методы извлечения полезных ископаемых на месте их залегания.

 

Лекция № 14, (2 часа).

 

-- Комплексное использование минерального вещества.

Новокузнецкий цементный завод был создан в 1943 году как помольная установка для производства цемента на основе доменных шлаков КМК.

В отдельные годы перерабатывалось до полутора миллионов тонн шлаков в год, а в среднем миллион. Ежегодно забирается четверть от выпускаемых шлаков городских металлургических производств.

Завод работает практически полностью на отходах, то есть товарного сырья, как такового, нет. Доменные шлаки КМК поступают на цементный завод после выпуска из доменной печи огненно-жидкими, минуя все отвалы.

Остывший шлак металлурги перерабатывают на строительный щебень.

Одной из составляющих многокомпонентной сырьевой смеси для производства цементного клинкера является известняк. Он поступает на НЦЗ с Гурьевского месторождения в виде отсевов, которые образуются при производстве сырья для металлургии.

С ферросплавного завода поступают отсевы кварцитов, с ЭСПЦ-2 КМК – колошниковая пыль, улавливаемая в газоочистках цеха.

Сейчас изучается возможность утилизации сталеплавильных шлаков, чтобы как можно меньше отходов отправлять в отвалы.

Согласно отчёта Красноярского научно-исследовательского института «СибНИИцемент», по исследованию и подбору оптимальных технологических параметров производства цемента с использованием горелых пород в качестве минеральной добавки – возможно использование горелых пород с террикоников шахт, которых в Кузбассе десятки миллионов тонн. Так как по «химии» подходят, содержат до 15% окислов алюминия, до 60% кремнезёма.

Таким образом, НЦЗ является единственным цементным заводом в РФ, который работает полностью на отходах, не имея своих карьеров и разработок, нарушающих природную среду.

Информация к размышлению – в России производится чуть больше 50 млн. тонн в год, а потребность строительного комплекса России – около 80 млн. тонн.

 

Лекция № 15, (2 часа).

 

-- Использование попутно добываемого минерального вещества.

 

-- Утилизация отходов обогащения и шламов.

 

Лекция № 16, (2 часа).

 

-- Добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов.

Океан может служить дополнительным источником получения минерального сырья. Во всем объеме воды Мирового океана, равном 1,37 млрд км², содержится 5 • 10¹⁶ различных элементов и соединений, или столько твердого вещества, что оно покрыло бы всю поверхность суши слоем толщиной до 200 м.

В настоящее время треть поваренной соли, добываемой во всем мире, получают из морской воды. Помимо нее из морской воды до­бывают бром, магний, другие элементы. Поскольку около 99 % бро­ма сконцентрировано в морской воде, разработана технология прямо­го осаждения брома непосредственно из нее без предварительного его концентрирования.

Всего в морской воде находится 60 % химических элементов, но большинство из них в малой концентрации, что затрудняет их из­влечение. Однако некоторые живые организмы способны накапли­вать в миллионы раз больше химических элементов, чем их содер­жится в морской воде на единицу массы. Выяснение механизма по­глощения организмами отдельных элементов позволит в будущем извлекать из морской воды медь, ванадий, золото, олово, серебро и другие металлы, что представляет собой одну из увлекательнейших проблем бионики.

В океане золото находится в чрезвычайно рассеянном состоя­нии. Его среднее содержание в океанской воде составляет около 0,005 мг/т; в различных типах донных отложений - в тысячи раз боль­ше (1... 8 мг/т); и только в металлоносных осадках, обогащенных гидроксидами железа и марганца, содержание золота достигает 10...20 мг/т. Поэтому его можно эффективно извлекать только после предвари­тельного концентрирования вод, например в процессах опреснения (с помощью атомного опреснителя, как на Мангышлакском заводе в Казахстане).

Основным видом руд глубоководной зоны океана являются железомарганцевые конкреции, ресурсы которых достигают 10¹²т. Их глав­ное богатство — никель, кобальт и медь. В качестве сопутствующего металла может извлекаться и золото (его содержание в отдельных пробах достигает 50... 70 мг/т).

