Угольный метан: перспективы добычи и использования — Добыча
В настоящее время в США разработана и внедрена технология извлечения из угольных пластов до 80% содержащегося в них метана.
В настоящее время в США разработана и внедрена технология извлечения из угольных пластов до 80% содержащегося в них метана.
Такая степень извлечения достигается пневмо- и гидродинамическим (с помощью воды, пульпы или специальных растворов) воздействием на пласты, стимулирующим повышенную газоотдачу углей.
Мировые запасы метана угольных плаcтов превышают запасы природного газа и оцениваются в 260 трлн куб. м. Наиболее значительные ресурсы сосредоточены в Китае, России, США, Австралии, ЮАР, Индии, Польше, Германии, Великобритании и Украине.
Масштабная добыча метана уже ведется в США, где создана и действует целая отрасль промышленности по добыче газа из угольных пластов.
За последние 10 лет добыча угольного метана из специальных скважин возросла до 60 млрд куб.
В последние годы начаты интенсивные работы по извлечению метана в Австралии, Китае, Канаде, Польше, Германии и Великобритании.
В Австралии технологии извлечения газа на шахтах и вне горных предприятий разрабатывались параллельно с США, и некоторые компании успешно ведут разработку метана уже с середины 1990-х гг.
Добыча метана ведется горизонтальными скважинами, пробуренными по пласту на расстояние до 1500 м; газ поступает на очистительную фабрику, где в соответствии с техническими требованиями обезвоживается, фильтруется, сжимается и далее по газопроводу высокого давления поступает в ряд населенных пунктов.
В Китае ресурсы метана угольных пластов составляют до 35 трлн куб. м. Интерес к извлечению метана из угольных пластов стал здесь проявляться в начале 1990-х гг. За прошедшие 10 лет китайскими и иностранными специалистами пробурено более 100 опытных скважин на территории угольных бассейнов в восточной части страны.
В настоящее время объем добычи метана в Китае составляет около 5 млрд куб. м. Однако к 2010 г. планируется увеличить годовую добычу до 10 млрд куб. м.
В Канаде начались экспериментальные работы по извлечению метана на участке Паллисер в провинции Альберта. Канадский газовый комитет прогнозирует, что метан угольных пластов, ресурсы которого составляют около 8 трлн куб. м (тогда как ресурсы традиционного газа в стране — 5 трлн куб. м), в будущем станет основным видом добываемого газа в ряде районов Канады.
В Великобритании известная компания Coalgas Ltd ведет добычу метана из двух заброшенных шахт — «Макхрам», расположенной недалеко от г. Мансфилд, и «Ститлей». Компания разработала альтернативный метод извлечения метана посредством его откачки через вентиляционные стволы шахт, куда он поступает из неотработанных угольных пластов.
Таким образом, необходимость, возможность и экономическая целесообразность крупномасштабной добычи метана из угольных пластов подтверждаются опытом ряда стран.
По мнению американских экспертов, это направление будет неуклонно развиваться, и к 2020 г. мировая добыча метана из угольных пластов достигнет 100-150 млрд куб. м/год, а в перспективе промышленная добыча шахтного метана в мире может достигнуть до 470-600 млрд куб. м/год, что составит 15-20% мировой добычи природного газа.
Перспективы добычи и использования угольного метана в России
Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют по различным источникам 100-120 млрд куб. м/год с учетом восточных и северо-восточных бассейнов. Сегодня газообильность выработок составляет около 30-40 куб. м метана на тонну добываемого угля.
На территории России наиболее газоносными являются пласты угля Воркутинского месторождения и Кузнецкого бассейна.
Несмотря на очевидную перспективность, практика использования шахтного метана как энергетического топлива в России находится на уровне 5-10% от общего объема дегазации, хотя ежегодно в странах СНГ дегазационными установками из угольных шахт извлекается и выбрасывается в атмосферу около 3 млрд куб.
м метана, в том числе в России — более 1 млрд куб. м.
Ранее в России шахтный метан в незначительных объемах (47 млн куб. м/год) использовался только в Печорском бассейне, хотя ресурсы метана в угольных бассейнах оцениваются в десятки триллионов кубометров.
Многие районы, в которых находятся угольные бассейны, расположены на значительном расстоянии от месторождений природного газа. Поэтому представляет интерес оценка ресурсов шахтного метана в пластах угольных бассейнов России и начало его промышленной добычи.
Наиболее перспективным в отношении добычи и использования метана в промышленных целях является Кузнецкий угольный бассейн. В октябре 2000 г.
