O tym, że praca górnika wiąże się z wieloma wyzwaniami nie trzeba przekonywać nikogo. W kopalnianych wyrobiskach panują trudne warunki –  wysoka temperatura, wilgotność, hałas, istnieje także ryzyko wybuchu gromadzącego się tam metanu. Metan spod ziemi należy usuwać i choć istnieje wiele nowoczesnych zabezpieczeń, wciąż pozostaje to jednym z kluczowych problemów branży górniczej, szczególnie w obliczu planowanego nowego rozporządzenia unijnego praktycznie zakazującego jego emisji do atmosfery.

Czy to oznacza wyłączenie z użycia kopalń metanowych w Polsce? Jak przekonuje Uniwersytet Jagielloński, nie musi do tego dojść, jeśli uda się wykorzystać metan w miejscu jego wydzielania do zasilania układu klimatyzacyjnego wyrobiska. W ten sposób można rozwiązać dwa problemy jednocześnie: pozbyć się emisji istotnego gazu cieplarnianego i poprawić warunki pracy górników.

Jak to zrobić? Centrum Transferu i Promocji Technologii (CTiPT) opracowało pierwszą na świecie, przełomową technologię VAMPIRE (Ventilation Air Methane - VAM, przetwarzanie i regeneracja energii - PiRE), działającą w oparciu o modułowy reaktor katalityczny, który na miejscu, w kopalni, przekształca metan z powietrza wentylacyjnego w energię wykorzystywaną do klimatyzacji rejonów wydobywczych. Metan wyrzucany dotąd do wentylacji staje się teraz źródłem energii służącym do zasilania układów chłodzących, jest zatem przetwarzany i wykorzystany w miejscu jego emisji i jak przekonują przedstawiciele UJ, to rewolucyjne podejście zmienia sposób myślenia o gazach cieplarnianych i energii.

Wyjątkowa konstrukcja

Kluczową cechą wymyślonego rozwiązania ma być całkowicie modułowa konstrukcja instalacji, która dzięki temu może zmieścić się w korytarzach kopalni i jest łatwa do transportu. Modułowy jest również jej główny element, czyli reaktor katalityczny, który pozwala na bezpieczne spalanie metanu w niskiej temperaturze. Można go dowolnie składać, jak układankę z klocków, ustawiając jego parametry aż do osiągnięcia zakładanej wydajności w przetwarzaniu powietrza wentylacyjnego.

Koncepcja i wykonanie tego reaktora są wspólnym dziełem naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego pracujących pod kierunkiem prof. Joanny Profic- Paczkowskiej i dr. inż. Romana Jędrzejczyka z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ oraz naukowców kanadyjskich i inżyniera konstruktora mgr. Jacka Dańczaka.

Kolejnym elementem instalacji jest absorber skonstruowany przez firmę DPMTech, który przekształca gorące powietrze wychodzące z reaktora w tzw. wodę lodową zasilającą urządzenia klimatyzacji wyrobiska. Detale dotyczące konstrukcji i przetwarzania ciepła w instalacji stanowią naukowy przełom i są chronione patentem, co świadczyć ma o wyjątkowości tej technologii.

To właśnie te kluczowe elementy umożliwiają efektywne przekształcanie metanu w energię potrzebną do klimatyzacji kopalń.

Samonapędzający się układ

Jak tłumaczą twórcy rozwiązania, technologia VAMPiRE to rozwiązanie, które tworzy samoutrzymujący się układ: powstające w reakcji spalania metanu ciepło jest używane do napędzania samego reaktora, a jego część zużywana jest przez absorber do produkcji tzw. wody lodowej służącej do klimatyzacji wyrobiska, a w rezultacie do poprawy warunków pracy górników.

Na pytanie, czy warto przekształcać metan w dwutlenek węgla, skoro oba gazy są cieplarniane, naukowcy odpowiadają: tak, ponieważ współczynnik cieplarniany dla metanu jest kilkadziesiąt razy większy niż dla dwutlenku węgla. Jak tłumaczą, to leży u podstaw planowanego wprowadzenia zakazu emisji metanu przez UE i dlatego dla klimatu korzystniejsze jest spalenie metanu niż jego emisja do atmosfery.

Technologia VAMPiRE została uruchomiona w Kopalni Doświadczalnej Barbara w Mikołowie, gdzie zaprezentowana została przedstawicielom przemysłu górniczego jako rozwiązanie gotowe do wdrożenia na szerszą skalę w polskich kopalniach metanowych. Działając w warunkach testowych, udowodniła, że możliwe jest nie tylko ograniczenie emisji metanu, ale także efektywne wykorzystanie go do poprawy mikroklimatu w wyrobiskach i makroklimatu zagrożonego przez nieobliczalne w skutkach ocieplenie.

Jak podkreśla UJ, w obliczu nadchodzących regulacji UE dotyczących emisji metanu, wdrożenie technologii VAMPIRE stanowić ma krok milowy w dążeniu do bardziej ekologicznego górnictwa. – To rewolucyjne rozwiązanie, które skutecznie przetwarzając niebezpieczny gaz w cenną energię nie tylko chroni środowisko, ale także przyczynia się do poprawy warunków pracy i bezpieczeństwa w kopalniach – przekonuje uczelnia.