Rząd szuka miliona ton węgla w tajemniczym i niebezpiecznym świecie hałd. ''Węgiel wcale nie jest tam najciekawszy i najcenniejszy"

Samozapłony, podziemne pustki, niekontrolowane reakcje tworzące nowe substancje. Metale rzadkie i pożądane. Rozkopywanie hałd może być niebezpieczne i kosztowne, a ich gaszenie długie i skomplikowane. - Trudno przewidzieć, gdzie w takiej hałdzie koncentruje się węgiel - mówi dr hab. Łukasz Kruszewski z Polskiej Akademii Nauk.

Informację o tym, że rząd szuka brakującego węgla w odpadach pogórniczych jako pierwsza podała Rzeczpospolita. Z gazety dowiadujemy się, że pierwsze instalacje odzysku węgla z hałd miałyby zostać uruchomione jeszcze w tym roku - nad tym projektem Jacek Sasin kazał pracować kilka miesięcy temu. Każda z dziesięciu wytypowanych do projektu hałd ma dać 100 tys. ton węgla.

- Palenie odpadem węglowym to bandytyzm i złamanie wszelkich norm. Wszyscy zapłacimy za to zdrowiem - mówił Gazeta.pl Andrzej Guła z Polskiego Alarmu Smogowego.

- Nawet nie wiadomo, co się dokładnie w takiej hałdzie znajduje - komentował Mariusz Marszałkowski z BiznesAlert.pl i wątpił w jakość węgla, który można znaleźć na hałdach.

O tajemniczy świat hałd zapytaliśmy dra hab. Łukasza Kruszewskiego z Instytutu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk.

Dominik Szczepański: Polski rząd chce wykopać milion ton węgla rocznie z hałd pogórniczych. Jak wygląda taki proces?

Dr hab. Łukasz Kruszewski, Instytut Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk: Z tego co wiem, odzysk węgla z hałd trwa już w Polsce od jakiegoś czasu.

I ma sens?

Dużo zależy od tego, w jakim stanie termicznym jest dana hałda. Poza tym węgiel nie jest jedynie paliwem. Może stanowić źródło znacznie ciekawszych materiałów, o czym opowiem później. 

Natomiast samo rozkopywanie hałd może być niebezpieczne. Zdarza się, że w jego trakcie dochodzi do zapalenia świeżo odsłoniętych porcji węgla.

Co to oznacza?

To niezwykle złożone zjawisko. Rozpoczyna się od samozagrzewania - z jednej strony wynikającego z procesu utleniania materii organicznej przez tlen atmosferyczny, a z drugiej - z procesów życiowych mikroorganizmów, czyli np. oddychania. 

Oba procesy generują reakcje chemiczne. Mówiąc prosto - do otoczenia wydziela się ciepło. Jeśli takie samozagrzewanie będzie trwało odpowiednio długo i jeśli mamy obok siebie odpowiednie rodzaje węgli - chodzi o ich części składowe znane jako macerały - to pojawi się samozapłon. Ale wciąż są luki w wiedzy dotyczącej tych procesów, niektóre kwestie nie zostały wyjaśnione, potrzebna dalszych badań. Tym bardziej, że takie procesy mogą zachodzić również w środowisku naturalnym, co znamy choćby z Chin, USA, Australii, czy Tadżykistanu. Takie objęte pożarem lub już wypalone strefy mogą zajmować obszary większe niż 1000 km kw.

Czyli grzebanie w hałdach powoduje, że oprócz fragmentów węgla odsłaniane są nowe porcje potencjalnie nieprzepalonego materiału?

Tak. Zwiększa się dostęp tlenu i hałdy mogą, choć nie muszą, się rozpalić. Dużo zależy także od tego, jakie rodzaje węgla są tam zdeponowane, bo węgiel węglowi nierówny.

Jak wygląda pożar hałdy? 

Proces samozapłonu uruchamia dalsze procesy, w które zaangażowane są duże ilości rozmaitych i ciekawych minerałów oraz skał. To np. procesy ekshalacyjne - takie same jak zachodzące w obrębie fumaroli na wulkanach - i polegające m.in. na interakcji gorących i chemicznie reaktywnych gazów ze skałami odpadowymi.

