T E M AT N U M E R U I N o w o c z e s n e t e c h n o l o g i e w energetyce i ciepłownictwie
CORAZ DOSKONALSZE I inteligentne systemy I drony w energetyce I chłód
Polska Dolina Krzemowa > 20
To nie science fiction
> 24
W lecie będzie zimno > 42
S P I S TRE Ś CI
T E M AT N U M E R U : N OWOCZES N E TECH N OLOGIE W E N ERGETYCE I CIEPŁOW N ICTWIE
1 0 T E M AT N U M E R U : N OWOCZES N E TECH N OLOGIE W E N ERGETYCE I CIEPŁOW N ICTWIE
10 I Spokojnie, uranu wystarczy Andrzej Strupczewski
20 I Polska Dolina Krzemowa fotoreportaż z Centrum Energetyki AGH 24 I To nie science fiction Dariusz Duda 30 I Mocne w chłodzeniu Jarosław Krzywański, Wojciech Nowak, Karolina Grabowska, Marta Wesołowska, Aleksander Widuch
Spokojnie, uranu wystarczy
Fot. 123rf
16 I Najlepsza dostępna technologia rozmowa z Mirosławem Rawą, dyrektorem PGE GiEK S.A. Oddział Elektrociepłownia Gorzów
Andrzej Strupczewski
7 2 p a l i w a
42 I W lecie będzie zimno Bolesław Karwat, Emil Stańczyk
Fot. 123rf
37 I Prądy błądzące Wojciech Sokólski
46 I Ciepłownicza BI Maciej Chaczykowski, Małgorzata Kwestarz
SKARB...
50 I Liquiline Control CDC90 Bartłomiej Biczysko
RE M O N TY I U TRZY M A N IE R U CH U
Zbigniew Kasztelewicz, Antoni Tajduś, Miranda Ptak
53 I Efektywne rozwiązania izolacyjne rozmowa z Filipe Ramos, dyrektorem generalnym ISOVER Polska
CIEPŁOW N ICTWO
61 I Dopasowani Zygmunt Katolik 68 I Zatrzymać je na dłużej Bartłomiej Pejas, Aneta Więcka
79
Z Ż YCIA B RA N Ż Y
Kierunek – Indie Karina Atłas Fot. Ismena i Anshu Rastogi
56 I Rzecz o premii Robert Manikowski, Kamil Przybyła
PALIWA 72 I Skarb... Zbigniew Kasztelewicz, Antoni Tajduś, Miranda Ptak
Z Ż YCIA B RA N Ż Y 79 I Kierunek – Indie Karina Atłas
F ELIETO N 86 I Ważna sprawa Jerzy Łaskawiec
ECiZ 4/2017 3
O D RE D A K C J I
Aldona Senczkowska-Soroka redaktor wydania t e l . 3 2 4 1 5 9 7 7 4 w e w. 2 0 t el . kom . 7 9 2 8 0 9 8 8 1 e - m a i l : a l d o n a . s o r o k a @ e - b m p. pl
Uwaga: nowoczesność J
ak napisał Julio Cortázar „To, co jest naprawdę nowe, zachwyca lub przeraża”. To stara prawda – pragniemy być nowocześni, postępowi, chcemy „nowego”, ale po drugiej stronie, jakby na przekór, pojawia się właśnie strach. To naturalne, bo drugą starą prawdą jest to, że nie lubimy zmian, to co „stare” jest bezpieczne i daje gwarancję przewidywalności.
J
ednak bez nowych wynalazków nie byłoby postępu, rozwoju cywilizacji. Tak od wieków rozwijają się wszystkie dziedziny. Po co nam te nowości? Chyba do rozwiązywania problemów. A właśnie energetyka stoi dzisiaj przed wieloma trudnymi wyborami – coraz ostrzejsze wymogi dotyczące ochrony środowiska wymuszają: dywersyfikację paliw, tworzenie doskonalszych technologii oczyszczania spalin, by źle widziany w Europie węgiel uczynić bardziej „czystym”, czy podjęcie decyzji o inwestowaniu bądź nie w energetykę jądrową (o jej przyszłości pisze prof. Andrzej Strupczewski). Rozwój wymusza także konieczność poprawy efektywności
energetycznej, np. w ciepłownictwie pomysłem jest wytwarzanie chłodu i przesyłanie go sieciami ciepłowniczymi (artykuł s. 42).
R
olą technologii jest ułatwianie życia i wykonywania pracy. Popatrzmy choćby na drony – do niedawna kojarzone z zastosowaniem militarnym i filmami science fiction – wykorzystywane są dzisiaj w energetyce i ciepłownictwie do utrzymania i zarządzania sieciami (s. 24).
