Po skalūnų – anglies eilė  (15)

Po­že­mi­nių ang­lių klo­dų pa­de­gi­mas ga­lė­tų iš­pil­dy­ti ener­gi­jos iš­troš­ku­sių­jų mal­das ar­ba su­kel­ti ne­re­gė­to dy­džio ap­lin­ko­sau­gi­nę ka­ta­stro­fą

Jei manote, kad skalūnų dujos – košmaras, dar nematėte pakankamai. Rengiamasi atverti anksčiau ignoruotų rezervų požeminį pasaulį. Tai yra milžiniškos anglių atsargos, nepasiekiamos įprastiniais kasimo būdais, kartu su juose esančiomis dujų sankaupomis. Visų susirūpinusių klimato kaita siaubui, naujieji kasėjai nori padegti šią giliai slūgsančią anglį ir surinkti dujas pramonei ir energijos gamybai. Kai kas sako, kad taip būtų suteikiama energija būsimoms kartoms. Kiti įspėja, kad tai gali būti visai naujas planetos iškepimo būdas.

Primityvi šio Dantės pragaro technologijos, požeminės anglių gazifikacijos (Underground Coal Gasification – UCG), versija jau 50 metų veikia buvusioje Sovietų sąjungos Uzbekistano respublikoje. Maždaug 300 metrų po lyguma į rytus nuo Taškento, Stalino inžinieriai ir jų įpėdiniai degino rudųjų anglių sankaupą, kurios neina panaudoti įprastiniu būdu. Paviršiuje yra du šuliniai – į vieną pumpuojamas oras liepsnos įpūtimui, iš kito kasdien pakyla milijonas kubinių metrų degimo dujų. Išvalytos nuo anglies dulkių, atvėsintos ir suspaustos, dujos siunčiamos į dujotiekį, vingiuojantį per visą kraštą į elektrinę šalia pramoninio Angreno miesto.

Tingus užmirštas pramonės miestas buvusios SSRS užkampyje nelabai panašus į naujausių technologijų bandymų vietą. Bet Australijos inžinieriai, įsigiję šią įmonę prieš septynerius metus, mano, kad jei pavyktų šį metodą sėkmingai išplėsti, jis galėtų pakeisti pasaulio energijos rinkas, atverti trilijonus tonų neiškasamos anglies ir suteikti naują anglimi paremtą energijos šaltinį, kurio pakaktų bent tūkstančiui metų.

UCG bandymams vykstant visame pasaulyje, nuo Kinijos iki Kvinslendo, nuo Pietų Afrikos iki Kanados, ant kortos pastatyta daug. Ne menkiausias statymas – atmosfera. Be anglies sugavimo ir nekenksmingo saugojimo, šis būdas galėtų pakelti pasaulio temperatūrą 10 laipsnių ar daugiau. Ar šis deginantis iškastinio kuro troškimas stumia mus pragaištin?

Dar neseniai buvo eksploatuojami tik didelės koncentracijos anglies, naftos ir gamtinių dujų ištekliai – bet daugiau nebe. Šiems rezervams senkant, prasidėjo didžiulių „nekonvencinių“ energijos šaltinių medžioklė, ypač – gamtinių dujų arba metano. Su jomis galime gauti elektrą, varyti automobilius, tiekti žaliavą chemijos pramonei, ir labai tikėtina, kaitinti planetą dar daug šimtmečių.

