztelewicz, Polak (2009) (B)
g³êbokoœci dotychczas prowadzonych prac dokumentacyj- nych. Mo¿liwoœci wystêpowania takich pok³adów rysuj¹ siê w nastêpuj¹cych sytuacjach:
– w g³êbokich rowach tektonicznych wype³nionych przede wszystkim osadami paleogenu i neogenu (Kasiñski, 2004), jak np. rów Roztoki–Mokrzeszowa na Dolnym Œl¹sku;
– w zapadliskach tektonicznych w nadk³adzie wysadów solnych – w tym przypadku dotyczy to g³ównie oligoceñ- skiego V pok³adu wêgla brunatnego (fig. 5), ale w pojedyn- czych przypadkach tak¿e pok³adów paleoceñskich– te pok³ady s¹ wzglêdnie najlepiej rozpoznane, z powodu pro- wadzonych w przesz³oœci w tych samych obszarach prac do- kumentacyjnych dotycz¹cych z³ó¿ soli kamiennej;
– na obszarach wielkopromiennych obni¿eñ epejroge- nicznych powierzchni stropowej mezozoiku; obszary, w któ- rych ta powierzchnia wystêpuje poni¿ej 200 m p.p.m. (fig. 6) mo¿na wyznaczyæ na pó³noc i zachód od legnickiego kompleksu z³ó¿ wêgla brunatnego oraz w rejonie Pyrzyc na Pomorzu Zachodnim (Kasiñski, 2011b).
Kompleksowe okreœlenie bazy zasobowej wêgla brunat- nego dla potrzeb podziemnego zgazowania wymaga zatem prowadzenia prac w dwóch kierunkach:
– reinterpretacji materia³ów archiwalnych dostêpnych w dokumentacjach z³o¿owych wêgla brunatnego oraz w spra- wozdaniach z poszukiwañ wêgla;
– prowadzenia dalszych prac poszukiwawczo-rozpo- znawczych wêgla brunatnego w obszarach, gdzie istnieje mo¿liwoœæ wystêpowania wêgla brunatnego poni¿ej g³êbo- koœci 350 m p.p.t.
W obu przypadkach efektem prac (po ustaleniu formal- nych kryteriów bilansowoœci) powinno byæ sporz¹dzenie no- wych formalnych dokumentacji geologicznych z³ó¿ wêgla brunatnego.
Fig. 5. Wystêpowanie oligoceñskiego V pok³adu wêgla brunatnego na obszarze Polski z uwzglêdnieniem nadk³adu wysadów solnych (wg Piwockiego, 2004
oraz Kasiñskiego i Saternusa, 2010)
Occurrence of the 5thlignite seam (Oligocene) in Poland with emphasis on salt diapire overburden (after Piwocki, 2004 and Kasiñski, Saternus, 2010)
Fig. 6. Mapa powierzchni stropowej mezozoiku w zachodniej Polsce z widocznymi obszarami wielkopromiennych obni¿eñ (wg Knoxa i in., 2010)
Map of the Mesozoik top surface in Western Poland with visible areas of large scale depressions
(after Knox et al., 2010)
PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Technologia podziemnego zgazowania wêgla brunatne- go, pomimo istniej¹cych problemów i zagro¿eñ, wydaje siê najbardziej perspektywiczn¹ spoœród wszystkich niekon- wencjonalnych technologii wykorzystania tego surowca i jako taka bêdzie z pewnoœci¹ znajdowaæ coraz szersze za- stosowanie. Nie do koñca wyjaœnione elementy procesu, w szczególnoœci w obszarze oddzia³ywania na œrodowisko, jednoznacznie wskazuj¹ na potrzebê prowadzenia dalszych badañ w skali technicznej w instalacjach pilotowych zlokali- zowanych na w³aœciwie wybranych obiektach.
