V dolini Kolorada, kjer rudarji že več kot stoletje pridobivajo premog, drugo gorivo - metan - uhaja iz debelih črnih šivov rudnika Elk Creek. Sistem vrtin in cevi okrog rudnika pretaka plin, bogat z metanom, do spremenjenega motorja tovornjaka. Z uporabo tri megavatnih generatorjev motor pretvori ta metan v električno energijo za lokalno električno omrežje.
Elk Creek je prvi projekt za pridobivanje metana in energije v premogovniku zahodno od Mississippija in največji te vrste po vsej državi. Toda premogovniki, kot je Elk Creek, prispevajo približno 10 odstotkov emisij metana na nacionalni ravni in 6 odstotkov emisij metana po vsem svetu in še naprej sproščajo metan po koncu rudarskih operacij. Plin pridobiva tudi iz močvirja, industrijskih dimovodov, odlagališč, govedorej in obratov z zemeljskim plinom.
V resnici vsako leto v ozračje Zemlje vstopi toliko metana, da po vsem svetu drugi največji prispeva k podnebnim spremembam po ogljikovem dioksidu. Metan se raztaplja hitreje kot ogljik, vendar je njegova moč kot toplogredni plin v 100-letnem obdobju več kot 20-krat večja od CO2.
Izgorevanje metana lahko ustvari energijo ali koristno toploto, hkrati pa zmanjša njegov vpliv na podnebje - v bistvu zmanjša plin na šibkejšo količino vode in ogljikovega dioksida. V Elk Creeku, ki gori nekaj več kot 670, ooo kubičnih metrov metana na dan - približno 16 odstotkov skupnih emisij metana v rudniku - naj bi v motorju z notranjim zgorevanjem letno proizvedli 24 gigavatne ure. To je dovolj električne energije za napajanje približno 2000 domov.
Projekt bo preprečil, da bi metan vstopil v ozračje v naslednjih 15 letih preprečil emisije, ki so znašale več kot 96.500 metričnih ton CO2 letno, v skladu z ocenami glavnega financerja podjetja Aspen Skiing Company. To je približno 10 dni vredna emisija ogljika iz tipične elektrarne na premog - ne zadostuje, da bi ustvarila pomemben utrip pri globalnih emisijah toplogrednih plinov, ampak je pomemben korak k preoblikovanju metana iz problematičnih odpadkov v dragoceno gorivo.
Kombinacija sprememb politike, kreativnih novih partnerstev in tehnoloških inovacij zdaj pomeni, da bi Elk Creek lahko vodil veliko večji val podobnih projektov, ki pridobivajo metan iz premogovnikov.
Izziv
V preteklosti so imeli lastniki rudnikov, kot je Elk Creek, v ZDA malo spodbude za uporabo metana. V teh dneh plin prodaja tako nizke cene v primerjavi z drugimi gorivi, da bi potrebovali veliko let, da povrnejo stroške vgradnje sistemov, potrebnih za pridobitev. Posledično lastniki rudnikov preprosto dovolijo plinu vstop v zemeljsko atmosfero.
In do nedavnega je tehnologija omejila rudnike na pridobivanje energije samo iz emisij iz premogovnikov z razmeroma visokimi koncentracijami metana. Pri koncentracijah nad 80 odstotkov se metan lahko vbrizga v plinovode ali pretvori v utekočinjen zemeljski plin za vozila. S koncentracijo okoli 20 do 40 odstotkov lahko plin poganja proizvodnjo električne energije, kot jo ima v Elk Creeku, ali industrijske kotle, ki proizvajajo paro ali toplo vodo. Glede na poročilo Združenih narodov se večina metana srednje in visoke kakovosti uporablja za proizvodnjo energije ali kombinacije moči in koristne toplote. Ta metan se običajno zbira v vrtine, izvrtane okoli mesta, preden se začne dejansko kopanje.
Velik del metana, ki prihaja iz jaškov premogovnika, pa je v nizkih koncentracijah, pomešanih z dušikom, kisikom in drugimi onesnaževali. To je zato, ker upravljavci običajno uporabljajo prezračevalne sisteme za redčenje kakršnega koli uhajanja metana v rudniške jaške s svežim zrakom zaradi varnosti delavcev: pri 5 do 15-odstotni koncentraciji v zraku je metan eksploziven, za zdravo dihanje pa so potrebne koncentracije pod 1 odstotek.
Ko se metan meša z drugimi plini v prezračevalnih sistemih, ga je težko uporabiti kot gorivo, saj mešanica ne bo gorela in metan je težko izločiti.