В 60-е годы во впадинах осевой части Красного моря были откры­ты рудные рассолы и рудные илы, состоящие из чередующихся гид­рооксидных и сульфидных прослоев, обогащенных железом, цветны­ми металлами, а также золотом (гидрооксидные - до 0,6 г/т, сульфид­ные—до 1,1 г/т).

Позднее в океане были обнаружены и вполне кондиционные сульфидные руды, близкие по составу к континентальным. Они представлены в основном пиритом, халькопиритом и сфалеритом с примесью золота (0,1...0,2 г/т) и серебра (до 300 г/т). В этих рудах золото находится в самородном виде и имеет форму мельчайших (доли микрометра в поперечнике) округлых частиц. Микрозондовые анализы показали наличие в них серебра (до 23 %) и платины (до 1 %).

В ходе дальнейших исследований были выявлены участки суль­фидных руд с повышенным содержанием золота. При детальном ана­лизе их оказалось, что участки, обогащенные медью и молибденом, содержат до 0,2 г/т золота; обогащенные цинком, барием и крем­неземом - до 0,8 г/т; свинцом, серебром, мышьяком и сурьмой - бо­лее 1,2 г/т. Таким образом, максимальные концентрации золота свя­заны с сульфосолями Pb, Ag, образующимися в кремнистой массе.

Минеральное сырье добывают также на морских побережьях, в зоне шельфа и со дна океана. Например, более 80 лет ведется добыча золота на пляжах близ Нома на Аляске. На юго-западном побережье Африки со дна моря добывают алмазы, принесенные рекой Оранже­вой, текущей через алмазоносные провинции континента. На неко­торых побережьях встречаются ракушечные пески, которые исполь­зуют для производства цемента или извести.

В зоне шельфа или материковой отмели имеется значительное количество полезных минералов, разрабатываемых во многих странах. Довольно часто в этой зоне встречаются фосфориты, пригодные для изготовления фосфорных удобрений.

В настоящее время фосфориты добываются исключительно на суше, но при исчерпании их запасов можно перейти к получению минералов из океана.

Добыча песка и гравия превращается для многих городов в серь­езную проблему, поскольку сооружение песчаных и гравийных карь­еров в прилегающих к городу районах весьма нежелательно (порча ландшафтов, зон отдыха, уменьшение территории пригородных сель­скохозяйственных предприятий, запыление воздуха и т.п.). В буду­щем морское дно может служить основным источником песка и гра­вия для строительной промышленности прибрежных областей. Это­му способствуют как сравнительно низкие издержки на транспорт, так и прогрессирующее истощение залежей материалов на континен­тах близ центров потребления.

Под морской водой в глубинах шельфа во многих местах найдены запасы нефти: около берегов Калифорнии, в Мексиканском заливе, в Персидском заливе, в России — в Каспийском море, Охотском море, континентальном шельфе Северного ледовитого океана. Основное вни­мание следует уделять тому, чтобы не повредить окружающей среде при добыче нефти в море, в противном случае может быть нанесен колоссальный ущерб рыбному хозяйству. Область шельфа стала ис­точником и других минеральных ископаемых. В Англии, Японии, Канаде, Финляндии, Австралии из подводных шахт добывают камен­ный уголь, руды железа, меди, никеля, олова; из недр дна Мексикан­ского залива— серу.

Дно глубинного моря может дать человеку очень много ценного минерального сырья.

Биогенные илы подразделяются на две группы:

— известковые, покрывающие около 128 млн км² океанского дна. Темпы накопления известковых илов в океане — 1,5 млрд т/год, что в 8 раз превышает ежегодное мировое потребление известняка;

— кремнистые.

Если 10 % залежей илов на океанском дне окажутся пригодными для эксплуатации, то их запасов хватит на 10 млн лет. Кроме того, илы океана представляют собой огромные и возобновимые ресурсы..

С экономической точки зрения важны также другие возобновимые ресурсы — марганцевые конкреции, в которых помимо марганца со­держится никель, кобальт, медь, молибден, свинец, цинк, цирконий, ряд редких металлов, железо, алюминий, титан, магний, ванадий. Если только 10 % этих конкреций окажутся экономически рентабель­ными для разработки, то количества металлов будет достаточно для обеспечения потребностей человека в течение многих лет.