Praėjusiame dešimtmetyje didžiausias dėmesys krypo į skalūnų dujas: skalūnų – nuosėdinių uolienų, susidariusių iš purvo ir molio mišinio su mineralais, pavyzdžiui, kvarcu – porose ir plyšeliuose ankštai įkalintą metaną. Šių dujų išgavimui reikėjo dviejų naujų technologijų. Nuo įprastų vertikalių šulinių besidriekiantys horizontalūs gręžiniai gali prasibrauti iki 3 km į skalūnų storymę. Hidraulinis plėšymas, frakingas, įšvirkščia stipriai suspaustą vandenį į skalūną, jį suskaldo ir išlaisvina dujas. Trupindamos skalūnus skalūnus, šios technologijos atveria duris įvairiausiems alternatyviems metano šaltiniams. Pavyzdžiui, jomis galima išlaisvinti anglies sankaupose įkalintą metaną, tarkime, Vajomingo ir Montanos anglies laukuose. Kasant anglis, metanas dažnai išsilaisvina, kadangi giliai po žeme anglys suspaudžiamos ir kaitinamos. Šios dujos visada buvo kasyklų prakeiksmas, bet jeigu jos būtų surenkamos ir išpumpuojamos, galėtų tapti vertybe.

Naujausiais Tarptautinės energijos agentūros duomenimis, visame pasaulyje anglyje ir skalūnuose sukaupta apie 400 trilijonų kubinių metrų metano, kurio išgavimas apsimokėtų ekonomiškai. Tai maždaug dvigubai daugiau, nei dabar būtų galima išgauti iš gręžinių. Tačiau tai tik pradžia. Įvairiuose uolienų sluoksniuose gali būti dar daugiau dujų, kurių didžioji dalis atkeliavo iš anglies telkinių per milijonus metų. O kam riboti planą tik egzistuojančiomis dujomis? Pagrindinis prizas, sako kalnakasiai, būtų sukurti dar daugiau metano, padegant didžiulius po žeme glūdinčių neiškasamų anglių klodus.

Antžeminis anglies deginimas ir dujinių produktų surinkimas naudojamas jau seniai. Dar prieš pusę šimtmečio dujas šildymui ir maisto ruošimui daugelis mūsų naudojo dujines krosneles, kuriose būdavo padegama ir „gazifikuojama“ anglis. Degimas paverčia anglį kure į anglies dvideginį ir išskiria karštį kitoms reakcijoms, iš CO2 ir garų gaminančioms vandenilį, anglies monoksidą ir metaną.

Daugelyje šalių tokias dujines krosneles pakeitė dujos iš naftos gręžinių. Bet dabar svarstoma mintis paversti anglies klodus į požemines dujų krosneles. Taip, teigia idėjos šalininkai, būtų galima išnaudoti anglį, kurią eksploatuoti būtų per gilu, per brangu ar pernelyg pavojinga. Be to, sutaupomas laikas ir pinigai, nes nebereikia kasti šachtų, o kraštovaizdžio negadina kasyklos ir kasimo atliekų kalnai – jau neminint įprastinių gazifikavimo įmonių kainos ir žalos aplinkai. Bet kokie nepageidaujami pašaliniai produktai gali būti paliekami po žeme.

UCG idėja kilo vokiečių inžinieriui Williamui Siemensui septintajame XIX a. dešimtmetyje. Pirmą kartą prieš šimtmetį ją išbandė Nobelio premijos laureatas, chemikas Williamas Ramsay'is, įprastinių kasyklų tunelių gale Durhamo anglies laukuose šiaurinėje Anglijoje. Eksperimentai vyko sėkmingai, išsiskyrė naudingos dujos, tačiau toliau juos tęsė tik SSRS.

Paskutiniajame XX a dešimtmetyje australų inžinieriai, vadovaujami Leno Walkerio ir Cliffo Malletto iš CSIRO, Australijos valstybinės tyrimų agentūros, išvystė savo sistemą, kuriai pasiskolino horizontalaus gręžimo technologiją iš JAV naftos pramonės. Walkeris įkūrė Linc Energy ir pradėjo bandymus Chinchilla'oje, Vakarų žemumose, Kvinslende. Per du metus įmonė parodė, kad UCG apsimoka.

Iki 2002 m. Linco ir Malletto Carbon Energy priartėjo prie komercinės veiklos ribos. 2006 m. Walkeris dar įkūrė Cougar Energy. O 2007 m. Lincas perėmė Sovietų patirtį, įsigydamas Uzbekistano įmonės kontrolinį akcijų paketą. Bet tada reikalai subjuro.

Po gruntinių vandenų užteršimo benzenu per UCG bandymus JAV, Kvinslendo valstijos kontrolieriai norėjo būti tikri, kad požeminė liepsna nepridarys panašių, vėliau pasireikšiančių problemų. 2011 m. Kvinslendo valdžia nutraukė Cougar veiklą Kingaroy'uje, kai šalia esančiuose vandens gręžiniuose pasirodė benzenas ir toluenas. Pernai liepą, valstijos finansuojamas mokslininkų komisija paskelbė veto komercinei Linc ir Carbon Energy veiklai, kol kompanijos galės pademonstruoti saugų pasitraukimą užgesindamos ugnį, sustabdydamos reakcijas ir užkirsdamos kelią gruntinių vandenų taršai. Abiejų kompanijų reakcija buvo pikta. Jos tvirtina, kad pasitraukime nėra nieko sudėtingo, bet pademonstruoti, kad gali tai įvykdyti komercinio masto veiklai sunku, kai tokios veiklos nevykdai. Atsakydamas Lincas paskelbė, kad po daugiau, nei dešimtmečio veiklos, uždaro Chinchilla projektą ir keliasi į Kiniją ir JAV. Tuo tarpu Carbon Energy veikia Kinijoje, Argentinoje ir Čilėje, o Walkerio Cougar Energy savo dėmesį nukreipė į indoneziją.

Visos sistemos veikia

Nepaisydama šių kliūčių, Julie Lauder, Jungtinėje karalystėje įsikūrusios UCG asociacijos vykdančioji direktorė, sako, kad Chinchilla'os bandymų sėkmė buvo atsirandančios pramonės „eureka momentas“ ir kad niekada pasaulyje nevyko tiek daug UCG bandymų

Kuko įlankoje Aliaskoje ir Gulbės kalvose Albertoje, Kanadoje planuojama komercinę veiklą pradėti jau 2015. Sujaudinti skalūnų dujų sėkmės JAV, UCG entuziastai mano, kad išmušė jų valanda. O labiausiai JK, kur apie anglis šį bei tą išmano. Nors nepaliestos anglies pilna po banguojančiomis Anglijos kalvomis, geriausia anglis nėra pasiekiama, po Šiaurės jūra. Šie telkiniai yra pustuzinio Britanijos startuolių, tarp kurių ir didžiausias bei ambicingiausias, Five Quarter Energy, taikinys.

Praėjusių metų gale sėdėjau su trimis kompanijos įkūrėjais šiaurės rytų Anglijoje įsikūrusio Newcastle'o prie Tyne'o viešbučio numeryje. Buvome mažiau, nei už šimto metrų nuo Tyne upės krantų, kur nuo XIII a. kasama anglisnamų židiniams ir pramoniniams boileriams. Anglių kasyba regione praktiškai sustojo per pastaruosius 30 metų, bet jos dar daugybė likę po žeme, sako Harry'is Bradbury'is, britų geologas iš Jeilio universiteto. „Daugiau nei 70 procentų JK anglies dar neiškasta; ji tebeguli po žeme. Norime ją ten sudeginti, kad atgaivintume naują pramonę.“ Kartu su Dermotu Roddy'džiu, dar neseniai dirbusiu chemijos inžinieriumi Newcastle'o universitete ir Glasgow universiteto inžinieriumi Paulu Youngeriu jis įkūrė Five Quarter, pavadintą pagal žymų vietinį anglių telkinį.

