Revitalizácia nevyužívaných geotermálnych vrtov

Na Slovensku sa nachádza väčší počet nielen neúspešných geotermálnych vrtov, ale aj vrtov po ťažbe zemného plynu. Väčšina z nich je zakonzervovaná, nenachádzajú však žiadne možnosti uplatnenia. Cestou k ich revitalizácii by mohol byť výskum a aplikácia konverzie organického materiálu v prostredí superkritických tekutín.

Spracovanie materiálov v prostrediach superkritických tekutín je efektívny, progresívny a environmentálne akceptovateľný prostriedok dezintegrácie materiálov, ktorých spracovanie konvenčnými metódami je nerentabilné. Táto technológia neprodukuje nebezpečné oxidy dusíka, síry alebo dioxíny, ktoré vznikajú spaľovaním takýchto surovín. Suroviny s vysokým obsahom vody je energeticky náročné spaľovať alebo splyňovať, zatiaľ čo v prostredí superkritických tekutín toto negatívum zaniká. Veľkou výhodou je tiež rádovo menšia zastavaná plocha zariadení, keďže samotný konvertor a časť strojného zariadenia je pod zemou. Medzi vstupné suroviny, ktoré môžu byť spracovávané takouto technológiou patria tieto:

Poľnohospodárska biomasa

Ročná produkcia hustosiatych obilnín na Slovensku na ploche viac ako 630 tis. ha predstavuje viac ako 1,6 mil. ton. Z tejto produkcie je potrebné podľa odborných odhadov odrátať biomasu využívanú iným spôsobom (slamu na kŕmenie, podstielanie,...), a tým je možné na energetické účely využiť asi 40% (670 tis. ton) biomasy. Ročná produkcia ostatných druhov biomasy (slama pri pestovaní kukurice na zrno, repky, slnečnice,...) na Slovensku na ploche viac ako 870 tis. ha predstavuje hmotnosť asi 1,85 mil. ton. Z toho je možné na energetické účely využiť asi 70% (1,3 mil. ton). Celkový energetický potenciál oboch druhov biomasy je asi 28 PJ.

K tejto hodnote je možné pripočítať ešte energetický potenciál výliskov a výpalkov z výroby biopalív. Ročne sa pri výrobe biopalív vyprodukuje asi 400 tis. ton odpadu čo predstavuje energetický potenciál 8,4 PJ. Celkový technicky využiteľný energetický potenciál je potom 36,4 PJ/rok.

Lesná biomasa

Ročná ťažba dreva na Slovensku presahuje 10 mil. ročne, pri ktorej sa vyprodukuje viac ako 1,8 mil. ton drevnej hmoty. Okrem toho sa pri spracovaní drevnej hmoty vytvorí asi 1,4 mil. ton drevného odpadu. Na energetické účely je teda možné využiť asi 3,2 mil. ton drevného odpadu. Pri uvažovaní priemernej výhrevnosti 11 MJ/kg môžeme získať energetický potenciál viac ako 35 PJ/rok.

Účelovo pestovaná biomasa

Na Slovensku je asi 200 tis. ha neobrobenej pôdy, na ktorej by bolo možné pestovať účelovo pestované rýchlo rastúce dreviny ako napríklad vŕba, topoľ, láskavec alebo štiavec. Priemerná výťažnosť účelovo pestovanej biomasy sa pohybuje okolo 10 t/ha. Pri priemernej výhrevnosti 11 MJ/kg to dáva technicky využiteľný potenciál 22 PJ/rok. Exemplárne zloženie energeticky využiteľnej biomasy sa nachádza v tabuľke. Takýmto spôsobom by bolo možné získať obnoviteľný energetický zdroj, ktorý by bol vhodný pre dezintegráciu v superkritických podmienkach.

Komunálny odpad

Na Slovensku sa ročne vyprodukuje takmer 1,8 mil. ton odpadu, z toho viac ako 50% je organického pôvodu a teda možno ho dezintegrovať v superkritických podmienkach. Takýmto spôsobom je však možné odbúrať aj existujúce skládky a tým minimalizovať ich vplyv na životné prostredie. Výhrevnosť komunálneho odpadu spaľovaním môže dosahovať výhrevnosť nekvalitného hnedého uhlia, teda až 10 MJ/kg. Pri uvažovaní úplného rozloženia organických zložiek je odhadovaný potenciál na úrovni 9 PJ/rok.

