У долини Колорада где рудари током више векова бере угљен, друго гориво - метан - излази из дебелих црних шавова рудника Елк Цреек. Систем бушотина и цеви око рудника лебди гас богат метаном у модификовани мотор камиона. Помоћу триа агрегата од једног мегавата, мотор претвара овај метан у електричну енергију за локалну електроенергетску мрежу.
Елк Цреек је први пројекат метан-енергетике у руднику угља западно од Мисисипија и највећем те врсте у целој земљи. Но, рудници угља попут Елк Цреека доприносе око 10 процената емисије метана на националној разини и 6 посто емисије метана широм свијета, и настављају да испуштају метан дуго након што су рударске операције завршене. Гас такође долази из мочвара, индустријских димовода, одлагалишта отпада, фарми говеда и операцијама са природним гасом.
У ствари, толико метана годишње улази у Земљину атмосферу да је глобално други највећи допринос климатским променама после угљен-диоксида. Метан се раствара брже од угљеника, али његова снага као стакленички гас у периоду од 100 година већа је од 20 пута већа од ЦО2.
Сагоревање метана може да ствара енергију или корисну топлоту, истовремено смањујући утицај на климу - у суштини смањујући гас на слабију количину воде и угљен диоксида. У Елк Црееку, сагоревајући нешто више од 670, ооо кубичних метара метана дневно - отприлике 16 процената укупне емисије метана у руднику - у мотору са унутрашњим сагоревањем очекује се да производи 24 гигаватних сати годишње. То је довољно електричне енергије за напајање отприлике 2.000 домова.
Заустављањем метана да уђе у атмосферу, пројекат ће спречити емисију која износи преко 96.500 метричких тона ЦО2 годишње у наредних 15 година, према проценама његовог главног финансирача, компаније Аспен Скиинг. То износи око 10 дана емисије угљеника из типичне електране на угаљ - која није довољна да направи значајну мрљу у глобалној емисији гасова са ефектом стаклене баште, већ је важан корак ка претварању метана из проблематичног отпада у драгоцено гориво.
Комбинација промена политике, креативних нових партнерстава и технолошких иновација сада значи да би Елк Цреек могао да води много већи талас сличних пројеката за вађење метана из рудника угља.
Изазов
Историјски гледано, власници рудника попут Елк Цреека у САД-у имали су мало подстицаја да користе метан. Гас се продаје за тако ниске цене ових дана у односу на друга горива да би било потребно много година да се надокнаде трошкови уградње система потребних за прикупљање истих. Као резултат, власници рудника једноставно дозвољавају да гас уђе у земљину атмосферу.
И донедавно је технологија ограничила рударске оператере на коришћење енергије само из емисија рудника угља и то са релативно високим концентрацијама метана. У концентрацијама изнад 80 процената, метан се може убризгати у цјевоводе за природни гас или претворити у течни природни гас за возила. У концентрацијама од око 20 до 40 процената гас може да произведе електричну енергију као што је то случај у Елк Црееку или индустријске котлове који стварају пару или топлу воду. Према извештају Уједињених нација, већина метан средњег и високог квалитета се користи за производњу енергије или комбинације снаге и корисне топлоте. Овај метан се обично сакупља у бушотинама избушеним око места пре него што стварни рударство почне.
Међутим, велики део метана који излази из рудника угља налази се у ниским концентрацијама, помешан са азотом, кисеоником и другим загађивачима. То је зато што оператори обично користе вентилационе системе да разриједе сваки метан који цури у рудничке шахте свјежим зраком ради сигурности радника: при концентрацији од 5 до 15 посто у зраку, метан је експлозиван, а за здраво дисање потребне су концентрације испод 1 посто.
Једном када се метан помеша са другим гасовима у вентилационим системима, постаје тешко користити као гориво, јер смеша неће сагорети, а метан је тешко филтрирати.
