Taniej i bezpiecznie dla środowiska: przyszłość polskich łupków?
KOMENTARZ i ROZMOWA
Zuzanna Marchant
Blue Gas – Wsparcie rozwoju technologii związanych z wydobyciem gazu łupkowego.
Rezultaty drugiego konkursu Blue Gas zostały już ogłoszone i niewielka grupa projektów została uznana za wystarczająco obiecujące, aby zapewnić sobie dofinansowanie. Są to wspaniałe wieści dla tych, pracujących przy wygranych projektach a także dla przemysłu gazu łupkowego w Polsce.
Wśród projektów, które łącznie otrzymają ponad 50 milionów złotych znajduje się DIOX4SHELL. Ten projekt koncentruje się na użyciu do wydobycia gazu z łupków ciekłego CO2 zamiast wody z chemicznymi domieszkami. PGNiG jest liderem projektu a pracują nad nim naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej, AGH i Politechniki Warszawskiej. Naukowcy z WAT oparli koncepcję projektu o patent, który złożyli dwa lata temu, dotyczący wydobycia węglowodorów za pomocą ciekłego CO2 i zatytułowali swój projekt: “Development of guidelines for design of innovative technology of shale gas recovery with the use of liquid CO2 on the base of numerical and experimental research –DIOX4SHELL”. Po tym jak niezależni eksperci (pięciu do każdego projektu, z których co najmniej dwóch z zagranicy) oceniło każdy z zakwalifikowanych projektów, DIOX4SHELL przyznano 92,5 punktów na 100.
Przyszłość wydobycia gazu łupkowego?
Dr inż. Danuta Miedzińska z WAT jest jednym z naukowców, pod których kierunkiem projekt DIOX4SHELL jest realizowany i, przed przyszłoroczną konferencją CENTRAL AND EASTERN EUROPE SHALE GAS AND OIL SUMMIT (9-10 marca) w Warszawie, na której wraz z profesorem Niezgodą i współpracownikami będzie reprezentować ich pracę, opowiedziała o szczegółach dotyczących DIOX4SHELL (cały wywiad poniżej).
Jest zaskakujące, że więcej mediów w Polsce nie podjęło tematu tego projektu, ponieważ wydaje się on być technologicznym przełomem dla przemysłu łupkowego – z perspektywy operacyjnej oraz ekologicznej. Metody używane w tej chwili są dalekie od ideału w obu tych sytuacjach, podczas gdy powyższa metoda nie powoduje ryzyka dla środowiska, nie wymaga użycia wody i domieszek chemicznych i nie niesie ze sobą niebezpieczeństwa spowodowania lokalnych trzęsień ziemi.
Byłaby też tańsza od obecnych i pozwalała na wydobycie czterokrotnie większej ilości gazu, ponieważ system DIOX4SHELL został zaprojektowany tak, aby współdziałać ze skałą łupkową a nie walczyć z nią, jak się działo do tej pory.
Są to wspaniałe wieści, ponieważ, po pierwotnym napływie inwestycji w Polsce, sprawy zwolniły tempa z powodu trudności geologicznych i prawnych.
Z czternastu firm, które wykonały przynajmniej jeden odwiert w Polsce, pięciu już nie ma, ponieważ rezultaty z odwiertów nie spełniły oczekiwań. Rzecznik prasowy PGNiG – Dorota Gajewska – powiedziała „Rzeczpospolitej”, że rezultaty z tych pierwszych odwiertów potwierdziły, że poszukiwanie gazu łupkowego w Polsce jest geologicznym i technicznym wyzwaniem.
Sprawy pogarszał fakt, że Polskie prawo dotyczące poszukiwania i wydobycia węglowodorów przysparzało inwestorom trudności i wielu zdecydowało, że Polska nie była warta zachodu.
Jednak teraz nowa ustawa węglowodorowa ma za zadanie usprawnić sytuację prawną i ułatwić życie inwestorom, podczas gdy innowacje takie, jak te finansowane przez Blue Gas powinny pomóc z wyzwaniami geologicznymi.
