Szukamy nowych zastosowań dla paliw kopalnych. Czy można lepiej i bardziej ekologicznie wykorzystać węgiel, gaz i ropę? Takie są możliwości

Okazuje się, że zwolennicy totalnej dekarbonizacji mogą przyczynić się do „wylania dziecka z kąpielą”, bo paliwa kopalne mogą także pomóc chronić środowisko. W jaki sposób?

Sprawa nie jest prosta, bo nawet produkcja czystej energii wiąże się czasem z emisją zanieczyszczeń lub inną formą szkodzenia środowisku. Turbina wiatrowa wymaga częstego smarowania, a utylizacja baterii czy paneli to wciąż nierozwiązany problem, więc wykorzystanie paliw kopalnych z celu produkcji zielonej energii może wydawać się science–fiction. Nie do końca jednak tak jest.

– Badania naukowe, zwłaszcza międzysektorowe, z pewnością udzielą niebawem pełnej odpowiedzi, w jaki sposób wykorzystać paliwa kopalne w innych sektorach produkcji, poza produkcją stali i cementu, przetwarzaniem węgla w produkty chemiczne, wydobyciem pierwiastków ziem rzadkich, produkcją włókien węglowych czy elektrod przemysłowych – mówi dr Joanna Kubicka, Coventry University Wrocław.

Jak się jednak okazuje już teraz węgiel, ropa i gaz służą nie tylko wytwarzaniu energii rozumianemu klasycznie, ale także do kreowania rozwiązań proekologicznych zastępujących proces ich spalania. Są też wykorzystywane poza energetyką. Czy mają jednak jakąś przyszłość wobec głośnych haseł nawołujących do totalnej dekarbonizacji? Najpierw garść wiedzy nieoczywistej.

Ropa naftowa, gaz czy węgiel mają szereg zastosowań innych niż energetyczne. Na przykład asfalt drogowy powstaje z frakcji przerobu ropy oraz dodatku skały naturalnej (asfaltu) celem wzmocnienia mieszanki. Podstawą wielu tworzyw sztucznych np. folii czy opakowań jest z kolei polipropylen (PP), który także zawdzięczamy ropie naftowej. Właściwości polipropylenu (m.in. odporność, elastyczność i niska cena) są tak unikatowe, że na dzisiaj ciężko zastąpić to tworzywo czymś naturalnym.

Z kolei bez gazu nie dałoby się wyprodukować nawozów sztucznych. Potrzebny jest nawet produkt uboczny ich produkcji, czyli odsądzane od czci i wiary CO2. Bez dwutlenku węgla nie poradziłby sobie ani przemysł spożywczy ani medyczny. Dwutlenek węgla służy nie tylko gazowaniu napojów, ale także uszczelnianiu pojemników, konserwacji (poprzez wypełnienie nim opakowań), czy chłodzeniu (suchy lód). Z kolei bez azotu, czyli nr 2 na liście do likwidacji, trudne byłoby wyprodukowanie wielu środków czystości.

Minusem wszystkich wymienionych wcześniej zastosowań paliw kopalnych jest to, że jednak w pewien sposób szkodzą środowisku. Podobnie widzi to Marcin Kowalczyk, ekspert ds. polityki klimatycznej Fundacji WWF Polska. Sugeruje on rezygnację z wykorzystywania: ropy (jej obecne zapotrzebowanie w przemyśle chemicznym można by było zaspokoić, korzystając m.in. z tzw. odzysku) oraz gazu, którego użycie miałoby zostać ograniczone do koniecznych procesów chemicznych. Ekspert nieco lepszą przyszłość widzi jednak przed węglem, choć wyklucza dalsze jego palenie.

– Węgiel, a właściwie pewne jego postacie, mogą w przyszłości mieć istotne znaczenie w inżynierii czy elektronice. Postacie węgla takie jak grafen, fulereny czy różnego rodzaju włókna węglowe to materiały przyszłości – mówi Marcin Kowalczyk z WWF.