Z powy¿szych rozwa¿añ wynikaj¹ nastêpuj¹ce konkluzje:
– zgazowanie termiczne wzglêdnie p³ytko po³o¿onych z³ó¿ wêgla brunatnego powinno byæ przetestowane w warun- kach instalacji pilotowych w celu obiektywnego ustalenia wp³ywu zastosowanej technologii na powierzchniê Ziemi;
– istnieje pilna potrzeba ustalenia ostatecznych kryteriów kwalifikacji pok³adów wêgla brunatnego dla potrzeb zgazo- wania podziemnego, które to kryteria powinny nastêpnie zostaæ sformalizowane;
– nale¿y dokonaæ reinterpretacji materia³ów archiwal- nych dotycz¹cych wêgla brunatnego (w tym istniej¹cych dokumentacji z³ó¿), w celu ustalenia bazy zasobowej dla potrzeb zgazowania podziemnego;
– nale¿y w miarê mo¿liwoœci przyst¹piæ do dokumento- wania g³êbiej po³o¿onych pok³adów wêgla brunatnego, jako przydatnych dla zgazowania podziemnego, chocia¿ jest to oczywiœcie proces kosztotwórczy.
Publikacja powsta³a w zwi¹zku z realizacj¹ zadania ba- dawczego „Opracowanie technologii zgazowania wêgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej”, koordynowanego przez G³ówny Instytut Górnictwa w Kato- wicach i finansowanego przez Narodowe Centrum Badañ i Rozwoju w ramach strategicznego programu badañ nauko- wych i prac rozwojowych pt. „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii”.
LITERATURA
BARRASH W., SCHOWENGERDT R.S., SMITH P., 1987 — Hydrogeology of the Hoe Creek underground coal gasification site, Powder River Basin, Western Research Institute, Wyoming.
BEATH A., 2004 — Underground coal gasification: evaluating environmental barriers, CSIRO Exploration and Mining Re- port. http://web.archive.org/web/20080719115225/; http://car- bonenergy.com.au/uploads/File/carbonenergy/presentations/
Innovation&ExcellenceCSIRO+-+Aug2004.pdf.
BIELOWICZ B., 2012 — Wstêpna ocena mo¿liwoœci wykorzysta- nia wêgla brunatnego ze z³o¿a Gubin w procesie zgazowania.
W: Z³o¿a kopalin – aktualne problemy prac poszukiwawczych, badawczych i dokumentacyjnych (red. M. Pañczyk). Biul.
Pañstw. Inst. Geol., 448 (ten tom).
CAMMBELL J.H., DALTON V., BUSBY J., 1977 — Effects of un- derground coal gasification on ground-water quality. Lawrence Livermore Lab. Papers 1977: 95–106, Livermora, CA, http://www.anl.gov/PCS/acsfuel/preprint%20archive/ Files/
23_2_ANAHEIM03-78_0095.pdf.
CIUK E., PIWOCKI M., 1990 — Map of brown coal deposuts and prospect areas in Poland, scale 1:500 000. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
COIL D., McKITTRICK E., HIGMAN B., 2010 – Underground coal gasification (UCG). 4 p. W: Ground Truth Trekking, Wild Reso- urce Alaska, Juneau http://www. groundtruthtrekking.org/Wil- dResource/Issues/UndergroundCoalGasification. html.
DORMINEY J., NORTHINGTON J., ROXANN L., YONGUE R.A., 2009 — Lignite gasification testing at the power systems deve- lopment facility. W: 34th Intern. Technical Conf. on Clean Coal and Fuel System May 31–June 4, 2009. Southern Comp. Services Power Systems Development Facility, Wilsonville AL.
DRZEWIECKI J., DUBIÑSKI J., FREJOWSKI A., GAJDA A., KABIESZ J., KONOPKO W., MAKÓWKA J., MYSZKOW- SKI J., PATYÑSKA R., RAJWA S, TUREK M., 2011 – Raport
merytoryczny z przeprowadzonych badañ i prac technicznych w okresie 04.05.2010–30.09.2011. G³ówny Instytut Górnictwa.
Arch. Akad. Górn.-Hutn., Kraków.
GREEN M., 2008 — Underground Coal Gasification as a Clean Energy Option for Europe Part 2 prezentacja 2008-06-06, Wroc³aw.
HAJDO S., 2012 — Analiza wyników eksperymentalnych do- tycz¹cych wymagañ technologicznych i œrodowiskowych pod- ziemnego zgazowania wêgla brunatnego oraz opracowanie kryteriów z³o¿owych i technologicznych dla weryfikacji krajo- wych zasobów wêgla. Sprawozdanie roczne za 2011-01-01–
2011-12-31 z czêœci tematu badawczego 1.4.1. W: Opracowa- nie szczegó³owej bazy danych wêgli krajowych dla procesu zgazowania (koord. J. Klich). G³ówny Inst. Górnictwa. Arch.
Akad. Górn.-Hutn., Kraków.
JENNINGS J.W., STRICKLAND R.F, von GONTEN W.D., 2009
— Texas A&M Project Status Underground Lignite Gasifica- tion. Texas. 17 p. Texas A&M University, College Station Tx.
www.uwlib5.uwyo.edu/omeka/archive/files/texas-am-pro- ject-status-underground-lignite-gasification
KAPUSTA K., STAÑCZYK K., 201 — Pollution of water during underground coal gasification of hard coal and lignite, Fuel, 90,5: 1927–1934.
KASIÑSKI, J.R., 2004 — Paleogen i neogen w zapadliskach i ro- wach tektonicznych. W: Budowa geologiczna Polski. Straty- grafia. Trzeciorzêd. 3:3a (red. T.M. Peryt, M. Piwocki):
134–161, Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
KASIÑSKI, J.R., 2009 — Przydatnoœæ polskich z³ó¿ wêgla brunat- nego do zgazowania podziemnego. 17 p., Konf. „Zgazowanie Wêgla – fakty i szanse”, AGH, Kraków, 20090114/7_Kasiñ- ski.pdf.
KASIÑSKI J.R., 2010 — Potencja³ zasobowy wêgla brunatnego w Polsce i mo¿liwoœci jego wykorzystania. W: Z³o¿a kopalin – ak-
tualne problemy prac poszukiwawczych, badawczych i doku- mentacyjnych (red. M. Pañczyk). Biul. Pañstw. Inst. Geol., 439:1: 87–98.
KASIÑSKI J.R., 2011a — Identyfikacja warunków z³o¿owych wêgla brunatnego przy uwzglêdnieniu klasycznych kryteriów bilanso- woœci oraz okreœlenie bazy zasobo-wej w ramach wybranych z³ó¿. Sprawozdanie roczne za 2011-01-01–2011-12-31 z czêœci tematu badawczego 1.5.2. W: Opracowanie szczegó³owej bazy danych wêgli krajowych dla procesu zgazowania (koord.
J. Klich). G³ówny Inst. Górnictwa. Arch. AGH, Kraków.
KASIÑSKI J.R., 2011b — Wêgiel brunatny. W: Bilans perspekty- wicznych zasobów kopalin Polski wed³ug stanu na 31 XII 2009:
kopaliny energetyczne (red. S. Wo³kowicz, T. Smakowski, S. Speczik): 46–50. Pañstw. Inst. Geol. – PIB, Warszawa.
KASIÑSKI J.R., SATERNUS A., 2010 — Oligoceñskie wêgle bru- natne w nadk³adzie wysadów solnych na Ni¿u Polskim. W: 33.
Symp.: Geologia formacji wêglonoœnych Polski (red. I. Lipiar- ski), 33: 21–33, Wyd. Akad. Górn.-Hutn., Kraków.
KASZTELEWICZ Z., POLAK K., 2009 — Metody wydobycia wêgla i rozwój technologii podziemnego zgazowania. Konf.
„Zgazowanie Wêgla – fakty i szanse”. AGH, Kraków, 20090114/1_Kasztelewicz.pdf.