ОАО Газпром и администрация Кемеровской области заключили договор по реализации совместного проекта по добыче метана из угольных пластов Кузнецкого бассейна.
«Организация промышленной добычи газа из угольный пластов чрезвычайно важна для Кемеровской области. Она под силу только такой компании, как «Газпром».
Мы надеемся, что крупнейшая газовая корпорация мира будет и в дальнейшем уделять этому проекту должное внимание, а государство окажет ему достойную поддержку», — заявил недавно губернатор Кемеровской области Аман Тулеев.
В настоящее время в рамках первого этапа экспериментального проекта в Кузбассе на Талдинской площади уже создан и функционирует научный полигон в составе четырех скважин и, необходимой инженерной инфраструктурой.
На основе многолетнего изучения геологоразведочными и научно-исследовательскими организациями метаноносности угольных пластов ресурсы метана здесь оценены в 13 трлн куб. м до глубины 1800 м и в 5-6 трлн куб. м — до 1200 м; наиболее значительные из них находятся в Ерунаковском, Томь-Усинском, Терсинском и Ленинском районах.
Уже в 2008-2009 гг. «Газпром» готов приступить к промышленной разработке шахтного метана в Кузбассе, что позволит региону отказаться от покупки газа у «Газпрома», а газовый концерн, в свою очередь, сможет продавать дополнительные в год свыше 4 млрд куб.
При благоприятной ситуации в сфере налогообложения и высоких ценах на газ к 2020 г. Кузбасс способен выйти на добычу 20 млрд куб. м угольного метана. Этот объем можно будет реализовать в Кемеровской, Новосибирской и Омской областях, а также в Алтайском крае.
При оживлении промышленного производства и развитии энергетики потребление природного газа в Кемеровской области может составить около 32 млрд куб. м/год, весь объем которого предполагается покрыть за счет шахтного метана.
Чтобы оценить объемы и перспективность применения шахтного метана в Кемеровской области, необходимо сказать, что эта программа по объемам эквивалентна разработке месторождения Харасавэя на Ямальском полуострове, а по затратам — на порядок ниже.
Целевым назначением широкомасштабной добычи метана из угольных пластов является полное обеспечение потребностей шахтерских регионов России собственным местным газом, который является наиболее доступным, наиболее дешевым и наиболее экологически чистым резервом из известных газов, альтернативных природному газу.
Области использования шахтного метана
Высокая теплотворная способность позволяет использовать шахтный газ для отопления жилых помещений, для производства электроэнергии и как топливо для автотранспорта.
Как показывает мировой опыт, экономически эффективно использовать угольный и шахтный метан в качестве топлива на теплоэлектростанциях совместно с углем.
В Кузбассе, например, имеется десять крупных тепловых электростанций и 2000 котельных, где может быть применен метод комбинированного сжигания угля и метана. Безусловно, положительным следствием станет и уменьшение при этом загрязнения атмосферы.
Чтобы успешно реализовать проекты по угольному метану, необходимо не просто собирать его и сжигать, но и использовать для получения тепловой и электрической энергии. По расчетам специалистов, наиболее перспективным направлением является использование когенерационных установок на основе газопоршневых двигателей.
Это новая технология для комбинированного производства электроэнергии и тепла на основе автономных двигателей и системы рекуперации тепла, в которой энергия охлаждающей воды и отработанных газов используется для нужд теплоснабжения потребителей. Если шахты сумеют обеспечить себя теплом и электричеством, то себестоимость добычи угля сократится до 30% (в зависимости от доли затрат на электричество в себестоимости).
Так, на шахте «Ментон» (Великобритания) генераторная установка, работающая на метане, полностью обеспечивает потребности шахты в электроэнергии. В ФРГ на начало 2006 г. только в Рурском угольном бассейне работали более 130 контейнерных ТЭС на шахтном газе с установленной мощностью более 200 МВт электроэнергии.
В феврале 2007 г. компания «Север-сталь-ресурс» объявила о начале реализации проекта в Печерском угольном бассейне, в рамках которого с помощью шахтного метана будет производиться электроэнергия на трех газогенераторах мощностью 62 МВт.
Широкому применению угольного метана для выработки электроэнергии и тепла способствует и появление на мировом рынке нового типа двигателей — двигателей Стирлинга. Ранее угольный метан использовался в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Однако для этих типов двигателей требовалось существенная очистка угольного метана, поддержание постоянного процентного соотношения компонентов газа, проведение частых регламентных работ и установка дополнительных фильтров для удовлетворения требований экологических норм.
Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ). В связи с этим, по сравнению с ДВС, в двигателях Стирлинга процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров. Поэтому двигатели Стирлинга идеально соответствуют технологии использования добычи угольного метана.
Применение энергетических модулей с двигателями Стирлинга позволяет использовать напрямую как угольный метан из скважины, так и каптируемый шахтный газ.
Опыт использования двигателей Стирлинга на угольном метане в Китае позволил на порядок сократить выбросы оксидов азота без какой-либо дополнительной обработки выхлопных газов и свести к минимуму расходы на сопровождение генерирующего оборудования.
Стирлинг-генераторы очень эффективны с точки зрения преобразования химической энергии топлива в полезную электрическую энергию, в том числе и на очень низкокалорийных топливах. Современные двигатели Стирлинга достигают электрического КПД более 40%, а в когенерационном цикле с утилизацией тепла выхлопных газов суммарный КПД составляет более 90%.
Поскольку содержание метана в шахтном газе может составлять до 98%, этот газ может быть использован к качестве моторного топлива для автотранспортных средств.
Однако угольный метан, как и другие газовые топлива, имеет низкую объемную концентрацию энергии. При нормальных условиях теплота сгорания 1 л угольного метана составляет 33-36 КДж, в то время как теплота сгорания 1 л бензина составляет 31400 кДж, т.
е. в 1000 раз больше, чем у угольного метана.
Поэтому угольный метан может применяться в двигателях автомобилей как моторное топливо либо в компримированном (сжатом), либо в криогенном (сжиженном) состоянии.
О практике применения сжатого (до 20 МПа) угольного метана в качестве моторного топлива для автомобилей известно достаточно давно.
По оценкам зарубежных специалистов, уже в 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на угольном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов угольных регионов страны.
Анализ результатов исследований токсичности газобаллонных автомобилей, проведенных за рубежом, показывает, что при замене бензина на угольный метан выброс токсических составляющих (г/км) в окружающую атмосферу снизился: по оксиду углерода в 5-10 раз, углеводородам — в 3 раза, окислам азота — в 1,5- 2,5 раза, ПАУ — в 10 раз, дымности — в 8-10 раз, в зависимости от типа автомобиля.
Еще более перспективной технологией является использование сжиженного угольного метана. Сжижение уменьшает объем газа, занимаемый в обычных условиях, почти в 600 раз, что позволяет, по сравнению со сжатием газа, значительно снизить массу и объем системы хранения угольного метана на автомобиле.
Одним из перспективных направлений является использование угольного метана в химической промышленности.
Из него можно производить сажу, водород, аммиак, метанол, ацетилен, азотную кислоту, формалин и различные производные — основы для производства пластмасс и искусственного волокна.
Так, в Китае работает крупный сажевый завод, потребляющий 150 тыс. куб. м/сут. угольного газа, дающий более 10 т сажи. В Японии из угольного метана получают аммиак, а из него — карбамид. С каждым годом области утилизации угольного метана расширяются, разрабатываются новые эффективные способы его переработки и использования.
К сожалению, в России очень медленно приходит понимание того, что шахтный газ — это наше богатство, как нефть и природный газ.
Огромные ресурсы, мировой опыт, технологии и имеющееся оборудование для добычи и использования угольного метана позволили бы ему уже в ближайшем будущем занять достойное место в топливно-энергетическом балансе страны.
Однако в отличие от зарубежных стран, до настоящего времени в России нет даже правовой основы для промышленной крупномасштабной добычи угольного метана, что мешает привлечению инвестиций в этот бизнес.
Так, до сих пор угольный метан не внесен в общероссийский классификатор продукции в качестве самостоятельного полезного сырьевого ископаемого, что не позволяет утвердить для него специальный налоговый режим.
Безусловно, необходима и серьезная государственная поддержка.
Опыт зарубежных стран показывает, что масштабная добыча угольного метана в США, Австралии, Китае началась после того, как государства стали стимулировать данные проекты, предоставив значительные налоговые льготы компаниям, занявшимся извлечением газа из угольных пластов.
Очевидно, это необходимо срочно сделать и в России. Ведь добыча метана угольных пластов не только позволит расширить ресурсную базу «Газпрома», но и будет иметь значительный социально-экономический эффект в рамках всей страны.
По мнению специалистов, утилизация шахтного метана позволит снизить себестоимость добычи угля на шахтах в зависимости от конкретных условий на 3-4%.
Кроме того, это положительно скажется и на других показателях хозяйственной деятельности угледобывающих предприятий.
