Nr 05 - 06 (179 - 180) Maj - Czerwiec 2010 r.

JAK LIKWIDOWAĆ?
EMISJA CO₂ Z HAŁD

Zagadnienia związane ze zmianami klimatycznymi stanowią znaczący problem współczesnych stosunków międzynarodowych. Globalne ocieplenie, jako jeden z najistotniejszych negatywnych skutków antropogenicznego wpływu działalności człowieka na środowisko, wpływa na ukierunkowywanie określonych działań w polityce ekologicznej, jak również na istotne zmiany w kształtowaniu polityki społeczno-gospodarczej w skali globalnej, unijnej, jak i Polski. 

Po ratyfikacji w 1996 roku Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu, a następnie podpisaniu w 1998 roku Protokołu z Kioto, Polska włączyła się w międzynarodowe działania na rzecz zmian klimatu, a także podjęła indywidualną odpowiedzialność za procesy prowadzące do tych zmian. Jednym ze źródeł emisji gazów cieplarnianych do atmosfery są zwałowiska odpadów powęglowych, nazywane kiedyś po prostu hałdami. Stanowią nieodłączny element krajobrazu Górnego Śląska. Szare stożki, miejscami porośnięte trawą lub drzewami są efektem działalności licznych w regionie kopalń węgla kamiennego. Zaczęły pojawiać się na Śląsku równocześnie z rozwojem górnictwa węglowego. Były usypywane z kamienia odpadowego, czyli skały płonnej. Tradycyjnie powstawały tuż w pobliżu kopalń. Często w ich bezpośrednim sąsiedztwie budowano górnicze osiedla. Po latach okazało się, że te składowiska kopalnianych odpadów mogą być uciążliwe dla środowiska i szkodliwe dla zdrowia sąsiadujących z nimi mieszkańców. 

Według różnych źródeł, w Polsce powstaje rocznie ok. 16-30 mln Mg odpadów pochodzących z górnictwa węgla kamiennego. Odpady te w znaczącym stopniu wykorzystuje się gospodarczo, jednak stosunkowo duża ich ilość, sięgająca nawet 10%, trafia na zwałowiska. Deponowanie odpadów na zwałowiskach (szacuje się, że w Polsce znajduje się ich ponad 200, a ich łączna powierzchnia zajmuje ok. 4.000 ha), nie zawsze odbywało się zgodnie z wymaganiami ochrony środowiska. 

Jak podkreśla Krzysztof Gogola, kierownik Pracowni Gospodarki Odpadami Komunalnymi i Przemysłowymi, Zakładu Terenów Poprzemysłowych i Gospodarki Odpadami GIG, największa emisja gazów cieplarnianych występuje w przypadku zwałowisk zapożarowanych oraz formujących się Niestety nie prowadzono dotychczas dokładnych szacunków poziomu emisji gazów cieplarnianych pochodzących z takiego typu terenów. Z wykonanych pomiarów pilotażowych na zwałowisku uformowanym i częściowo przykrytym warstwą mineralną wynika, że emisja gazów cieplarnianych w przeliczeniu na 1 ha zwałowiska może kształtować się na poziomie 1.000 Mg w skali roku. W przypadku zwałowisk formujących się i zapożarowanych wielkość ta wzrasta kilkukrotnie. Problematyka rozproszonej emisji ze zwałowisk odpadów powęglowych nie była dotychczas podejmowana kompleksowo, a istniejący stan wiedzy w obszarze technologii oraz aktualny stan formalno-prawny nie dostarczają podstaw do jej likwidacji, bądź ograniczenia. 

Główny Instytut Górnictwa wraz z Politechniką Śląską podjęły w związku z tym realizację projektu pt. „System zarządzania likwidacją emisji CO₂ ze zwałowisk odpadów powęglowych”, którego kierownikiem jest prof. dr hab. inż. M. Jacek Łączny z GIG, zaś ze strony PŚl. – dr inż. Adam Ryszko. Projekt realizowany jest w ramach priorytetu 1 Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka: Badania i rozwój nowoczesnych technologii”, działanie 1.3 „Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe”, poddziałanie 1.3.1 „Projekty rozwojowe”. Przedsięwzięcie to wymaga wszechstronnych działań obejmujących opracowanie podstaw legislacyjnych, szczegółowe rozpoznanie skali zjawiska, a także opracowanie oraz rozpropagowanie innowacyjnych technik i metod likwidacji emisji. Zakres prac obejmuje badania terenowe i pomiary, badania analityczne i studia technologiczne z wykorzystaniem najnowszych narzędzi informatycznych. Przedmiot badań oraz oczekiwane efekty powinny znaleźć odzwierciedlenie w zapisach dokumentów strategicznych i programowych szczebla centralnego i jednostek samorządu terytorialnego. Przyjęta metodyka realizacji, uwzględniająca wieloaspektowość podejmowanej tematyki, stanowi wkład do krajowego, a także światowego dorobku w tej dziedzinie, będąc uzupełnieniem działań podejmowanych na rzecz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych w skali globalnej, unijnej i krajowej. 

