Budoucnost čínského uhlí

Návštěvník přijíždějící do Šanghaje si okamžitě všimne čínského technologického rébusu. Skrz okna magneticky levitujícího vlaku, který urazí 30 kilometrů z mezinárodního letiště Pudong do Šanghaje rychlostí až 430 kilometrů za hodinu, je patrný pokrok, který země dělá, i cena, kterou za to platí. Většinu dní visí nad stavebním šílenstvím v Šanghaji žlutý opar. Znečištění je hlavní příčinou úmrtí v Číně, ročně zabije více než milion lidí. A primární příčinou znečištění je také zdroj energie pohánějící ultramoderní vlak: uhlí.

Aby udržely krok s hospodářským růstem země, čínské místní vlády, veřejné služby a podnikatelé staví v průměru jednu uhelnou elektrárnu týdně. Elektrárny vypouštějí do ovzduší stálý proud sazí, oxidu siřičitého a dalších toxických škodlivin; také chrlí miliony tun oxidu uhličitého. V listopadu Mezinárodní energetická agentura předpověděla, že Čína se v roce 2009 stane největším světovým zdrojem emisí oxidu uhličitého a předstihne Spojené státy téměř o deset let dříve, než se dříve předpokládalo. Očekává se, že uhlí bude zodpovědné za tři čtvrtiny tohoto oxidu uhličitého.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 2007

• Viz zbytek čísla
• předplatit

A problém se bude zhoršovat. Do roku 2020 se spotřeba energie v Číně podle expertních odhadů více než zdvojnásobí. Zvyšování energetické účinnosti, využívání obnovitelných zdrojů pomocí vodních přehrad a větrných turbín a budování jaderných elektráren může pomoci, ale – alespoň v příštích dvou desetiletích – jen okrajově. Vzhledem k tomu, že Čína má velmi malé zásoby ropy a plynu, její budoucnost závisí na uhlí. S 13 procenty prokázaných světových zásob má Čína dostatek uhlí k udržení svého hospodářského růstu na století nebo déle. Dobrou zprávou je, že čínští lídři viděli v devadesátých letech uhelnou horečku a začali zkoumat řadu pokročilých technologií. Hlavní z nich je zplyňování uhlí. Je to klíč pro čisté uhlí v Číně, říká chemický inženýr Li Wenhua, který v letech 2001 až 2005 řídil pokročilý vývoj uhlí pro pekingský národní high-tech program výzkumu a vývoje (v Číně známější jako program 863).

Zplyňování přeměňuje komplexní směs uhlovodíků v uhlí na plyn bohatý na vodík známý jako syntézní plyn nebo syntézní plyn. Elektrárny mohou spalovat syntézní plyn stejně čistě jako zemní plyn. Navíc, se správnými katalyzátory a za správných podmínek se základní chemické stavební bloky v syntézním plynu spojují a vytvářejí uhlovodíkové složky benzínu a motorové nafty. V důsledku toho má zplyňování uhlí potenciál jak utlumit emise sazí a smogu z elektráren, tak snížit rostoucí závislost Číny na dovážené ropě. Mohlo by to dokonce pomoci kontrolovat emise oxidu uhličitého, který se snadněji zachycuje z elektráren na syntézní plyn než z konvenčních uhelných elektráren.

Multimédia

• Jak funguje zplyňování

Navzdory brzkému očekávání Číny ohledně potřeby zplyňování uhlí se však její implementace technologie v elektrárnách opožďuje. Výrobci elektřiny v zemi postrádají ekonomické a politické pobídky, aby se vzdali svých tradičních praktik.

Naproti tomu rozsáhlé snahy o výrobu kapalných dopravních paliv pomocí zplyňování uhlí jsou v plném proudu. Největší čínská uhelná společnost Shenhua Group plánuje v roce 2007 nebo počátkem roku 2008 spustit první továrnu na uhlí v zemi, což je nejambicióznější aplikace zkapalňování uhlí na světě od druhé světové války. Shenhua plánuje do roku 2020 provozovat osm zkapalňovacích závodů, které budou produkovat celkem více než 30 milionů tun syntetického oleje ročně – dost na to, aby nahradilo více než 10 procent předpokládaného dovozu ropy do Číny.