Kłopot w tym, że wszystkie wymienione paliwa kopalne, choćby ze względu na cenę, ciężko obecnie zastąpić rozwiązaniami, które byłyby bardziej przyjazne środowisku niż one same, a dla niektórych ich zastosowań w ogóle nie ma jeszcze alternatyw. Tak jest w przypadku węgla. Dzięki niemu można wytworzyć np. grafit syntetyczny, niezwykle potrzebny do produkcji grafenu oraz mający zastosowanie w akumulatorach litowo–jonowych.

Grafit syntetyczny wytwarza się, mieląc: antracyt, kalcynowy koks naftowy, pak smoły węglowej, następnie formując odpowiednie kształty i spiekając w wysokiej temperaturze (2500 st. C). Niestety jego naturalny odpowiednik, choć jest wykorzystywany w przemyśle, nie jest w stanie zastąpić go we wszystkich zastosowaniach. Prędzej czy później wyczerpią się też jego zasoby. Jeśli zatem, zgodnie z obecnie wykorzystywanymi technologiami, samochody elektryczne wyposażone w baterie litowo–jonowe miałyby kiedyś zastąpić auta spalinowe, to trzeba zaakceptować stosunkowo mało ekologiczny sposób wytwarzania grafitu syntetycznego. A co za tym idzie także wydobycie węgla.

Jeśli przemysł chciałby pozbyć się w przyszłości grafitu, to jest na to pewna szansa. Zespół prof. Marcina Molendy z Centrum Transferu Technologii CITTRU Uniwersytetu Jagiellońskiego opracował niedawno metodę wytwarzania materiałów anodowych w oparciu o żel węglowy, czyli carbogel. Materiał ten pozyskiwany jest ze skrobi, czyli źródła w pełni odnawialnego. Skrobię poddaje się żelatynizacji z użyciem wody, a następnie kontrolowanej pirolizie ze spalaniem wydzielających się gazów. CAG pozwala na to, aby w produkcji akumulatorów całkowicie pozbyć się grafitu, bez uszczerbku na wydajności baterii. Ale węgiel ma jednak zdecydowanie więcej zastosowań i nie chodzi tylko o grafen.

Osoby związane z energetyką, pomimo kosztownych, niemieckich doświadczeń, wciąż dużo obiecują sobie w związku z technologią wytwarzania energii elektrycznej w układach gazowo–parowych, zintegrowanych ze zgazowaniem węgla. W metodzie tej chodzi o pozyskanie tlenku węgla i wodoru, czyli paliwa przyszłości. W procesie tym węgiel poddawany jest zgazowaniu, a uzyskany tą drogą gaz palny, po uprzednim oczyszczeniu, spalany jest w układzie gazowo–parowym. Niestety ta technologia nie jest obecnie zbyt popularna. Barierą są oczywiście jej wysokie koszty. Obecnie na świecie pracuje już jednak kilkaset reaktorów zgazowania węgla, z czego aż 90 proc. w Państwie Środka.

Tymczasem jak wynika z raportu Najwyższej Izby Kontroli (2015 r.), pt. „Alternatywne Metody Wykorzystania Węgla Kamiennego do Produkcji Paliw Gazowych i Płynnych”, Polska ma dorobek naukowy i wdrożeniowy w zakresie czystych technologii węglowych (CTW), bazujący na naziemnym zgazowaniu węgla, sięgający okresu przed II Wojną Światową. Rozwój tych technologii został jednak zaniechany – czytamy w raporcie.

Przeprowadzona kilka lat temu kontrola wykazała, ujmując to w największym skrócie: brak podstaw ekonomicznych i technologicznych do zgazowania podziemnego badanych pokładów węgla (Górnośląskie Zagłębie Węglowe). Zupełnie inne, bo pozytywne wyniki dało badanie mające odpowiedzieć na pytanie, czy można skutecznie zgazować naziemnie pokłady Lubelskiego Zagłębia Węglowego. Węgiel zatem długo jeszcze będzie potrzebny. Oczywiście o jego wykorzystaniu zdecydują dalsze badania, testy oraz polityka. A co z ropą i gazem? Na razie również nie da się z nich zrezygnować, nie ponosząc wysokich kosztów.