Główny cel Projektu, którego zakończenie planowane jest na 2012r. to podniesienie potencjału innowacyjnego Głównego Instytutu Górnictwa oraz Politechniki Śląskiej w obszarze opracowywania i wdrażania technik likwidacji emisji dwutlenku węgla ze zwałowisk odpadów powęglowych. Zasadniczy cel projektu realizowany jest poprzez następujące cele szczegółowe: opracowanie innowacyjnych metod oraz technik likwidacji rozproszonej emisji dwutlenku węgla; przygotowanie do wdrożenia wyników innowacyjnych działań dla jego likwidacji; opracowanie podstaw organizacyjno-legislacyjnych dla wprowadzenia rozproszonej emisji dwutlenku węgla do systemu handlu zbywalnymi uprawnieniami do emisji lub mechanizmu wspólnych wdrożeń. 

- Poważny problem ekologiczny i społeczny stanowi niezorganizowana emisja CO 2 ze zwałowisk odpadów powęglowych Traktowany dotychczas jak uciążliwe, ale immanentne zjawisko towarzyszące całości procesu wydobycia i przeróbki węgla, postrzegany był głównie w kategoriach likwidowania miejsc faktycznych pożarów - wyjaśnia Krzysztof Gogola. Obszary o podwyższonym stanie termicznym zwykle „oczekiwały”, aż stan zagrożenia wymusi konieczne działania. Nie brano pod uwagę, że zarówno miejsce występowania pożaru, jak również miejsce o podwyższonym stanie termicznym, jest źródłem emisji do powietrza produktów spalania masy węglowej zawartej w odpadach, głównie CO₂ i CO. W wysokich temperaturach, jakie panują w takich miejscach (określanych przez zespół realizujący projekt jako „hot spots”), procesy te są bardziej skomplikowane ze względu na obecność także wielu innych substancji, a dodatkowo towarzyszy temu znaczna tzw. uciążliwość odorowa. Aktualne przepisy prawne nie uwzględniają problemu emisji ze zwałowisk odpadów powęglowych w sposób jednoznaczny, co oznacza brak systemowego sposobu postępowania zapobiegającego występowaniu tych niekorzystnych zjawisk. Emisja gazów cieplarnianych ze zwałowisk nie jest również uwzględniana w ogólnym bilansie emisji. Niezbędne jest zatem opracowanie propozycji zapisów prawnych, które umożliwiłyby określenie i likwidację emisji na zasadach identycznych lub podobnych do tych, które funkcjonują w odniesieniu do emisji gazów cieplarnianych w przemyśle. Odpowiedni zapis prawny pozwoli na wprowadzenie emisji ze zwałowisk odpadów powęglowych do systemu handlu emisjami ze wszystkimi tego konsekwencjami. Umożliwiłoby to obligatoryjne likwidowanie emisji, a także realizację projektów w tym zakresie np. w ramach mechanizmu wspólnych wdrożeń, co w perspektywie dawałoby możliwość komercjalizacji zabiegów prewencyjnych. W przypadku braku odpowiedniego aktu prawnego regulującego zasady postępowania z rozproszoną emisją ze zwałowisk odpadów powęglowych działanie ukierunkowane zostanie na określenie nowych zasad postępowania związanymi z przywracaniem tych obszarów do obiegu gospodarczego lub przyrodniczego. 

Podstawowe znaczenie ma inwentaryzacja obiektów emisji na obszarach składowania odpadów pod kątem przyszłych prac gaśniczych, profilaktycznych i prewencyjnych. Przeprowadzona inwentaryzacja stanowi podstawę do wytypowania technologii odpowiednich dla przyznanej kategorii obiektu. Najważniejszym jednak elementem będzie określenie cech, jakie powinien posiadać produkt innowacyjny w postaci technologii spełniającej podstawowe kryterium skutecznej likwidacji emisji i parametrów najlepszej dostępnej techniki. Baza zinwentaryzowanych obiektów zawiera mapy numeryczne z przypisanymi im atrybutami, np. hierarchię działań, ich rodzaje (prace gaśnicze, profilaktyczne, rekultywacyjne lub ich odpowiednie kombinacje), wskazania technologii z grupy już istniejących, a spełniających założone wymagania. Zapewni to dostęp do zasobów geodezyjnych, satelitarnego monitoringu powierzchni ziemi, wykorzystanie w uzasadnionych przypadkach zdjęć lotniczych i pomiarów w terenie z wykorzystaniem posiadanej aparatury kontrolno-pomiarowej. 