Metoda
Długa praca naukowców z WAT doprowadziła ich do opracowana metody wydobycia gazu z łupków sprzężonej z magazynowaniem podziemnym CO2. Według Dr inż. Miedzińskiej: „Metoda ta różni się w sposób diametralny od tych w tej chwili stosowanych w niektórych firmach. Tam stosuje się po prostu CO2 zamiast wody, czyli szczelinowanie polega na pompowaniu dużych ilości płynu pod wysokim ciśnieniem do złoża, które powoduje szczelinowanie i przez to zwiększenie przepuszczalności skał i wydobycie gazu. Niestety w tej metodzie wydobywamy z powrotem również CO2.”
Nowa metoda zakłada wprowadzenie do złoża „CO2 w stanie nadkrytycznym, czyli jako bardzo zimny płyn, ale w niskim ciśnieniu, o niskiej lepkości i dużej ruchliwości cząsteczek. Płyn ten pod wpływem temperatury panującej w złożu (ponad 100 stopni Celsjusza) rozpręża się, czyli zwiększa ciśnienie i powoduje szczelinowanie. Wykorzystujemy więc inny proces fizyczny. Dodatkowo planujemy proces prowadzić nie w jednym odwiercie, ale w kilku odwiertach poziomych, co zwiększy jego efektywność.”
„Dodatkowym sprzyjającym nam zjawiskiem jest proces preferencyjnej adsorpcji CO2 względem CH4 w polskich łupkach. Polega to na tym, że większość gazu łupkowego jest zaadsorbowane – „przyczepione” do powierzchni porów w skale łupkowej, CO2 potrafi „oderwać” cząsteczki metanu i je zastąpić – mamy więc zrealizowany bezpieczny proces magazynowania CO2 i zwiększenie nawet 4 krotne wydobycia metanu.”
Oczekiwanie
Powyższy projekt powinien opracować wymaganą technologię w ciągu dwóch lat (prace rozpoczną się w grudniu tego roku). Naukowcy pracujący nad DIOX4SHELL planują rozwiązać problemy konstrukcyjne, aby ich metoda była dostępna do użytku po wyżej wspomnianych dwóch latach. Ich projekt i przetestowane teorie okazały się tak obiecujące, że zagwarantowały im finansowe wsparcie. Jest wspaniałe, że rozwija się nowa technologia mająca na celu zmniejszenie kosztów i zażegnanie kontrowersji, ale dla inwestorów, koncesjonariuszy i rządu oznacza to kolejne dwa lata oczekiwania i usiłowania wydobycia opłacalnych ilości gazu przy użyciu obecnych metod.
Inwestowanie w innowacje
Jest bardzo ciekawe obserwować, jak bardzo polski rząd liczy na rozwój przemysłu gazu łupkowego. Dofinasowanie Blue Gas różni się zależnie od projektu, ale głównym celem programu jest rozwój technologii związanych z wydobyciem gazu łupkowego i ich wdrożenie w działalności operujących w tym przemyśle przedsiębiorstw jak również zachęcenie do inwestowania w działalność badawczą przez przedsiębiorców.
Tego typu rozwój i badania są niezwykle ważne dla sukcesu gazu łupkowego w Polsce, obniżenia kosztów i przyciągania inwestycji. A DIOX4SHELL wydaje się być dokładnie tym, czego tu potrzeba – mógłby zmienić sposób, w jaki gaz łupkowy jest wydobywany, nie tylko w Polsce, ale i na świecie.
Konkurs Blue Gas
Dla tych, niezaznajomionych z konkursem Blue Gas, oto kontekst (zacytowany ze stron NCBiR oraz ARP):
„Program jest częścią wspólnego przedsięwzięcia Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR ) oraz Agencji Rozwoju Przemysłu S.A. (ARP). Jest on ukierunkowany na wsparcie dużych zintegrowanych przedsięwzięć badawczo-rozwojowych, obejmujących przetestowanie opracowanego rozwiązania w skali pilotażowej, prowadzących do opracowania i komercjalizacji innowacyjnych technologii w obszarze związanym z wydobyciem gazu łupkowego.”
Wnioski o dofinansowanie projektów są składane przez konsorcja naukowe z udziałem przedsiębiorców i muszą spełniać pewne wymogi: muszą opracować innowacyjną technologię związaną z wydobyciem gazu łupkowego; będzie ona poddana testom w warunkach rzeczywistych; a liderem projektu będzie przedsiębiorca zainteresowany wdrożeniem opracowanej w ramach projektu technologii w prowadzonej przez siebie działalności gospodarczej.
