Мы находимся в окрестностях Катовице, одном из центров угледобывающей промышленности Южной Польши. Каждый год здесь по-прежнему вырабатывают тысячи тонн угля.
Эта шахта не такая, как другие. В этих галереях, проложенных на глубине 20 метров, работают не шахтёры, а учёные, которые стремятся разрешить очень важную проблему.
Рассказывает координатор проекта HUGE Крыштоф Станьчик: “Мы находимся в угольной шахте. Но мы не добываем здесь уголь. Это экспериментальная шахта. Наша цель – оценить возможности альтернативного способа получения энергии. Например, если в уголь вдувать кислород и водяной пар, то можно получить водород. Порлученный водород можно будет подавать на поверхность, и затем использовать для производства энергии в газовых турбинах. Он также может быть использован в качестве синтетического топлива для химического синтеза”.
Ранним утром на шахту доставлена цистерна с жидким кислородом. Он будет использован в крупномасштабном эксперименте, который проводится в рамках Европейского исследовательского проекта HUGE. Перед учёными стоит сложная и рискованная задача – научиться производить водород в глубине угольных шахт.
“Мы заливаем жидкий кислород из этой цистерны в специально оборудованный бассейн, – поясняет сотрудник польского Центрального горного института Марьян Виатовский. – Там он постепенно испаряется и превращается в газ. Затем с помощью регулирующих клапанов мы направляем этот газ по трубопроводу, постоянно контролируя объём подачи. Газ поступает к месту угольных залежей, и мы ждём, когда пойдёт процесс газификации”.
Наблюдения за ходом эксперимента осуществляются в этом здании. Видеокамеры и датчики, установленные под землёй, позволяют учёным убедиться, что всё проходит без сбоев.
Говорит Крыштоф Капуста, также сотрудник польского Центрального горного института: “Это сердце системы управления экспериментом. Мы контролируем и сам процесс газификации, и качество воздуха в шахте. Эти наблюдения являются ключевым элементом наших исследований. В процессе подземной газификации выделяется много различных взрывоопасных газов. Наблюдение за процессом позволяет нам избежать возможного взрыва или утечки опасных газов”.
Химики и геологи проводят измерения на поверхности. Хотя вход в шахту был тщательно запечатан, исследователи опасаются, что некоторые газы могут просочиться сквозь пористый грунт.
“Процесс газификации идёт прямо под нами, на глубине в 25 метров – продолжает Крыштоф Капуста. – Мы используем георадар, чтобы оставаясь на поверхности, следить за тем, что происходит в шахте. Георадар позволяет фиксировать любые изменения в структуре подземной полости, где происходит газификация. Мы также отслеживаем возможную утечку газов, и анализируем их химический состав”.
В бельгийском городе Льеж угледобывающая промышленность также имеет долгую историю. Именно здесь был проведён ряд исследований для подготовки крупного эксперимента, осуществлённого в Польше.
С помощью специального реактора, который установлен в этой громадной лаборатории, ученые смогли раскрыть некоторые тайны процесса газификации угля.
Первый шаг состоял в том, чтобы воспроизвести породы, находящиеся внутри шахты. Для этого куски польского угля были смешаны с инертным материалом.
Говорит бельгийский инженер Антуан Пьерло: “Этот материал используется для имитации наличия пустой породы. Процесс газификации идёт в подземной шахте, где, помимо угля, присутствуют, конечно же, и другие породы. Поэтому, чтобы воссоздать естественные условия, мы в нашем эксперименте используем инертный материал”.
После того, как полученная смесь была помещена в реактор, в неё вводили различные газы при разных давлениях и температурах. Учёные стремились выяснить, как различные параметры влияют на процесс газификации угля.
“Управление этими параметрами позволит нам контролировать количество и качество продуктов газификации в реакторе, – продолжает Антуан Пьерло. – Например, повышая давление, мы ускорим процесс образования метана, а повышая температуру мы стимулируем процесс образования водорода и окиси углерода”.
Полученные газы были тщательно изучены, их состав проанализирован с использованием метода хроматографии. Визуальный осмотр подвергшегося газифиции угля также позволил исследователям прийти к некоторым предварительным выводам.
Говорит инженер Пьер Ландюи: “Существуют три типа газификации: газификация в присутствии углекислого газа, в результате которой выделяется газ с высоким содержанием окиси углерода; газификация в присутствии водяного пара, в результате который выделяется газ с относительно высоким содержанием водорода, и газификация в присутствии водорода, в результате которой выделяется газ с высоким содержанием метана, который является основным компонентом природного газа, поступающего к нам по газопроводам”.
Мы возвращаемся в Польшу, где эксперимент длился три недели, и прошёл успешно. В ходе процесса, шедшего под землёй, около 50 килограммов угля в час участвовали в реакции газификации. Никаких утечек опасных газов зафиксировано не было. Учёные подвергли тщательному анализу образцы выделявшихся при этом газов.
“В этом помещении мы анализируем различные химические соединения, которые присутствуют в газах, выделившихся под землёй, – продолжает Крыштоф Капуста. – Химический анализ осуществляется с помощью метода хроматографии. В эту установку газы поступают по трубе непосредственно с места реакции. Компьютер обрабатывает данные и строит графики. Это позволяет нам легко определить, с какими газами мы имеем дело. В данном случае это, в основном, углекислый газ, окись углерода, водород, азот, кислород и некоторые примеси, например, соединения серы”.
Учёные надеются, что им удастся усовершенствовать этот метод таким образом, чтобы максимально увеличить выделение водорода и свести к минимуму образование опасных газов. Успех может принести серьёзные выгоды.
“При классическом способе добычи угля, мелкие и тонкие пласты извлекаются не всегда – для этого требуется слишком много работы, а отдача невелика, – говорит в заключение Крыштоф Станчик. – Использование процесса газификации позволит повысить экономическую эффективность процесса угледобычи. В шахтах будет извлекаться больше угля, на рынке увеличится предложение энергии, которая, к тому же, будет извлекаться более экологически чистым способом”.
Возможно, в результате этих исследований будет получен новый источник возобновляемой энергии. Это также позволит угледобывающим регионам Европы обрести второе дыхание.