Kompanija turi licenziją ieškoti UCG vietų telkinyje, glūdinčiame daugiau, nei 400 kvadratinių kilometrų Šiaurės jūros, nuo Sunderlando iki Škotijos sienos. Iš jo dujos paviršių galėtų pasiekti iki šių metų galo. „Mūsų vertinimu, plote yra 10 milijardų tonų anglies,“ sako Bradbury'is. „Trečdalį šio kiekio galime paversti dujomis.“

Mums kalbantis, Youngeris išsitraukia žemėlapį su detalizuotais gręžinių duomenimis apie anglių telkinį, kuriuos kasybos geologai surinko prieš dešimtmečius. Duomenys ir žemėlapiai vos nebuvo sudraskyti į į skutelius, kai angliakasyba praėjusioje kartoje buvo nutraukta. „Vadiname juos Šiaurės jūros papirusais,“ pajuokauja.

Komanda tebešlifuoja detalią chemijos inžineriją. „Deimo kontroliavimas yra juodais menas,“ sako Roddy'is. „Norime gauti vertingą vandenilį, metaną ir anglies monoksidą, tuo pat metu kuo mažiau pagamindami nepanaudojamų dujų, tokių, kaip anglies dvideginis.“ Pumpuojant į gręžinius deguonį, o ne orą, pakyla degimo temperatūra ir išgaunama daugiau metano ir mažiau CO2. Ideali degimo temperatūra, sako Roddy'is, yra 1500 °C, „bet ir 900 °C pakankamai gerai“. Uzbekų įmonėje žemyn pumpuojamas oras, o ne deguonis, degimas vyksta žemesnėje temperatūroje ir CO2 gaunama dešimt kartų daugiau, nei metano.

Bet Five Quarter komanda puoselėja netgi dar didesnius planus. Jie teigia, kad kitas sluoksnis po Šiaurės jūra irgi kupinas metano ir jie nori jį išgauti, naudodami vadinamąją „giliųjų dujų laimėjimo“ strategiją. Pavyzdžiui, po anglimi glūdi skalūnų telkinys, kuris yra jų pagrindinis taikinys. Frakingas galėtų iš jo išlaisvinti dujas. O šalimais esančiuose sluoksniuose gali būti metano iš anglies. „Manome, galėsime išgauti juos tuo pat metu,“ pažymi Bradbury'is. Jis mano, kad dėl deginamų anglių sluoksnio susidaręs įdubimas gali padėti išlaisvinti dujas.

Tai kertasi su įprastine UCG verslininkų retorika. Daugelis tikina, bent jau viešai, kad anglių telkinį supantys sluoksniai yra sandarūs ir bet kokie degant susidarę teršalai pasiliks telkinyje. Taip nėra, tvirtina Bradbury'is. „Uolienos, ypač viršuje, bus sutrikdytos. Jos suskilinės. Net jeigu jos prieš tai nieko nepraleisdavo, paskui jos tokios nebebus. Tai neišvengiama. Mūsų vertinimu, tai paveiks iki 60 kartų storesnį viršuje esančių uolienų sluoksnį, nei pats telkinys.“

Jei tai tiesa, ar gali toksiški produktai patekti į vandens telkinius, naudojamus geriamam vandeniui, kaip nutiko per Cougar bandymus Kvinslende? Kaip ir skalūnų dujų eksploatacijos atveju, potenciali tarša yra didžiausias techninis ir viešųjų ryšių iššūkis. Bet Bradbury'is sako, kad pavojus daug mažesnis, kai anglių sluoksnis yra jūros dugne. Po jūros dugnu esantis vanduo nenaudojamas vandens tiekimui gyventojams ir vargu ar kada nors bus, nes jis dažniausiai yra sūrus. Jam giliųjų dujų išgavimas patrauklus dėl galimybės išgauti daugiau dujų iš didesnio ploto – tiek iš anglių deginimo, tiek ir iš jų išsiskyrusių ar įkalintų skalūnų sluoksniuose.

Ne tik kuras

Tokios dujos, be abejonės, yra vertingos. Paprasčiausiu atveju, metanas galėtų būti tiekiamas namų naudotojams ar deginamas elektrinėse. Bet yra ir ir kitų galimybių. Australijoje jis verčiamas skystu automobilių kuru. „Kitaip, nei skalūnų dujų atveju, į paviršių ištraukiame ne tik metaną,“ sakė Bradbury'is. „Mes išgauname dujų kokteilį.“ Five Quarter žvalgo kitą galimą rinką šioms dujoms (žr. „Cheminis rinkinys“).

Didelei Šiaurės rytų Anglijos chemijos pramonei trūksta pigios žaliavos. Tad Šiaurės jūros anglių dujos galėtų ją išgelbėti. Roddy'is, anksčiau valdęs vietinę chemijos gamyklą, įsivaizduoja vandenilio, anglies monoksido ir CO2 vertimą acto rūgštimi ir acetatais; vandenilį ir CO2 – į metanolį. Regione jau yra vandenilio tiekimo vamzdynų tinklas. Panašiai ir Škotijoje milžiniškas Grangemouth'o chemijos kompleksas importuoja dujas iš Š. Amerikos, nors vos už kelių šimtų metrų nuo pakrantės, po Firth of Forth'o įlankos dugnu slūgso nenaudojama anglis. Bradbury'is įsitikinęs, kad UCG revoliucija Jungtinėje karalystėje galėtų dramatiškai sumažinti kai kurių žaliavų kainas chemijos pramonei, kuri grasina persikelti į JAV, kur mažesni kaštai. „Jei nespręsime šios problemos, chemijos pramonė išnyks.“

Kiti UCG entuziastai irgi nekantrauja pradėti – jie tvirtina, kad technologija parengta ir jų išgaunamų dujos nekantriai laukiamos ir kaip kuras, ir kaip cheminė žaliava. Sudėtingiausia bus įtikinti kontrolierius, investuotojus ir pramonės partnerius, kurie visi turi susėsti už vieno stalo, kad UCG taptų dideliu verslu.

Pernai metų pabaigoje Britanijos vyriausybė įsteigė Nekonvencinių dujų ir naftos biurą ir suteikė 15 milijonų svarų, padėdama įgyvendinti Five Quarter jos dujų valymo ir paskirstymo įmonės įkūrimo planus. Ir Bradbury'is teigia turintis žinomo pramonės srities vardo užnugarį, apie kurį greitai paskelbs. Tuo tarpu verslo spauda mirga nuo pasakojimų apie tai, kad tarp UCG priekrantės licenzijų turėtojų yra ir Algy Cluff, charizmatiška figūra, užsidirbusi savo vardą ir pinigus iš Šiaurės jūros naftos gavybos XX a. aštuntajame dešimtmetyje.

Bradbury'is būtų pirmasis, pripažįstantis, kad anglis tebeturi įvaizdžio problemų. Kaip bebūtų, tai gausiausias iškastinis kuras pasaulyje ir didžioji jo dalis gali būti išgaunama tik deginant ją ten, kur ji glūdi. UCG galėtų keturis kartus kartus padidinti išgaunamas JAV anglies atsargas.

Pasaulio energijos tarybos pranešimu, iš viso dabar galima išgauti 15 – 20 procentų viso jos kiekio, kuris Gordono Coucho iš Tarptautinės energijos agentūros Švarios anglies centro vertinimu, yra 18 trilijonų tonų. Potencialiai UCG galėtų ištraukti energiją iš kitų 80 – 85 procentų – to pakaktų dabartiniam poreikiui patenkinti 1000 metų.

Gal pramonininkams tįsta seilė nuo minties apie visos anglies sudeginimą, bet klimatui tokia perspektyva yra tikrai kelianti siaubą. Tarpvyriausybinė klimato kaitos taryba neseniai apskaičiavo, kad pasaulis turi apriboti bendrą anglies emisijąiki mažesnio, nei trilijono tonų lygio tam, kad globalinis atšilimas būtų mažiau, nei 2 °C. Dauguma klimato analitikų sutinka, kad netgi didelės dalies įprastinio iškastinio kuro atsargų, sudeginimas sukeltų nepriimtiną atšilimą, nekalbant jau apie tai, ką galėtų išskirti UCG.

Deganti dilema

Ką daryti? Arba turime palikti kurą žemėje, arba išvystyti globalią CO2 surinkimo jo išskyrimo vietoje ir saugojimo, kad nepakenktų, technologiją. UCG atveju tai reikštų CO2 surinkimą tiek iš anglies deginimo po žeme, tiek ir išskiriamą deginant metaną elektrinėse. Tokie klimatologai, kaip Mylesas Allenas iš Oksfordo universiteto įsitikinę, kad dvideginio surinkimas ir saugojimas (carbon capture and storage – CCS) yra vienintelis praktiškas būdas, norint žengti pirmyn. Ir čia UCG gali kai ką pasiūlyti. Deginant anglį vietoje, lieka didžiulės tuštumos, idealiai tinkančios surinkto CO2 laidojimui. O anglies dujų išgavimo į paviršių, valymo ir pristatymo į elektrines sistema idealiai tiktų CO2 išgabenimui atgal.

Kol kas pastangos pradėti CCS technologiją nepavyko. Planas sudeginti JK anglies klodus po Hatfieldu Pietų Jorkšyre ir dujas tiekti elektrinei, o CO2 surinkti palaidojimui po Šiaurės jūra, nepaisant Europos sąjungos paramos, vyriausybės buvo atmestas. Ministrai teigė, kad jis kad jis ekonomiškai nepasiteisinantis.

Tačiau Bradbury'is išlaiko optimizmą. „Pusė CCS kainos bus transportas ir saugojimas,“ sako jis. „Kodėl nesumokėjus už tai iš pelno, gaunamo išgaunant dujas iš anglies klodų?“ Graži idėja. Bet tarkime, reikalai nevyksta taip, kaip tikimasi. Kas, jei pelno nebus? Netgi frakingas, dabar laikomas auksinių kiaušinių dedekle, užtruko tris dešimtmečius, kol tapo pelningas. Kas, jei paaiškės, kad CCS technologija vystosi taip pat lėtai, kaip vystėsi UCG? 2007 m. MIT atliktoje studijoje daroma išvada, kad mažai tikėtina, jog komercinis CCS vystymas būtų vykdomas anksčiau, nei 2030 m., ir nuo to laiko į priekį pasistūmėta nedaug. O kas, jei reguliuojančios institucijos pakeis reikalavimą, kad UCG negalima vykdyti be CCS? Kritikams UCG tebeatrodo panaši į žaidimą rusiška rulete su klimatu – ir atsakomybės našta tenka norintiems išgauti dar daugiau iškastinio kuro, kad įrodytų jog šie klysta.

Cheminis rinkinys

Ne taip, kaip skalūnų dujos, kurios yra vien metanas, iš deginamos anglies sukuriamos dujos yra daug pritaikymų turintis dujų kokteilis. Taimetano (gamtinių dujų – CH4), anglies dvideginio (CO2), anglies monoksido (CO) ir vandenilio (H2) mišinys. CO2 galima atskirti ir saugiai atsikratyti, kad šis nedidintų globalinio atšilimo. Kiti komponentai vertingi ir yra keturi pagrindiniai jų panaudojimo būdai:

Elektra iš dujų
Elektrinės gali deginti metaną ir gaminti elektrą

Cheminės medžiagos iš dujų
Vandenilis, metanas ir CO yra vertingos chemijos pramonės žaliavos

Skystis iš dujų
Metaną galima suskystinti saugojimui ar transportavimui, arba CO ir vandenilį Fischerio ir Tropscho procesu paversti į sintetinį dyzelinį kurą

Dujos technikai
Vandenilis gali būti alternatyvus transporto kuras

Fred Pearce yra New Scientist konsultantas


Fred Pearce
New Scientist № 2956

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(13)
(1)
(4)

Komentarai (15)