Тщательное изучение возможностей извлечения возобновляемых ресурсов недр из Мирового океана позволяет найти способы предот­вращения истощения ценных ресурсов и таким образом защитить природную среду от негативных последствий антропогенного вмеша­тельства в биосферу.

Глубоководная добыча – добыча конкреций, руд, металлоносных илов и рассолов с морского дна при глубине воды свыше 2000 м.

Для глубоководной добычи применяют добычные установки и плавсредства водоизмещением в десятки тысяч тонн, на которых размещены грузоподъёмные средства, энергоисточники, склады полезных ископаемых, помещения для обслуживающего персонала и др.

При глубоководной добыче сбор конкреций, илов, рудных отложений, отделение их от вмещающих пород (или всасывание металлоносных илов, рассолов) и подача в бункер подводной установки осуществляются агрегатом сбора, черпаками или драгой-волокушей.

Агрегат сбора включает: собирающий механизм (гидравлический, шнековый, роторный, вибрационный, качающийся, сгребающий, черпаковый, комбинированный собирающий), приводы, устройства для наблюдения, управления и контроля, осветительную аппаратуру, систему аварийного всплытия, коммутационные сети, кабельные линии, а также шасси (гусеничное, колёсное, цепное, шагающее, комбинированное и др.).

 

Для подъёма добываемого материала используются гидравлические,

механические, а также автономные и комбинированные установки.

Подъём пульпы гидравлическими установками осуществляется за счёт прокачки воздуха (эрлифтные установки); перекачивающими грунтовыми насосами, размещёнными последовательно по длине трубопровода (землесосные установки); перемещение загруженных контейнеров по трубопроводам (трубопроводно-контейнерная установка); заполнением заглублённого полого элемента пульпой, которая разделяется на твёрдую и жидкую фазы, перекачиваемые соответственно на транспортное судно и за борт (установка с подводной камерой). Уменьшение скорости движения пульпы достигается увеличением диаметра трубопровода у поверхности. Для выделения воздуха из пульпы служат воздухоотделители. Отличительной особенностью добычных установок при глубоководной добыче является значительная длина транспортных магистралей. Поэтому при гидравлическом подъёме устанавливают движители, спрямляющие линию трубопровода, на который влияют подводные течения, движение добычного судна и агрегата сбора.

При механическом подъёме используются главным образом тяговые канатные устройства с канатами, снабжёнными черпаками или тралами (канатно-скиповая установка).

Глубоководная добыча с автономными установками подъёма основана на применении различных аппаратов переменной плавучести, которые совершают челноковые рейсы между добычным судном и дном или агрегатом сбора, осуществляя подъём добытого материала в своих трюмах (тип подводных лодок).

Осложняющие факторы при глубоководной добыче; тонкая дисперсность глубоководных отложений, их малая несущая способность и прочность на сдвиг, значительное давление на большой глубине, взмучиваемость донного грунта, волнение, течения, перепады температур от поверхностных до придонных слоёв воды и др.

Промышленная эксплуатация глубоководных месторождений твёрдых полезных ископаемых требует решения не только технических проблем, но разработки и соблюдения международных норм и правил с учётом экологических аспектов глубоководной добычи в Мировом океане.

 

n Технология извлечения –

- россыпей,

Разработка россыпей производится преимущественно открытым способом (дражный, скреперно-бульдозерный и гидравлический). По эффективности добычи золота из россыпей лучшим является дражный способ, менее экономичны скреперно-бульдозерный и гидравлический.

Подземная разработка россыпей в 1,5 раза дороже дражного способа; в России её применяют на глубоких россыпях в долинах бассейнов рек Лена и Колыма.

Россыпные месторождения – образовавшиеся в процессе физического выветривания коренных горных пород и химического воздействия на них различных факторов, в результате чего коренные породы распались на отдельные куски различной крупности или превратились в глину.