Во-первых, увеличится масса прибыли на единицу продукции, поскольку возрастает разница между существующей ценой и себестоимостью добычи угля или, что одно и то же, снизятся убытки, и, во-вторых, сократится расход первичного топлива (угля) на внутренние нужды, в результате чего соответственно возрастут угольные товарные ресурсы и стоимость их реализации.
Успешная реализация проектов по добыче угольного метана позволит повысить безопасность труда шахтеров угольных регионов России, создать новые рабочие места и обеспечить производственные и бытовые потребности угольных регионов в газе.
Способы добычи и использования метана угольных пластов
В последние 20–30 лет, как сырьевому энергоресурсу, приоритет принадлежит углеводородам. И в первую очередь — природному газу. Освоение месторождений, его добыча, транспортировка и широчайшее использование во всём мире растёт по экспоненте. Помимо энергетики углеводородное сырьё пользуется всё большим и возрастающим спросом и в сфере газохимии.
Запасы природного газа истощаются, при этом, нанося ещё и вред экологии. Так, запасы природного газа в России исчисляются (по разным источникам) от 35 до 48 триллионов кубометров. Если учесть, что ежегодная добыча природного газа у нас достигает уже порядка 600 миллиардов кубометров (а она ежегодно будет только увеличиваться), то его запасов хватит всего лет на шестьдесят.
Вполне очевидной является проблема поисков альтернативных энергоносителей и ресурсов. Так, во многих развитых странах (США, Канада, Австралия, Китай, Германия, Великобритания, Франция) уже перешли от экспериментальных наработок к промышленному освоению альтернативных источников.
Среди них важное место занимают сланцевый газ и метан угольных пластов — по структуре и качественному составу во многом схожие с природным газом [1].
Вместе с тем, добыча сланцевого газа и метана из угольных пластов значительно отличается от природного газа — как по технологии, так и по трудозатратам. И стоимость условной единицы метана, добываемого из угольных пластов, пока ещё выше природного газа в несколько раз.
А чтобы снизить себестоимость метана, и сделать его конкурентоспособным, требуются новые теоретические и экспериментальные разработки. Немаловажным при этом является ещё и сохранение экологической чистоты. На первых порах всё это требует немалых финансовых затрат, государственной поддержки и серьёзных инвестиций.
Метан угольных пластов представляет собой форму природного газа, содержащегося в пластах угля. О наличии газа в угольных залежах известно давно. Это один из существенных факторов риска в процессе эксплуатации шахт.
Как правило, содержание метана растет с увеличением глубины залегания угля.
Именно поэтому риск аварий, связанных со взрывами на шахтах, будет нарастать по мере выработки пластов угля нижнего залегания [2].
Метан может находиться в угольных пластах как в свободном, так и сорбированном или растворённом видах. При соприкосновении с воздухом и угольной пылью метан имеет свойства образовывать взрывоопасные смеси.
Поэтому газ угольных пластов до недавнего времени считался вредоносным и опасным попутчиком каменных углей, добываемых закрытым (подземным, шахтным) способом. При этом, важнейшей проблемой при добыче угля была его дегазация, то есть устранение газа из горных выработок.
Целью дегазации является снижение поступления газа в горные выработки, предотвращающие его внезапные выделения.
Рис. 1. Схема различных видов дегазации угольных пластовРазличают дегазацию пассивную и активную. При пассивной дегазации источник выделения газа в горные выработки изолируется от шахтной атмосферы, и каптированный газ выводится либо за пределы опасного участка в струю воздуха для его разжижения до допустимых предельных норм, либо выбрасывается на поверхность.
Активная дегазация (рис. 1) предусматривает процессы сбора и изолирования газа, с выводом его на поверхность, вакуумными способами — специальными искробезопасными вакуумными насосами по вентиляционным каналам. Наиболее эффективными способами активной дегазации угольных пластов считается заблаговременная дегазация на предполагаемых шахтных разработках, обычно за 3-8 лет до начала активной добычи угля.
В таких случаях с поверхности бурятся вертикальные скважины, достигающие угольных пластов, а от них — уже забуриваются наклонно-горизонтальные — по простиранию шахтного поля.
Максимальная эффективность предварительной дегазации угольных пластов, по оценке специалистов, достигает 50-60%.
Начало было положено ещё в середине 1950-х годов. А в 1961 году, впервые в мире, на одной из шахт Карагандинского угольного бассейна были осуществлены опытные испытания заблаговременной дегазации шахтного поля с обработкой пластов методом гидравлического расчленения.