S
tach i aprobata towarzyszą wynalazkom od wieków. Jak skończy się przygoda ludzkości z nowoczesnymi technologiami na naszej planecie… tego nie wiemy. Pewne jest coś innego – jak mawiał inny przedstawiciel świata współczesnej sztuki – surrealista Salvador Dali: „Nie staraj się być nowoczesny. To jedyna rzecz, która – cokolwiek byś nie uczynił – niestety cię nie ominie”.
Wydawca: BMP spółka z ograniczoną odpowiedzialnością spółka komandytowa KRS: 0000406244, REGON: 242 812 437 NIP: 639-20-03-478 ul. Morcinka 35 47-400 Racibórz tel./fax 32 415 97 74 tel.: 32 415 29 21, 32 415 97 93 energetyka@e-bmp.pl www.kierunekenergetyka.pl
Rada Programowa: prof. Jan Popczyk, przewodniczący Rady Programowej, Politechnika Śląska prof. Andrzej Błaszczyk, Politechnika Łódzka Wiesław Chmielowicz Juliusz Jankowski, główny analityk biznesowy, Departament Regulacji i Relacji Zewnętrznych PGNiG TERMIKA dr hab. inż. Maria Jędrusik, prof. nadzw. PWr, Politechnika Wrocławska Mieczysław Kobylarz, dyrektor Enea Elektrownia Połaniec prof. Janusz Lewandowski, Politechnika Warszawska prof. Stanisław Mańkowski, Politechnika Warszawska dr inż. Andrzej Sikora, prezes zarządu Instytutu Studiów Energetycznych Sp. z o.o., Akademia Górniczo-Hutnicza im St. Staszica w Krakowie dr inż. Jerzy Łaskawiec, ekspert ds. energetyki Waldemar Szulc, dyrektor biura, Towarzystwo Gospodarcze Polskie Elektrownie prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga, Politechnika Warszawska
Prezes zarządu BMP Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp. k. Adam Grzeszczuk Redaktor naczelny Przemysław Płonka Redakcja Aldona Senczkowska-Soroka, Maciej Szramek Redakcja techniczna Marek Fichna, Maciej Rowiński Prenumerata, kolportaż Aneta Jaroszewicz Sprzedaż: Beata Fas, Magda Kozicka, Ewa Zygmunt, Jolanta Mikołajec, Małgorzata Pozimska, Magdalena Widrińska
Druk: FISCHER POLIGRAFIA Cena 1 egzemplarza – 23,15 zł + 8% VAT Wpłaty kierować należy na konto: Bank Spółdzielczy w Raciborzu Nr konta: 40 8475 0006 2001 0014 6825 0001 Prenumerata krajowa: Zamówienia na prenumeratę instytucjonalną przyjmuje firma Kolporter Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością S.K.A.. Informacje pod numerem infolinii 0801 40 40 44 lub na stronie internetowej http://dp.kolporter.com.pl/
Magazyn kierowany jest do prezesów, dyr. ds. technicznych i głównych specjalistów (mechaników, automatyków, energetyków) reprezentujących branżę energetyczną, organizatorów targów, sympozjów, imprez branżowych, urzędów, ministerstw, instytutów, wyższych uczelni oraz biur projektowych. Redakcja nie odpowiada za treść reklam. Niniejsze wydanie jest wersją pierwotną czasopisma Wykorzystywanie materiałów i publikowanie reklam opracowanych przez wydawcę wyłącznie za zgodą redakcji. Redakcja zastrzega sobie prawo do opracowywania nadesłanych tekstów oraz dokonywania ich skrótów, możliwości zmiany tytułów, wyróżnień i podkreśleń w tekstach. Artykułów niezamówionych redakcja nie zwraca. grafika: Maciej Rowiński
4 ECiZ 4/2017
W obiektywie
W K OZIE N ICACH Budowa bloku 1075 MW w Enei Wytwarzanie. Na zdjęciu: konstrukcja mostu skośnego nawęglania – droga podawania węgla do kotła, konstrukcja estakady technologicznej – media i zasilenia elektryczne obszaru gospodarki nawęglania bloku 11. W tle Eurosilo – magazyn gipsu z gospodarką odwadniania zawiesiny gipsowej z instalacji odwadniania gipsu IOS. Nowy blok nr 11 elektrowni w Kozienicach to kluczowa inwestycja dla Grupy Enea, jak również dla całej polskiej energetyki. Będzie to największa i jednocześnie najsprawniejsza jednostka wytwórcza opalana węglem kamiennym w historii krajowej energetyki. Blok nr 11 zwiększy moc wytwórczą elektrowni w Świerżach Górnych do poziomu 4 tys. MW, co pozwoli spółce Enea Wytwarzanie osiągnąć 13 proc. udział w rynku produkcji energii elektrycznej. Fot. Enea
ECiZ 4/2017 5
k i e r un e k e n e r g e t y k a . p l
fot.: Energa
Z P O R TA L U
Elektrownie słoneczne czy wiatrowe?
