Kawerny solne to podziemne przestrzenie, które powstają w wyniku technologicznego procesu rozpuszczania soli kamiennej przez wodę. Stanowią one jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań w zakresie magazynowania surowców energetycznych takich jak gaz czy ropa. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom i szerokiemu zastosowaniu, kawerny mają coraz większe znaczenie w transformacji energetycznej oraz strategiach zapewnienia bezpieczeństwa surowcowego na świecie.

Czym są kawerny solne?

Kawerny solne to sztucznie wytworzone przestrzenie w obrębie skał solnych, które mogą być wykorzystane jako magazyn do przechowywania lub składowania różnych substancji. Powstają one w wyniku procesu ługowania, czyli kontrolowanego rozpuszczania soli przy użyciu wody lub nienasyconej solanki. Woda wtłaczana do złoża rozpuszcza sól kamienną, a nasycony solanką roztwór jest następnie wypompowywany na powierzchnię. W efekcie powstaje komora, którą można wykorzystać jako podziemny magazyn^[1,2].

Schemat rozmieszczenia kawern solnych w wysadzie solnym.

W zależności od przeznaczenia kawerny solne mogą pełnić dwie funkcje:

• magazynów – w których surowce przechowuje się czasowo, z możliwością ich ponownego pobrania, np. gaz ziemny, wodór, ropę naftową, produkty ropopochodne oraz sprężone powietrze,
• składowisk – przeznaczonych do trwałego i bezpiecznego złożenia substancji, które nie powinny wracać do środowiska, np. odpadów przemysłowych lub radioaktywnych^[1].

Zastosowanie kawern solnych jako podziemnych magazynów i składowisk.

Wielkość kawern solnych

Kawerny solne tworzy się na głębokościach od 500 do 2000 m pod powierzchnią ziemi. Mogą one osiągać imponujące rozmiary nawet 300–500 metrów wysokości i 50–100 metrów średnicy^[2,4]. Dla porównania, kawerna o wysokości 500 m odpowiada mniej więcej dwukrotnej wysokości Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie (237 m), sześciokrotnej wysokości wież Bazyliki Mariackiej w Krakowie (82 m) lub długości prawie pięciu pełnowymiarowych boisk piłkarskich (100 m) ustawionych jedno obok drugiego. Pojedyncza kawerna może mieć objętość przekraczającą milion metrów sześciennych. Zestawiając to ze zbiornikami powierzchniowymi: zbiornik o średnicy 8 m mieści zaledwie około 270 m³ gazu. Oznacza to, że aby zgromadzić objętość równą jednej kawernie solnej o pojemności miliona metrów sześciennych, należałoby zestawić obok siebie aż około 3700 takich zbiorników^[1].

Porównanie wysokości kawern solnych z wybranymi obiektami.

Pojemność kawern solnych

Zdolność magazynowania w kawernach solnych zależy nie tylko od ich objętości geometrycznej, ale również od ciśnienia magazynowania. Jak wiadomo gaz jest bardzo ściśliwy i przy idealnym zachowaniu jego objętość będzie maleć wraz ze wzrostem ciśnienia. Z tego względu pojemność magazynową kawern najlepiej przeliczać do warunków normalnych (1 bar, 20°C). Maksymalne dopuszczalne ciśnienie w kawernach rośnie wraz z głębokością i tak np. na głębokości 1,5 km wynosi typowo 20 MPa (200 bar). Oznacza to, że 1 m³ gazu w warunkach atmosferycznych (na powierzchni) po sprężeniu do 200 bar zajmuje już tylko około 0,005 m³ (5 litrów)^[3].

Porównanie objętości, jaką zajmuje 1 kg wodoru w temperaturze 20°C przy różnych poziomach ciśnienia.

Odwrotnie, 1 m³ gazu pod ciśnieniem 200 bar odpowiada około 200 m³ w warunkach powierzchniowych. Ta zależność pozwala intuicyjnie porównywać różne typy magazynów: kawerna solna o objętości geometrycznej 1 mln m³, napełniona gazem pod ciśnieniem 200 bar, odpowiada zapasowi rzędu 200 mln m³ gazu w warunkach normalnych. Dla kontrastu, aby zgromadzić tę samą ilość gazu w zbiornikach naziemnych w warunkach normalnych, potrzeba byłoby ponad 740 tys. pojemników o objętości 270 m³ każdy.

To najlepiej pokazuje, że podziemne kawerny są jednym z najbardziej efektywnych sposobów magazynowania gazu, pozwalając skumulować gigantyczne ilości surowca w relatywnie niewielkiej przestrzeni.

Zobacz także

• Jak powstają kawerny solne?
• Rola i znaczenie podziemnych magazynów
• Magazyny kawernowe w Polsce

Literatura

[1] Kunstman A., Poborska-Młynarska K., Urbańczyk K., 2009. Geologiczne i górnicze aspekty budowy magazynowych kawern solnych, Przegląd Geologiczny, vol. 57(9)

[2] Cyran, K., 2023. Insight Into a Shape of Salt Storage Caverns. Archives of Mining Sciences.

[3] Cyran, K., 2024. Rola solnych kawern magazynowych w strategii dekarbonizacji – obecny stan wiedzy. Przegląd Solny 18, 13–26

[4] Warren, J.K., 2016. Solution Mining and Salt Cavern Usage. Evaporites. Springer International Publishing, Cham, 1303–1374