В результате происходит понижение уровня содержания метана, что приводит к значительному сокращению рисков аварий.
Скважина для добычи метана из угольных пластов обычно характеризуется низкими дебитами.
Для максимального увеличения площади дренирования приток из скважин интенсифицируют несколькими способами. Самым распространенным способом интенсификации является гидравлический разрыв пласта. Причем эта технология применима для разного рода условий в угольных пластах.
Гидравлический разрыв пласта проводят для образования новых или раскрытия уже существующих трещин с целью повышения проницаемости призабойной зоны пласта и увеличения производительности скважины. В процессе гидроразрыва специальную технологическую жидкость нагнетают в пласт под высоким давлением, достаточным для того, чтобы вызвать разрыв этого пласта.
На следующем этапе гидроразрыва пласта в жидкость разрыва добавляют расклинивающий агент — пропант.
Пропант распределяется в трещинах для предотвращения их закрытия после завершения операции. В качестве расклинивающего материала используют натуральные пески и искусственные керамические пропанты.
При этом в мировой практике в большинстве проводимых операциях гидроразрыва применяют кварцевый песок. Это во многом обусловлено его доступностью, относительно низкой стоимостью и пригодностью для различных пластовых условий.
Подача песка обязательна как во вновь созданные, так и в существовавшие в пласте трещины, раскрытые при гидроразрыве [3].
После добычи метан проходит очистку от механических примесей (угольной пыли; песка, использованного при гидроразрыве пласта) и других газов, а затем может быть направлен по трубопроводам к потребителю, либо пройти процесс сжижения, и также может быть направлен потребителю.
Существует два основных направления химической переработки и использования метана угольных пластов (рис. 2):
— прямая конверсия метана в необходимые продукты за счет получения хлорзамещенного метана — хлорметила, метиленхлорида, хлороформа, четыреххлористого углерода и ряда других продуктов, а также нитрометана;
— поэтапная конверсия метана, через получение синтез-газа, который является первичным продуктом переработки метана.
Из синтезгаза получают метанол, синтетический бензин, дизельное топливо, диметиловый эфир и другие химические продукты, которые необходимы для производства полимеров. Метан угольных пластов — это ресурс, который становиться всё более значимым чистым энергоносителем, а технологии его — реальностью в глобальном масштабе.
Добыча метана из угольных пластов является инновационным проектом и имеет общегосударственное значение. Промышленная добыча метана угольных пластов в ведущем угледобывающем регионе России — Кузбассе свидетельствует о создании новой газовой подотрасли, которая позволяет повысить безопасность подземной добычи угля, создать более надёжную энергетическую базу и инфраструктуру для дальнейшего социально-экономического развития, дополнительные рабочие места и улучшить экологическую обстановку в регионе.
Список литературы:
1. Johnson A. Coalbed Methane: Clean Energy of the World.
// Oilfield Review, 2009. – V. 21. – P. 4-17.
2. Золотых, С.С. Проблемы промысловой добычи метана в кузнецком угольном бассейне / Золотых, С.С., Карасевич, А.М. – М.: ИСПИН, 2002. – 570 с.
3. Тагиев С.М. Добыча метана угольных пластов в мире и перспективы добычи в Кузбассе // Materials of XI International Research and Practice Conference. – Sheffield UK, 2015. V. 10. – P. 77-80.
Авторы: Войтов Михаил Данилович, профессор каф. СПСШиРМПИ , к.т.н.
Шишков Роман Игоревич, студент каф. СПСШиРМПИ
Тагиев Санан Мехман оглы, студент каф. ОПИ, e-mail: [email protected], тел.: +7-951-166-51-55
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000,
Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
Угольные шахты выбрасывают больше метана, чем нефтегазовый сектор, исследование показало, что
Выбросы метана из угольных шахт могут более чем в два раза превысить предыдущие оценки, согласно новому исследованию.
Промышленность по добыче ископаемого топлива считается одним из крупнейших источников атмосферного метана, главным образом из-за утечек при добыче нефти и газа.
Тем не менее, новая статья, опубликованная в Журнале чистого производства, предполагает, что добыча угля на самом деле может вносить больший вклад в уровни парниковых газов, при этом выбросы значительно возрастут в ближайшие годы.
Это становится еще более очевидным при учете воздействия старых угольных шахт, которые продолжают просачиваться метаном еще долгое время после того, как были заброшены. На сегодняшний день попытки ограничить выбросы метана из шахт ограничены.
Авторы нового исследования говорят, что в имеющихся данных имеются значительные пробелы, и их результаты основаны на экстраполяции данных только тех стран, по которым было доступно достаточно информации.