Из россыпей золото извлекали промывкой песков на щитах, поверх которых укладывали шкуры животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей.

По характеру образования россыпные месторождения разделяются на;

- Элювиальные – образуются на месте разрушенных коренных пород и перекрывают их – характеризуются несортированным материалом, состоящим из крупных обломков коренных пород и глины.

- Делювиальные – слагаются из материалов, перемещённых на некоторое расстояние от коренного месторождения.

- Аллювиальные – образуются в результате переноса разрушенного материала коренных пород водными потоками на значительные расстояния.

- Береговые – образуются в результате обрушения берегов, в недрах которого находилось коренное месторождение полезного ископаемого

- Ледниковые – образуются в горных породах путём переноса и накопления обломочного материала сползающего с гор ледниками.

- Эоловые – образуются в результате переносе элювиальных россыпей силой ветра.

Основными ценными минералами в россыпных месторождениях ранее считалось самородное золото и платина, в настоящее время разрабатываются также россыпи, содержащие алмазы, касситерит, ильменит, монацит и др.

Перечисленные месторождения образуют или самостоятельные россыпи или находятся в качестве спутников в золото-платиновых россыпях.

Кроме этих минералов часто в качестве спутников встречаются циркон, гранат, киноварь, шеелит, вольфрамит, рутил, магнетит, хромит и др. В отдельных случаях содержание этих минералов может представлять промышленный интерес.

 

- конкреций,

Это минеральные образования округлой или эллипсоидальной формы в осадочных горных породах или современных осадках.

Центрами стяжения могут быть зёрна минералов, обломки пород, раковины, зубы и кости рыб, остатки растений и др.

Из разнообразных форм конкреций преобладают широковидные (реже эллипсоидальные, дискообразные) и неправильные – сростковые.

По строению чаще встречаются концентрически-слоистые (скорлуповатые), грубополосчатые, радиально-лучистые (сферолитовые) и глобулярные конкреции.

Они состоят обычно из карбонатов кальция (кальцита, реже арагонита), оксидов и сульфитов железа, фосфатов кальция, гипса, соединений марганца, а в известняках часто из кремнекислоты (кремнёвые желваки).

Размеры конкреций колеблются от долей мм (микроконцентрации) до десятков см и даже 1м.

Конкреции встречаются в отложениях различных геологических систем и в осадках современных озёр, морей и океанов.

На поверхности дна Тихого, Атлантического и Индийского океанов установлены значительные скопления ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ конкреций (около 10% всей площади океанического ложа), представляющих важный ресурс минерального сырья.

- илов и др.

 

Лекция № 17, (2 часа).

 

n Тепловые ресурсы земных недр.

Окружающий мир меняется. Сегодня пре­обладающее влияние на него оказывает человек со своим промышленным развитием и острой потребностью в энергии. В то время как в новых промышленных и развивающихся странах потребление энергоносителей, в осо­бенности таких традиционных видов, как уголь, нефть и газ, возрастает, в давно сложившихся промышленно развитых государствах начина­ется процесс постепенного переосмысления. На нижеприведённом примере видны возможности использования в будущем высвобождающихся промышленных площадей с учетом их конкрет­ного местонахождения и близости к городским застройкам для производства энергии на базе новых экологически приемлемых источников энергии. Рассмотрим такие виды энергоресур­сов, как геотермальная энергия, метан, биомас­са, энергия ветра и солнечная энергия.

Более ста лет добыча каменного угля была гарантом надежного энергоснабжения Герма­нии. В условиях постепенного сворачивания камен­ноугольной промышленности и с учетом принятого теперь решения о завершении в 2018 г. субсидиро­вания отрасли, независимо от результатов пересмо­тра этого решения в 2012 г., процесс структурных изменений в регионах бывших горных разработок пойдет более ускоренными темпами, чем раньше.

До сих пор придерживались и сейчас придержи­ваются стратегии размещения предприятий логи­стики, промышленных предприятий, предприятий малого и среднего бизнеса на бывших горнопро­мышленных территориях. В центре внимания на­ходятся также варианты создания рекреационной инфраструктуры или современных жилых комплек­сов. Новым является вопрос использования возоб­новляемых видов энергии в регионах бывших гор­ных разработок.