Inny proces to tzw. wietrzenie hipergeniczne, czyli powierzchniowe. Tutaj z kolei materiały przeobrażają się w trakcie kontaktu z atmosferą. 

Przy okazji procesów pożarowych mogą tworzyć się podziemne pustki. 

Są groźne?

Można się w nie po prostu zapaść. 

Znamy jednak w Polsce przykłady rekultywacji hałd, choć niestety jest to proces trudny, kosztowny i nie zawsze skuteczny. Istotnym produktem pożarów są głównie skały pirometamorficzne.

Czyli?

Produkty wysokotemperaturowych przeobrażeń skał odpadowych. Stanowią je głównie tzw. klinkiery, materiały podobne do cegły, ale znacznie bardziej odporne, szczególnie termicznie. Te klinkiery, a także inne skały pirometamorficzne stosuje się na przykład jako podsypkę pod drogi czy wały kolejowe. 

Wspomniał pan o ryzyku samozapłonu. Łatwo ugasić płonącą hałdę?

Nie. To długi i kosztowny proces, choćby dlatego, że nie używa się do tego celu wody. Ta niesie bowiem w sobie rozpuszczony tlen, a więc paliwo do rozpalenia kolejnych porcji węgla. W gaszeniu hałd stosuje się np. wapno, ale przede wszystkim tzw. płuczki ilaste - zawiesiny, które po zastygnięciu izolują strefy pożarowe i zapobiegają ich rozprzestrzenianiu. W ponad 90 proc. przypadków palą się hałdy stare. Usypywano je w czasach, gdy nie były znane techniki pozwalających na skuteczne odseparowanie węgla od skały płonnej. 

Jak długo może palić się hałda?

70 lat, a może i dłużej. Przeobraża się ona wtedy chemicznie i fizycznie. I znów – zbyt mało jest badań dotyczących datowania takich pożarów, a więc istnieje potrzeba uzupełnienia tej luki informacyjnej poprzez nowe projekty badawcze.

Czy węgiel pozyskany z hałd nadaje się do spalania?

Nie badałem węgla z hałd pod kątem typowych parametrów, czyli popielności czy np. zawartości siarki. 

Znaczna część hałd po wydobyciu węgla, a na Górnym Śląsku jest ich podobno ponad 200, nigdy nie uległa zapłonowi. Co nie znaczy, że to się nie zmieni. Zmierzam do tego, że jeśli taki węgiel się nie przepalił, to nie utracił swoich właściwości i jest dalece podobny do węgla, który wydobywa się w kopalniach.

Problem polega jednak na tym, że nie da się do końca przewidzieć, gdzie w takiej hałdzie węgiel się koncentruje. Chyba, że wykona się np. badania geofizyczne. Wynika to z faktu, że w dawnych czasach hałdy usypywano raczej w sposób chaotyczny. Dodatkowo, można powiedzieć, że hałdy żyją swoim życiem, działają trochę jak komin, oddychają, a to może zmieniać ich stan termiczny.

Co można znaleźć na hałdach oprócz węgla?

Zależy, o których hałdach mówimy. 

Jeśli o tych niepłonących, to będą to te same materiały, które występują w kopalniach. Z tą różnicą, że zostały wymieszane. Spotkamy tutaj także powszechnie piryt, czyli disiarczek żelaza (II). Obficie pokrywa zarówno niektóre fragmenty węgli, jak i skałę płonną w postaci łupku. Utlenianie tego pirytu może dać początek nieszkodliwym siarczanom – głównie magnezowym – które czasem powodują zabielenie powierzchni takich hałd. Piryt rzutuje też na proces spalania, ponieważ jest jego katalizatorem. 

Jeśli chodzi o hałdy płonące, są one istnym laboratorium. Temperatury w niektórych miejscach przekraczają tam 1200 stopni Celsjusza. Skały odpadowe częściowo lub całkowicie się topią, a potem zastygają jako zupełnie nowe twory. Powstają nowe minerały, a w niektórych z nich występują związki amonowe, siarczany i chlorki, czy też siarka pierwiastkowa. 