Тем не менее, их выводы являются последними в череде статей, в которых предполагается, что выбросы метана от промышленности по добыче ископаемого топлива были «сильно недооценены».
Шахтный метан
Метан образуется из природных источников, таких как водно-болотные угодья, а также в результате деятельности человека, такой как сельское хозяйство и добыча ископаемого топлива.
Хотя существует значительная неопределенность в отношении вклада ископаемого топлива, который составляет примерно пятую часть от общего объема, в предыдущей работе предполагалось, что добыча нефти и газа вносит наибольший вклад.
Между тем, уголь, который выделяет на 75 % больше CO2, чем газ на единицу энергии, относительно недооценивается, когда речь идет о метане, гораздо более мощном парниковом газе.
Вид с воздуха на угольный разрез Белхатув, Польша. Фото: Лукаш Щепански / Alamy Stock PhotoНо и уголь может быть источником метана. Газ выходит из угольных пластов и часто отводится через вентиляционные системы, чтобы обеспечить безопасные условия для горняков.
Шахтный метан (ШМ) изучен относительно недостаточно. Но в своем последнем обзоре мировой энергетики (WEO), опубликованном в ноябре 2019 года, Международное энергетическое агентство (МЭА) попыталось дать количественную оценку общемировой сумме, установив цифру в 40 млн тонн (Мт) в год на действующих угольных шахтах.
МЭА сообщает, что страны с более глубокими угольными шахтами и меньшим надзором со стороны регулирующих органов имеют более высокие уровни этих «косвенных» выбросов метана, причем Китай, безусловно, является крупнейшим источником.
Принимая во внимание его влияние на климат по сравнению с CO2, освещение отчета в СМИ сравнило эти выбросы с совокупным воздействием секторов международной авиации и судоходства. Оценка выбросов угольных шахт МЭА также составляет примерно половину от 79 млн т, которые были оценены для нефтегазовых операций в 2018 году9.0003
Тем не менее, по оценкам нового исследования, объем метана в 2020 году будет намного выше, около 135 млрд кубометров (млрд кубометров), что соответствует примерно 92 млн тонн метана.
Авторы также отмечают, что они впервые разработали методологию оценки глобальных выбросов метана от старых участков добычи, предполагающую значительную роль метана из заброшенных шахт (AMM), который в прошлом в значительной степени игнорировался.
С учетом этого выбросы угольного метана в 2020 году возрастут до 114 млн тонн.
Авторы говорят, что, используя их базовый 2010 год, выбросы метана также были выше, чем в других недавних широко цитируемых исследованиях и инвентаризациях.
Они подсчитали, что общий объем за этот год составил 85 млн тонн, что примерно на 50% выше, чем у Системы данных о выбросах Сообщества (CEDS), и в два раза превышает значение Базы данных выбросов для глобальных атмосферных исследований (EDGAR).
Неопределенное моделирование
Чтобы получить свои обновленные оценки, исследователи разработали новую модель для расчета ШМ.
Основной расчет прост – умножение добычи угля или тонн угля на коэффициент выбросов, который показывает, сколько метана выделяется (в кубических метрах) на каждую тонну добытого угля.
Поскольку данные о добыче угля относительно одинаковы во всех исследованиях, д-р Назар Холод из Объединенного научно-исследовательского института глобальных изменений, который руководил исследованием, сообщил Carbon Brief, что их более высокая оценка выбросов метана в первую очередь является результатом используемого ими коэффициента выбросов.
В некоторых исследованиях содержание газа в добытом угле принимается как простой коэффициент выбросов, но он не учитывает весь метан, выходящий из окружающих пластов. По словам Холода, установление «коэффициента выбросов», умноженного на содержание газа, может дать более реалистичную оценку общих выбросов метана.
Национальных данных для расчета этой цифры очень мало, и Холод говорит, что МЭА не предоставляет коэффициенты выбросов, которые они используют, или детали того, как они их рассчитали.
Его команда основывала коэффициент коэффициента выбросов на относительно подробных данных по угольным шахтам США и Украины, которые, по словам Холода, единственные доступные. Это привело к значению 1,7, которое находится в пределах диапазона, установленного в предыдущей работе.
Умножение этого значения на оценки содержания газа в угле дало команде коэффициенты выбросов, необходимые для анализа.
Однако остается много неопределенности из-за таких вопросов, как измерение метана, а также тип угля и глубина шахт.
Все это может сильно различаться между странами, тогда как это исследование опиралось на глобальную экстраполяцию данных США и Украины.