Hnedé uhlie a lignit

Na Slovensku sa nachádzajú zásoby hnedého uhlia a lignitu, ktoré sa ťažia v týchto lokalitách:

• 1.      Hornonitrianske bane - zásoby 60 mil. ton, ročná ťažba 2 mil. ton ročne
• 2.      Baňa Čáry, Záhorie - zásoby 25 mil. ton, ročná ťažba 0,5 mil. ton ročne
• 3.      Baňa Dolina, Veľký Krtíš - zásoby 0,5 mil. ton, ťažba bude prebiehať iba do roku 2012

Okrem spomínaných lokalít má Slovensko ďalšie náleziská: Modrý Kameň, Ľuboriečka, Žihľava, Horné Strháre, Veľký Lom, Červeňany, Štúrovo, Štefanov, Lakšárská Nová Ves, Beladice, Pukanec, Kosorín a Hnojné. Ťažba v týchto lokalitách je však zo súčasného hľadiska nerentabilná vzhľadom na nízku kvalitu a vysokú vlhkosť paliva, ktorá je nevýhodou pri spracovaní konvenčnou technológiou spaľovania. Príkladom je lignit z bane Čáry, ktorého kvalitatívne parametre sú uvedené v tabuľke.

Parameter	Hodnota	Jednotka
Voda	44	%
Popol	16	%
Výhrevnosť	10,52	MJ/kg
Síra	0,9	%
Arzén	24	g/t

Z nej vyplýva negatívny vplyv vysokej vlhkosti, ktorá zvyšuje energetickú náročnosť prípravy paliva jeho sušením pred spaľovaním. Rovnako sa v palive nachádzajú škodliviny, ktoré nie je možné z procesu spaľovania vylúčiť a dostávajú sa v spalinách do atmosféry. Pri súčasnej hladine ťažby asi 2,5 mil. ton ročne je možné v superkritických konvertoroch môžeme získať energeticky využiteľný potenciál asi 26,3 PJ/rok.

Rašelina 

Rašelina je organický sediment, ktorý sa utvoril z rastlinných tiel vo vodnom prostredí bez prístupu vzduchu. Na Slovensku sa nachádza pokrývajú rašeliniská plochu 260 km2, čo je asi 0,57% celkovej rozlohy Slovenska, pričom jej maximálna hĺbka dosahuje asi 2,8 metra. Jedno z najrozsiahlejších rašelinísk sa nachádza na slovensko-poľskom pohraničí pri Suchej Hore a jej zásoby sa odhadujú na 2 mil. m3. Rovnako však ako pri hnedom uhlí aj pri rašeline platí, že vo väčšine nálezísk jej ťažba nerentabilná. Dôvodom je vysoká vlhkosť, ktorá bráni ďalšiemu energetickému využitiu. Jej výhrevnosť po ťažbe je asi 4 MJ/kg, jej peletovaním a sušením sa dá dosiahnuť hodnoty 16 MJ/kg; jedná sa však o energetický náročný proces a takéto paliva je drahé. Pri ťažbe asi 250 tis. ton ročne je možné v superkritických konvertoroch získať potenciál asi 1 PJ.

Exkrementy hospodárskych zvierat

Na Slovensku sa ročne vyprodukuje približne 9 mil. ton čerstvého maštaľného hnoja, na ktorom sa podieľa predovšetkým hovädzí dobytok (85 %) a ošípané. Okrem toho z podstielaných systémov ustajnenia odtečie asi 2 mil. ton močovky. V ustajneniach bez podstielania sa produkuje ročne 3 mil. ton hnojovice s podielom predovšetkým od ošípaných (70 %). Ak by sa mali zohľadniť všetky ekologické požiadavky, ktoré sa rešpektujú v krajinách Európy, tak potom i napriek poklesu stavov hospodárskych zvierat je značný deficit skladovacích kapacít na exkrementy. Pre splnenie uvedených kritérií by bolo potrebné vybudovať približne 3,5 mil. m3 hnojísk pre pevný maštaľný hnoj so záchytným systémom na hnojovku a asi 1 mil. m3 nádrží na tekutú hnojovicu. Spracovanie takéhoto odpadu v superkritickom konvertore by znížilo takéto náklady a umožnilo by s ním efektívne nakladať. Z uvedených množstiev vyplýva technicky využiteľný potenciál asi 9,3 PJ.

Splašková voda

Splašková voda je podľa zákona charakterizovaná ako voda, ktorá pochádza z ľudských obydlí a služieb, predovšetkým z ľudského metabolizmu a činností z domácnosti, z kúpeľní, zo stravovacích zariadení a iných podobných zariadení a nie je hromadená v žumpách. V súčasnosti je na verejnú kanalizačnú sieť napojených asi 60% domácností. Priemerná produkcia splaškových vôd sa uvažuje 0,5 m3/deň. Predovšetkým sídla s počtom obyvateľov do 5000 nie sú napojené na kanalizačnú sieť a splaškovú vodu skladujú v žumpách, prípadne ňou znečisťujú životné prostredie. V prípade využitia systému dezintegrácie by boli takéto negatívne prejavy potlačené a znížila by sa záťaž na životné prostredie. Ročne je na Slovensku vypúšťaných asi 200 mil. m3 splaškových vôd z komunálnej sféry a ďalších 225 mil. m3 z priemyselnej sféry. Z nich bolo čistených asi 200 mil. m3 a nečistených 20 mil. m3. Ak by bolo do SCW konvertorov odvádzaných 50% vyprodukovaných splaškových vôd, odhadovaný energetický potenciál by bol asi 1 PJ.

Zhodnotenie

Z uvedených skutočností vychádza celkový energeticky využiteľný potenciál surovín spracovateľných v konvertoroch so superkritickými tekutinami na 140 PJ.

Cieľom takejto koncepcie je zabezpečiť čo možno najvyššiu energetickú efektívnosť procesov prebiehajúcich v superkritických konvertoroch. Uvažované tepelné straty vznikajú predovšetkým prestupom tepla zo zariadenia do horniny a v strojnej časti do okolia. Okrem toho je časť energie spotrebovaná pri samotných dezintegračných reakciách. Tepelná účinnosť navrhovaného cyklu je potom asi 80%. Pri uvažovaní účinnosti generovania elektrickej energie 50% a vďaka systému rekuperácie energie je možné dosiahnuť celkovú energetickú účinnosť generovania elektrickej energie až 40%.

Na dokreslenie perspektív využívania tejto technológie na území Slovenska boli vypracované tri varianty, ktoré sa líšia intenzitou využívania vstupných materiálov. Konzervatívny variant ráta s 50% využívaním popísaných zdrojov; progresívny uvažuje s 80% využívaním zdrojov a pri intenzívnom uvažujeme s intenzívnením ťažby uhlia a rašeliny o 50% vzhľadom na možnosť spracovania aj menej hodnotných zdrojov. Progresívny variant ako reálne dosiahnuteľný v sebe ponúka energetický potenciál 112 PJ.

Ak uvažujeme s týmto progresívnym variantom tak pri odhadovanej celkovej energetickej účinnosti je možné vyprodukovať až 44,8 PJ (12,4 TWh) elektrickej energie. Táto hodnota je porovnateľná so súčasnou ročnou výrobou štyrmi blokmi jadrovej elektrárne. V prípade porovnania s paroplynovým cyklom s účinnosťou 60% je táto energia ekvivalentná 2,1 mld. m3 zemného plynu/rok. To zodpovedá 33% zemného plynu spotrebovaného na Slovensku (6300 mil. m3). V prípade nahradenia takéhoto množstva zemného plynu sa pri súčasných importných cenách (ktoré sa v závislosti od ceny ropy a kurze eura a doláru pohybujú od 0,23 do 0,32 €/m3) ušetrí pre Slovenskú republiku minimálne 483 mil. €. Rovnakú analýzu je možné vypracovať aj pre konzervatívny a intenzívny variant.

Variant	Celkový ročný energetický potenciál (PJ)	Odhadovaná produkcia elektrickej energie (TWh)	Ekvivalentná úspora na zemnom plyne (mld. m3)	Ekvivalentná min. úspora na zemnom plyne (mil. €)
Konzervatívny	70	7,8	1,3	299
Progresívny	112	12,4	2,1	483
Intenzívny	145,72	16,2	2,7	621