Delno zaradi teh izzivov se v ozračje običajno sprošča metan s prezračenim zrakom, kot je to v Elk Creeku. Le približno 20 od več kot 500 aktivnih podzemni rudniki premoga po vsej državi so namestili kakršen koli sistem za zajemanje metana ali njegovo pretvorbo v električno energijo. In od teh 20 rudnikov večina odvzame metan, zbran v drenažnih luknjah, in ga vbrizgava v bližnje plinovode za zemeljski plin za uporabo domov in podjetij.
Partnerji za nov pristop
V zahodnih zveznih državah, kot je Kolorado, se premogovniki pogosto nahajajo daleč od plinovodov, zato je za pridobivanje celo kakovostnega metana s teh lokacij potreben drugačen pristop. Elk Creek je nenavaden med ameriškimi rudniki premoga, saj gori metan za proizvodnjo električne energije na kraju samem in to električno energijo pošilja lokalnemu elektroenergetskemu omrežju.
Podobna tehnologija metan-energija je bila že desetletja v rudnikih v Evropi, Avstraliji, na Kitajskem in v drugih državah. Toda ti projekti so imeli koristi od davčnih olajšav in drugih oblik javne podpore ter dražjega zemeljskega plina in električne energije, kar jim omogoča konkurenčno prodajo metana po višjih cenah. Elk Creek ponuja model za skladiščenje teh odpadkov z zasebnimi partnerstvi v času in kraju, kjer je električna energija iz zemeljskega plina relativno poceni.
Tom Vessels, predsednik Denverja s sedežem v Koloradu, proizvajalec energije Vessels Coal and Gas, je začel iskati partnerje in finančnike za projekt rudnika premoga za pridobivanje metana v energijo leta 2005, potem ko je obiskal številne rudnike, ki uporabljajo tehnologijo v Nemčiji. Večina ameriških podjetij, do katerih je pristopil, ni bila seznanjena s tehnologijo, pravi Vessels, in zato neradi vlaga. Res je, da tega v ZDA še niso storili, pravi. "Ampak to polje zdaj preverjamo."
Vesoljska podjetja so v letu 2012 zagotovila 5, 4 milijona dolarjev finančnih sredstev od Aspen Skiing Company, korporacije visokega cenovnega razreda, katere cilj je ustvariti čistejšo energijo in uravnovesiti emisije, povezane z lastno uporabo električne energije. Družba Holy Cross Energy, podeželska elektroenergetska zadruga, je v zameno za 15-letno pogodbo in nov, čistejši vir električne energije, podpisala plačilo nekoliko nad tržnimi cenami električne energije iz projekta.
Nazadnje se je lastnik družbe Elk Creek Oxbow Mining, ki ga vodi energetski magnat William Koch, strinjal, da bo plovilom namestil opremo v svoj rudnik v zameno za manjši letni promet z električno energijo. Večina prihodka Holy Crossa - približno 650.000 dolarjev na leto ali približno 12 odstotkov prvotne naložbe ASC - bo namenjena podjetju za letovišča.
Politike na obzorju
Projekt je lani začel napajati električno energijo za električno omrežje za distribucijo po zahodnem Koloradu. Kolorado je nekaj mesecev pozneje sprejel nov zakon, ki zahteva, da bodo velike kmetijske električne energije in javne službe, ki jim služijo, do leta 2020 dobile 20 odstotkov svoje energije iz obnovljivih virov - podvojitev zahteve iz leta 2004.
Zakon priznava, da je metan poleg nenehno polnjenih virov, kot sta veter in sonca, obnovljiv vir, politika, ki jo nekatere okoljske skupine in zagovorniki zelene energije močno nasprotujejo. Jeremy Nichols, direktor podnebnih in energetskih programov za neprofitno okoljevarstveno skupino WildEarth Guardians, pravi, da razvrščanje metana "ni namen standarda obnovljivih virov energije". Toda uporaba metana za energijo, pravi, premaga status quo, ki ga oddaja v ozračje. "Na koncu dneva, " pravi, "gre za slabo stvar." Sčasoma pa strokovnjaki trdijo, da bi uvedba metana v novem mandatu lahko povečala povpraševanje med komunalnimi podjetji v Koloradu po elektriki iz projektov, kot je Elk Creek.
