Egy Colorado-völgyben, ahol a bányászok több mint egy évszázaddal széntermelést folytattak, egy második üzemanyag - metán - menekül az Elk Creek bánya vastag fekete varrataiból. A fúrások és csövek rendszere a bányatölcsér körül metánban gazdag gázt tartalmaz egy módosított teherautó-motorhoz. Három darab egy megawattos generátorral a motor ezt a metánt villamos energiává alakítja a helyi villamosenergia-hálózat számára.
Az Elk Creek az első metán-energiaprojekt a Mississippi-től nyugatra eső szénbányában, és a maga nemében a legnagyobb. De a szénbányák, mint például az Elk Creek, országosan a metánkibocsátás kb. 10% -át és a metánkibocsátás 6% -át teszik ki, és a bányászati műveletek befejezése után sokkal tovább bocsátják a metánt. A gáz mocsarakból, ipari füstgázokból, hulladéklerakókból, szarvasmarhagazdaságokból és földgázüzemből is kiszivárog.
Valójában évente annyi metán lép be a Föld légkörébe, hogy globálisan a szén-dioxid után a második legnagyobb mértékben hozzájárul az éghajlatváltozáshoz. A metán gyorsabban diszpergálódik, mint a szén, de üvegházhatású gázként számított szilárdsága 100 éves időszak alatt több mint húszszerese a CO2-nak.
Az égető metán energiát vagy hasznos hőt termelhet, miközben csökkenti annak éghajlati hatásait - lényegében csökkentve a gázt egy gyengébb vízmennyiséggel és szén-dioxiddal. Az Elk Creeknél, amely épp 670-nél éget el, ooo köbméter metán naponta - ami a bánya összes metánkibocsátásának körülbelül 16% -a - egy belső égésű motorban várhatóan évente 24 gigawattórát termel. Ez elegendő villamos energiát jelent, hogy megközelítőleg 2000 házat üzemeltessen.
A metán légköri bejutásának megakadályozása révén a projekt megakadályozza a következő 15 évben évente több mint 96.500 metrikus tonna CO2-kibocsátást, a fő finanszírozó, az Aspen Skiing Company becslései szerint. Ez körülbelül 10 napos szén-dioxid-kibocsátást jelent egy tipikus széntüzelésű erőműből - nem elég ahhoz, hogy jelentősen befolyásolja az üvegházhatást okozó gázok globális kibocsátását, hanem fontos lépés a problémás hulladékok metánjának értékes üzemanyaggá történő átalakítása felé.
A szakpolitikai változások, az új kreatív partnerségek és a technológiai innováció kombinációja azt jelenti, hogy az Elk Creek sokkal nagyobb hullámot vezethet hasonló projektekhez, amelyek szénbányákból metánt termelnek.
A kihívás
A bányák tulajdonosai, például az Elk Creek az Egyesült Államokban történelmileg nem voltak ösztönözve a metán felhasználására. A gáz manapság olyan alacsony áron értékesít más üzemanyagokkal összehasonlítva, hogy sok évbe telik, hogy megtérítsék a betakarításhoz szükséges rendszerek telepítésének költségeit. Ennek eredményeként a bányatulajdonosok egyszerűen csak engedik, hogy a földgáz belépjen a föld légkörébe.
És a közelmúltig a technológia korlátozta az aknák üzemeltetőit abban, hogy csak a szénbányákból származó, viszonylag magas metánkoncentrációjú kibocsátásból nyújtsák be az energiát. 80% feletti koncentráció esetén a metánt fecskendezhetik a földgázvezetékekbe vagy alakíthatják át járművek cseppfolyósított földgázává. 20–40% körüli koncentrációban a gáz üzemanyagot termelhet, mint például az Elk Creeknél, vagy ipari kazánok, amelyek gőzt vagy meleg vizet termelnek. Az Egyesült Nemzetek Szervezetének jelentése szerint a legtöbb közepes és kiváló minőségű metánt energiának, vagy az erő és a hasznos hő kombinációjának előállítására használják. Ezt a metánt általában a helyszín körül fúrt furatokba gyűjtik, mielőtt a tényleges bányászat megkezdődik.
A szénbányásaknákból kijövő metán nagy része azonban alacsony koncentrációban van, nitrogénnel, oxigénnel és más szennyező anyagokkal keverve. Ennek oka az, hogy az üzemeltetők általában szellőztető rendszereket használnak arra, hogy a bányatengelyekbe szivárogtatott metánt friss levegővel hígítsák a munkavállalók biztonsága érdekében: 5-15% levegőkoncentráció esetén a metán robbanásveszélyes, és az egészséges légzéshez 1% alatti koncentráció szükséges.
Ha a metán keveredik más gázokkal a szellőztető rendszerekben, nehezen használható tüzelőanyagként, mert a keverék nem ég és a metán szűrése bonyolult.