Pokrok Číny ve výstavbě elektráren na přeměnu uhlí ji staví daleko před Spojené státy, kde se zplyňování uhlí stále vzpamatovává z pošramocené pověsti. Demonstrační programy zplyňování zahájené v USA poté, co energetické krize v 70. letech minulého století osiřely, když ceny ropy a plynu v 80. letech prudce klesly. To v mnohých zanechalo dojem, že samotná technologie je nespolehlivá (viz Oxid uhličitý na prodej, červenec 2005) . Naproti tomu v Číně ropa nikdy nevypadala levně a uhlí nikdy neztratilo lesk.

Uhlí a kašmír

Severní Čína se rychle stává epicentrem čínského energetického průmyslu. Hlavním lákadlem je uhelné pole Shenfu Dongsheng, pevná vrstva mělkého uhlí o rozloze 31 000 kilometrů čtverečních, která se táhne od severního cípu čínské provincie Shaanxi k jižnímu okraji Nei Mongol neboli Vnitřního Mongolska. Odhadovaná zásoba pole Dongsheng ve výši 223,6 miliard tun uhlí z něj činí sedmou největší na světě; úsilí o přeměnu velké části tohoto uhlí na dopravní paliva by z něj mohlo učinit nejziskovější na světě.

Uhelné hlavní město Vnitřního Mongolska, Erdos, bylo až donedávna moderním světem z velké části nedotčeno, ohraničené horskými pásmy a Velkou zdí na jihu a Žlutou řekou na severu. Jeho izolace je nyní u konce, díky čerstvě vylitým dálnicím a novým železničním tratím, které se valí přes jeho rozpukané kopce a strmá údolí. Letos by se mělo otevřít letiště.

Erdosův HDP se mezi lety 2001 a 2004 zdvojnásobil, především kvůli uhlí, chemikáliím a kašmíru (Erdos dodává čtvrtinu světového kašmíru). Abyste se dostali k uhelným revírům, pojedete 40 minut na jih od města, kolem mauzolea z 50. let 20. století pro Čingischána, válečníka ze 13. století, který dobyl velkou část Asie. Když se přiblížíte k suché nivě řeky Wulanmulun, z pusté krajiny vyskočí impozantní infrastruktura tuctu uhelných dolů, včetně některých z největších a nejvíce mechanizovaných na světě. V regionu se také nachází několik stovek menších, méně moderních dolů (plyny a závaly zabijí ročně nejméně 6 000 čínských horníků). Horníci v den volna projíždějí na mopedech, tři nebo čtyři k vozidlu, prohánějící se kolem 40tunových náklaďáků naložených uhlím. Podél dálnice nakládají terminály na třídění uhlí železniční vozy určené pro elektrárny a přístavy na industrializovaném východním pobřeží.

Žádná z těchto infrastruktur a aktivit však nepřipraví návštěvníka na komplex uhlí na palivo Shenhua, který se tyčí z náhorní plošiny zaříznuté do kopců. Je to impozantní místo s vlastní uhelnou elektrárnou, zplyňovacími závody a dvěma masivními reaktory, kde se bude zkapalňovat uhlí, každý o váze 2 250 metrických tun (Shenhua si připsala světový rekord ve zdvihání, když loni v červnu zvedla reaktory na místo) . Společnost Shenhua, která se díky IPO ve výši 2,95 miliardy dolarů v roce 2005 a ročním tržbám ve výši 5 miliard dolarů ze svých integrovaných dolů, železnic a elektráren, rychle rozšiřuje. Jen v první polovině roku 2006 prodala 113 milionů metrických tun uhlí, což téměř odpovídá celkovému objemu v předchozím roce. Pokud si Shenhua udrží toto tempo i letos, může se stát největším světovým producentem uhlí.

Čínská vláda v Pekingu vytvořila Shenhua před deseti lety, aby přinesla úspory z rozsahu a moderní technologie na uhelná pole Dongsheng. Továrna společnosti na výrobu uhlí na palivo v hodnotě 1,5 miliardy dolarů je výrazem této strategie – zařízení tak technicky ambiciózní, že mnozí odborníci, čínští i západní, pochybovali, že bude vůbec někdy postaveno.