В исследовании Холод и его команда отмечают, что с учетом этих неопределенностей уровни ШМ могут быть примерно на треть выше или ниже расчетного значения. Помимо улучшения сбора данных на угольных шахтах, они также упоминают возможность использования спутниковых данных для независимой проверки оценок выбросов с помощью наблюдений.
Доктор Мариэль Сонуа, возглавляющая Глобальный бюджет метана и не участвовавшая в новом исследовании, сообщила компании Carbon Brief, что из-за различных усложняющих факторов расчет глобальной оценки содержания угольного метана является очень сложной задачей. Она также говорит, что фигура Холода не так далека от предыдущих попыток, как кажется на первый взгляд:
«Если вы возьмете их неопределенность и объедините эту неопределенность с другими оценками, в какой-то момент произойдет совпадение».
«Часть головоломки»
Холод говорит, что их работа «выявила много пробелов в сборе данных и отчетности», но говорит, что его команда не первая, кто предположил, что данные о выбросах метана в отрасли добычи ископаемого топлива занижаются.
В частности, он указывает на недавнюю широко разрекламированную статью под руководством доктора Бенджамина Хмиля, в которой предполагается, что выбросы метана от ископаемого топлива могут быть на 25-40% больше, чем предполагалось ранее. «Доктор Хмиэль и его коллеги использовали разные методы, но пришли к очень похожему выводу», — говорит он.
Экспертный анализ прямо на ваш почтовый ящик.
Получите сводку всех важных статей и статей, отобранных Carbon Brief, по электронной почте. Узнайте больше о наших информационных бюллетенях здесь.
Получите сводку всех важных статей и статей, отобранных Carbon Brief, по электронной почте. Узнайте больше о наших информационных бюллетенях здесь.
Хмиэль сообщает Carbon Brief, что он согласен с тем, что новый документ дополняет его работу, в которой не удалось провести различие между выбросами угля, нефти и газа.
Однако, по его словам, уголь является лишь «частью головоломки» и сам по себе недостаточен для объяснения расхождений между запасами метана. «Выбросы от нефти и газа, вероятно, также выше, чем сообщается», — говорит он.
Улавливание газа
Основная цель исследования Холода и его коллег состояла в том, чтобы заглянуть в будущее и спрогнозировать вклад угольных шахт в будущие выбросы метана.
Он был основан на «срединном» сценарии социально-экономического развития SSP2 с различными репрезентативными путями концентрации (RCP) для учета различных уровней климатического воздействия и, следовательно, добычи угля.
Исследование показало, что метан при добыче угля продолжает расти по большинству направлений, хотя в сценарии с низким уровнем выбросов (РТК2.6, что соответствует потеплению ниже 2°C) после 2020 года выбросы ШМ снижаются (см. диаграмму ниже).
Несмотря на то, что выбросы от действующих шахт по-прежнему имеют тенденцию к увеличению, анализ показывает, что включение АММ в учет метана имеет важное значение.
Выбросы ШМ связаны с добычей угля, но выбросы от заброшенных площадок, скорее всего, продолжат расти или, по крайней мере, останутся постоянными, даже если будут предприняты радикальные меры по борьбе с изменением климата.
Диаграммы, показывающие выбросы метана при различных сценариях RCP. Несмотря на то, что ожидается, что выбросы метана из угольных шахт (ШМ) и метана из заброшенных шахт (АММ) в ближайшие десятилетия возрастут, на АММ агрессивные меры по смягчению последствий влияют в меньшей степени, чем на ШМ. Все линии основаны на «срединном» сценарии социально-экономического развития (SSP2), где более темные цвета соответствуют более экстремальным воздействиям на климат, включая сокращение добычи угля. Источник: Холод и др. (2020)
Прогнозы подчеркивают важность предотвращения выбросов метана из угольных шахт. Однако в настоящее время стратегии либо хранения газа для производства энергии, либо его сжигания не находят широкого применения.
По оценкам МЭА, около 45% выбросов метана в нефтегазовой отрасли можно было бы избежать без каких-либо чистых затрат или даже с отрицательными затратами, учитывая возможность получения прибыли от улавливаемого газа.
«С углем это действительно сложно сделать», — говорит Дэйв Джонс из аналитического центра по климату Ember, ранее известный как Sandbag, в интервью Carbon Brief. Он говорит, что в отличие от нефти и газа, метан из угля не выделяется в чистом виде, и его улавливание может быть дорогостоящим.
По данным МЭА, воздух, проходящий через шахтные вентиляционные системы, содержит менее 1% метана.