Tudi na zvezni ravni se spremembe spreminjajo. Predsednik Obama je zvezne agencije usmeril, naj "razvijejo celovito strategijo glede metana", Agencija za varstvo okolja pa je opredelila okoli 50 ameriških rudnikov premoga, ki kažejo na obljubo za zajemanje odpadkov metana in njegovo kurjenje ali pretvorbo v električno energijo.
Zagovorniki metanske energije upajo, da bo prihodnje glasovanje v Kaliforniji tehnologijo na koncu prineslo bolj donosno obalo. Državni regulatorji zraka bodo kmalu glasovali o predlogu za nagrado projektov za zmanjšanje metana v okviru svojega programa omejevanja in trgovanja, ki naj bi državi pomagal zmanjšati svoje emisije toplogrednih plinov na leto 1990 do leta 2020. Če bo odobreno, protokol bi omogočil upravljavcem premogovnikov in onesnaževalcem metana po vsej državi, da zaslužijo kredite za zmanjšanje svojih emisij. Kalifornijski onesnaževalci, ki pričakujejo, da bodo presegli najvišjo dovoljeno količino emisij v državi, bi lahko te kredite kupili kot način, da izničijo presežek.
"Za ogljik potrebujete zelo ugodno ceno, da bi [zmanjšanje metana] postali sposobni preživeti, " pravi Clark Talkington, višji svetovalec pri Advanced Resources International, ki razvija projekte za pridobivanje energije in zajem ogljika. "Vem, da na stranskem tiru sedi več projektov, tako da če bi prišla Kalifornija, bi jih zagotovo pognala naprej."
Na primer, v Elk Creeku je 84 odstotkov metana, zajetega iz rudnika - dovolj, da ustvari milijon dolarjev električne energije - preprosto zgorelo, ker Holy Crossu primanjkuje proračuna in želje po nakupu več energije iz projekta, drugih uporabnikov pa ni bilo najdeno. "Vsekakor smo pozorni na drug projekt, " pravi ASC-jev Schendler. "Toda ovira je pridobitev pogodbe o nakupu električne energije od drugega pripomočka, ki je po sprejemljivi ceni." ASC bi pri projektu izgubil denar, če bi prodajal električno energijo po značilni veleprodajni ceni 3, 5 centa na kilovatno uro.
Inovacije v delih
Zunaj politike inovativne tehnike omogočajo odstranjevanje metana iz zelo razredčenih virov, kot je prezračeni zrak v rudniških jaških, in ga uporabljajo kot gorivo za generatorje. V velikem rudniku premoga v kitajski provinci Henan se za ogrevanje vode v rudniških prostorih uporablja prezračen zrak z nizko koncentracijo metana 0, 3%. Sistem prezračuje prezračeni zrak iz rudnika premoga skozi komore, ki povečujejo njegovo temperaturo, dokler se molekule metana ne razgradijo v ogljikov dioksid in vodo in toplota te reakcije zajame.
V Avstraliji premogovnica BHP Billiton združuje prezračevani zračni metan z visoko koncentriranim metanom, ki je bil izpuščen v vrtine, izvrtane v bližini rudnika, preden se začne rudarjenje. Mešan skupaj lahko metan iz odzračevalnikov in odtokov gori kot gorivo. Ta sistem proizvaja toploto za proizvodnjo pare, kar pa vodi majhno elektrarno, ki proizvede v povprečju 10 gigavatnih ur na leto.
Drugi znanstveniki si prizadevajo razviti boljše filtre za ločevanje metana v prezračenem zraku od nepotrebnih plinov, kot sta ogljikov dioksid in dušik. Znanstveniki iz kalifornijske univerze Berkeley in nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore so si ogledali visoko sorbentni material, ki so ga zaznamovale pore nanocesov, imenovane nanoporozni zeoliti. Skupina je uporabila računalniške modele za testiranje skoraj 100.000 različnih struktur zeolita, pravi Amitesh Maiti, fizik materialov iz laboratorija Lawrence Livermore.
Na tej točki ostajajo raziskave v zgodnjih fazah. "Material v resničnem življenju morda ni tako čist, kot ga vidimo pri teh modelih, " pravi Maiti. Če pa se lahko razvije nanoporozni zeolit ali drug material, ki zlahka zajame molekule metana, lahko dramatično zmanjša stroške za proizvodnjo električne energije iz močno razredčenega odpadnega metana iz premogovnikov. V tem procesu bi lahko ta vir metana postal preveč dragocen kot gorivo, da bi na svojem prejšnjem plašču nosil škodljive, škodljive odpadke, ki jih je treba vreči stran.