Dotychczas nie prowadzono badań emisji na zwałowiskach odpadów powęglowych i brakuje konkretnych danych w tej dziedzinie. Pomiary ogranicza się zwykle do obiektów zapożarowanych i przeprowadza się je w celu określenia zakresu niezbędnych zabiegów profilaktycznych. Badany jest wówczas skład atmosfery wewnątrz hałdy (powietrze porowe), w którym określa się stężenie CO₂, CO, O₂ itd., jak również dokonywany jest pomiar temperatury. Zakres i metodyka prowadzonych badań nie dają ścisłej informacji o wielkości emisji do środowiska. Dla jej wyznaczenia należy przeprowadzić badania, które pozwolą bezpośrednio wyznaczyć ilość gazów uwalnianych do powietrza z jednostki powierzchni w jednostce czasu. Do tego celu w ramach projektu opracowano specjalne urządzenie pomiarowe wyposażone w przenośne stanowisko komputerowe pozwalające na bezpośrednie przeliczenie emisji zmierzonej przy pomocy sond pomiarowych na żądane parametry emisji. Zestawienie wyników pomiarów uzyskanych dzięki urządzeniu do pomiaru emisji wykorzystane jest jako parametr wejścia do bazy danych. 

W ramach zadania, oprócz systemu bazy danych, utworzona została również strona internetowa Projektu. Spośród istniejących technologii gaszenia zapożarowanych zwałowisk odpadów powęglowych szczególna uwaga została zwrócona na technologie gwarantujące maksymalne ograniczenie dostępu tlenu do bryły zwałowiska. Innowacyjność zaproponowanych technologii będzie polegała na uwzględnieniu dodatkowych parametrów (nieuwzględnianych w dotychczas stosowanych technologiach), z których najważniejsze to: lepkość mieszaniny iniekcyjnej - parametr ten decyduje o penetracji mieszaniny w strukturę porowatą zwałowiska; szczelność po scaleniu struktury zwałowiska eliminująca dopływ powietrza; wrażliwość na temperaturę - mieszanina musi być tak dobrana, aby nie traciła zdolności uszczelniających bądź penetrujących w określonym przedziale temperatury, szczególnie w obszarach głębokich, gdzie jej wyznaczenie nie jest możliwe metodami pomiarowymi; możliwość interakcji z powietrzem porowym prowadząca do pochłaniania tlenu i dwutlenku węgla. 

Na rynku istnieje szereg łatwo dostępnych komponentów, często z odpadów przemysłowych, do sporządzania różnego rodzaju mieszanin iniekcyjnych. Obecnie prowadzone są badania na 10 hektarowym zwałowisku odpadów powęglowych, zlokalizowanych w dzielnicy Rudy Śląskiej, Czarny Las. Obiekt ten wybrano ze względu na stosunkowo łatwy dostęp dla specjalistycznego sprzętu niezbędnego do prowadzenia, m.in. badań elektrooporowych czy georadowych. Wykonywane są tam odwierty, do których wtłaczane są odpowiednie mieszaniny na bazie wody i różnych dodatków drobnoziarnistych, które mają wiązać CO₂ lub gasić pożary. 

Zdobyte w trakcie realizacji projektu doświadczenia pozwolą na opracowanie poradnika dla przyszłych odbiorców, który będzie obejmował, m.in. prezentację najnowszego stanu wiedzy w zakresie realizacji procesów innowacji technologicznych (szczególnie środowiskowych), propozycje metod wdrażaniu projektów innowacyjnych podnoszących konkurencyjność firmy, z podkreśleniem ich aspektów ekologicznych, czy przedstawienie potencjalnych krajowych i zagranicznych źródeł finansowania podejmowanych inicjatyw. 

Omawiany Projekt ma charakter rozwojowy. Odpowiada na zapotrzebowanie zgłaszane przez podmioty gospodarcze oraz inne jednostki zainteresowane ograniczaniem negatywnych oddziaływań na środowisko. Docelową grupę odbiorców stanowią: firmy z sektora wydobywczego; podmioty odpowiedzialne za likwidacje kopalń oraz zarządzanie terenami pokopalnianymi; podmioty zaangażowane w gospodarowanie odpadami wydobywczymi; firmy specjalistyczne realizujące prace prewencyjne i gaśnicze na zapożarowanych zwałowiskach odpadów; wszystkie szczeble samorządu terytorialnego; jednostki kontrolne i prowadzące nadzór. 

Ponadto z opracowanych w ramach Projektu założeń formalno-prawnych i organizacyjnych związanych z włączeniem uzyskanego dwutlenku węgla do systemu handlu emisjami mogą skorzystać: właściciele zwałowisk odpadów w Polsce i na świecie; przedsiębiorstwa objęte systemem handlu emisjami, które przekraczają przyznane im limity; państwa, które zgodnie z protokołem z Kioto zobowiązały się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla i mają problemy z wywiązaniem się z tych zobowiązań; prywatni przedsiębiorcy, jak również międzynarodowe organizacje zainteresowane zakupem ERU lub CER w celach dalszej odsprzedaży.

Zwałowisko "Ruda" w Zabrzu-Biskupicach

Ekipa badawcza GIG dokonuje pomiarów emisji CO₂
na hałdzie w Rudzie Śląskiej

Prace wiertnicze na hałdzie w Rudzie Śląskiej
towarzyszące testowaniu nowych mieszanin do likwidacji CO₂

Oprac: Mira Borkiewicz Kolumna dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Katowicach