Все условия для этого есть, так как в 2007 г. ни одной теме в мире не было уделено столько вни­мания в средствах массовой информации, сколько проблеме изменения климата и растущей во всем мире потребности в энергии. Толчком к такому об­суждению, с одной стороны, послужила информа­ция, содержащаяся в отчете по проблеме измене­ния климата IPCC (Межправительственной группы экспертов по изменению климата), в соответствии с которой катастрофа вряд ли предотвратима, если сохранятся тенденции развития последних лет. С другой стороны, в таких развивающихся странах, как Китай и Индия, потребность в энергии растет. Уже в течение долгого времени сохраняются высо­кие темпы роста экономики Китая, а вместе с нею возрастает и энергетический голод страны. Экспер­ты считают особенно тревожным в связи с глобаль­ным потеплением тот факт, что Китай, хотя и присо­единился к Киотскому протоколу о защите климата, тем не менее, еще не взял на себя конкретных обя­зательств по сокращению эмиссии парниковых га­зов. Это же утверждение справедливо и для других густонаселенных развивающихся стран, таких как Индия. Бесспорно, что в мире тема «Защита клима­та» имеет наивысший приоритет, хотя этот вопрос в научных кругах вызывает острые дискуссии.

Совместно действуют два фактора: с одной сто­роны, необходимость сокращения объемов эмиссии СО₂ и, с другой стороны, рост выбросов двуокиси углерода именно в развивающихся странах. Есть на­стоятельная потребность в комплексном подходе к проблеме.

В так называемых старых промышленных странах происходит процесс переориентиров­ки взглядов в сторону активизации использования новых, т.е.возобновляемых видов энергии. Герма­ния и ЕС должны стать первопроходцами в деле принятия современных решений в области сокра­щения эмиссии СО2.

Использование традицион­ных энергоносителей должно быть признано пока уступкой развивающимся странам, которые явля­ются в некотором роде «рабочими мастерскими» мира. Только стремительное экономическое разви­тие этих стран обеспечит достаточный потенциал для того, чтобы применить и там, в обозримом бу­дущем, экологически чистые и экологически при­емлемые решения.

В течение последующих лет более пристальное внимание будет сосредоточено на такой теме, как возобновляемые виды энергии. Однако фактором, ограничивающим использование этих видов энер­гии, будет фактор наличия достаточных площа­дей. На организованной Энергетическим агентством земли Северный Рейн-Вестфалия, Дюссельдорф, специализированной конференции Fachkongress Zukunftsenergien, почти в каждом докладе указыва­лось, что, особенно при использовании биомассы, наибольшей проблемой может стать доступность такого ресурса, как площадь. В Германии, чтобы обеспечить долю биотоплива на уровне 10 %, по­требовалось бы около половины имеющихся в на­стоящее время сельскохозяйственных площадей засадить только так называемыми энергетически­ми растениями первого поколения.

Уже теперь возобновляемые виды энергии явля­ются неотъемлемой составной частью экономики. В прошлом году примерно 16 млрд евро в Герма­нии были инвестированы в развитие этого направ­ления. По оценкам представителей отрасли, в период до 2010 г. только в Германии будет создано дополнительно 60 000 новых рабочих мест. Не по­следнюю роль в обеспечении финансовой под­держки со стороны государства, а также земель, городов и общин играет, в частности, Закон о сти­мулировании использования возобновляемых энер­горесурсов (EEG).