Výroba dopravních paliv z uhlí se datuje do Německa na počátku 20. století, kde chemici vyvinuli dva přístupy k přeměně pevných uhlovodíků s dlouhým řetězcem z uhlí na kratší kapalné uhlovodíky, které se nacházejí v motorových palivech. (Nacistické Německo s malým přístupem k ropě se na tyto procesy silně spoléhalo, aby pohánělo svou vysoce mechanizovanou armádu a letectvo, vyrábějící benzín, naftu a letecké palivo z uhlí.) Franz Fischer a Hans Tropsch vynalezli známější z těchto dvou přístupů ve dvacátých letech 20. století. Fischer-Tropschova syntéza redukuje uhlí na syngas, směs vodíku a oxidu uhelnatého. Katalyzátor, často kobalt, pak způsobí, že se atomy uhlíku a vodíku znovu spojí do nových sloučenin, jako jsou alkoholy a paliva. Fischer-Tropschova syntéza je dnes konvenční chemií: v Jižní Africe například Sasol se sídlem v Johannesburgu postavil Fischer-Tropschovy uhelné elektrárny na ropu, aby zajistily zásobování země palivem během obchodních bojkotů v letech apartheidu; a výměnou různých katalyzátorů využívaly čínské závody na zplyňování uhlí na chemikálie po desetiletí Fischer-Tropsch k výrobě produktů, jako jsou syntetická hnojiva a metanol.

Závod Shenhua si naproti tomu vybral méně známého rivala Fischer-Tropsch, kterého o deset let dříve vynalezl Friedrich Bergius. Přestože byl Bergiův proces značně využíván nacisty, byl následně opuštěn. Proces se stal známým jako přímé zkapalňování, protože obchází krok syntézního plynu. Při přímém zkapalňování se převážná část uhlí rozmělňuje na prášek a mísí se s částí syntetického oleje rostliny, poté se zpracovává vodíkem a zahřívá se na 450 °C v přítomnosti železného katalyzátoru, který rozbíjí uhlovodíkové řetězce na kratší řetězce vhodné pro rafinace na kapalná paliva.

Přímé zkapalnění produkuje více paliva na tunu uhlí než Fischer-Tropschova syntéza. Odborníci z Čínského uhelného výzkumného institutu v Pekingu odhadují, že proces zachycuje 55 až 56 procent energie v uhlí, ve srovnání s pouhými 45 procenty u Fischer-Tropsche. Přímé zkapalňování je však také mnohem komplikovanější, vyžaduje samostatné elektrárny a zplyňovací zařízení pro dodávání tepla a vodíku a značnou recyklaci ropy, vodíku a uhelných kalů mezi oddělenými sekcemi elektrárny. A rozklad uhlovodíků na správnou délku vyžaduje vynikající kontrolu provozních podmínek a konzistentní dodávky uhlí.

Shenhua během posledních pěti let přepracovala proces, aby zvýšila efektivitu a snížila množství odpadu, ale zároveň zvýšila jeho složitost. A společnost podstupuje obrovské inženýrské a ekonomické riziko tím, že sleduje tak novou technologii v tak obrovském měřítku.

Do konce letošního roku Shenhua doufá, že bude odčerpávat 20 000 barelů syntetické ropy denně, což je téměř 500krát více, než produkuje její pilotní závod v Šanghaji. Podle Jeralda Fletchera, ekonoma zabývajícího se přírodními zdroji z West Virginia University v Morgantownu, představuje závod Erdos experiment v hodnotě 1,5 miliardy dolarů, který by se mohl uskutečnit pouze v Číně. Bylo by těžké získat takové finanční prostředky na Západě bez osvědčenější technologie, říká Fletcher. Eric Larson, odborník na energetické technologie a modelování na Princetonské univerzitě, to říká otevřeněji: Nedává moc smysl stavět takovou obrovskou elektrárnu, protože to nemusí fungovat.

Ale pro čínskou vládu by odměny mohly stát za riziko. Navzdory IPO některých aktiv v roce 2005 zůstává Shenhua převážně státem vlastněnou firmou a závod na přímé zkapalňování slouží kritickému státnímu zájmu: energetické bezpečnosti. Bez ohledu na to, jak velké to bude stát, Shenhua ho postaví, říká Zhou Zhijie, odborník na zplyňování z Institutu čisté uhelné technologie Východočínské univerzity v Šanghaji. Čínská vláda bude tento projekt podporovat, dokud tekutina nepoteče.

Pokud bude nový závod fungovat, Shenhua samozřejmě vydělá značný zisk. Společnost předpovídá, že její syntetická ropa dosáhne zisku zhruba 30 dolarů za barel, i když mnoho analytiků tvrdí, že reálnější je 45 dolarů. (Nejnovější cenová prognóza amerického ministerstva energetiky předpovídá, že ropa v roce 2014 klesne na 47 dolarů za barel a v roce 2030 se pak stabilně vyšplhá na 57 dolarů za barel.) Shenhua zajistila své sázky a uzavřela předběžnou dohodu s partnery Shell a Sasol týkající se několika podobně velkých nebo větších palivových elektráren Fischer-Tropsch v severní Číně, které by měly být spuštěny v roce 2012.