To problem?

Niekoniecznie. Związki te mogą utrudniać odzysk, ale, co ważniejsze, muszą zostać usunięte przed spalaniem pozyskanego węgla. 

Dlaczego?

Nie jestem specjalistą w dziedzinie odzysku węgla, ale obecność takich związków na pewno będzie wpływać na jakość węgla jako paliwa.

Na hałdach płonących będzie oczywiście węgla mniej niż na niepłonących.

A na hałdach, które się już wypaliły?

Tam węgla jest, generalnie, bardzo mało, a gros materiałów to wspomniane już skały pirometamorficzne i niewielkie ilości łupków.

Co z substancjami niebezpiecznymi? Znajdziemy je na hałdach?

Nie ma tutaj prostej odpowiedzi, bo tak jak procesy pożarowe są na hałdach złożone, tak i w tym przypadku nie mamy zerojedynkowości. Natura bardzo nie lubi „rozwiązań 0-1". Na hałdach, które się wypaliły, tych substancji może być mniej niż w węglu prosto z kopalni, bo zostały odprowadzone w toku procesów uruchomionych przez pożary. Ale niektóre wytrąciły się z powrotem na hałdy, przez co mogą pozostawać tam unieruchomione. 

Nie ma natomiast możliwości, aby węgle na hałdach szczególnie różniły się, na przykład pod kątem koncentracji różnych metali, od węgli pochodzących prosto z kopalni. Zdarzają się oczywiście anomalie, ale szczególnie w Azji, niekoniecznie w Polsce.

Da się oddzielić od węgla substancje toksyczne?

Tak, obstawiam jednak, że to kosztowny proces.

Ale tak naprawdę wcale nie węgiel jest w hałdach najciekawszy i najcenniejszy.

A co?

Po pierwsze: pierwiastki krytyczne, inaczej nazywane strategicznymi. To głównie cenne półmetale i metale. 

Jakie to pierwiastki?

German, który jest półprzewodnikiem wykorzystywanym do produkcji m.in. światłowodów; gal - stosowany w stopach, spoiwach, półprzewodnikach czy tranzystorach, kobalt - wykorzystywany w bateriach. Ale w hałdach znajdują się również potencjalnie podwyższone koncentracje metali ziem rzadkich, tzw. REE (od ang. rare earth elements). Ich największymi złożami na świecie dysponują obecnie - przynajmniej według większości danych - Chiny

Do czego są wykorzystywane?

Jednym z metali z grupy REE jest dysproz. To obecnie jeden z najlepszych materiałów do produkcji baterii w elektrowniach wiatrowych. Zatem na hałdach mamy paradoks: z jednej strony leżące tam odpady mogą kojarzyć się z potencjalnym zagrożeniem, z drugiej - mogłyby stać się podwalinami zielonej energii. Nadal jednak potrzeba większej ilości badań w tej dziedzinie

Warto zwrócić uwagę na to, co z węglami i odpadami po ich wydobyciu robi się na świecie. Niektóre kopalnie na Dalekim Wschodzie wydobywają węgiel celem odzysku rzadkich metali (cez) i półmetali (german i antymon). Z kolei w jednym ze swoich stanów Amerykanie wykryli podwyższone stężenie REE w odpadach po wydobyciu węgla. Jednak stężenie to było niewystarczające, aby opłacało się je odzyskiwać przy pomocy obecnych technologii. Opracowano więc nową, bardziej opłacalną technologię i zaczęto proces odzysku. W moim odczuciu to właściwy kierunek, w którym powinien iść świat, jeśli chodzi o hałdy. To tak zwany re-mining. 

Czy w Polsce się to robi?

Z tego co wiem, to nie. Potrzeba dużej liczby danych, aby stwierdzić, na ile materiały zalegające na hałdach nadawałyby się do ekonomicznie opłacalnego odzysku.

Więcej o: