Într-o vale din Colorado, unde minerii au recoltat cărbune timp de mai bine de un secol, un al doilea combustibil - metanul scapă de pe grosele cusături negre ale minei Elk Creek. Un sistem de foraje și conducte din jurul minei pâlnie gaz bogat în metan la un motor de camion modificat. Folosind un trio de generatoare de un megavat, motorul transformă acest metan în energie electrică pentru rețeaua de energie locală.
Elk Creek este primul proiect metan-la-energie la o mină de cărbune la vest de Mississippi și cel mai mare de acest fel la nivel național. Dar minele de cărbune precum Elk Creek contribuie cu aproximativ 10% din emisiile de metan la nivel național și 6% din emisiile de metan la nivel mondial și continuă să elibereze metan mult după ce operațiunile miniere s-au încheiat. De asemenea, gazul se scurge din mlaștini, conducte industriale, gropi de gunoi, ferme de bovine și operațiuni de gaze naturale.
De fapt, atât de mult metan intră în atmosfera Pământului în fiecare an, încât la nivel global este al doilea cel mai mare contribuitor la schimbările climatice după dioxidul de carbon. Metanul se disipează mai repede decât carbonul, dar rezistența sa ca gaz de seră pe o perioadă de 100 de ani este de peste 20 de ori mai mare decât CO2.
Arderea metanului poate genera energie sau căldură utilă, reducând în același timp impactul climatic - reducând în esență gazul la o cantitate mai slabă de apă și dioxid de carbon. La Elk Creek, care arde puțin peste 670 de metri cubi de metan pe zi - aproximativ 16 la sută din emisiile totale de metan din mină - într-un motor cu combustie internă se estimează că va genera 24 de gigawatt ore pe an. Este suficientă energie electrică pentru a alimenta aproximativ 2.000 de case.
Prin oprirea pătrunderii metanului în atmosferă, proiectul va preveni emisiile echivalente cu peste 96.500 tone metrice de CO2 anual în următorii 15 ani, conform estimărilor de la principalul său fondator, Aspen Skiing Company. Aceasta înseamnă aproximativ 10 zile de emisii de carbon provenite de la o uzină electrică tipică pe cărbune - nu este suficient pentru a face un efect semnificativ în emisiile globale de gaze cu efect de seră, ci un pas important spre transformarea metanului dintr-o deșeuri problematice într-un combustibil valoros.
O combinație de schimbări de politică, noi parteneriate creative și inovație tehnologică înseamnă că Elk Creek ar putea conduce un val mult mai mare de proiecte similare care recoltează metan din mine de cărbune.
Provocarea
Istoric, proprietarii de mine precum Elk Creek din SUA au avut mici stimulente să folosească metanul. Gazul vinde zilnic la prețuri atât de mici în raport cu alți combustibili, încât ar fi nevoie de mulți ani pentru a recupera costul instalării sistemelor necesare recoltării acestuia. Drept urmare, proprietarii de mină permit pur și simplu gazul să intre în atmosfera terestră.
Și până de curând, tehnologia a limitat operatorii de mină la exploatarea energiei numai din emisiile de mină de cărbune cu concentrații relativ mari de metan. La concentrații peste 80 la sută, metanul poate fi injectat în conductele de gaze naturale sau transformat în gaz natural lichefiat pentru vehicule. La concentrații în jur de 20 până la 40 la sută, gazul poate genera generarea de energie electrică așa cum se întâmplă la Elk Creek sau cazane industriale care generează aburi sau apă caldă. Conform unui raport al Organizației Națiunilor Unite, cel mai mult metan de înaltă calitate este utilizat pentru a genera energie sau o combinație de putere și căldură utilă. Acest metan este, de obicei, colectat în foraje găurite în jurul site-ului înainte de începerea mineritului real.
O mare parte din metanul care iese din arbori de mină de cărbune este însă în concentrații scăzute, amestecat împreună cu azot, oxigen și alți contaminanți. Acest lucru se datorează faptului că operatorii utilizează în mod obișnuit sisteme de ventilație pentru a dilua orice scurgere de metan în arbori de mină cu aer proaspăt pentru siguranța lucrătorului: la concentrații de 5 până la 15% în aer, metanul este exploziv, iar concentrații sub 1% sunt necesare pentru respirația sănătoasă.
