Проблема истощения природных энергетических ресурсов

УДК 504.05:62/69
Черникова Людмила Сергеевна
соискатель кафедры ИЗОС
Московский государственный горный университет
ШАХТНЫЙ МЕТАН ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭКОЛОГИЮ
COAL MINE METHANE, ITS IMPACT ON THE ENVIRONMENT
Проблема истощения природных энергетических ресурсов
становится все острее с каждым годом. Спрос на первичные
энергоносители в мире стремительно растет и прогнозируется что к 2030г.
он увеличиться на 40%. Поиск дополнительных источников, дающих
возможность экономить традиционные виды топлива, является
своевременным и необходимым. К таким дополнительным энергоресурсам
следует отнести угольный (шахтный) метан, содержащийся в угольных
пластах и окружающих породах.
В настоящее время основное количество метана, извлекаемого при
разработке угольных пластов, выбрасывается в атмосферу. Многие
угольные шахты изначально проектировались на выброс полученного
метана за пределы горной выработки, не учитывая перспектив
использования этого газа в качестве топлива. Экологические последствия
выбросов шахтного метана не брались во внимание. В связи с чем, за
последние 15 лет значительно расширился круг экологических проблем,
связанных с угольным метаном, который занимает второе место после
углекислого газа по степени опасности для окружающей среды.
Метан – является важным представителем органических веществ в
атмосфере. Но до последнего времени явно недооценивалась роль метана в
парниковом эффекте. Как парниковый газ метан имеет высокую степень
воздействия на изменение климата. Этот легкий газ с земной поверхности
быстро попадает на границу тропосферы и стратосферы. Метан активно
участвует в парниковом эффекте, на высоте 15–20 км под действием
солнечных лучей он разлагается на водород и углерод, который,
соединяясь с кислородом, образует углекислый газ. В результате этого
глобального процесса в верхних слоях атмосферы поглощается кислород, и
разрушаются молекулы озона. Содержание метана в атмосфере растет
вдвое быстрее, чем концентрация углекислого газа. Возникающий из
метана в верхних слоях тропосферы углекислый газ медленно опускается к
земной поверхности. Высокие темпы накопления метана в атмосфере,
необходимо сопоставить с тем фактом, что он намного эффективнее
других газов (в 20-40 раз) поглощает инфракрасную радиацию, что
неизбежно приводит к потеплению климата.
Важным фактором является то что метан - это сильнодействующий
парниковый газ с коротким (около 11) лет периодом жизни в атмосфере,
поэтому снижение его эмиссии может повлечь значительный и
98
сравнительно быстрый эффект. При своевременном оперативном
вмешательстве уменьшение поступления метана в атмосферу на 10 – 20%
способно уменьшить потепление Земли на 1 С за столетие, а это составит
25% от ожидаемого уровня потепления. Уже сейчас для стабилизации
содержания парниковых газов необходимо сокращение метана в атмосфере
примерно на 15%. [1] Столь колоссальное сокращение антропогенных
выбросов метана в атмосферу можно достичь утилизацией 50% метана,
извлекаемого дегазацией только в России, общая его эмиссия снизится на
10 %, или на 1,6 % в мировом балансе. За счет повышения коэффициента
дегазации уменьшится выброс метана из вентиляционных систем
примерно на 20 – 30%. В целом снижение общей эмиссии метана составит
на 5-6 % (в мировом масштабе).
Угольный метан является одним из видов экологически чистых
минерально-сырьевых ресурсов, в пересчете на условное топливо занимает
в мире 4 место после угля, нефти и природного газа. Теплота сгорания
метана составляет 8400 колл/куб. м, что соответствует 1,2кг условного
топлива на 1 куб. м, а сжигание 1000м³ метана эквивалентно по
теплотворной способности сжиганию 1,3-1,5 т. угля. Шахтный метан как
топливо можно использовать для выработки теплоэнергии котельными
установками, производства электроэнергии и тепла, в качестве моторного
топлива для стационарных и передвижных двигателей внутреннего
сгорания, бытового газа, сырья для химической промышленности, а также
в определенных случаях для подачи каптируемого метана в городские сети
природного газа.
Охрану окружающей среды применительно к проблеме сокращения
выбросов парникового газа – шахтного метана, необходимо осуществлять
путѐм извлечения и утилизации шахтного газа в процессе разработки
угольных пластов.
В России промышленное использование шахтного метана только
начинается. В основном до последнего времени этот газ извлекался из
угольных слоев с целью обеспечения безопасности добычи угля. Всего в
процессе дегазации добывается до 20-30% шахтного метана, при этом
большая часть газа не улавливается. [4] Так же большое количество газа
выбрасывается в атмосферу через системы вентиляции, что еще более
осложняет
крайне
негативную
экологическую
обстановку
в
угледобывающих районах.
Вопрос снижения эмиссии в атмосферу способом утилизации метана имеет
ряд преимуществ, для нашей страны и для планеты в целом.