Részben ezeknek a kihívásoknak köszönhetően a metánnal fűtött, szellőztetett levegő általában az atmoszférába kerül, mint az Elk Creeknél. A több mint 500 aktív közül csak 20 A föld alatti szénbányák országszerte bármilyen rendszert telepítettek a metán elfogására vagy villamos energiává történő átalakítására. És a 20 bányából a legtöbb egyszerűen elvezet a csatornába gyűjtött metánból, és a közeli földgázvezetékekbe injektálja azt házak és vállalkozások számára.
Partnerek az új megközelítéshez
A nyugati államokban, mint például Colorado, a szénbányák gyakran távol helyezkednek el a földgázvezetékektől, így ezeknek a telephelyeknek a kiváló minőségű metánjainak felhasználása más megközelítést igényel. Az Elk Creek szokatlan az amerikai szénbányákban, mivel metánt éget a helyszínen villamosenergia-előállítás céljából, és azt továbbítja a helyi villamosenergia-hálózatba.
Hasonló metán-energia technológiát évtizedek óta telepítenek az európai, ausztráliai, kínai és más országok bányáin. Ezekre a projektekre azonban adókedvezmények és egyéb állami támogatások, valamint költségesebb földgáz és villamos energia részesültek - ami lehetővé teszi számukra, hogy a metánt versenyképes módon, magasabb árakon értékesítsék. Az Elk Creek modellt kínál ennek a hulladéknak a magánszektorbeli partnerségek révén történő hasznosításához olyan időben és helyen, ahol a földgázból származó villamos energia viszonylag olcsó.
Tom Vessels, a Denver elnöke, a coloradoi székhelyű energiafejlesztő, a Vessels Coal and Gas 2005-ben kezdte partnereket és finanszírozókat keresni egy szénbányában működő metán-energia projekthez, miután számos bányát turnézott a technológiát használva Németországban. A legtöbb amerikai cég, amelyhez felkereste, nem ismeri a technológiát - mondja a Vessels -, és ennek következtében vonakodtak befektetni. Igaz, hogy az Egyesült Államokban ezt nem tették meg, mondja. "De most ellenőrizzük azt a négyzetet."
2012-ben a hajók 5, 4 millió dollárt finanszíroztak az Aspen Skiing Company-tól, amely egy csúcskategóriás üdülőhely-társaság, amelynek célja tisztább energia előállítása és ellensúlyozása a saját villamosenergia-felhasználásával összefüggésben. A Holy Cross Energy, egy vidéki villamosenergia-szövetkezet aláírták, hogy valamivel meghaladja a piaci díjakat a projektből származó villamos energiaért, cserébe egy 15 éves szerződést és egy új, tisztább villamosenergia-forrást.
Végül, az Elk Creek tulajdonos, az Oxbow Mining, William Koch energiamágnest vezetésével, beleegyezett abba, hogy engedje a hajóknak berendezéseket telepíteni a bányájukra cserébe az éves energiaértékesítés kismértékű csökkentéséért. A Szent Keresztből származó bevétel nagy része - évente körülbelül 650 000 dollár, vagyis az ASC eredeti beruházásának körülbelül 12 százaléka - az üdülőhely társaságának fog származni.
Politikák a horizonton
A projekt tavaly megkezdte a villamosenergia-ellátást az elektromos hálózatba, hogy elosszák az egész Colorado nyugati részén. Néhány hónappal később, Colorado új törvényt fogadott el, amely előírja, hogy nagy vidéki villamos energiaellátást és az őket kiszolgáló közműveket kell megújuló energiaforrásokból 20% -áig megújuló energiaforrásokból megszerezni 2020-ig - ez megkétszerezi a 2004-es követelményt.
A törvény elismeri a metánt az olyan folyamatosan feltöltött erőforrások mellett, mint a szél és a nap, mint megújuló erőforrást, ezt a politikát néhány környezetvédelmi csoport és a zöld energia képviselői határozottan ellenzik. Jeremy Nichols, a WildEarth Guardians nonprofit környezetvédelmi érdekképviseleti csoport klíma- és energiaprogramjainak igazgatója szerint a metán besorolása "nem célja a megújuló energiaforrásokra vonatkozó szabvány célja". De a metánt energiának használva - mondja - legyőzi a jelenlegi állapotot, amikor azt a légkörbe szellőzi. "A nap végén - mondja -" ez a legjobbakat hozza a legrosszabb dolgokból. "És a szakértők szerint a metán új mandátum alá vonása növelheti a Colorado közművek körében az Elk Creek projektekhez hasonló projektek villamosenergia-igényét.