Для «Холод» это еще раз подчеркивает необходимость улучшения сбора данных:
«При закрытии действующих шахт важно сохранить информацию о шахте и подготовить шахту к добыче АММ в будущем… ясно, что метан из закрытых шахт будет проблемой на долгие годы».
Ссылки из этой истории
Угольные шахты выбрасывают больше метана, чем нефтегазовый сектор, исследование показало
Комментарии
Просмотр комментариев (3)Закрыть комментарии
Знакомство новичка с метаном угольных пластов — Расширение МГУ по качеству воды
Кимберли Робинсон и доктор Джим Баудер (2001)
Ассистент, научный сотрудник, аспирант соответственно
Важным компонентом природного газа является вещество, называемое метаном (Ch5).
Метан — это газовое соединение, образующееся при геологическом превращении органического материала.
в уголь. Когда процесс конверсии угля и метана происходит так, что уголь
насыщается водой, а метан задерживается в угле, в результате получается «уголь
метан угольных пластов». Метан угольных пластов (CBM) представляет собой то же соединение, что и природный газ, только что полученный
из другой геологической ситуации. Газ имеет широкий спектр энергетических
использования, а в связи с текущим энергетическим кризисом и относительно высокими ценами на топливо увеличилось
внимание было уделено развитию этого ресурса.
Метан обычно считается более чистой формой энергии, чем традиционный уголь и
масло. Затраты на разведку МУП низкие, а скважины, используемые для добычи МУП, рентабельны.
сверлить. Поскольку плотность метана меньше плотности кислорода, он поднимается на поверхность в виде воды.
давление в угольном пласте снижается за счет откачки.
Разведка и добыча МУП не является новой отраслью. На самом деле добыча МУП происходило во всем мире на протяжении многих лет. Однако США только недавно признали МУП как легкодоступный источник энергии, и разведка ведется во многих частях нация, чтобы найти МУП относительно близко к поверхности земли. По данным ЦБМ Ассоциация Алабамы, 13% земель в нижних 48 штатах США имеют некоторое количество угля под метан, и почти весь этот уголь содержит метан либо в той форме, которую мы знаем как природный газ или как МУП.
В Вайоминге полным ходом идет развитие индустрии муп, а в
Монтана приостановлена, пока пишется Заявление о воздействии на окружающую среду и ведется судебный процесс.
решается. Коридор Паудер-Ривер в Монтане и Долина реки Язык
на юго-востоке Монтаны рассматриваются как горячие точки для будущего развития МУП. Таким образом,
Добыча метана в настоящее время является проблемой, которая привлекает большое внимание в Монтане.
Добыча метана из угольных пластов вызывает споры. Добыча CBM включает
откачка больших объемов воды из угольных пластов для сброса давления воды
который задерживает газ внутри угля. Количество, качество и рассеивание этой воды
является источником многих дискуссий. Ожидается, что каждая скважина даст от 5 до 20
галлонов воды в минуту. Если бы скважина производила 12 галлонов в минуту, это было бы
всего 17 280 галлонов воды в день для одной скважины.
Продуктовая вода, хотя и приемлемая
для питья или поения домашнего скота, имеет умеренно высокую соленость и часто
очень высокая опасность натрия, основанная на стандартах, используемых для пригодности орошения. При рассмотрении
в качестве ирригационного источника или при распределении по земле вода качества CBM может изменить
физические и химические свойства почвы; это также может ограничить долгосрочную производительность
чувствительных пастбищных видов. С положительной стороны, если правильная практика управления
и процессы биоремедиации могут быть определены, вода продукта CBM может служить ценным
дополнение к существующим запасам оросительной воды, так как запасы оросительной воды почти
всегда в ограниченном количестве и нежелательного качества к середине лета в
юго-восток Монтаны.
В зависимости от типа почвы, сброс воды в одиночку часто не подходит
для орошения, за исключением очень строгого управления или на самых грубых почвах.
В Университете штата Монтана проводятся многогранные исследования. Бозман пытается
найти лучшие способы управления продукцией CBM. Первая цель – определить стандарты
и критерии, которым должны соответствовать сбрасываемые воды для сброса в водные пути и на суше
распространение. Исследования будут сосредоточены на определении приемлемых и устойчивых руководящих принципов.
норм смешивания воды МУП с поливной водой из реки Паудер на летний период
периоды полива. Второй аспект исследований МГУ сосредоточен на использовании искусственных
водно-болотные угодья и особые растительные сообщества для смягчения последствий сброса воды.