Охраны окружающей среды: Уменьшение выброса метана в
атмосферу. Производство энергии из извлеченного метана позволяет
избежать использования таких высоко эмиссионных энергетических
ресурсов, как: дерево, уголь мазут.
Это может снизить выделение эмиссии СО2 и других загрязнителей
воздуха от электростанций, таких как:
- сернистый ангидрид (основной инициатор кислотных дождей);
99
- микрочастиц (провоцирующих поражение органов дыхания);
- следов других опасных загрязнителей. из перспективных, местных
Энергетические
преимущества:
шахтный
метан
уже
используется во всем мире, как ценный источник энергии. Этот процесс
дает существенный стимул для повышения энергоэффективности и
энергосбережения.
Извлекаемый газ является ценным энергоносителем. При
обеспечении метанобезопасности шахт требуется значительные затраты
энергии. При энергетической переработке метана коэффициент полезного
действия по электроэнергии может составлять 0,20-0,35. В частности
энергетические затраты на добычу тонны угля составляют до 140 МДж, а
из них до 65% - это энергетические затраты на вентиляцию и дегазацию.
По данным «Гринпис России» потеря энергии в России составляют
до 40% всего потребления. Это сравнимо в энергетическом плане с
объемом всей экспортируемой из России нефти. Предполагается, что
потребности в электроэнергии отдельных российских регионов можно
покрывать за счет добытого из угольных пластов метана.
Экономические преимущества: Получение дополнительной
экономии на производстве электрической тепловой энергии.
Преимущества, связанные с вопросами безопасности
угледобычи:
- Первое - метанобезопасность угольных шахт. Более полная
утилизация метана повысит безопасность горных работ и предотвратит
подземные катастрофы. Сегодня в мире, несмотря на внедрение лучших
наукоемких технологий, на каждые добытые 4 млн. т. угля приходится не
менее одного погибшего горняка.
- Второе - улучшение экологической обстановки в угледобывающих
районах. Уменьшится неблагоприятное влияние острых метановых
интоксикаций в повседневной жизни, встречаемых в угольных шахтах и
ближайших населенных пунктах, которые прослеживаются в ухудшение
состояния здоровья такой профессиональной группы, как шахтеры и всего
населения этих угольных регионов, что подтверждается статистическими
данными по продолжительности жизни и по детской смертности.
Метан может занять достойное место в топливо – энергетическом
балансе нашей страны казалось бы, для этого есть все предпосылки
огромные ресурсы, научное и практическое развито горное дело,
технологии, оборудование и мировой опыт. Но отсутствие
государственной поддержки и правовых основ для промышленной добычи
метана создают не определенность в данном вопросе, метан даже не внесен
в общероссийский классификатор продукции в качестве самостоятельного
полезного сырьевого ископаемого, что, безусловно, мешает привлечению
инвестиций. Угольный метан как нетрадиционный вид углеводородного
сырья характеризуется рядом специфических свойств, отличающих его от
обычного природного газа, что обуславливает необходимость применения
100
специальных технологий по его извлечению и утилизации, и требует
значительных капиталовложений.
Литература
1. Пучков Л.А. Сластунов С.В. Коликов К.С. Извлечение метана из
угольных пластов. – М.: Издательство Московского государственного
горного университета, 2002.
2. Астахов А.С., Гитин Е.М. Шахтный метан как природный
энергетический ресурс – М.: Топливный международный центр и
технической информации, 1979.
3. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Ельчанинов Е.А. Концепция
экологической метанобезопасности в части выбора и создания конкретных
технических решений по извлечению и использованию угольного метана.
– М.: МГГУ, 1999.
4. Серов В.Н., Виноградов В.П., Гостева С.Н. Возможности угольной
промышленности России в снижении выбросов в атмосферу Земли.
//Сокращение Эмиссии метана.// Доклады II Международной
конференции. – Новороссийск: Издательство Сибирского отделения РАН,
2000. – С. 563-567.
5. Сапунджиев Х. Шахтная исходящая струя: потенциальный
источник экологически чистой энергии. // Сокращение Эмиссии метана.//
Доклады II Международной конференции. – Новороссийск: Издательство
Сибирского отделения РАН, 2000. – С. 575-581.
6. Метан в шахтах и рудниках России прогноз, В.С. Забурдяев, Г.С.
Забурдяев, Н.Г. Матвиенко – М: ИПКОН РАН, 2006. – 312с.
Аннотация
Выбросы шахтного метана в окружающую среду наносят
колоссальный экологический ущерб. Решением этой проблемы является
его утилизация и использование как дополнительного энергетического
ресурса.
Coal mine methane emission info the environment causing tremendous
environmental damage. The solution to this problem is its disposal and use as a
supplementary energy resource.
Ключевые слова
шахтный метан, окружающая среда, атмосфера, парниковые газы,
сокращение выбросов, снижение эмиссии, энергия
coal mine methane, the environment, the atmosphere, the greenhouse
gases reduction release, emission reduction, energy
101