zamkniętych zakładów wydobywczych mogą jeszcze przysłużyć się nauce

 Coraz mniej jest węgla w europejskim miksie energetycznym. Z roku na rok mniejsze jest również zainteresowanie badaniami nad jego gospodarczym wykorzystaniem. Naukowcy z Głównego Instytutu Górnictwa – Państwowego Instytutu Badawczego od dłuższego czasu przygotowywali się do tych zmian, inicjując nowe kierunki badawcze z wykorzystaniem posiadanej infrastruktury naukowej.

Laboratorium Instalacji Doświadczalnych w Centrum Czystych Technologii Węglowych (CCTW) wyposażone jest w szereg wielkogabarytowych reaktorów do prowadzenia procesów termochemicznego przetwórstwa paliw stałych. Jeszcze niedawno zgazowywano w nich węgle kamienne pochodzące z Polski oraz różnych rejonów świata, w tym z Walii, Słowenii, Grecji i Rumunii. Tymczasem zainteresowanie pracami badawczymi w obszarze przetwórstwa węgla widocznie maleje, lecz nie oznacza to zakończenia działalności naukowej prowadzonej w Mikołowie od lat.

Poszukujemy powiązań pomiędzy konwencjonalnymi metodami wykorzystywania węgla w kierunkach związanych z energetyką a odnawialnymi źródłami energii, m.in. z wodorem. W tym zakresie nie jesteśmy odosobnieni. Ośrodki naukowe w Europie również zdecydowały się na taki zwrot i dzięki temu możemy współpracować w innowacyjnych badaniach nad energetyką przyszłości – wyjaśnia dr Krzysztof Kapusta, kierownik Laboratorium Instalacji Doświadczalnych CCTW w GIG-PIB.

I takim właśnie projektem jest HydroMine. Jego efektem ma być opracowanie procesu przetwórstwa odpadów komunalnych ukierunkowanego na wytwarzanie wodoru w oparciu o nowatorski proces zgazowania otworowego w połączeniu z zaawansowanymi technikami separacji gazów.

Dr Krzysztof Kapusta prezentuje reaktor węglowy specjalnie zaadaptowany do nowego typu badań.

– Celem projektu jest opracowanie podstaw nowatorskiej technologii zgazowania wysokoenergetycznej frakcji odpadów komunalnych, z angielska Refuse Derived Fuel (RDF). A więc ukierunkowujemy się na wytwarzanie gazu o wysokiej zawartości wodoru. Opracowywana technologia zgazowania oparta jest o metodę otworową realizowaną w wielkogabarytowym złożu stałym i bazuje na technikach i doświadczeniach zdobytych wcześniej w obszarze zgazowania węgla in-situ, czyli na miejscu. Dla separacji wodoru z gazu otrzymanego na drodze zgazowania stosowane będą zaawansowane techniki membranowe, absorpcyjne oraz wzbogacanie katalityczno-plazmowe - tłumaczy.

Wodór odgrywa kluczową rolę w przemyśle, gdyż wykorzystywany jest w wielu podstawowych procesach chemicznych, takich jak rafinacja ropy naftowej, synteza amoniaku i metanolu, a także jako paliwo do ogniw paliwowych w nowoczesnym transporcie. Obecnie większość wodoru w świecie wytwarzana jest z paliw kopalnych, głównie na drodze reformingu parowego gazu ziemnego. Światowy rynek wytwarzania wodoru w 2021 r. wyceniono na 135,94 mld USD i oczekuje się, że do 2030 r. wzrośnie do 219,2 mld USD.

– Dlatego odpady komunalne, a szczególnie ich wysokoenergetyczna frakcja – RDF, uważane są za potencjalny surowiec do procesu zgazowania ukierunkowanego na wytwarzanie gazu o wysokiej zawartości wodoru. Zgazowanie paliwa RDF w komercyjnych reaktorach zgazowania napotyka jednak na szereg trudności związanych głównie z potrzebą odpowiedniego przygotowania surowca do procesu oraz niestabilnością parametrów fizykochemicznych paliwa RDF w czasie. Zaproponowana w projekcie technologia pozwoli uniknąć trudności, a nawet pominięcie szeregu procesów przygotowawczych surowca do zgazowania – wyjaśnia dalej dr Krzysztof Kapusta.

Opracowywana technologia doskonale wpisuje się również w założenia gospodarki w obiegu zamkniętym, gdyż wytwarzany w procesie HydroMine wodór może zostać ponownie wykorzystany na potrzeby syntez chemicznych, np. metanolu, amoniaku lub tworzyw sztucznych.

– Zarówno infrastruktura naukowo-badawcza GIG-PIB, jak i podziemne wyrobiska zamkniętych kopalń mogą jeszcze przysłużyć się nauce. Kto wie? Może to właśnie dawne kopalnie węgla staną się fabrykami wodoru na szeroką skalę? To zapewne kwestia przyszłości, ale najważniejsze, że są pomysły, które już teraz rodzą konkretne rozwiązania – podsumowuje dr Krzysztof Kapusta.

Projekt HydroMine finansowany jest w ramach Funduszu Badawczego Węgla i Stali, okres realizacji projektu 2023-2026. Konsorcjum projektu tworzy dwóch partnerów krajowych: Główny Instytut Górnictwa – Państwowy Instytut Badawczy i MASTER Odpady i Energia oraz pięć instytucji zagranicznych: GFZ Helmholtz Centre Potsdam (Niemcy), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ITM, Włochy), University of Mons (Belgia), Materia Nova (Belgia), IPAS (Belgia). GIG w projekcie HydroMine pełni rolę koordynatora.