Бывшие горнопромышленные площади в Рурском и Саарском бассейнах, а также в других традицион­ных регионах угледобычи в Германии, должны стать интегральной частью этого развития. Такие класси­ческие направления развития, как промышленное производство, логистика или жилищная сфера от­ходят на второй план. Необходимо усилить внима­ние к вопросам иного использования этих площадей для освоения регенеративных видов энергии. Пред­посылки для этого весьма благоприятны. Зачастую имеются в наличии хорошие транспортные соеди­нения - дороги, рельсовые пути или каналы. Речь идет в большинстве случаев об участках большой площади, которые предназначаются для интенсив­ного использования, например, для выращивания биомассы. Потребительский потенциал находится при этом в непосредственной близости или может быть создан на месте. Жилые районы или районы развития малого бизнеса не в последнюю очередь за счет использования возобновляемой энергии по­лучат заметные выгоды. Также нельзя еще раз не сказать о неоднократно упоминавшемся синергетическом эффекте, так как этот эффект охватывает как производителя электроэнергии и поставщика сырья, так и покупателя энергии, а также, конечно, проектировщика и собственника используемой площади (рис. 1).

Возможности для применения разнообразны. Пе­ревод земель, занятых ранее горнопромышленны­ми предприятиями с «черного» на «зеленое золо­то» - не просто благочестивое желание, а реальная практическая деятельность.

В основном можно выделить пять различных форм (рис. 2):

-- использование теплоты земных недр (геотер­мальная энергия);

-- утилизация метана;

-- выращивание биомассы на больших площадях;

-- производство солнечной энергии и энергии ве­тра.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия, или теплота земных недр, представляет собой тепло, аккумулированное в доступных частях Земли. Так как оно удовлетво­ряет критерию устойчивости, оно относится к реге­неративным видам энергии. Геотермальная энергия - это энергоресурс, пригодный к использованию в течение долгого времени. Теоретически за счет за­пасов тепла, аккумулированного в верхней трехки­лометровой зоне земной коры, можно было бы обе­спечивать современные потребности мира в энергии в течение более 100 000 лет (рис. 3).

Геотермальная энергия может использоваться для выработки тепловой и электрической энергии. Различают в основном близкое к поверхности и глубокозалегающее тепло.

Геотермальная теплота с глубины примерно 5 – 10 м имеет однородную температуру и в боль­шинстве случаев с помощью тепловых насосов подается непосредственно для обогревания или охлаждения.

Геотермальная энергия глубокого залегания де­лится на энергию с высоким и низким теплосодер­жанием.

Месторождения с высоким теплосодержанием приурочены к тепловым аномалиям, как правило, связанным с вулканической активностью; это тепло используется во всем мире для выработки электро­энергии. Месторождения с низким теплосодержа­нием, которые, к примеру, имеются в Руре и Сааре, можно разделить в соответствии со следующими ви­дами использования геотермальной энергии.

Гидротермальные системы, в которых термаль­ная вода циркулирует в грунтовом слое между дву­мя скважинами.

Петротермальные системы, так называемые су­хие нагретые породы, в которых специально вве­денный теплоноситель циркулирует по трещинам и разломам между двумя глубокими скважинами.

Система глубоких геотермических зондов, в кото­рой среда-носитель циркулирует в замкнутом кон­туре внутри скважины.

Добыча геотермальной энергии при строитель­стве туннелей (широко распространенный способ в Швейцарии и Австрии), а также из глубоких шахт.

Сочетание геотермальной энергии с возможно­стями использования участков бывших горных раз­работок можно рассматривать как идеальное.

При использовании рудничной воды в качестве тепло­носителя главными объектами затрат являются ин­вестиционные затраты, например, связанные с бу­рением глубоких геотермических скважин, а также текущие эксплуатационные расходы. Энергия сама по себе поступает в распоряжение, казалось бы, бес­платно. Если для доступа к рудничной воде восполь­зоваться бывшими шахтными стволами, то можно за­метно снизить объем капиталовложений. Разумеется, уже при засыпке или санировании шахтных стволов необходимо обеспечить доступ к рудничной воде и, таким образом, сохранить их для возможного геотер­мического использования. Помимо экономии затрат на вскрытие и эксплуатацию дополнительные преи­мущества состоят в том, что за счет обширных под­земных гидравлических соединений в пределах ка­менноугольных бассейнов обеспечивается доступ к практически неограниченному геотермическому по­тенциалу, температура которого остается постоян­ной круглый год.