Rozmowa Zuzanny Marchant z Dr inż. Danutą Miedzińską:
Wiemy, że niektóre firmy używają ciekłego CO2 w odwiertach. Jak Państwa projekt różni się od obecnej techniki?
Nasza metoda powstała na bazie głębokiego i gruntownego przeglądu dostępnych rozwiązań dotyczących różnych metod szczelinowania i wydobycia gazu z łupków oraz przeglądu dostępnej wiedzy na temat specyfiki polskich złóż łupkowych. Wiedza ta doprowadziła nas do opracowania metody wydobycia gazu z łupków sprzężonej z magazynowaniem podziemnym CO2. Metoda ta różni się w sposób diametralny od tych w tej chwili stosowanych w niektórych firmach. Tam stosuje się po prostu CO2 zamiast wody, czyli szczelinowanie polega na pompowaniu dużych ilości płynu pod wysokim ciśnieniem do złoża, które powoduje szczelinowanie i przez to zwiększenie przepuszczalności skał i wydobycie gazu. Niestety w tej metodzie wydobywamy z powrotem również CO2. W metodzie WAT do złoża wprowadzamy CO2 w stanie nadkrytycznym, czyli jako bardzo zimny płyn, ale w niskim ciśnieniu, o niskiej lepkości i dużej ruchliwości cząsteczek. Płyn ten pod wpływem temperatury panującej w złożu (ponad 100 stopni Celsjusza) rozpręża się, czyli zwiększa ciśnienie i powoduje szczelinowanie. Wykorzystujemy więc inny proces fizyczny. Dodatkowo planujemy proces prowadzić nie w jednym odwiercie, ale w kilku odwiertach poziomych, co zwiększy jego efektywność. Dodatkowym sprzyjającym nam zjawiskiem jest proces preferencyjnej adsorpcji CO2 względem CH4 w polskich łupkach. Polega to na tym, że większość gazu łupkowego jest zaadsorbowane – „przyczepione” do powierzchni porów w skale łupkowej, CO2 potrafi „oderwać” cząsteczki metanu i je zastąpić – mamy więc zrealizowany bezpieczny proces magazynowania CO2 i zwiększenie nawet 4 krotne wydobycia metanu.
Koncepcja projektu została opatentowana dwa lata temu. Czy jest jedna osoba, która wpadła na pomysł projektu, czy od początku była to praca grupowa?
Nad opracowaniem metody pracował intensywnie cały zespół Katedry Mechaniki i Informatyki Stosowanej WAT pod kierunkiem pana profesora Tadeusza Niezgody. W pierwszy etap prac, czyli badania stanu techniki i wiedzy, zaangażowani byli wszyscy od doktorantów do profesorów. Etap powstawania nowej idei był realizowany w zespole sześcioosobowym
Państwa projekt otrzymał 92.5 punktów na 100, ale jak wyglądała ocena? Czy musieli Państwo przeprowadzić demonstrację?
Ocena projektu była realizowana w NCBiR zgodnie z zasadami konkursu BlueGas. Złożony przez nas opis projektu oceniało 5 ekspertów z Polski i zagranicy, dwie skrajne oceny (najniższa i najwyższa) były odrzucane, pozostałe oceny sumowano. Ocenie podlegały takie parametry projektu, jak innowacyjność, możliwości aplikacji wyników w Polsce i na świecie, ryzyko realizacji, potencjał zespołu wykonawców czy zwiększenie konkurencyjności Polski na rynku międzynarodowym
Jak się Pani wydaje, ile czasu potrzebują Państwo, aby udoskonalić i usprawnić metodę i żeby można ją było wykorzystać na dużą skalę?
Nasz projekt, który będzie trwał 2 lata (startujemy w grudniu 2014), ma właśnie na celu zaprojektowanie całego procesu technologicznego wydobycia na bazie naszej metody. Są to szerokie badania przede wszystkim laboratoryjne (obniżenie kosztów i ryzyka prowadzenia badań od razu na odwiercie rzeczywistym). Planujemy rozwiązać wszelkie trudności konstrukcyjne tak, aby móc tę technologię zastosować w warunkach rzeczywistych.
