Metan z zaniechanych złóż węgla kamiennego – wsparcie dla transformacji energetycznej

Obecnie wydobycie metanu z zaniechanych złóż węgla kamiennego wynosi ok. 5 mln metrów sześciennych, zaś możliwości jego wydobycia należy szacować na co najmniej kilka miliardów metrów sześciennych. Ujęcie metanu z zamkniętych kopalń może – i powinno – stanowić ważne uzupełnienie krajowego miksu energetycznego. O zadaniu państwowej służby geologicznej dotyczącym oceny potencjału zasobowego i możliwości eksploatacji metanu z pokładów węgla w zaniechanych złożach węgla kamiennego z jego kierownikiem dr Januszem Jureczką – dyrektorem Oddziału Górnośląskiego w Sosnowcu rozmawia Anna Bagińska – kierownik Biura Promocji i Komunikacji.

Anna Bagińska: W marcu 2022 r. PIG-PIB kończy realizację zadania pn. „Ocena potencjału zasobowego i możliwości eksploatacji metanu z pokładów węgla w zaniechanych złożach węgla kamiennego”. Panie Dyrektorze, złoża których zagłębi węglowych są przedmiotem analizy?

Janusz Jureczka: W realizacji tego zadania podjęliśmy się analizy tych złóż węgla kamiennego o zakończonej eksploatacji, w których do głębokości ich dokumentowania występują pokłady węgla o dużej koncentracji metanu, a w szczególności – tych złóż, z których wydzielał się w znacznych ilościach metan podczas wydobycia węgla. Są to zatem zaniechane złoża węgla dwóch zagłębi: Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) i Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego (DZW).

Należy przy tym zaznaczyć, że po wstępnej analizie złóż węgla w DZW, uznano, że złoża tego zagłębia nie wykazują potencjału wydobywczego dla metanu z pokładów węgla. Wynika to z dwóch powodów.

Po pierwsze, na ogół w zamkniętych kopalniach DZW występuje zarówno metan, jak i dwutlenek węgla, często w podobnych ilościach, a nierzadko w przewadze dwutlenku węgla.

Po drugie, istotne znaczenie ma bardzo długi czas jaki upłynął od likwidacji tych kopalń – 20–25 lat, co niestety nie stwarza większych perspektyw dla eksploatacji metanu ze zrobów, a to właśnie możliwości wydobycia metanu ze zrobów, albo inaczej mówiąc – z górotworu objętego eksploatacją – były głównym przedmiotem analizy. Tak więc, bardziej szczegółową analizą objęto wyłącznie zaniechane złoża węgla w GZW, w których wydobycie węgla zakończono do końca 2020 roku.

AB: Jakie kryteria były brane pod uwagę przy wyznaczaniu złóż, które mogą być perspektywiczne dla eksploatacji z nich metanu?

JJ: Wstępnym kryterium decydującym o zakwalifikowaniu danego złoża do analizy był bez wątpienia parametr, który wynika z praktyki górniczej, czyli kategoria zagrożenia metanowego w danej kopalni lub jej części, a używając bardziej powszechnego określenia – czy była to kopalnia metanowa.

Najważniejszym kryterium wskazującym na możliwości pozyskania metanu z zaniechanego złoża jest całkowita wielkość emisji metanu (metanowość), notowana w czasie eksploatacji węgla. Niebagatelne znaczenie – jak już mówiłem – ma także czas, który upłynął od zakończenia wydobycia węgla oraz sposób likwidacji kopalni. Pozostałe kryteria mają znaczenie pomocnicze, a wśród nich należy wymienić przede wszystkim: metanonośność eksploatowanych pokładów węgla, zasoby metanu jako kopaliny towarzyszącej, głębokość pokładów metanowych i głębokość eksploatacji węgla, a także warunki geologiczne, w szczególności – tektoniczne i hydrogeologiczne.

Należy tu dodać – o czym wspomniałem – że mówimy o pozyskaniu metanu z partii górotworu objętego wpływem eksploatacji węgla, ogólnie rzecz ujmując – ze zrobów i wyrobisk górniczych. Pozostała cześć górotworu danego złoża, najczęściej poniżej maksymalnej głębokości eksploatacji, cechuje się parametrami typowymi dla tzw. złoża dziewiczego, pośród których najważniejszym jest metanonośność pokładów węgla.

AB: Ile złóż zgodnie z przyjętymi kryteriami zostało zakwalifikowanych do analizy szczegółowej? Jaki charakter mają prace związane z realizacją tego etapu i co jest ich celem?

JJ: Do analizy szczegółowej wybrano 9 zaniechanych złóż węgla. Realizacja tego etapu, podobnie jak całego projektu, obejmuje wyłącznie analizę istniejących danych zawartych w dokumentacjach geologicznych i innych opracowaniach dotyczących tych złóż. Głównym zadaniem tego etapu jest oszacowanie pozostałych, możliwych do wydobycia zasobów metanu, zgodnie z zaproponowaną metodyką, a także określenie technicznych możliwości ich udostępnienia oraz prognozowanie czasu eksploatacji i ilości gazu do wydobycia.