Геотермальная энергия существует всегда, независимо от времени дня и сезона, а также независимо от погоды. Геотермальная энергия может служить, таким образом, в качестве базового энерго­носителя. Рудничная вода с температурой от 25 до 40 °С насосами подается на поверхность. В теплооб­меннике вода отдает свое тепло. Затем вода через вторую находящуюся на достаточном удалении сква­жину снова закачивается в массив. Старые шахтные стволы идеально для этого подходят. Относительно небольших затрат требует использование уже име­ющихся трубопроводов, либо разбуривание старых трубопроводов или засыпанных стволов.

Еще одна возможность состоит в том, чтобы ис­пользовать воду из имеющихся систем рудничного водоотлива в энергетических целях, отбирая теп­ло с помощью теплообменника. В качестве приме­ра можно привести открытие недавно Школы ме­неджмента и дизайна на шахте «Цолльферайн» в Эссене. Хотя шахта «Цолльферайн» закрыта еще в 1986 г., здесь ведется добыча энергии будуще­го. Энергия, необходимая для работы помещений школы, производится на базе тепла, забираемого из рудничного водоотлива, и используется зимой в отопительных системах, а летом для кондициони­рования помещений.

В развивающемся промышленном районе на ме­сте бывшей шахты «Реден» в Сааре предпочтение теперь отдается геотермической энергии. Здесь должна быть реализована концепция «близкого» тепла, предусматривающая снабжение теплом, от­даваемым рудничной водой, которая подается с по­мощью надежных и дешевых тепловых компресси­онных насосов. Для защиты от пиковой нагрузки должны использоваться котел на древесной щепе и котел на жидком топливе. Такая система теплоснаб­жения, которая устанавливается на трех надежных стойках, после завершения строительства сможет обеспечить непрерывное местное теплоснабжение в объеме нескольких мегаватт.

Кроме того, в бывших ахенском и нидерландском каменноугольных бассейнах уже есть конкретные планы по использованию геотермальной энергии. В нидерландском городе Геерлене реализуется так на­зываемый проект «Шахтная вода» (Minewater-Project) силами международного партнерства, в которое вхо­дят нидерландские, французские, английские и не­мецкие организации. Цель проекта - показать, что добыча геотермальной энергии из бывших шахт яв­ляется надежным и экологически приемлемым спо­собом получения энергии. Первый реальный пилотный проект уже реализуется в настоящее время в Геерлене. Новый городской жилой квартал пример­но на 700 квартир будет снабжаться геотермальным теплом, добываемым на бывшей голландской камен­ноугольной шахте. В настоящее время на ней ведут­ся необходимые буровые работы.

В задачи MGG входит поиск тех, кто заинтересо­ван в использовании участков, занятых в прошлом горнодобывающими предприятиями в Руре и Саа­ре, которые пригодны для создания системы энер­госнабжения на базе геотермической энергии. К ним относятся энергоемкие предприятия, которые испытывают круглогодично высокую потребность в энергии, такие, например, как тепличные хозяйства или объекты, предназначенные для организации досуга, например, бассейны. Следует учесть также теплоснабжение сельскохозяйственных площадей, что уже практикуется в Нидерландах.

Использовать геотермическую энергию планиру­ется также на шахте «Хаус Аден 1/2» в Бергкамене. Уже сейчас здесь для производства электроэнергии применяется метан, но все же без утилизации ге­нерируемого тепла. В будущем производство этой энергии можно было бы совместить с получени­ем геотермальной энергии из системы водоотли­ва шахты «Ост», принадлежащей компании «Дойче Штайнколе АГ» (ДСК). В рамках реализации программы «Wasserstadt Haus Aden» теплом будет снабжаться не только запланированный городской жилой массив на 400 квартир, но и центр водолаз­ного спорта, спортивный зал на побережье, а также спацентр с термальным источником.

Геотермаль­ная энергия для таких энергоемких потребителей, связанных с организацией досуга, является прак­тически идеальным вариантом, так как она имеется почти в неограниченном объеме, а температура по­стоянна. В настоящее время готовится инженерно-техническое и экономическое обоснование проек­та геотермического использования рудничной воды в районе шахты «Хаус Аден».