Jak wyglądają postępy?
Przed projektem byliśmy na etapie badań własnych, np. symulacji numerycznych i badań, które mogliśmy wykonać w ramach środków własnych uczelni. Badana te potwierdziły słuszność naszej koncepcji, jednak do głębszych badań potrzebujemy specjalistycznej aparatury i badań, a więc dzięki finansowaniu z projektu BlueGas zrealizujemy nasze cele ciągu najbliższych dwóch lat.
Czy ta metoda byłaby tańsza od obecnej?
Oczywiście, docelowo ta technologia będzie tańsza od obecnej (która jest przede wszystkim nieskuteczna dla polskich łupków!) z kilku względów: wydobędziemy nawet czterokrotnie więcej metanu ze złoża, zmagazynujemy CO2 (kwestie np. limitów UE), nie używamy wody, ani domieszek chemicznych. Tak więc, przede wszystkim korzyści.
Jak wygląda aspekt wpływu na środowisko naturalne? Zwłaszcza w porównaniu do wody z chemicznymi domieszkami?
Tak jak było wspomniane, CO2 w stanie nadkrytycznym ma szczególne właściwości fizykochemiczne (lepkość i ruchliwość cząsteczek), domieszek chemicznych, które są konieczne do wymieszania płynu z piaskiem, używać nie trzeba. Proces magazynowania opisany wyżej, też nie powoduje ryzyka dla środowiska, gdyż zaadsorbowany CO2 nie wycieknie z podziemnego magazynu, tak jak w przypadku innych metod geosekwestracji CO2. Dodajmy, że nasze badania wykazały, że proces rozprężania CO2 w złożu, a więc i szczelinowania nie jest gwałtowny, a więc nie ryzykujemy, ze powstaną lokalne trzęsienia ziemi, jak w przypadku szczelinowania wodą.
Współpracują Państwo z AGH, Politechniką Warszawską oraz PGNiG. Jak owocna jest ta współpraca?
Zespól, jaki stworzyliśmy z PGNiG, AGH i Politechniką Warszawską, jest multizadaniowy i pozwala wykorzystać specjalistyczną wiedzę do realizacji projektu z sukcesem. Jest to ściśle odzwierciedlone w harmonogramie prac planowanych w projekcie.
Jak wyglądało nawiązywanie tej współpracy? Czy PGNiG skontaktowali się z Państwem, czy odwrotnie?
To my skontaktowaliśmy się z PGNIG. Dział współpracy firmy z nauką był bardzo otwarty na dyskusję i na nowe rozwiązania. Długie rozmowy ze specjalistami z PGNiG pozwoliły dopracować metodę i przekonać zarząd firmy do podjęcia ryzyka związanego a opracowaniem tak innowacyjnej technologii.
Czy PGNiG miałoby wyłączność na Państwa metodę?
Trzeba rozróżnić dwie sprawy: metodę i technologię. Metoda, na bazie której będzie realizowany projekt, jest opatentowana i jej właścicielem jest WAT. Kwestie patentów dotyczących rozwijanej w projekcie technologii są opisane w umowie Konsorcjum, zawartej między partnerami realizującymi projekt.
Ile osób pracuje przy projekcie?
Nad realizacją projektu będzie pracować zespół kilkudziesięciu osób posiadających specjalistyczną wiedzę w odpowiednich dziedzinach, jak mechanika, inżynieria materiałowa chemia czy geofizyka. Nad pracami zespołów zadaniowych będzie czuwać Rada Naukowa pod kierunkiem prof. Tadeusza Niezgody, w której pracach będzie uczestniczył prof. Jarosław Mizera, dziekan Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej oraz przedstawiciele AGH i PGNiG projektu i lider merytoryczny, którym mam zaszczyt być.
Czy NCBiR nadzoruje projekt? Jeśli tak, to w jakim stopniu?
Oczywiście NCBiR, jako dysponent środków finansowych, nadzoruje projekt. Kontrola polega na analizie składanych przez nas raportów okresowych – merytorycznych i finansowych z punktu widzenia realizacji harmonogramu i kosztorysu projektu.