Fot. ilustracyjne: 123rf
Coraz więcej osób dostrzega konieczność zmian w podejściu do otaczającego nas środowiska – zmniejszenia zużycia energii oraz surowców naturalnych. Nie dziwi zatem fakt, że rośnie popularność rozwiązań opartych na odnawialnych źródłach energii. Przybywa gospodarstw domowych korzystających z elektrowni słonecznych czy wiatrowych. Każde z nich ma swoich zwolenników i przeciwników.
Energa uruchomiła pierwszy na Pomorzu inteligentny parking
Źródło: informacja prasowa
Grupa GPEC rośnie na Pomorzu Grupa GPEC nabyła nieruchomość, infrastrukturę techniczną i urządzenia służące do przesyłania energii cieplnej na terenie Pelplina. Firma rozpocznie działania na nowym rynku 1 czerwca 2017 roku. Pelplin to kolejne miasto w regionie, w którym Grupa GPEC staje się głównym dostawcą ciepła na potrzeby ogrzewania i ciepłej wody. W dwóch sąsiednich miastach – Tczewie i Starogardzie Gdańskim również działają spółki należące do Grupy – GPEC TCZEW i GPEC STAROGARD. Łącznie są one właścicielem ok. 79 km sieci. – Nowa spółka wzmacnia pozycję całej Grupy GPEC na Pomorzu. Jest także szansą na dotarcie z ekologicznym ciepłem systemowym do dalszych części Pomorza. Sukcesywnie umacniamy naszą pozycję regionalnego lidera branży ciepłowniczej. Jest to element naszej długofalowej strategii, która przede wszystkim zakłada rozwój organiczny, akwizycję nowych systemów oraz dzielenie się know-how z rynkiem i otoczeniem – mówi Lucyna Federowicz, dyrektor ds. personalnych i strategii Grupy GPEC. Zakup pelplińskiej infrastruktury to kolejna akwizycja Grupy w ostatnich latach. W 2014 roku firma przejęła spółkę Unikom, które dziś prężnie działa w strukturach Grupy. Źródło: informacja prasowa 6 ECiZ 4/2017
Inteligentny parking to innowacyjne rozwiązanie, które pomoże kierowcom szybko znaleźć wolne miejsce parkingowe. Za pomocą specjalnej aplikacji na smartfonie kierowca otrzyma informację o wolnych miejscach i ich lokalizacjach. Funkcjonalność pozwala na poprowadzenie użytkownika za pomocą mapy do docelowego miejsca parkingowego. System jest w stanie rozpoznać wielkość samochodu i skierować do najlepszego dla niego miejsca. Użytkownik może ustawić w aplikacji swoje preferencje parkowania, np. wielkości swojego samochodu, rodzaju miejsca czy też wybrać konkretną lokalizację parkingu. Jeśli miejsce zostanie zajęte, aplikacja skieruje go do najbliższego wolnego. Aplikacja SmartParking jest już dostępna na platformie Android, w sklepie Google Play. Źródło i fot.: Energa
C I E K AW O S T K A Ile?
55 litrów krwi
oddali uczestnicy ostatniej Kropelki Energii wspieranej przez Energę. W akcji wzięło udział 155 osób. Zebrana krew trafi do szpitali na potrzeby operacji oraz transfuzji dla chorych na nowotwory. Wśród honorowych dawców 24 osoby oddały krew pierwszy raz w życiu. Źródło: Energa
fot. 123rf.com
W ostatnich latach przybywa gospodarstw domowych z zainstalowanym, kompletnym systemem fotowoltaicznym. Zdecydowanie największy koszt całej inwestycji to zakup modułów. Ich udział procentowy w kosztach instalacji zależy od mocy systemu, ale można przyjąć średni poziom powyżej 50 procent wszystkich kosztów inwestycji. Cała inwestycja to wydatek rzędu od kilkunastu do nawet kilkudziesięciu tysięcy złotych. W przypadku osób prywatnych dodatkowo musimy doliczyć 8-procentowy VAT dla domów jednorodzinnych (w budynkach mieszkalnych o montażu powyżej 300 m2 VAT wynosi 23 procent). Z kolei koszt instalacji elektrowni wiatrowej jest ściśle związany z generowaną przez nią mocą. Dla przykładu, inwestycja w profesjonalną, dużą elektrownię wiatrową o mocy np. 20 kW to wydatek rzędu nawet kilkuset tysięcy złotych. – Mało kogo stać na taki zakup, dlatego większość właścicieli domów decyduje się na elektrownie z niższym osiągami.