KHADSE A., QAYYUMI M., MAHAJANI S., AGHALAYAM P., 2007 — Underground coal gasification: A new clean coal utili- zation technique for India. Energy, 27,11: 2061–2071.
KLECZKOWSKI A.S. (red.), 1990 — Mapa obszarów G³ównych Zbiorników Wód Podziemnych (GZWP) w Polsce wyma- gaj¹cych szczególnej ochrony, skala 1:500 000. AGH, Kraków.
KNOX R., BOSCH A., RASMUSSEN E.S., HEILMANN-CLAU- SE C., HISS M., de LUGT I., KASIÑSKI J.R., KING C., KÖ- THE A., S£ODKOWSKA B., STANDKE G., VANDERBER- GHE N., 2010 — Cenozoic. W: Petroleum geological atlas of the Southern Permian Basin area (red. H. Doornenbal, A. Stevenson): 212–223. European Ass. Geoscientists a. Engi- neers Publ. b.v., Houten.
KO£CON I., WAGNER M., 1968 — Studium petrologiczne twar- dego wêgla brunatnego z Porêby ko³o Zawiercia. Kwart. Geol., 26, 3/4: 533–544.
KOSTÚR K., SASVÁRI T., 2010 — Research of lignite undergro- und gasification. Acta Montanistica Slovaca, 15, 2: 121–133.
KOZ£OWSKI Z., NOWAK J., KASIÑSKI J.R., KUDE£KO J., SOBOCIÑSKI M., UBERMAN R., 2008 — Techniczno-eko- nomiczny ranking zagospodarowania z³ó¿ wêgla brunatnego w aspekcie za³o¿eñ polityki energetycznej Polski. Oficyna Wyd. Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw.
LIU S.Q., WANG Y.Y., YU L., OAKEY J., 2006 — Volatilization of mercury, arsenic and selenium during underground coal gasi- fication. Fuel, 85, 1: 1550–1558.
LIU S.Q., LI J.G., MEI M., DONG D.L., 2007 — Groundwater pol- lution from underground coal gasification. J. China Univ. Mi- ning & Technology, 17, 4: 467–472.
LIU S.Q., WANG Y.Y., ZHAO K., YANG N., 2009 — Enhan- ced-hydrogen gas production through underground gasification of lignite. Mining Sci. and Technology (China), 19, 3: 389–394.
NIEÆ, M., 2009 — Uwarunkowania geologiczne eksploatacji otwo- rowej i podziemnego zgazowania wêgla. Konf. „Zgazowanie Wêgla – fakty i szanse”, AGH, Kraków, 20090114/6_Niec.pdf.
NIEÆ M., 2010 — Analiza, identyfikacja i okreœlenie dostêpnej kra- jowej bazy surowcowej dla podziemnego zgazowania wêgla kamiennego w czêœci dotycz¹cej Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wê- glowego i Lubelskiego Zag³êbia Wêglowego. Sprawozdanie pó³roczne za 2010-07-01–2010-12-31 z czêœci tematu ba- dawczego 1.3.1. W: Opracowanie szczegó³owej bazy danych wêgli krajowych dla procesu zgazowania (koord. J. Klich).
G³ówny Inst. Górnictwa, Arch. AGH., Kraków.
PIWOCKI M., 2004 — Paleogen. W: Budowa geologiczna Polski.
Stratygrafia. Trzeciorzêd. 3, 3a (red. T.M. Peryt, M. Piwocki):
22–71. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
PORADA S., 2011 — Badania niestandardowych w³aœciwoœci wê- gli w aspekcie ich przydatnoœci do procesu zgazowania. Spra- wozdanie roczne za 2011-01-01–2011-12-31 z czêœci tematu badawczego 1.1.2. W: Opracowanie szczegó³owej bazy danych wêgli krajowych dla procesu zgazowania (koord. J. Klich).
G³ówny Inst. Górnictwa, Arch. AGH, Kraków.