Делимично због ових изазова, вентилирани ваздух обложен метаном обично се испушта у атмосферу, као што је то случај у Елк Црееку. Само око 20 од више од 500 активних у подземним рудницима угља широм земље уграђени су било који систем за хватање метана или претварање у електричну енергију. А од тих 20 мина, већина једноставно узима метан сакупљен у дренажним рупама и убризгава га у оближње водоводе за природни гас за употребу кућама и фирмама.
Партнери за нови приступ
У западним државама попут Колорада, рудници угља су често лоцирани далеко од цјевовода за природни гас, тако да употреба чак и висококвалитетног метана с ових локација захтијева другачији приступ. Елк Цреек је неуобичајен међу америчким рудницима угља по томе што сагорева метан за производњу електричне енергије на лицу места и слање те електричне енергије у локалну електроенергетску мрежу.
Слична технологија метан-енергија инсталирана је у рудницима у Европи, Аустралији, Кини и другим земљама већ деценијама. Али ти пројекти су имали користи од пореских олакшица и других облика јавне подршке, као и скупљег природног гаса и електричне енергије - што им омогућава да продају метан конкурентно по вишим ценама. Елк Цреек нуди модел за одвоз овог отпада приватним партнерствима у времену и месту где је струја из природног гаса релативно јефтина.
Том Весселс, председник Денвера, енергетски развијени компанија Весселс Цоал анд Гас, почео је тражити партнере и финансијере за пројекат метан-енергија рудника угља током 2005. године, након што је обишао више рудника користећи ту технологију у Немачкој. Већина америчких компанија којима је пришао није била упозната са технологијом, каже Весселс, и нерадо због тога улаже. Тачно, то није учињено у САД-у, каже он. "Али проверавамо ту кутију сада."
У 2012. години, Весселс је обезбедио 5, 4 милиона долара финансирања од Аспен Скиинг Цомпани, корпорације високог ценовног ранга која је имала за циљ генерирати чистију енергију и избалансирати емисије повезане са сопственом употребом електричне енергије. Холи Цросс Енерги, сеоска електроенергетска задруга, потписала је да плати нешто изнад тржишних стопа за струју из пројекта, у замену за 15-годишњи уговор и нови, чистији извор електричне енергије.
Коначно, власник компаније Елк Цреек Окбов Мининг, предвођен енергетским магнатом Виллиамом Коцхом, пристао је да пусти Веслима да инсталирају опрему на свој рудник у замену за мали пад годишње продаје електричне енергије. Већина прихода од Холи Цросс-а - око 650.000 долара годишње, или око 12 одсто првобитне инвестиције АСЦ-а - припали ће компанији за одмарање.
Политике на хоризонту
Пројект је почео напајати електричну енергију прошле године за дистрибуцију широм западног Колорада. Неколико месеци касније, Колорадо је усвојио нови закон којим су потребна велика сеоска електрична предузећа и комунална предузећа која им опслужују да до 2020. године добију 20 процената своје енергије из обновљивих извора - удвостручујући захтев постављен 2004. године.
Закон признаје да метан уз стално обнављане ресурсе попут ветра и сунца као обновљиви ресурс, политици коју снажно противе неке еколошке групе и заговорници зелене енергије. Јереми Ницхолс, директор климатских и енергетских програма за непрофитну групу заговарања заштите животне средине ВилдЕартх Гуардианс, каже да разврставање метана "није сврха стандарда обновљивих извора енергије". Али, употреба метана за енергију, каже, превазилази статус куо избацивања у атмосферу. "На крају дана, " каже он, "то је најбоље од лошег." С временом, стручњаци кажу да би довођење метана у нови мандат могло повећати потражњу комуналних предузећа у Колораду за струјом из пројеката попут Елк Цреек.
Промене су такође на савезном нивоу. Председник Обама је усмеравао федералне агенције да "развију свеобухватну стратегију метана", а Агенција за заштиту животне средине идентификовала је око 50 америчких рудника угља који показују обећање за хватање отпадног метана и његово сагоревање или претварање у електричну енергију.
