Artykuł opublikowany pod adresem:     http://gigawat.net.pl/article/articleprint/1214/-1/86/

Amerykańskie sposoby na rtęć. Uwaga na ryby!
Informacje Numery Numer 05/2008

Autor: opr. red.

Data publikacji: 06.05.2008 10:46

Na podstawie materiałów EPA (USA) opracował Piotr Olszowiec

W krajach wysokorozwiniętych narasta presja na zapewnienie ochrony środowiska naturalnego przed szkodliwym oddziaływaniem przemysłu. Szczególne obawy ekologów i lekarzy wzbudzają zagrożenia wywoływane przez obecność metali ciężkich, a zwłaszcza rtęci. Z łącznej ilości około 6600 ton tego trującego metalu przedostającego się rocznie do atmosfery na całym świecie, 2/3 należy przypisać działalności człowieka. W wyniku wieloletnich badań prowadzonych w USA ustalono, że największymi, skupionymi źródłami emisji rtęci i jej związków są elektrownie cieplne. Co roku ponad 400 amerykańskich elektrowni opalanych węglem kamiennym i brunatnym emituje do atmosfery około 50 ton rtęci. Od dawna metal ten uznawany był za szczególnie niebezpieczny dla zdrowia.

Powoduje on – obok licznych dolegliwości - nieodwracalne uszkodzenia układu nerwowego człowieka, zwłaszcza płodu ludzkiego i dzieci. Najczęściej rtęć wnika do organizmu ludzkiego przez spożywanie ryb. Zawarte w powietrzu atmosferycznym cząstki tego metalu zanieczyszczają wody rzek i jezior. W środowisku wodnym rtęć przybiera wysoce toksyczną postać zwaną w języku angielskim „methylmercury”, która gromadzi się w tkankach zwierzęcych i ludzkich.

Pierwszy masowy przypadek zatrucia rtęcią odnotowano w połowie XX wieku w Japonii . Metal ten używany był od 1932 r. przez fabrykę tworzyw sztucznych, skąd ścieki odprowadzano do pobliskiej zatoki Minamata. Na początku lat pięćdziesiątych stwierdzono częste dolegliwości; najpierw u zwierząt, potem – u ludzi. Objawiały się one u ludzi zaburzeniami neurologicznymi (m.in. mowy i poruszania się). Później ustalono, że schorzenia dotknęły ludzi spożywających niektóre gatunki ryb, łowionych w zatoce. Stężenie rtęci w rybach i skorupiakach osiągało 40 mg/kg. W 2001 r. liczba zarejestrowanych przypadków tej choroby osiągnęła 2265, z czego aż 1784 stanowiły przypadki śmiertelne. Od tego czasu chorobę spowodowaną zatruciem rtęcią określa się także mianem choroby minamata.

Chociaż zagrożenia te były znane naukowcom od dawna, to jednak dopiero stosunkowo niedawno ich świadomość doprowadziła do podjęcia działań prewencyjnych. W walce z tą śmiertelną substancją najbardziej zaawansowane są Stany Zjednoczone i niektóre kraje zachodnioeuropejskie, gdzie wprowadza się coraz bardziej restrykcyjne ograniczenia w użytkowaniu sprzętu zawierającego rtęć lub jej związki. I tak na przykład w wielu amerykańskich stanach oraz państwach skandynawskich, Holandii i Francji od dawna obowiązuje zakaz stosowania przyrządów pomiarowych na bazie rtęci np. tradycyjnych termometrów czy barometrów, a także popularnych dawniej rtęciowych łączników i przekaźników.

W lipcu 2006 r. Komisja Europejska przyjęła dyrektywę znacznie ograniczającą wykorzystywanie rtęci oraz regulującą jej wytwarzanie, obrót, magazynowanie i utylizację. Dotychczasowe wysiłki przyniosły już w tych krajach wymierne efekty w postaci mniejszej emisji i zawartości rtęci w środowisku oraz obniżenia zachorowalności ludności.