W Pelplinie na Pomorzu ruszył pilotażowy inteligentny system parkowania. Ułatwia on kierowcom znalezienie wolnego miejsca parkingowego, redukuje zbędny ruch pojazdów i powstawanie korków. Tę nową, pilotażową usługę spółka Energa Oświetlenie adresuje do gmin, które ch cą się uporać z problemem coraz bardziej zatłoczonych centrów miast.
• Awarie instalacji przemysłowych • Cyberataki • Zarządzanie ryzykiem • Oddziaływania terrorystyczne, sabotażowe z udziałem nowych środków, np. dronów
Tu SUPERBOHATER nie pomoże! Przyjedź - zdobądź wiedzę - wykorzystaj ją
Szczegóły:
RO Z M A I TO Ś C I
357,6 mwt Wiosenno-zimowe Spotkanie Ciepłowników W tym roku Zakopane przywitało uczestników XXIV Wiosennego Spotkania Ciepłowników iście zimową aurą. Nie przeszkodziło to jednak w przebiegu trzydniowych obrad. Najnowsze technologie, efektywność, modernizacje czy rozwój ciepłownictwa to niektóre z tematów poruszanych na konferencji. Uczestnicy mogli wziąć udział 7 panelach tematycznych, wysłuchać ponad 30 referatów, dwóch debat i na końcu wybrać się na wycieczkę techniczną.
fot. BMP
ROZWIJAĆ SYSTEM CIEPŁOWNICZY I POZYTYWNY WIZERUNEK Podczas pierwszej debaty w Zakopanem zaproszeni do dyskusji goście rozmawiali o perspektywach systemów ciepłowniczych, o efektywności, rozwoju i inteligentnym cieple. Promocja ciepła systemowego, rola kampanii edukacyjnych czy kreowanie wizerunku spółki to
niektóre z tematów poruszanych podczas drugiej dyskusji „Zbudować pozytywny wizerunek”. Do wzięcia udziału w debatach zaproszeni zostali specjaliści z branży ciepłowniczej i przedstawiciele najważniejszych instytucji tego sektora.
to łączna moc cieplna nowej elektrociepłowni gazowej w EDF Toruń, wyposażonej w wysokosprawną instalację kogeneracyjną
k i e r un e k e n e r g e t y k a . p l
Są pierwsi lokatorzy w sztucznym gnieździe na kominie wałbrzyskiej ciepłowni
Na 130 metrowym kominie ciepłowni w Wałbrzychu zostało umieszczone sztuczne gniazdo dla sokołów wędrownych. – Zamieszkała w nim para pustułek, drapieżników z rodziny sokołowatych – komentuje Jerzy Ignaszak, zastępca prezesa zarządu Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej we Wrocławiu. – Mamy nadzieję, że w przyszłym roku w sezonie lęgowym w gnieździe pojawią się sokoły wędrowne. Dobrze, że teraz gniazdo nie będzie puste – dodaje. Życie nowych lokatorów można na bieżąco śledzić w internecie dzięki zainstalowanym kamerom: http://pecsa.pl/sokolim-okiem.html. fot. Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej S.A. w Wałbrzychu
fot. BMP
Z P O R TA L U
„
W tym roku realizujemy już ostatni etap programu KAWKA. Łącznie podłączymy 236 budynków do naszej sieci. Liczymy, że usuniemy ok. 3000 pieców. – Mirosław Rawa, dyrektor PGE GiEK S.A. Oddział Elektrociepłownia Gorzów
Gniazdo zostało wybudowane i zamontowane przez specjalistyczną firmę. Drewniana część konstrukcji domu dla ptaków została wykonana w Zespole Szkół nr 5 w Wałbrzychu im. Maksymiliana Tytusa Hubera, przez uczniów należących do Młodzieżowego Ośrodka Socjoterapii. Opiekę ornitologiczną i merytoryczną nad gniazdem sprawuje Stowarzyszenie Na Rzecz Dzikich Zwierząt „Sokół”. Zadanie zostało sfinansowane ze środków: WFOŚiGW we Wrocławiu, Gminy Wałbrzych oraz Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej S.A. w Wałbrzychu. Źródło: WFOŚiGW we Wrocławiu
ECiZ 4/2017 9
T E M AT N U M E R U I N o w o c z e s n e t e c h n o l o g i e w e n e r g e t y c e i c i e p ł o w n i c t w i e
Spokojnie, uranu wystarczy dr inż. Andrzej Strupczewski prof. nadzw. NCBJ
10 ECiZ 4/2017
T E M AT N U M E R U
I
Nowoczesne technologie w energetyce i ciepłownictwie
Fot.: 123.rf
NIEWYCZERPALNY Możliwość uzyskiwania uranu z wody morskiej może zapewnić praktycznie niewyczerpalne zasoby paliwa dla elektrowni jądrowych, co zapobiegnie wzrostowi cen uranu w miarę wyczerpywania tanich złóż rudy uranowej na lądzie
Oceany zawierają ponad 4 miliardy ton uranu. Przy wykorzystaniu go jako surowca do produkcji paliwa jądrowego jest to dość, by zaspokoić potrzeby energetyczne całego świata. Jedyny warunek to opanowanie opłacalnego procesu ekstrakcji uranu z wody morskiej. A ubiegły rok przyniósł nam ogromny postęp w technice wydobywania.