Také čínští uhelní konkurenti Shenhua již prorážejí své verze elektráren na spalování uhlí. Uhelná skupina Yankuang, druhý největší producent uhlí v Číně, plánuje palivovou elektrárnu Fischer-Tropsch poblíž Erdosu, která bude využívat patentovaný zplyňovač a katalyzátor.

Kromě rizik spojených s rozsáhlým zaváděním neověřené technologie je boom budov zplyňování také ekologickým hazardem. Ve skutečnosti to, co může v konečném důsledku zbrzdit ambice Číny v oblasti uhlí a ropy, je voda. Čínský institut pro výzkum uhlí odhaduje, že závod Shenhua spotřebuje 10 tun vody na každou tunu vyrobené syntetické ropy (360 galonů vody na barel ropy) a poměr je ještě horší pro závody Fischer-Tropsch. Čínská národní rozvojová a reformní komise, mocný orgán pověřený regulací čínské ekonomiky a schvalováním velkých kapitálových projektů, loni v létě vydala varování před ekologickými důsledky nekontrolovaného rozvoje továren na výrobu syntetické ropy a chemických továren, které podle ní spotřebují desítky miliony kubíků vody ročně.

Tato předpověď zní obzvláště zlověstně v severní Číně, kde je voda vzácná. Erdos je směsicí křovin a pouště, jejíž skromné ​​zásoby vody jsou již přetíženy růstem populace a stávajícími elektrárnami. Zhou Ji Sheng, který jako zástupce ředitele ZMMF, jednoho z konkurentů Erdos se sídlem v Shenhua, hledá financování projektu zplyňování, uznává, že nedostatek vody by mohl skoncovat se zplyňováním uhlí v této oblasti. I když máme tolik uhlí, pokud nemáme vodu, budeme muset použít tradiční způsob – vykopat ho a přepravit, říká. Voda je pro nás klíčovým faktorem pro rozvoj tohoto nového odvětví. Zhou říká, že jeho firma plánuje doplnit své zásoby vody vybudováním 120kilometrového potrubí do Žluté řeky. Ale odpařování z vodních elektráren, zvýšená poptávka rostoucích měst a průmyslových odvětví a dopady klimatických změn znamenají, že v létě se Žlutá řeka sotva dostane do moře.

Carbon Power

Zatímco touha Číny ukončit svou závislost na zahraniční ropě pomáhá řídit obrovské kapitálové investice do technologie zkapalňování, výrobci elektřiny v zemi postupují mnohem pomaleji, aby využili zplyňování uhlí. Co jim, stejně jako jejich americkým protějškům, chybí, je pobídka k přechodu z konvenčních elektráren na práškové uhlí na dražší zplyňovací elektrárny. Podle Li Wenhua, bývalého programového manažera 863 (který nyní řídí výzkum zplyňování v Číně pro General Electric), čínští průmyslníci vnímají elektrárny na práškové uhlí jako licenci k tisku peněz. Lidé říkají, že byste tomu neměli říkat elektrárna; je to stroj na vydělávání peněz, říká Li. Dosud žádná energetická společnost nebyla ochotna jako první stisknout vypínač.

Je ironií, že posun Číny k otevřenější ekonomice brzdil snahy o nasazení inovativnějších technologií. V 90. letech to vypadalo, jako by čínský energetický sektor směřoval ke své vlastní zplyňovací revoluci. V roce 1993 začala přední čínská energetická firma China Power Engineering Consulting v Pekingu projektovat první zplynovací elektrárnu v zemi. Monopolní společnost té doby, State Power Corporation, plánovala postavit továrnu v komerčním měřítku v Yantai, prosperujícím námořním přístavu nedaleko Bohaiského moře. Závod v Yantai měl být začátkem přechodu na čistší uhelnou technologii, říká Zhao Jie, konstruktér elektrárny, nyní viceprezident China Power Engineering. Čína chtěla přijmout čistší a efektivnější způsob výroby elektřiny, říká Zhao. Místo toho se demonstrační závod, který navrhla, vydal na horskou dráhu do neznáma. Projekční práce byly dočasně zastaveny v roce 1994, kdy byly náklady na technologii považovány za nepřijatelně vysoké, byly obnoveny na konci 90. let a po roce 2002 se snížily vlivem rozpadu State Power Corporation.