W odróżnieniu od Europy, w Stanach Zjednoczonych szczególną uwagę zwrócono na obniżenie emisji tej trucizny z energetyki opartej na spalaniu węgli. Kampania przeciwko zagrożeniom wywoływanym przez rtęć rozpoczęła się w 1998 r., kiedy amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) ogłosiła, że ze wszystkich przebadanych zanieczyszczeń, właśnie ten metal jest najniebezpieczniejszy dla zdrowia społeczeństwa. W 1999 r. grupa organizacji zajmujących się ochroną środowiska wyznaczyła po raz pierwszy rzeczywiste wielkości emisji rtęci do atmosfery przez poszczególne elektrownie cieplne. Niektóre z tych zakładów zostały zaskarżone przez Radę Ochrony Zasobów Naturalnych (NRDC), w wyniku czego sąd nakazał im dokonywanie pomiarów zawartości rtęci w spalanym węglu.

W oparciu o przeprowadzone badania, w następnym roku EPA podjęła decyzję o wprowadzeniu przepisów ograniczających emisję rtęci do atmosfery. W 2005 r. Agencja wydała zapowiedziane zarządzenie, które zainicjowało szeroko zakrojone działania dla realizacji tego celu. Starania EPA zbiegły się z przyjęciem szerszego programu ochrony atmosfery „Clear Skies” (Czyste Niebo) wysuniętego przez administrację Białego Domu. Powyższe inicjatywy zyskały szerokie poparcie i szczodre finansowanie zaplanowanych zamierzeń. Dzięki realizacji powyższego programu łączna emisja rtęci z amerykańskiej energetyki węglowej powinna do 2020 r. zmniejszyć się o blisko 90% względem obecnego poziomu.

Dla elektrowni węglowych spełnienie nowych norm będzie wyjątkowo trudnym zadaniem. Opracowane dotychczas rozwiązania są bardzo kosztowne i wielu przypadkach mogą okazać się niewystarczające. Wiadomo też, że wytwórcy, którzy nie spełnią przyszłych wymagań, zostaną zmuszeni do ograniczenia, a nawet zaprzestania produkcji.

Problem redukcji emisji rtęci stanowi poważne wyzwanie naukowo-techniczne z uwagi na znaczną zależność jej wielkości od rodzaju węgla i technologii układu kotła.

Istniejące instalacje odsiarczania i odazotowania spalin są dość skuteczne w usuwaniu tlenków rtęci, natomiast nie eliminują praktycznie samego pierwiastka. Ponieważ w każdej elektrowni stosunek zawartości rtęci metalicznej do zawartości związków rtęci może być inny, to eliminacja tych zanieczyszczeń nie może być realizowana jedynie we wspomnianych instalacjach.

Dla opracowania skutecznych metod ograniczenia emisji rtęci co najmniej od dekady prowadzone są w USA badania i próby w skali zarówno laboratoryjnej, jak i przemysłowej. Największe perspektywy wykorzystania w przyszłości mają następujące rozwiązania:

- dawkowanie do spalin sproszkowanego węgla aktywowanego. Jest to obecnie najskuteczniejsza metoda eliminacji rtęci. Możliwe jest użycie jako sorbentu tańszego węgla aktywowanego, odzyskiwanego z odpadów lub niecałkowicie spalonego węgla. Sorbent ten jest wprowadzany do strumienia spalin za podgrzewaczem powietrza.

- zatrzymywanie tlenków rtęci w osadzanym pyle w elektrofiltrach, do których dawkuje się sproszkowany sorbent. Metoda jest wrażliwa na zmiany parametrów roboczych spalin.

- mokre odsiarczanie spalin – skuteczne jedynie dla eliminacji tlenków rtęci. Dla eliminacji rtęci metalicznej należy wywoływać reakcje utleniające.