A változás szövetségi szinten is folyamatban van. Obama elnök utasította a szövetségi ügynökségeket, hogy "dolgozzanak ki egy átfogó metánstratégiát", és a Környezetvédelmi Ügynökség mintegy 50 amerikai szénbányát azonosított, amelyek ígéretet mutatnak a metánhulladék elfogására és égetésére, illetve elektromosá történő átalakítására.
A metán energia támogatói reménykednek abban, hogy a közelgő szavazás Kaliforniában a technológiát jövedelmezőbbé teszi a parttól a partig. Az állam légügyi szabályozói várhatóan hamarosan szavaznak a metáncsökkentési projektek jutalmazására irányuló javaslatról a „cap-and-trade” program keretében, amelynek célja az, hogy az állam 2020-ig az üvegházhatású gázok kibocsátását 1990-es szintre csökkentse. Ha jóváhagyják, a A jegyzőkönyv lehetővé tenné a szénbányászati üzemeltetők és a metánkibocsátók országos szintű jóváírásaikat a kibocsátásuk csökkentése érdekében. A kaliforniai szennyezők, akik arra számítanak, hogy túllépik az állam által kibocsátott maximális kibocsátási egységet, megvásárolhatják ezeket a jóváírásokat, hogy megsértsék túlteljesítésüket.
"Szüksége van egy nagyon jó szénárra, hogy a [metán csökkentés] életképes legyen" - mondja Clark Talkington, az Advanced Resources International vezető tanácsadója, amely energia- és szén-dioxid-elkülönítési projekteket dolgoz ki. "Tudom, hogy számos projekt szélsőségesen ül, tehát ha Kalifornia átjutna, akkor határozottan előmozdítaná őket."
Például az Elk Creeknél a bányából elfogott metán 84 százaléka - ami elég ahhoz, hogy 1 millió dolláros villamos energiát termeljen - egyszerűen elégetik, mert a Szent Keresztnek nincs a költségvetése és a vágya, hogy több energiát vásároljon a projektből, és nincs más vevő sem talál. "Határozottan megfigyeljük egy másik projektet" - mondja az ASC Schendler. "De az akadály az, hogy egy másik közműtől vásároljunk villamosenergia-vásárlási megállapodást, amely elfogadható áron jár." Az ASC pénzt veszítene a projekten, ha a villamos energiát tipikus nagykereskedelmi áron, 3, 5 cent / kilowattóra eladná.
Innováció a művekben
A politikán túl az innovatív technikák lehetővé teszik a metán eltávolítását nagyon híg forrásoktól, például az aknatengelyek szellőztetett levegőjétől, és üzemanyagként való felhasználását a generátorok számára. A kínai Henan tartományban lévő nagy szénbányában 0, 3% -nál alacsonyabb metánkoncentrációjú szellőztetett levegőt használnak fel a víz melegítésére az aknák számára. A rendszer hurkot szellőztetett szénbányai levegőn keresztül kamrákon keresztül növeli annak hőmérsékletét, amíg a metánmolekulák széndioxiddá és vízré bomlanak, és a reakcióból származó hőt elfogják.
Ausztráliában a BHP Billiton tulajdonában lévő szénüzem egyesíti a szellőztetett levegőmetánt és az erősen koncentrált metánt, amelyet a bányászat megkezdése előtt a bánya közelében fúrt furatokba engedtek. Összekeverve a szellőzőnyílásokból származó metánt és a csatornákat tüzelőanyagként el lehet égetni. Ez a rendszer hőt termel gőz előállításához, amely viszont egy kis erőművet üzemeltet, amely évente átlagosan 10 gigawatt órát termel.
Más tudósok jobb szűrők kidolgozására törekszenek a szellőztetett levegőben lévő metán elválasztására a szükségtelen gázoktól, például a szén-dioxidtól és a nitrogéntől. Például a Kaliforniai Egyetem, a Berkeley és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium tudósai egy nagyon szorbens anyagot vizsgáltak, amelyet nanoporózus zeolitoknak nevezett nanoméretű pórusok jellemeztek. A csoport számítógépes modelleket használt közel 100 000 különféle zeolit szerkezet tesztelésére - mondta Amitesh Maiti, a Lawrence Livermore laboratóriumi anyagfizikus.
Ezen a ponton a kutatás a korai szakaszban marad. "Lehet, hogy az anyag a valóságban nem olyan tiszta, mint látjuk ezeket a modelleket" - mondja Maiti. Ha azonban nanorózis zeolit vagy más anyag fejleszthető ki, amely könnyen elfogja a metánmolekulákat, ez drasztikusan csökkentheti a szénbányák erősen hígított metán hulladékából történő villamosenergia-előállítás költségeit. A folyamat során ez a metánforrás túlságosan értékes lehet üzemanyagként ahhoz, hogy korábbi köpenyét folytathassa, mint káros, kellemetlen hulladékot, amelyet el kell dobni.