AB: Metodyka, na podstawie której powinny być szacowane zasoby metanu, mogące być przedmiotem ekonomicznie uzasadnionego wydobycia, została opracowana w PIG-PIB. Jest to bardzo nowatorskie podejście to szacowania zasobów metanu z kopalń zamkniętych. Na czym ono polega?

JJ: Zaproponowane nowatorskie podejście do szacowania zasobów metanu w złożach kopalń zamkniętych stanowi odpowiedź na niedostatki metodologiczne dotychczasowej metodyki, stosowanej w dokumentowaniu tych złóż, wpływające na obniżoną dokładność i wiarygodność szacowanych zasobów.

Wady obecnej metodyki są efektem niewłaściwego podejścia legislacyjnego w dokumentowaniu metanu z pokładów węgla, zwłaszcza zaliczenia metanu z kopalń zamkniętych do metanu dokumentowanego jako kopalina główna, czyli analogicznie jak dla złóż dziewiczych, w których nigdy nie prowadzono wydobycia węgla.

Nowa metodyka szacowania zasobów metanu została opracowana na podstawie wyników szczegółowych analiz konkretnego przypadku niedawno zamkniętej, silnie metanowej kopalni węgla. Głównymi założeniami tej metodyki są – określenie strefy zasięgu efektywnego drenażu dla metanu oraz oszacowanie emisji podczas wydobycia węgla i prognozowanie natężenia emisji metanu w funkcji czasu od zakończenia wydobycia węgla.

Nowatorskie ujęcie polega na tym, że mało wiarygodne określanie zasobów wydobywalnych metodą objętościową zastąpiono określeniem całkowitych zasobów możliwych do wydobycia na podstawie danych o emisji metanu, w tym prognozowania zasobów pozostałych do wydobycia otworami ze zrobów, jako podstawy do obliczania zasobów przemysłowych.

Należy także dodać, że wdrożenie nowoopracowanej metodyki będzie zależeć od wprowadzenia zmian w przepisach dotyczących dokumentowania zasobów metanu z pokładów węgla.

AB: W kopalniach czynnych ujęcie metanu odbywa się systemem odmetanowania, prowadzonym w czasie eksploatacji węgla. Jaką technologię stosuje się do eksploatacji metanu z kopalń zamkniętych?

JJ: W początkowej fazie po zakończeniu wydobycia węgla, przed całkowitą likwidacją kopalni, metan ujmowany jest najczęściej z wykorzystaniem istniejącego systemu odmetanowania.

W fazie późniejszej, na ogół po zakończeniu likwidacji, metan ujmowany jest poprzez otwory wiercone z powierzchni do zrobów, obejmujących izolowane hydraulicznie zbiorniki gazu. Wydobycie gazu ze zrobów, zarówno systemem odmetanowania jak i otworami do zrobów, prowadzi się z zastosowaniem podciśnienia, odmiennie niż w przypadku eksploatacji metanu z pokładów węgla w obszarach dziewiczych.

AB: Obecnie proces likwidacji kopalni trwa zazwyczaj kilka lat i dopiero po jego zakończeniu przedsiębiorca, który zamierza eksploatować metan może wystąpić o koncesję. Co dzieje się z metanem, który wydziela się do zrobów w tym czasie?

JJ: Po zakończeniu wydobycia węgla metan wydziela się w wyniku desorpcji i dyfuzji z niewyeksploatowanych pokładów węgla zawartych w strefie naruszonej eksploatacją (strefie odprężonej). Nadmiar metanu musi być odprowadzany ze względów bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Dlatego metan jest eksploatowany na mocy odpowiednich przepisów, które pozwalają Spółce Restrukturyzacji Kopalń prowadzić jego ujęcie do czasu zakończenia likwidacji kopalni, bez ubiegania się o koncesję wydobywczą.

Po zakończeniu likwidacji kopalni, metan w zaniechanym złożu węgla kamiennego jest traktowany jako kopalina główna, a ubieganie się o koncesję na jego wydobycie jest objęte analogicznymi przepisami jak dla złóż węglowodorów, co nie jest dobrym rozwiązaniem formalnym.

AB: Czy podjęcie eksploatacji metanu ze zrobów po dłuższym czasie od zaprzestania wydobycia węgla ma wpływ na efektywność wykorzystania zasobów złoża metanu?

JJ: Metan wydziela się do zrobów nieprzerwanie po zakończeniu wydobycia węgla, jednak jego natężenie spada bardzo szybko. Według szacunków Głównego Instytutu Górnictwa, w ciągu pierwszego roku wielkość emisji metanu z pojedynczej ściany spada do mniej niż 20% średniej metanowości tej ściany z okresu jej eksploatacji. Po kilku latach ilość wydzielanego metanu stanowi zaledwie kilka procent początkowej wielkości emisji, a po kilkunastu latach (szacuje się, że jest to ok. 15 lat) emisja praktycznie zanika. Jednocześnie, dostępne zasoby są dodatkowo uszczuplane w wyniku podnoszenia się poziomu wód złożowych, jeśli kopalnia jest zatapiana.