Odată ce metanul se amestecă cu alte gaze în sistemele de ventilație, devine dificil de utilizat ca combustibil, deoarece amestecul nu va arde și metanul este dificil de filtrat.
Datorită în parte acestor provocări, aerul ventilat cu metan este eliberat de obicei în atmosferă, așa cum este la Elk Creek. Doar aproximativ 20 din cei peste 500 de activi mine de cărbune subterane la nivel național au instalat orice tip de sistem pentru captarea metanului sau transformarea acestuia în energie electrică. Și dintre cele 20 de mine, majoritatea iau pur și simplu metan colectat în găurile de scurgere și îl injectează în conductele de gaz natural din apropiere pentru utilizare de către case și întreprinderi.
Parteneri pentru o nouă abordare
În statele occidentale precum Colorado, minele de cărbune sunt adesea situate departe de conductele de gaze naturale, astfel încât valorificarea chiar și a metanului de înaltă calitate din aceste site-uri necesită o abordare diferită. Elk Creek este neobișnuit printre minele de cărbune din SUA, deoarece arde metan pentru a genera energie electrică la fața locului și a trimite acea energie electrică la rețeaua electrică locală.
Tehnologie similară metan-la-energie a fost instalată la minele din Europa, Australia, China și alte țări de zeci de ani. Dar aceste proiecte au beneficiat de stimulente fiscale și de alte forme de sprijin public, precum și de gaze naturale și electricitate costisitoare - ceea ce le permite să vândă metan competitiv la prețuri mai mari. Elk Creek oferă un model pentru valorificarea acestor deșeuri prin parteneriate private într-un timp și un loc în care energia electrică din gazul natural este relativ ieftină.
Tom Vessels, președintele Denver, dezvoltatorul energetic bazat pe Colorado, Vessels Coal and Gas, a început să caute parteneri și finanțatori pentru un proiect de metan-la-energie pentru mină de cărbune în 2005, după ce a efectuat un tur de o serie de mine folosind tehnologia din Germania. Cele mai multe companii americane pe care le-a abordat nu erau familiare cu această tehnologie, spune Vessels și au fost reticenți să investească ca urmare. Este adevărat, nu a fost făcut în SUA, spune el. - Dar verificăm această casetă acum.
În 2012, Vessels a obținut o finanțare de 5, 4 milioane de dolari de la Aspen Skiing Company, o corporație de resort de ultimă generație care urmărește să genereze energie mai curată și să contrabalanseze emisiile asociate cu consumul propriu de energie electrică. Holy Cross Energy, o cooperativă rurală de energie electrică, a semnat să plătească ușor peste ratele de piață pentru energia electrică din proiect, în schimbul unui contract de 15 ani și a unei surse de electricitate noi, mai curate.
În cele din urmă, proprietarul Elk Creek Oxbow Mining, condus de magnatul energetic William Koch, a acceptat să lase navelor să instaleze echipamente la mină în schimbul unei reduceri mici a vânzărilor anuale de energie. Cea mai mare parte a veniturilor din Sfânta Cruce - aproximativ 650.000 USD pe an sau aproximativ 12 la sută din investițiile inițiale ale ASC - se vor adresa companiei de resort.
Politici privind orizontul
Proiectul a început alimentarea cu energie electrică a rețelei electrice anul trecut pentru distribuirea în vestul Colorado. Câteva luni mai târziu, Colorado a adoptat o nouă lege care necesită mari cooperări electrice rurale și utilitățile care le servesc, pentru a obține 20% din energia lor din surse regenerabile până în 2020 - dublarea unei cerințe stabilite în 2004.
Legea recunoaște metanul alături de resurse reînnoite continuu, precum eoliană și solară, ca resursă regenerabilă, o politică puternic opusă de unele grupuri de mediu și de avocați ai energiei verzi. Jeremy Nichols, directorul programelor climatice și energetice pentru grupul non-profit de advocacy pentru mediu WildEarth Guardians, spune că clasificarea metanului „nu este scopul unui standard de energie regenerabilă”. Însă, folosind metanul pentru energie, spune el, bate status quo-ul de a-l ventila în atmosferă. „La sfârșitul zilei”, spune el, „face tot ce este mai rău”. Și, în timp, experții spun că aducerea metanului sub noul mandat ar putea crește cererea printre utilitățile din Colorado pentru electricitate din proiecte precum Elk Creek.