Elektrárna Yantai byla založena na technologii integrovaného zplynovacího kombinovaného cyklu (IGCC). Elektrárny IGCC připomínají elektrárny na zemní plyn – používají dvě turbíny k zachycení mechanické a tepelné energie z expandujících spalin – ale jsou poháněny syntézním plynem z integrovaného zařízení na zplyňování uhlí. Nejsou bez emisí, ale jejich proudy plynů jsou koncentrovanější, takže sirné saze, oxid uhličitý a další znečišťující látky, které vytvářejí, se snáze oddělují a zachycují. Jakmile je oxid uhličitý – hlavní skleníkový plyn – zachycen, musí inženýři samozřejmě stále najít místo, kam jej uložit. Nejslibnější strategií je izolovat ji hluboko v solných akviferech a ropných nádržích. V předběžných analýzách čínští geologové odhadli, že stárnoucí ropná pole a vodonosné vrstvy by mohly absorbovat více než bilion tun oxidu uhličitého – více, než by čínské uhelné elektrárny vypouštěly při současném tempu po stovky let.

Huaneng Group, výrobce elektřiny se sídlem v Pekingu, dal dohromady konsorcium energetických a uhelných zájmů (včetně Shenhua) s názvem GreenGen, aby do roku 2010 postavilo první čínskou ukázkovou elektrárnu IGCC; stejně jako související projekt FutureGen organizovaný ministerstvem energetiky USA, GreenGen má začít výrobou energie a poté přidat zachycování a ukládání uhlíku. Čínský vicepremiér, Zeng Peiyan, se objevil na slavnostním debutu GreenGen loni v létě, což naznačilo podporu Pekingu projektu.

Problém je v tom, že elektrárny s IGCC stále stojí asi o 10 až 20 procent více na megawatt než elektrárny spalující práškové uhlí. (A to bez zachycování oxidu uhličitého.) Čínští výrobci elektřiny – podobně jako jejich protějšky ve Spojených státech a v Evropě – čekají na finanční nebo politický důvod, aby provedli změnu. Částečně chybí regulace, která penalizuje konvenční uhelné elektrárny. A čínským agenturám pro životní prostředí chybí zdroje a pravomoci k tomu, aby společnosti dodržely i ty předpisy, které jsou již v účetnictví uvedeny. Vrcholní představitelé v Pekingu přiznávají, že jejich nařízení jsou široce ignorována, protože nové elektrárny jsou stavěny bez hodnocení životního prostředí a podle některých zdrojů bez požadovaného vybavení pro kontrolu znečištění.

Dokonce i zastánci technologie IGCC očekávají, že její široké nasazení v Číně bude trvat minimálně další desetiletí. Du Minghua, ředitel pro uhelnou chemii v Čínském institutu pro výzkum uhlí, skutečně předpovídá, že bude rok 2020, než začne seriózně aplikace technologie IGCC.

Čekání na nádech

Navzdory těmto pesimistickým předpovědím poskytují obrovské zkušenosti Číny s pokročilými uhelnými technologiemi a její prokázaná schopnost zavádět nové technologie překvapivým tempem dostatek prostoru pro optimismus. Když uháníte do Šanghaje třetinovou rychlostí zvuku ve vlaku podporovaném elektromagnetickým silovým polem, je těžké uvěřit, že země schopná takového inženýrského výkonu bude i nadále ignorovat smrtící znečištění, které pohlcuje její města.

Některým analytikům se přechod na technologii čistého uhlí zdá téměř nevyhnutelný. Čína se musí spoléhat na uhlí pro budoucí potřeby elektřiny a paliva a nakonec bude muset omezit své emise CO2, říká Guodong Sun, odborník na technologickou politiku z univerzity Stony Brook v New Yorku, který radil čínské vládě v oblasti energetické politiky. Zplyňování je jednou z mála technologií, které dokážou sladit tyto protichůdné scénáře za rozumnou cenu.

Přesto je načasování takového technologického přechodu velmi sporné. Bude Čína skutečně čekat do roku 2020, než začne proces čištění uhelných elektráren? Odpověď bude v konečném důsledku záviset na tom, kdy Čína začne mít pocit, že využití zplyňování uhlí k výrobě elektřiny je stejně naléhavé jako jeho použití k výrobě dopravních paliv – až se náklady na znečištění ovzduší stanou stejně znepokojujícími jako náklady spoléhání se na zahraniční ropu.

Peter Fairley, a Recenze technologie přispívající spisovatel, cestoval do Číny v říjnu.

skrýt