ECiZ 4/2017 11
T E M AT N U M E R U I N o w o c z e s n e t e c h n o l o g i e w e n e r g e t y c e i c i e p ł o w n i c t w i e
Zasoby uranu w złożach lądowych
RYS. 1 Położenie warkoczy adsorbentu w morzu (cytowane za zezwoleniem PNNL)6
12 ECiZ 4/2017
Zapewnienie tanich i niezawodnych technologii pozyskiwania uranu jest niezbędne, by energetyka jądrowa pozostała źródłem energii dla wielu pokoleń. Obecne ceny uranu są tak niskie, że jego koszt stanowi tylko około 5% całkowitego kosztu energii elektrycznej z elektrowni jądrowej. Dlatego bodźce ekonomiczne do poszukiwania nowych złóż uranu są słabe i tempo poszukiwań znacznie mniejsze niż było w połowie ubiegłego wieku. Mimo to, zasoby uranu rosną na skutek odkryć nowych złóż i w ciągu ostatniej dekady zwiększyły się o 30%. Według ocen eksperckich zaakceptowanych przez Parlament Europejski, zidentyfikowane zasoby uranu przy stosowaniu obecnej techniki wydobycia i wykorzystaniu ich w reaktorach III generacji wystarczą na ponad 200 lat, a po wprowadzeniu cyklu zamkniętego z wielokrotnym wykorzystaniem paliwa jądrowego w reaktorach IV generacji – na dziesiątki tysięcy lat. Chociaż przeciwnicy energetyki jądrowej od dziesiątków lat twierdzą, że uranu wkrótce zabraknie, kolejne raporty OECD co dwa lata rozpraszają te obawy. Najnowszy raport, który ukazał się w listopadzie 2016, kolejny raz potwierdził, że zasoby uranu są obfite, większe niż innych metali lub paliw i wystarczą dla energetyki jądrowej przez ponad 240 lat1. Pomimo stałego wydobywania uranu jego znane zasoby w ziemi nie uległy zasadniczej zmianie od 2014 roku, gdy wydano poprzednią edycję raportu OECD. Rozpoznane zasoby uranu możliwe do wydobycia po koszcie poniżej 260 USD/kg U wzrosły nieznacznie o 0,1% i wynoszą obecnie 7,64 mln ton uranu. W kategorii zasobów, które można wydobyć po kosztach poniżej 80 USD/kg U, wystąpił wzrost o 8,6% z 1,96 mln tU do 2,13 mln tU. W kategorii zasobów pewnych, największe złoża rudy uranowej występują w Australii, a dalej w kolejności idą Kanada, Kazachstan, Namibia, Rosja, Republika Południowej Afryki, Brazylia i inne kraje. Rozkład geograficzny złóż rudy uranowej jest inny niż rozkład zasobów ropy naftowej lub gazu ziemnego, a dzięki przynależności mających uran krajów do strefy wolnego handlu nie ma niebezpieczeństwa, że któryś z nich zechce wykorzystać uran jako broń strategiczną, pozwalającą narzucać swe zdanie innym krajom.
Niewyczerpalne zasoby uranu w wodzie morskiej Chociaż prognozy ekspertów wskazują, że uranu ze złóż lądowych starczy na długo, w sporach o przyszłość energetyki jądrowej wciąż powraca zarzut, że uranu zabraknie2. Przeciwnicy energetyki jądrowej stawiali nawet wymaganie, by wydanie licencji na budowę elektrowni jądrowej uzależniać od przedłożenia przez inwestora kontraktów na dostawy uranu wystarczające na cały przewidywany okres pracy tej elektrowni. Dlatego obok poszukiwań złóż uranu na lądzie, już od połowy XX wieku prowadzono prace zmierzające do opracowania technologii, która umożliwiłaby uzyskanie uranu z wody morskiej. Stężenie uranu rozpuszczonego w wodzie morskiej jest bardzo niskie, zaledwie około 3 miligramy na tonę, podczas gdy najbogatsze rudy uranowe (Kanada) zawierają 200 kg uranu na tonę. Ale wody w oceanie jest dużo – 1250 milionów km sześciennych. W sumie w wodzie morskiej rozpuszczone są 4 miliardy ton uranu. Co więcej, stężenie uranu w wodzie jest regulowane przez reakcje chemiczne w stanie niemal równowagi pomiędzy wodą a skałami w skorupie ziemskiej, a skały te zwierają 100 000 miliardów ton uranu. Gdy część uranu zostanie usunięta z wody morskiej, dalsze ilości uranu będą wymyte przez wodę morską ze skał. Proces ten zapewnia utrzymanie koncentracji uranu w wodzie morskiej na stałym poziomie. Ludzie nie mogliby wydobyć tak dużo uranu z wody morskiej, by jego stężenie w wodzie zmalało, nawet gdyby energia jądrowa zaspakajała 100% potrzeb energetycznych ludzkości przez miliard lat3. Innymi słowy, uran w wodzie morskiej jest w pełni odnawialny. Tak odnawialny jak promieniowanie słoneczne. Oczywiście, ilość uranu na Ziemi jest skończona. Ale Słońce również ciągle wypromieniowuje część swojej masy i w przyszłości musi się wypalić4. Gdy dojdzie do tego za pięć miliardów lat, nawet wiatr na Ziemi przestanie wiać, bo nasza atmosfera wyparuje w chwili agonii Słońca przemieniającego się w Czerwonego Karła. Ale wtedy troska o klasyfikację wiatru i uranu będzie najmniejszym z naszych zmartwień.
Historia badań nad ekstrakcją uranu z wody morskiej Poszukiwania metod wydobycia uranu z wody morskiej prowadzono od lat 50. do 80. w Niemczech, we Włoszech, w Wielkiej Brytanii i w USA. W Japonii od 1981 r. do 1988 r. Agencja Zasobów Naturalnych i Energii, Ministerstwo Międzynarodowego Handlu i Przemysłu oraz Agencja Górnictwa Metali współpracowały dla doskonalenia metod adsorpcji uranu z wody morskiej w oparciu o adsorbenty z dwutlenku tytanu TiO2. Adsorpcja zachodziła, ale powoli. W latach 90. naukowcy z Japońskiej Agencji Energii Atomowej (JAEA) podjęli swe prace na nowo, tym razem w oparciu o włókna na bazie amidoksymu.
T E M AT N U M E R U
I
Nowoczesne technologie w energetyce i ciepłownictwie
W badaniach prowadzonych od 1999 do 2001 r. w Oceanie Spokojnym w pobliżu prefektury Aomori udało się doprowadzić do uzyskania w ciągu 30 dni 0,5 g uranu na kg adsorbentu, a więc pięciokrotnie więcej niż uzyskiwano przy użyciu TiO2. W 2012 roku zespół badaczy japońskich ocenił, że przy ówcześnie dostępnej technologii można wydobywać uran z wody morskiej po cenie 300 USD za kilogram. Była to cena trzykrotnie wyższa od ówczesnej ceny rynkowej, ale te osiągnięcia technologiczne stały się podstawą do szerszych badań, które obecnie przyniosły upragnione rezultaty. Równolegle z Japonią intensywne badania prowadziły Stany Zjednoczone. W 2011 r. Departament Energii USA zainicjował multidyscyplinarny program mający doprowadzić