Geolodzy kontra smog

Trująca chmura dusi polskie miasta. W części z nich alarm smogowy trwa niemal nieprzerwanie. Zmiana jakości paliwa i stosowanie nowych źródeł energii – to sposób na poprawę dramatycznej sytuacji. Geologia daje jedno z rozwiązań – ciepło Ziemi czyli czyste źródło energii możliwe do wykorzystania niemal wszędzie – geotermię.

Katastrofalne zagrożenie dotyczy aż 50 miast Unii Europejskiej. 33 z nich leżą w Polsce – wynika z danych Światowej Organizacji Zdrowia. Najgorzej jest w województwach południowych i w centrum kraju. Prawdziwy dramat przeżywa Rybnik, w którym normy na początku stycznia zostały przekroczone ponad 34 razy. Alarm ogłoszono też m.in. w Krakowie i Warszawie. W stolicy stężenie pyłu zawieszonego PM10 przekroczyło 300 mikrogramów na metr sześcienny. Tymczasem dopuszczalny dobowy poziom stężenia to 50 mikrogramów. Przekroczenie tej granicy poważnie zagraża zdrowiu, a nawet życiu.

Pyły zawieszone zawierają bowiem cząstki o średnicy mniejszej niż 10 mikrometrów, które mogą docierać do górnych dróg oddechowych i płuc. Składają się z mieszaniny cząstek substancji organicznych i nieorganicznych, z których część jest silnie toksyczna. Pochodzą one z różnych źródeł, takich jak: komunikacja, przemysł oraz urządzenia grzewcze zasilane paliwami stałymi. 

smog wawa

 Smog nad Warszawą (widok z Warsaw Spire) - 9 stycznia 2017 r. godz. 14.00. Stężenie PM10 w powietrzu wynosiło 258,3 mikrogramów na metr sześcienny (według: Projekt Klimat bez sadzy realizowany przez Stowarzyszenie Zielone Mazowsze). Fot. M. Żętkowski

 klimat m 

Dla poprawy jakości powietrza konieczne jest zatem zastąpienie niskiej jakości urządzeń i paliw nowoczesnymi piecami do ogrzewania węglowego, gazowego, olejowego czy elektrycznego, a także rozpowszechnione wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (tzw. OZE). Tu swoją wiedzą służą geolodzy, którzy zajmują się geotermią. Jej istotą jest wykorzystanie energii zgromadzonej pod powierzchnią Ziemi do produkcji ciepła.

Nie ma jednak możliwości rozwoju geotermii bez szczegółowej i rzetelnej informacji geologicznej. Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy (PIG-PIB) posiada największy w Polsce zasób danych geologicznych, które są niezbędne do określenia warunków geotermalnych. Większość tych danych jest udostępniana bezpłatnie. Do wielu z nich możliwy jest dostęp za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej, bez konieczności specjalnego oprogramowania.

Wykorzystanie informacji geologicznej, gromadzonej w ramach zadań zlecanych przez Głównego Geologa Kraju, dostępnej na stronach internetowych PIG-PIB ma kluczowy wpływ na zwiększenie efektywności systemów geotermii niskotemperaturowej poprzez wskazywanie miejsc o dużym potencjale energetycznym. Dzięki temu inwestor wykonując mniejszą liczbę wierceń zmniejsza nakłady finansowe na wykonanie sytemu geotermalnego i ostatecznie uzyskuje szybszy czas zwrotu inwestycji. A zatem informacja geologiczna może mieć kluczowe znaczenie w ogólnym rachunku ekonomicznym dla osób, które zdecydują się na wymianę starych, zatruwających środowisko instalacji. Również udostępnienie seryjnych cyfrowych map geologicznych w skali 1:50 000 na stronach PIG-PIB znacząco ułatwia wykonywanie projektów robót geologicznych dla inwestycji wykorzystujących gruntowe pompy ciepła.

Jednak optymalnym i tym samym najbardziej pożądanym przez inwestorów źródłem informacji są dedykowane mapy potencjału geotermalnego opracowywane przez Państwowy Instytut Geologiczny. Dzięki takim mapom można szybko określić przewidywaną wydajność systemu geotermalnego. Tego typu rozwiązanie wspomaga proces wstępnego planowania instalacji gruntowych pomp ciepła. Obecnie trwają strategiczne rozmowy PIG-PIB z Głównym Geologiem Kraju wypracowujące koncepcję prezentacji informacji o potencjale geotermalnym dla możliwie szerokiego grona odbiorców. Będzie to istotny wkład geologów w zapotrzebowanie społeczne i rozwiązanie tego „duszącego” problemu.

W ramach projektu TransGeoTherm PIG-PIB wykonał szereg map potencjału geotermalnego dla pogranicza polsko-saksońskiego w rejonie Zgorzelca (www.transgeotherm.eu). Opracowany na potrzeby projektu model budowy geologicznej podłoża pozwala określić przewidywany profil geologiczny na obszarach pozbawionych wierceń.

 mapa m

 Aktualnie prowadzony jest kolejny międzynarodowy projekt pn. GEOPLASMA – CE, w ramach którego zostaną wykonane mapy potencjału geotermalnego dla rejonu dwóch aglomeracji mających duży problem ze smogiem – Krakowa i Wałbrzycha. Oprócz PIG-PIB projekt jest realizowany przez Akademię Górniczo-Hutniczą oraz licznych partnerów zagranicznych.

Udostępnianie danych geologicznych i opracowywanie map potencjału geotermii niskotemperaturowej to długoterminowe wsparcie Państwowego Instytutu Geologicznego w rozwoju geotermii niskotemperaturowej i tym samym włączenie się PIG-PIB w proces poprawy jakości powietrza w Polsce.

Działania Instytutu w zakresie geotermii są także podejmowane we współpracy z Polskim Stowarzyszeniem Geotermicznym (PSG) oraz z Polską Organizacją Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC).

Geotermia wykorzystuje ciepło zgromadzone zarówno w głębokich partiach skorupy ziemskiej (na głębokościach od 1 do3 km, a nawet 6 km), jak też i w jej płytszych warstwach geologicznych, na głębokościach nie przekraczających zwykle 200 m. Odpowiednio mamy do czynienia z geotermią średnio- i wysokotemperaturową (wykorzystującą energię cieplną wód termalnych lub suchych i gorących skał, o temperaturach osiągających kilkadziesiąt i więcej stopni Celsjusza) oraz geotermią niskotemperaturową (wykorzystującą grunty i skały, których temperatura w naszych warunkach wynosi od kilku do klikunastu stopni Celsjusza). Geotermia niskotemperaturowa oparta jest o systemy potocznie zwane gruntowymi pompami ciepła.

 geotermia min

Ciepło Ziemi może być pozyskiwane do różnych celów oraz z różnych głębokości. Atrakcyjną, niskoemisyjną alternatywą dla tradycyjnych, nieodnawialnych źródeł ogrzewania mogą być systemy geotermalne: średniotemperaturowe – ciepłownie geotermalne oraz niskotemperaturowe – gruntowe pompy ciepła.

Ciepłownie geotermalne to doskonałe źródło energii cieplnej, wykorzystujące znaczny potencjał energetyczny wód termalnych w Polsce. Ciepłownie takie ogrzewają osiedla, gminy i miasta. Są to wysokowydajne systemy, funkcjonujące przez cały rok, niezależnie od warunków klimatycznych. Obecnie w Polsce funkcjonuje 6 komunalnych ciepłowni geotermalnych i ciepłownia służąca do lokalnego zaopatrzenia w ciepło w Cudzynowicach. Zasoby eksploatacyjne ujęć zaopatrujących ciepłownie geotermalne wynoszą 1932 m3/h.

Niestety nie w każdym miejscu w Polsce istnieją odpowiednie warunki geologiczne, aby można było je zbudować.

geotermia 2 m

Dla pozostałej części kraju alternatywą są gruntowe pompy ciepła. Jest to doskonały sposób na ogrzanie i chłodzenie budynków, również mieszkalnych, szczególnie tam, gdzie nie ma podłączenia do sieci gazowej, a występuje jedynie przyłącze energetyczne. Gruntowe pompy ciepła mogą być zainstalowane praktycznie w każdym rejonie Polski. Do właściwego i wydajnego działania tego systemu konieczne jest jednak szczegółowe rozpoznanie warunków gruntowo-wodnych. Bowiem to od nich w decydującej mierze zależy powodzenie i wydajność energetyczna inwestycji. Brak takiego rozpoznania lub rozpoznanie niewłaściwe może negatywnie wpłynąć na moc cieplną instalacji lub koszty jej wykonania

 pompy ciepla min

Przykład: identycznie zaprojektowany system, oparty o gruntowe pompy ciepła, zlokalizowany na terenach charakteryzujących się odmiennym układem warstw skalnych, będzie pracował z różną wydajnością. Brak lub słabe rozpoznanie budowy geologicznej na wstępnym etapie inwestycji będzie skutkowało niewystarczającą mocą cieplną instalacji lub zbyt wysokimi kosztami jej wykonania. Dane szacunkowe często rozmijają się z rzeczywistością.

W związku z rosnącą popularnością gruntowych pomp ciepła (wg danych Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła PORT PC rocznie instalowane jest w kraju ponad 4000 urządzeń) występuje duże zapotrzebowanie na informację geologiczną przeznaczoną specjalnie do potrzeb projektowania otworowych wymienników ciepła. Taką informację zapewniają wspomniane wcześniej zasoby baz danych prowadzonych przez PIG-PIB.

Na koniec krótka refleksja.

W jaki sposób montaż instalacji wykorzystującej gruntowe pompy ciepła (geotermię niskotemperaturową) wpływa na zmniejszenie lub ograniczenie emisji pyłów zawieszonych?

Redukcja pyłu zawieszonego jest znacząca – w przypadku zastosowania gruntowej pompy ciepła jako alternatywy dla kotłowni węglowej może wynosić nawet ponad 90%.

Do oszacowania redukcji emisji wykorzystano nomogramy z Monografii „Podręcznik dobrych praktyk w zakresie doboru i wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz likwidacji niskiej emisji – Pompy ciepła, kolektory słoneczne, przykłady redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza” - autor: A. Mirowski, Kraków 2015. Należy zaznaczyć również, że zgodnie z powyższą monografią szacowana redukcja emisji CO2 w przypadku zastosowania gruntowej pompy ciepła jako alternatywy dla kotłowni węglowej wynosi od 20 do 50% w zależności od rocznej efektywności energetycznej pompy ciepła. Jest to wynik dla pojedynczej instalacji, o mocy cieplnej poniżej 100kW (małe i średnie systemy). W szacowaniu przyjęto wskaźnik emisji CO2 na poziomie 812 g/kWh (zgodnie z KOBiZE).

 

Więcej informacji na stronie www.pgi.gov.pl

 

autor: Grzegorz Ryżyński; współpraca Anna Bagińska i Andrzej Rudnicki