Oznacza to, że wielkość dostępnych zasobów jest odwrotnie proporcjonalna do czasu, który upłynął od zakończenia eksploatacji węgla, a zatem odkładanie w czasie rozpoczęcia wydobycia metanu ma bardzo negatywny wpływ na efektywność wykorzystania złoża.

AB: Do tej pory, od 1989 roku, zamknięto kilkadziesiąt kopalń, kilkanaście z nich to kopalnie metanowe. Czy metan, który wydzielał się do zrobów w tych zaniechanych złożach był ujmowany?

JJ: Większość kopalń GZW tworzy zwarte kompleksy, w których kopalnie ze sobą graniczą. Zatem w zamykanych kopalniach metanowych, z wyjątkiem dwóch kopalń („Morcinek” i „Krupiński”), wydzielający się do zrobów metan może być przejmowany przez system odmetanowania sąsiednich kopalń czynnych. Do tej pory metan z kopalń zamkniętych ujmowany był otworami do zrobów na podstawie koncesji tylko z dwóch złóż: Kaczyce (kopalnia „Morcinek”) oraz Żory 1 (kopalnia „Żory”). Zarówno w jednym jak i drugim przypadku, przemysłową eksploatację metanu rozpoczęto po stosunkowo długim odstępie czasu od zakończenia wydobycia węgla, odpowiednio 8 i 17 lat.

Należy tu dodać, że złoże w obrębie zamkniętej kopalni „Żory” graniczy z nadal czynną kopalnią węgla kamiennego „Borynia”. Ponadto, SRK eksploatuje metan podczas likwidacji trzech kopalń „Krupiński”, „Jas-Mos” i „Śląsk”.

metan2

AB: Czy realizując projekt mogliśmy opierać się na doświadczeniach innych państw w tym zakresie? Czy są kraje, w których jest prowadzona eksploatacja metanu ze złóż zaniechanych?

JJ: Tak, przede wszystkim Niemcy, którzy mogą poszczycić się największym na świecie wykorzystaniem zasobów metanu z kopalń zamkniętych. Ponadto: USA, Australia, Wielka Brytania, a w ostatnim czasie również Chiny.

AB: Panie dyrektorze, kto może być beneficjentem wyników projektu po jego zakończeniu?

JJ: W Polsce wydobycie metanu ze zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego do tej pory ma charakter marginalny. Prowadzone jest tylko w dwóch złożach, a roczna wielkość wydobycia wynosi ok. 5 mln m3 (dane za 2020 r.), co stanowi 1 promil krajowego wydobycia gazu i około 1,7% metanu ujmowanego w czasie eksploatacji węgla.

Możliwości wydobycia tego gazu ze złóż zamkniętych kopalń należy szacować na co najmniej kilka miliardów metrów sześciennych, a dodatkowy potencjał zasobowy stanowi występujący w tych złożach, poza strefą objętą eksploatacją węgla, metan z tzw. „dziewiczych” pokładów węgla. W związku z tym, ujęcie metanu z zamkniętych kopalń może – i powinno – stanowić ważne uzupełnienie krajowego miksu energetycznego. Jest to bardzo istotne w kontekście uznania gazu ziemnego jako paliwa przejściowego w okresie transformacji energetycznej.

Obecna, wysoka cena gazu sprawia, że jego zagospodarowanie ze złóż rodzimych jest kluczowe z punktu widzenia gospodarki krajowej. Z tych powodów, wynikające z zaproponowanej przez nas metodyki wiarygodne szacunki zasobów metanu z zaniechanych złóż węgla są niezwykle istotne do planowania jego przyszłej eksploatacji.

Wdrożenie postulowanych w naszym projekcie rekomendacji dotyczących zmian legislacyjnych, ułatwiających i przyspieszających wykorzystanie metanu ze zrobów, spowoduje, że bezpośrednim beneficjentem staną się krajowi przedsiębiorcy, dla których znacząco wzrośnie atrakcyjność ekonomiczna wydobycia i wykorzystania tego cennego surowca, na podstawie koncesji wydanych przez Ministra Klimatu i Środowiska.

Nie należy również zapominać o oczywistych korzyściach z punktu widzenia bezpieczeństwa i ochrony środowiska, które wynikają z efektywnego ujęcia metanu, jako potencjalnego źródła emisji metanu – gazu cieplarnianego – do atmosfery.

AB: Dziękuję za rozmowę!

 

Dr Janusz JureczkaDR JANUSZ JURECZKA

Dyrektor Oddziału Górnośląskiego, PIG-PIB Geolog, absolwent Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Od 1983 r. pracuje w Państwowym Instytucie Geologicznym, Oddziale Górnośląskim w Sosnowcu.

Jest specjalistą w zakresie geologii złóż węgla kamiennego i metanu z pokładów węgla, w tym pozyskiwania metanu wierceniami kierunkowymi. Członek Międzynarodowej Grupy Ekspertów ds. Metanu oraz prezydium Międzynarodowego Centrum Doskonałości w zakresie metanu z kopalń w Polsce, działających pod egidą Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ.

Autor lub współautor 150 specjalistycznych publikacji oraz ok. 100 opracowań archiwalnych. Posiada uprawnienia geologiczne kategorii II.

 

metan1