do ekonomicznie opłacalnego wydobywania uranu z wody morskiej. Uczestniczyli w nim specjaliści z laboratorium narodowych, uniwersytetów i instytutów badawczych USA. Naukowcy amerykańscy współpracowali z naukowcami z Japonii i Chin w ramach umów zawartych między Departamentem Energetyki (DOE) USA a JAEA i Chińską Akademią Nauk. Głównym celem było opracowanie i sprawdzenie nowej generacji adsorbentów, które wykazują większą zdolność wiązania uranu, większą szybkość tego procesu i mniejszą degradację przy wielu cyklach użycia ich w wodzie morskiej. W ciągu 5 lat zespół tych naukowców opracował nowe adsorbenty, które pozwoliły na znaczne obniżenie kosztów ekstrakcji uranu z wody morskiej. Wytworzenie materiału najkorzystniejszego dla adsorpcji uranu z wody morskiej wymagało zespołu specjalistów w dziedzinie chemii, komputerów, zjawisk oceanicznych i ekonomistów. Analizy komputerowe zapewniły wgląd w grupy chemiczne wiążące selektywnie uran. Badania termodynamiczne rzuciły światło na chemię uranu i jego związki chemiczne występujące w wodzie morskiej. Studia kinetyczne pozwoliły wykryć czynniki, które regulują tempo wiązania uranu w wodzie morskiej z materiałami adsorbującymi. Zrozumienie własności adsorbentów w laboratorium było sprawą kluczową dla opracowania najbardziej opłacalnych adsorbentów i przystosowania ich do jak największego pochłaniania uranu. Ta zbiorowa praca doprowadziła do stworzenia warkoczy włókien polietylenowych o średnicy około 15 cm i długości wielu metrów, zawierających związek chemiczny zwany amidoksymem, który przyciąga uran. Dotychczas badania prowadzono w laboratorium z prawdziwą wodą morską, gdzie
przepływ wody przez włókna zapewniało pompowanie pochłaniające znaczną energię. Ale na następnym etapie prac warkocze amidoksymowe umieszczono w oceanie, gdzie naturalne procesy mieszania wody pozwalają uniknąć wydatków na pompowanie dużych ilości wody morskiej przez włókna. Po kilku tygodniach zanurzenia w wodzie morskiej włókna nasycone tlenkiem uranu są zdalnie kierowane na powierzchnię i zbierane. Obróbka kwasowa powoduje desorpcję – to jest uwolnienie – jonów uranylu i regeneruje adsorbent tak, że warkocze można
wykorzystywać wiele razy. Skoncentrowane związki uranylu można wzbogacać, a po dalszej obróbce otrzymuje się materiał paliwowy dla elektrowni jądrowych5. W 2012 roku badacze z laboratoriów Oak Ridge National Laboratory(ORNL) i Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) opublikowali zachęcające wyniki prób prowadzonych przy użyciu technologii japońskiej. Udało im się podwoić ilość uranu otrzymanego przy użyciu włókien plastykowych o powierzchni dziesięciokrotnie większej niż w rozwiązaniu japońskim. Zmniejszyło to koszt pozyskania uranu z wody morskiej z 1232 USD/kg do 660 USD/kg. W kolejnych latach badacze z PNNL przebadali adsorbenty opracowane w ORNL i w innych laboratoriach, stosując pobraną z zatoki Sequim Bay w stanie Waszyngton wodę morską filtrowaną i niefiltrowaną, w warunkach kontrolowanej temperatury i przepływu. Poza badaniami adsorbentów w wodzie morskiej w naturalnych warunkach, badacze ocenili zdolność adsorbentu do przyciągania uranu, jego trwałość, wpływ narostu organizmów morskich na adsorpcję uranu i względną toksyczność materiałów adsorbujących. Laboratorium PNNL przeprowadziło także doświadczenia mające na celu optymalizację procesu uwalniania uranu z adsorbentu i ponownego wykorzystania adsorbentu przy użyciu roztworów kwasowych i dwuwęglanowych.
RYS. 2 Warkocze z amidoksymu z adsorbowanym na nich uranem (źródło: Andy Sproles at ORNL7 – cytowane za zezwoleniem)
ECiZ 4/2017 13
T E M AT N U M E R U I N o w o c z e s n e t e c h n o l o g i e w e n e r g e t y c e i c i e p ł o w n i c t w i e
Przeprowadzone do 2016 roku badania w morzu wykazały, że opracowany w ORNL adsorbent potrafi zatrzymać 5,2 grama uranu na kilogram adsorbentu w ciągu 49 dni wystawienia go na działanie naturalnej wody morskiej. Warkocze adsorbentu miały średnicę 15 cm i długość kilkunastu metrów. Dalsze próby prowadzone w amerykańskim programie „Uranium from Seawater” doprowadziły w połowie 2016 roku do uzyskania 6 gramów uranu na kilogram adsorbentu po 56 dniach wystawienia go na działanie wody morskiej. Oznaczało to wydajność o 15% wyższą niż rezultaty opublikowane w pierwszym kwartale 2016 roku. Setki warkoczy z włókien adsorbujących uran są zakotwiczone w wodzie morskiej przez około miesiąc lub dwa, dopóki nie napełnią się uranem. Następnie na sygnał radiowy są one uwalniane z uwięzi i wypływają
„
Już od połowy XX w. prowadzono prace zmierzające do opracowania technologii, która umożliwiłaby uzyskanie uranu z wody morskiej
na powierzchnię, gdzie odzyskuje się uran, a warkocze wprowadza ponownie pod wodę. Badacze z PNNL wystawili włókna adsorbujące uran opracowane w ORNL na działanie wody morskiej oraz bakterii tlenowych pseudomonas fluorescens, zdolnych do wytwarzania fluorescencyjnego barwnika peptydowego, powodującego świecenie w promieniach UV. Przy użyciu udoskonalonego źródła fotonów dla mikrotomografii w Argonne National Laboratory utworzono trójwymiarowe zdjęcia pozwalające określić mikrostrukturę i skutki interakcji z wodą morską i organizmami morskimi.
Sukces badaczy z laboratorium w Stanford W połowie 2016 roku badacze z laboratorium w Stanford opracowali ulepszoną technologię tego procesu8. Użyli oni prototypowego włókna wykonanego z amidoksymu i przewodzącego prąd związku węgla. Dzięki przesyłaniu prądu wzdłuż włókna udało się zaabsorbować dziewięciokrotnie więcej uranylu niż poprzednio, bez osiągnięcia stanu nasycenia włókna. W ciągu 11-godzinnego testu przeprowadzonego w Half Moon Bay w USA, włókna wychwyciły trzy razy więcej uranu i miały trzykrotnie dłuższy czas życia od standardowego amidoksymu. Oznacza to otwarcie drzwi do wprowadzenia uranu uzyskiwanego z wody morskiej jako źródła paliwa dla elektrowni jądrowych. Do zrobienia pozostaje wciąż wiele, ale opłacalność energetyczna procesu ekstrakcji uranu z wody morskiej
14 ECiZ 4/2017
została zademonstrowana. Możliwość uzyskiwania uranu z wody morskiej może zapewnić praktycznie niewyczerpalne zasoby paliwa dla elektrowni jądrowych, co zapobiegnie wzrostowi cen uranu w miarę wyczerpywania tanich złóż rudy uranowej na lądzie. Proces ten daje krajom niemającym własnych złóż uranu gwarancję, że będą zawsze miały surowiec energetyczny wystarczający do zaspokojenia ich potrzeb. Opanowanie technologii wydobywania uranu z wody morskiej oznacza istotny przełom w klasyfikowaniu różnych źródeł energii. Dotychczas lobbyści wiatru i paneli fotowoltaicznych forsowali pojęcie „odnawialnych” w przeciwieństwie do „nieodnawialnych” źródeł energii. Tymczasem ilość uranu w wodzie morskiej jest nie tylko niewyczerpalna, ale i odnawialna w ścisłym tego słowa znaczeniu9. Pojęcie „energia odnawialna” oznacza, że energia, którą ludzie uzyskują ze źródeł naturalnych zostaje odtworzona wskutek procesów zachodzących w przyrodzie. Obecnie uran jako paliwo jądrowe spełnia wymagania tej definicji. Energia atomowa jest energią w pełni dyspozycyjną, generowaną zgodnie z potrzebami człowieka, w przeciwieństwie do wiatru i słońca, które generują energię niestabilnie i niepewnie w zależności od pory dnia i warunków meteorologicznych. Dlatego klasyfikowanie energii jądrowej jako OZE byłoby pomniejszaniem jej wartości. Natomiast można i trzeba stwierdzić, że zasoby uranu są z punktu widzenia potrzeb ludzkości równie niewyczerpalne jak zasoby OZE.
Literatura 1 Uranium 2016: Resources, Production and Demand, OECD 2016, NEA No. 7301, NUCLEAR ENERGY AGENCY, ORGANISATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT, https://www.oecdnea.org/ndd/pubs/2016/7301-uranium-2016.pdf 2 http://www.stormsmith.nl/i43.html 3 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/#sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs 4 http://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fusion_in_the_Sun 5 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/#sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs 6 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/#sthash.d11Y2iYL. X5Okmt3c.dpuf 7 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/#sthash.d11Y2iYL. tZ608q1a.dpuf 8 https://www.engadget.com/2017/02/20/endless-nuclear-power-can-be-found-in-the-seas/ 9 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/#sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs