An analysis of the potential use of methane from hard coal mines in a trigeneration system to reduce emissions into the atmosphere

• Autorzy: Borowski Marek , Zwolińska-Glądys Klaudia , Szmuk Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.7494/miag.2023.2.554.7

Warianty tytułu

PL

Analiza możliwości wykorzystania metanu z kopalni węgla kamiennego w układzie trójgeneracyjnym w celu ograniczenia emisji do atmosfery

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Greenhouse gases and their emissions are issues that are being increasingly discussed due to climate change. Next to carbon dioxide, methane is considered one of the most important greenhouse gases. Reducing methane emissions could result in noticeable environmental benefits in a short time. Anthropogenic emissions constitute approximately 60 of total methane emissions and thus solutions to reduce emissions of this gas are most often sought in this sector. The subject of the study is the methane capture system in the “Pniówek” mine, belonging to the Upper Silesian Coal Basin (southern Poland), and the potential for methane management using a trigeneration system. The article discusses the utilization of methane from hard coal mines to reduce its emissions into the atmosphere and as a profitable solution to use the emitted gas. The authors describe a trigeneration system in which methane from the mine is burned in gas engines and used to produce electricity, heat, and cooling energy. This allows for reducing methane emissions into the atmosphere while increasing the efficiency of coal use. The article shows the results of measurements carried out in a hard coal mine in Poland. The presented example indicates the ecological and economic benefits resulting from the use of a trigeneration system.

PL

Z uwagi na zmiany klimatyczne coraz częściej poruszane są zagadnienia dotyczące gazów cieplarnianych i ich emisji. Metan, obok dwutlenku węgla, uznawany jest za jeden z najistotniejszych gazów cieplarnianych, którego ograniczenie emisji może przynieść w krótkim czasie zauważalne korzyści dla środowiska. Emisje antropogeniczne stanowią około 60 całkowitej emisji metanu, stąd też to właśnie w tym obszarze najczęściej poszukiwane są rozwiązania ograniczające emisje tego gazu. Przedmiotem opracowania jest system ujęcia metanu w kopalni „Pniówek” należącej do Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (południowa Polska) oraz możliwości zagospodarowania tego gazu za pomocą silników trójgeneracyjnych. W artykule omówiono możliwość wykorzystania metanu z kopalń węgla kamiennego w celu ograniczenia jego emisji do atmosfery oraz z uwagi na możliwość jego opłacalnego wykorzystania. Autorzy przedstawiają zastosowanie układu trójgeneracyjnego, w którym metan z kopalni jest spalany w silnikach gazowych i wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej, cieplnej i chłodniczej. Pozwala to na zmniejszenie emisji metanu do atmosfery przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności wykorzystania węgla. W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w kopalni węgla kamiennego w Polsce i na tym przykładzie wskazano na ekologiczne i ekonomiczne korzyści wynikające z zastosowania układu trójgeneracyjnego.

Słowa kluczowe

EN

methane emission; emission reduction; economic use; trigeneration system

PL

emisja metanu; ograniczenie emisji; wykorzystanie gospodarcze; układ trójgeneracyjny

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 61, nr 2
• Strony: 7--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Borowski Marek

• AGH University of Krakow al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Zwolińska-Glądys Klaudia

• AGH University of Krakow al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Szmuk Andrzej

• AGH University of Krakow al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Modzelewski W., Nęcki J.: Emisje metanu: wyzwanie dla klimatu, energetyki i prawa. ClientEarth, Prawnicy dla Ziemi, Warszawa 2022, https://www.clientearth.pl/media/fz5hbsnu/2022-01-26-emisje-metanu-wyzwanie-dla-klimatu-energetyki-iprawa.pdf [20.02.2023].
• [2] Jackson R.B., Saunois M., Bousquet P., Canadell J.G., Poulter B., Stavert A.R., Bergamaschi P., Niwa Y., Segers A., Tsuruta A.: Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources. Environmental Research Letters 2020, 15, 071002, http://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/ab9ed2.
• [3] Lan X., Thoning K.W., Dlugokencky E.J.: Trends in globallyaveraged CH4, N2O, and SF6 determined from NOAA Global Monitoring, Laboratory measurements. Version 2022-10, 2022, https://doi.org/10.15138/P8XG-AA10.
• [4] International Energy Agency: Methane Tracker Database, 2022, https://www.iea.org/reports/global-methane-tracker-2022 [20.02.2023].
• [5] Höglund-Isaksson L., Gómez-Sanabria A., Klimont Z., Rafaj P., Schöpp W.: Technical potentials and costs for reducing global anthropogenic methane emissions in the 2050 timeframe – results from the GAINS model. Environmental Research Letters 2020, 2, 025004.
• [6] Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE). Krajowy Raport Inwentaryzacyjny 2022 Inwentaryzacja emisji i pochłaniania gazów cieplarnianych w Polsce dla lat 1988–2020. Raport syntetyczny, Warszawa 2022, https://www.kobize.pl/uploads/materialy/materialy_do_pobrania/krajowa_inwentaryzacja_emisji/NIR_2022_raport_syntetyczny_PL.pdf.
• [7] Borowski M., Szlązak N., Swolkień J.: Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na efektywność ujęcia metanu ze ściany wydobywczej przez system odmetanowania. Wiadomości Górnicze 2016, 67, 9: 526–533.
• [8] United Nations. Economic Commission For Europe, and Methane To Markets Partnership: Best Practice Guidance for Effective Methane Drainage and Use in Coal Mines. New York – Geneva: United Nations, 2010, https://lccn.loc.gov/2010554273 [20.02.2023].
• [9] Nawrat S., Kuczera Z, Łuczak R., Życzkowski P., Napieraj S., Gatnar K.: Utylizacja metanu z pokładów węgla w polskich kopalniach podziemnych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo--Dydaktyczne, Kraków 2009.
• [10] Wyższy Urząd Górniczy: Ocena stanu bezpieczeństwa pracy, ratownictwa górniczego oraz bezpieczeństwa powszechnego w związku z działalnością górniczo-geologiczną w 2022 roku (porównanie od roku 2017). Katowice 2023.
• [11] Borowski M., Życzkowski P., Łuczak R., Karch M., Cheng J.: Tests to Ensure the Minimum Methane Concentration for Gas Engines to Limit Atmospheric Emissions. Energies 2020, 13, 44, https://doi.org/10.3390/en13010044.
• [12] Pawlaczyk-Kurek A., Suwak M.: Will It Be Possible to Put into Practice the Mitigation of Ventilation Air Methane Emissions? Review on the State-of-the-Art and Emerging Materials and Technologies. Catalysts 2021, 11, 1141, https://doi.org/10.3390/catal11101141.
• [13] Gatnar K.: Kogeneracja i trójgeneracyjna na bazie gazu z odmetanowania kopalń – aktualny stan w Jastrzębskiej Spółce Węglowej. XXX Konferencja z cyklu Zagadnienie surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej, Zakopane, 9–12.10.2016 r., https://se.min-pan.krakow.pl/pelne_teksty30/k30_mk_z/k30mk_gatnar_z.pdf [20.02.2023].
• [14] Borowski M., Życzkowski P., Cheng J., Łuczak R., Zwolińska K.: The Combustion of Methane from Hard Coal Seams in Gas Engines as a Technology Leading to Reducing Greenhouse Gas Emissions – Electricity Prediction Using ANN. Energies 2020, 13, 4429, https://doi.org/10.3390/en13174429.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)