Schimbarea este de asemenea la nivel federal. Președintele Obama a îndrumat agențiile federale să „dezvolte o strategie cuprinzătoare de metan”, iar Agenția pentru Protecția Mediului a identificat în jur de 50 de mine de cărbune din SUA care arată o promisiune pentru captarea deșeurilor de metan și arderea sau transformarea acestuia în energie electrică.
Susținătorii energiei metanului speră că un viitor vot în California va face ca tehnologia să fie mai profitabilă din coastă. Autoritățile de reglementare a aerului statului sunt prevăzute să voteze în curând o propunere de recompensare a proiectelor de reducere a metanului în cadrul programului său de captare și comerț, care este conceput pentru a ajuta statul să-și reducă emisiile de gaze cu efect de seră la nivelurile din 1990 până în 2020. Dacă este aprobat, protocolul ar permite operatorilor de mină de cărbune și emitenților de metan la nivel național să obțină credite pentru reducerea emisiilor lor. Poluatorii din California care se așteaptă să depășească valoarea maximă a emisiilor de către stat ar putea achiziționa aceste credite ca o modalitate de a-și anula băutura.
„Aveți nevoie de un preț foarte bun pentru carbon pentru a face [atenuarea metanului] viabilă”, spune Clark Talkington, consultant senior al Advanced Resources International, care dezvoltă proiecte de sechestrare a energiei și a carbonului. "Știu că există mai multe proiecte care stau pe margine, așa că, dacă California va trece, cu siguranță i-ar conduce pe cei care înaintează."
La Elk Creek, de exemplu, 84 la sută din metanul capturat din mină - suficient pentru a genera un milion de dolari în energie electrică - este pur și simplu ars pentru că Holy Cross nu are bugetul și dorința de a achiziționa mai multă energie din proiect și niciun alt client nu a fost găsite. „Cu siguranță avem ochii asupra unui alt proiect”, spune Schendler-ul ASC. „Dar bariera obține un acord de cumpărare a energiei electrice de la o altă utilitate care este la un preț acceptabil”. ASC ar pierde bani din proiect dacă ar vinde energie electrică la rata ridicată tipică de 3, 5 cenți pe kilowatt pe oră.
Inovarea în lucrări
Dincolo de politică, tehnicile inovatoare fac posibilă epurarea metanului din surse foarte diluate, cum ar fi aerul ventilat din arbori de mină și îl utilizează ca combustibil pentru generatoare. La o mină mare de cărbune din provincia Henan a Chinei, aerul ventilat cu concentrații de metan scăzute de 0, 3 la sută este utilizat pentru încălzirea apei pentru instalațiile minei. Sistemul buclează aerul de mină de cărbune ventilat prin camere care își măresc temperatura până când moleculele de metan se descompun în dioxid de carbon și apă, iar căldura din această reacție este captată.
În Australia, o fabrică de cărbune deținută de BHP Billiton combină metanul de aer ventilat cu metanul foarte concentrat, care a fost drenat în foraje găurite lângă mină înainte de începerea exploatării. Amestecat împreună, metanul de la orificiile de evacuare și golile pot fi arse ca combustibil. Acest sistem generează căldură pentru a produce aburi, care la rândul său funcționează o mică centrală electrică producând în medie 10 gigawatt ore pe an.
Alți oameni de știință încearcă să dezvolte filtre mai bune pentru separarea metanului în aerul ventilat de gazele inutile precum dioxidul de carbon și azotul. Oamenii de știință de la Universitatea din California, Berkeley și Laboratorul Național Lawrence Livermore, de exemplu, au privit un material extrem de sorbent marcat de pori nano-scară numiți zeoliti nanopori. Grupul a folosit modele de computer pentru a testa aproape 100.000 de structuri diferite de zeolit, spune Amitesh Maiti, un fizician în cadrul laboratorului Lawrence Livermore.
În acest moment, cercetarea rămâne în stadii incipiente. „Materialul ar putea să nu fie la fel de pur în viața reală așa cum vedem în aceste modele”, spune Maiti. Cu toate acestea, dacă poate fi dezvoltat un zeolit nanoporos sau alt material care captează ușor moleculele de metan, acesta ar putea reduce dramatic costul de generare a energiei electrice din reziduurile de metan cu diluare extrem de diluată. În acest proces, ar putea face ca această sursă de metan să fie prea valoroasă ca un combustibil pentru a-și transporta mantaua anterioară ca deșeuri nocive și nocive care trebuie aruncate.