В целом, помимо чисто энергетических преиму­ществ, использование геотермальной энергии обеспечивает улучшение имиджа энергетики, так как не вызывает эмиссии вредных веществ. В сочетании с другими возобновляемыми видами энергии, такими как биомасса или пластовый метан, геотермальная энергия представляет собой недорогой, экологиче­ски целесообразный и надежный первичный энерго­носитель для производства электроэнергии с отбо­ром и использованием тепла, например, в системах централизованного теплоснабжения.

Метан

Выделение метана (СН₄) происходит в процессе добычи каменного угля. До сих пор метан всегда был врагом горняков. Сегодня метан находит свое полезное применение. Выделяющийся из закрытых шахта метан влияет на окружающую среду, способ­ствуя созданию сильного парникового эффекта, по­этому он входит в состав парниковых газов, пере­численных в Киотском протоколе. Роль этих газов в решении проблемы защиты климата уже хорошо известна, поэтому в течение десятилетий благо­даря каптажу и сжиганию метана обеспечивается не только более эффективная отработка каменно­угольных месторождений, но и вносится существен­ный вклад в охрану окружающей среды.

Извлекаемый через засыпанные шахтные ство­лы метан сжигается в блочных теплоэлектростан­циях и превращается в электрическую энергию. В настоящее время тепло отработавших газов отби­рается только на нескольких предприятиях, так как прогнозы относительно возможных объемов извле­чения СН₄, а также срока службы установок по ути­лизации метана в основном ненадежны.

Уже сейчас в эксплуатации находится 58 блоч­ных теплоэлектростанций в бывших районах горно­добывающей деятельности в земле Северный Рейн-Вестфалия, которые ежегодно производят почти 500 млн кВт-ч электроэнергии. Это соответствует потребности примерно 170 000 домовладений. На упоминавшейся уже шахте «Хаус Аден» в Бергкамене можно было бы использовать метан в сочета­нии с геотермальной энергией.

Биомасса

Биомасса рассматривается как негласная звезда среди возобновляемых видов энергии. Она - един­ственная из этих энергоносителей - может стать

первичным энергоносителем для производства как электрической и тепловой энергии, так и жидкого топлива. Кроме того, ее можно изготовить тогда, когда потребитель в ней нуждается (рис. 4).

Понятие биомассы охватывает все материалы органического происхождения, к которым относят­ся растения и животные, их остатки, отходы и по­бочные продукты, которые получены в результа­те одного или нескольких превращений.

Биомасса - это наиболее часто используемый и универсаль­ный регенеративный энергоноситель. Биомасса считается старейшим источником энергии в исто­рии человека, и еще не все ее значительные воз­можности изучены.

Продукты биомассы можно подразделить в зави­симости от происхождения на следующие классы:

-- органические отходы, такие как биомусор, опил­ки или осадок сточных вод;

-- органические побочные продукты, например, навозная жижа;

-- остатки урожая, такие как солома или остатки лесной древесины;

-- энергетические растения, например, китайский камыш (или мискантус китайский).

Выработка электроэнергии происходит либо в процессе сжигания, либо в процессе производства биохимического газа.

Каковы же возможности использования биомас­сы в бывших горнопромышленных районах? Су­ществует большое разнообразие отраслей, кото­рые связаны с производством и сбытом, а также выработкой электроэнергии из биомассы. Поэто­му производители электроэнергии могут самосто­ятельно выбрать места, пригодные для размеще­ния биоэнергетических установок. Дополнительные возможности появляются при размещении пред­приятий, занимающихся торговлей лесом или дере­вообработкой. Более того, обширные бывшие про­изводственные площади, для которых невозможно найти более полезного применения, могут исполь­зоваться для выращивания дополнительных объ­емов сырья. Далее, бывшие усреднительные или круговые склады являются идеальным решением для организации процессов сушки, складирования и перемешивания биогенного топлива, предназна­ченного, например, для производства древесных гранул, древесной щепы или каминной древесины. Возможностей много, при этом логическая увязка всей цепочки создания стоимости от производства биомассы вплоть до выработки электроэнергии на некоторой площади создает дополнительный синергетический потенциал.