- odpylanie spalin w filtrach tkaninowych - zatrzymywanie rtęci zachodzi w warstwie sorbentu pokrywającego materiał filtra;

- nowatorskie technologie kompleksowego usuwania różnych zanieczyszczeń (np. łącznie tlenków siarki i metali ciężkich ), m.in. metoda elektrokatalitycznego utleniania;

- nowe metody obecnie w stadium badań laboratoryjnych np. użycie promieniowania ultrafioletowego do utleniania pierwiastka rtęci do związków usuwalnych przez sprawdzone technologie.

Powyższe metody są bardzo kosztowne i posiadają różną, nie zawsze wystarczającą skuteczność. Dla przykładu, wykorzystanie węgla aktywowanego dla jednych kotłów zapewnia skuteczność eliminacji rtęci w 90%, dla innych zaś poniżej 50%. Koszt eksploatacji instalacji tego typu ocenia się na 1 USD/MWh, co podnosi koszty produkcji energii o 2-5%. Zależność skuteczności instalacji od szeregu czynników oraz przewidywane wysokie nakłady inwestycyjne i eksploatacyjne staną się poważnym utrudnieniem przy wyborze optymalnego rozwiązania, indywidualnego w każdej elektrowni.

Przykładem pozytywnych testów (skuteczność 40-60%) nowych amerykańskich technologii redukcji emisji rtęci z kotła węglowego wielkiej mocy są badania przeprowadzone w elektrowni Pleasant Prairie. Działanie instalacji polega na rozpylaniu węgla aktywowanego w spalinach, w wyniku czego cząstki rtęci przylegają do części lotnych popiołów i razem zostają zatrzymane w urządzeniach odpylających. Okazało się jednak, że struktura zebranego popiołu, wskutek związania cząstek węgla, ulega zmianie zmniejszając jego przydatność dla dalszego wykorzystania. Powyższy eksperyment, sfinansowany przez Departament Energetyki USA (DOE) kosztem 6,8 mln USD, był pierwszym na tak wielką skalę badaniem metod eliminacji rtęci w energetyce.

Innym, obecnie realizowanym przedsięwzięciem badawczym, również sponsorowanym przez DOE, jest instalacja o nazwie TOXECON w elektrowni Presque Isle (Wisconsin). W systemie tym aktywowany węgiel w stanie sproszkowanym, wraz z innymi sorbentami chemicznymi, jest dawkowany do spalin wylotowych z kotła. Zanieczyszczenia pyłowe zawierające także związki rtęci i siarki są wychwytywane w filtrach workowych. Eksperyment o łącznym koszcie 75 mln USD potrwa 5 lat. Jeszcze większe środki (300 mln dolarów) zainwestowano w wykonanie pilotażowej instalacji w Colorado Springs. Firma Foster Wheeler realizuje tu 6-letni program badania fluidalnego paleniska o docelowej sprawności 90% redukcji rtęci, a także szeregu innych szkodliwych zanieczyszczeń.

Wysokość zaangażowanych środków świadczy o determinacji amerykańskich władz w kwestii osiągnięcia postawionych celów. Specjaliści, przypominając o skali i złożoności problemu, nakazują uzbrojenie się w cierpliwość. Opracowanie nowej technologii i jej badania laboratoryjne zajmują bowiem 2 do 4 lat. Następny etap czyli testowanie w obiekcie przemysłowym pochłania kolejny rok. W razie pozytywnych wyników przystępuje się do sprawdzenia w warunkach rzeczywistych, które trwa zwykle 6 lat, przy czym niekiedy konieczne jest powtórzenie tego ostatniego okresu badań. W rezultacie wdrożenie nowej technologii może potrwać 10 do 16 lat.

Opierając się na powyższych doświadczeniach specjaliści Departamentu przewidują ostrożnie, że nowe technologie redukcji emisji rtęci z elektrowni węglowych, osiągające założoną skuteczność 90%, będą gotowe do testowania przemysłowego w 2010 r., a ich definitywnego zastosowania można oczekiwać dopiero około 2018 roku.




| Powrót |

Artykuł opublikowany pod adresem:     http://gigawat.net.pl/article/articleprint/1214/-1/86/

Copyright (C) Gigawat Energia 2002