Rozporz¹dzenie…, 2001 — Rozporz¹dzenie Ministra Œrodowiska z dnia 18 grudnia 2001 r. w sprawie kryteriów bilansowoœci z³ó¿
kopalin (Dz. U. # 153 poz. 1 774), Ministerstwo Œrodowiska, Warszawa.
Rozporz¹dzenie…, 2005 — Rozporz¹dzenie Ministra Œrodowiska z dnia 20 czerwca 2005 r. zmieniaj¹ce rozporz¹dzenie w spra- wie kryteriów bilansowoœci z³ó¿ kopalin (Dz. U. # 116 poz.
978), Ministerstwo Œrodowiska, Warszawa.
SLIGAR J., 1998 — The Hardgrove Grindability Index, ACARP Report I. No. 5, www.acarp.com.au/Newsletters/hgi.html.
STACHOWIAK A., NOWAK J., SZTROMWASSER E., 2011 — Z³o¿a wêgla brunatnego w rejonie Legnicy-Œcinawy i technolo- gie ich zagospodarowania. W: Mezozoik i kenozoik Dolnego Œl¹ska (red. A. ¯elaŸniewicz, J. Wojewoda, W. Ciê¿kowski):
121–135. LXXXI Zjazd PTG, Polskie Tow. Geol., Wroc³aw.
STAÑCZYK K., SMOLIÑSKI A., KAPUSTA K., WIATOWSKI M., ŒWI¥DROWSKI J., KOTYRBA A, ROGUT J., 2010 — Dynamic experimental simulation of hydrogen oriented under- ground gasification of lignite. Fuel, 89, 4: 3307–3314.
STEINBERG M., 2005 — Conversion of coal to substitute natural gas (SNG). HCE, LLC Proprietary Information HCEI 1-05-1, 23 p. Melville NY. com.HCEI105001.pdf
Underground…, 2008 — Underground coal gasification in Republic of Uzbekistan. Eioba, Almaty, http://www.eioba.com/a/1ws2/un- derground-coal-gasification-in-republic-of-uzbekistan
SUMMARY
Technology of underground gasification of coal, despite existing problems and hazards, seems to be most prospective of all unconventional technologies of coal utilisation and, therefore, will certainly find wider application (Figs 1and 2). Today it applied on an industrial scale mostly in the pro- cessing of bituminous and subbituminous coal (in China, In-
dia, Russia, South Africa and Uzbekistan) but there is no re- ason to believe that it could be also applied for lignite.
However, there are no closely defined criteria that should be used to determine the suitability of specific lignite depo- sits to the process of underground gasification. We should consider three major groups of those:
– geologic/mining parameters of he lignite seam, i.e.
depth and thickness, distance from neighboring lignite seams and aquifers, insulation (tightness) level, water supply, faul- ting, lithology of neighboring rocks);
– chemical and technical parameters, such as heat value Qri, elementary carbon Cdafand hydrogen Hdafcontent, con- tent of volatile matter Vdaf, bitumine content Bd, pra-ter Tdsk
and gas Gdskefficiency, ash content Ad, chlorine content Cld and natural moisture content Wr.
– environmental parameters of the reactor: (1) impact on groundwater, which may be polluted with products of coal pyrolysis (phenols, benzene, polycyclic aromatic hydrocar- bons – Campbell et al., 1977) and inorganic compounds (ammonium, sulphides and heavy metals – Liu et al., 2006),
(2) impact on the surface natural environment, and (3) im- pact of human infrastructure.
Not fully explained conditions of the process, particularly in the area of environmental impact, indicate the need for fur- ther research on the technical scale in the pilot installations lo- cated in appropriately selected objects.
Because the evaluating criteria for estimation of useful- ness of lignite to the underground gasification process are quite different than those applied for “classic” mining, geo- logical data of lignite deposits should be reprocessed to de- termine the potential of lignite for the UCG technology. Stu- dies of lignite seams located deeper than those for opencast mining also might be interesting from the viewpoint of un- derground gasification.