Заговорници енергије метана надају се да ће наредно гласање у Калифорнији у коначници учинити технологију исплативијем за обалу. Државни регулатори ваздуха ускоро би требало да гласају о предлогу за награђивање пројеката смањења метана у оквиру његовог програма ограничавања и трговине, који је осмишљен како би помогао држави да до 2020. смањи емисију гасова са ефектом стаклене баште на ниво из 1990. Ако буде одобрен, протоколом би се омогућило операторима рудника угља и емисијама метана широм земље да зараде кредите за смањење своје емисије. Калифорнијски загађивачи који очекују да пређу државну максималну емисијску емисију могли би тада купити ове кредите као начин да пониште своје прекомјерне вриједности.
„Потребна вам је веома повољна цена угљеника да би [ублажавање метана] било одрживо“, каже Цларк Талкингтон, старији консултант у компанији Адванцед Ресоурцес Интернатионал, која развија пројекте енергије и заплене угљеника. "Знам да постоји неколико пројеката који се налазе на маргини, па ако Калифорнија прође, то би их дефинитивно покренуло."
На пример, у Елк Црееку, 84 процената метана заробљеног из рудника - довољно за производњу електричне енергије вредне милион долара - једноставно се спаљује, јер Холи Цроссу недостаје буџет и жеља да набави више енергије из пројекта, а ниједан други купац није нашао. "Дефинитивно имамо поглед на још један пројекат", каже АСЦ-ов Сцхендлер. "Али препрека је добијање уговора о куповини електричне енергије од другог услужног програма који је по прихватљивој цени." АСЦ би изгубио новац на пројекту ако би продавао струју по уобичајеној велепродајној цени од 3, 5 цента по киловат сату.
Иновација у радовима
Поред политике, иновативне технике омогућавају уклањање метана из веома разређених извора, попут вентилираног ваздуха у рудничким шахтовима, и користе га као гориво за генераторе. У великом руднику угља у кинеској провинцији Хенан, вентилирани ваздух са концентрацијом метана ниским 0, 3 посто користи се за загријавање воде за рудничке објекте. Систем провлачи вентилирани ваздух из рудника угља кроз коморе које повећавају његову температуру све док се молекули метана не разграде на угљендиоксид и воду, а топлота из ове реакције се зароби.
У Аустралији, фабрика угља у власништву БХП Биллитона комбинује вентилирани метан са ваздухом са високо концентрованим метаном који је дрениран у бушотине избушене у близини рудника пре него што започне рударство. Мешани заједно, метан из вентилационих отвора и одвода може се сагоревати као гориво. Овај систем ствара топлоту за производњу паре, која заузврат покреће малу електрану која производи у просеку 10 гигаватних сати годишње.
Други научници желе да развију боље филтере за одвајање метана у вентилираном ваздуху од непотребних гасова попут угљен-диоксида и азота. Научници са Калифорнијског универзитета, Берклија и Националне лабораторије Лавренце Ливерморе, посматрали су, на пример, високо сорбентни материјал обележен нано-скалом позом названом нанопорозним зеолитима. Група је користила рачунарске моделе за тестирање скоро 100.000 различитих структура зеолита, каже Амитесх Маити, физичар материјала у лабораторији Лавренце Ливерморе.
У овом тренутку, истраживање остаје у раној фази. "Материјал у стварном животу можда није толико чист као што видимо код ових модела", каже Маити. Ипак, ако се може развити нанопорозни зеолит или други материјал који лако заробљава молекуле метана, то може драматично умањити трошкове производње електричне енергије из високо разблаженог отпадног метана у рудницима угља. У том процесу, овај извор метана могао би бити превише вредан као гориво да би се носио на свом претходном плашту као штетни, штетни отпад који би се могао бацити.
