Jak ocenić wpływ produkcji energii elektrycznej na środowisko, uwzględniając nie tylko emisje powstające podczas spalania paliw, lecz także te związane z wydobyciem surowców, ich przygotowaniem i transportem? Odpowiedzi na to pytanie dostarcza monografia Krzysztofa Koguta poświęcona opracowaniu i zastosowaniu metodyki wyznaczania śladu rtęciowego (Mercury Footprint, MF). Wskaźnik ten określa całkowitą ilość rtęci i jej związków emitowanych do środowiska w przeliczeniu na jednostkę funkcjonalną, którą w analizie produkcji energii elektrycznej jest najczęściej 1 MWh.
W części teoretycznej przedstawiono właściwości fizykochemiczne rtęci, jej formy występowania w środowisku oraz mechanizmy transportu, depozycji, reemisji i przemian chemicznych. Szczególną uwagę poświęcono jej toksyczności. Rtęć nie pełni pozytywnej funkcji biologicznej, a jej obecność w środowisku zagraża ekosystemom i zdrowiu człowieka. Ze względu na trwałość i zdolność do przemieszczania się między elementami środowiska może się w nim kumulować. Produkcja energii z wykorzystaniem procesów spalania pozostaje jednym z głównych źródeł emisji rtęci do atmosfery.
Autor przedstawia podstawy teoretyczne i metodyczne analizy śladu rtęciowego, łącząc koncepcję śladu środowiskowego z analizą cyklu życia (Life Cycle Assessment, LCA). Takie podejście pozwala uwzględnić zarówno emisje bezpośrednie, powstające podczas spalania paliw, jak i emisje pośrednie, związane z pozyskiwaniem i transportem surowców oraz innymi etapami procesu produkcyjnego. W publikacji omówiono również metody analityczne oznaczania rtęci, wskaźniki jej emisji i sposoby oceny niepewności wyników.
W części badawczej autor poddał analizie ślad rtęciowy produkcji energii elektrycznej w Polsce z wykorzystaniem węgla kamiennego i brunatnego, gazu ziemnego, oleju opałowego i biomasy, a także w elektrowniach szczytowo-pompowych. Zastosował opracowaną metodykę do oceny poszczególnych sposobów wytwarzania energii i prześledził zmiany śladu rtęciowego w latach 2015–2023. Wyniki wskazują na znaczne zróżnicowanie emisji w zależności od wykorzystywanego paliwa. Największy ślad rtęciowy wiąże się z produkcją energii z węgla brunatnego, a najmniejszy – z gazu ziemnego. Uwzględnienie emisji pośrednich pozwala pełniej ocenić środowiskowe konsekwencje poszczególnych technologii.
Monografia ukazuje przydatność śladu rtęciowego jako narzędzia do porównywania technologii energetycznych, identyfikowania etapów procesu o największej emisyjności oraz planowania działań ograniczających ich oddziaływanie na środowisko. Opracowana metodyka może znaleźć zastosowanie również w ocenie innych procesów wytwórczych.
- Contents
-
Streszczenie 7
Summary 9
Wykaz skrótów i symboli 11
Wstęp 17
1. Wprowadzenie 21
2. Rtęć 31
2.1. Właściwości fizykochemiczne rtęci 32
2.2. Źródła emisji i obieg rtęci w przyrodzie 33
2.3. Wpływ rtęci na środowisko 38
2.4. Wpływ rtęci na organizm człowieka 40
3. Metody analityczne oznaczania rtęci 43
3.1. Oznaczanie rtęci w fazie stałej 47
3.2. Oznaczanie rtęci w fazie ciekłej 47
3.3. Oznaczanie rtęci w fazie gazowej 48
4. Produkcja energii elektrycznej w Polsce 53
5. Metodyka analizy śladu rtęciowego 57
6. Wskaźniki emisji rtęci ze spalania paliw 63
6.1. Wskaźnik emisji rtęci ze spalania węgla kamiennego 64
6.2. Wskaźnik emisji rtęci ze spalania węgla brunatnego 68
6.3. Wskaźnik emisji rtęci ze spalania gazu ziemnego 72
6.4. Wskaźnik emisji rtęci ze spalania oleju opałowego 75
6.5. Wskaźnik emisji rtęci ze spalania biomasy 77
7. Wyznaczenie śladu rtęciowego produkcji energii elektrycznej w Polsce 79
7.1. Emisja rtęci z procesów produkcji energii elektrycznej 81
7.1.1. Produkcja energii elektrycznej z węgla kamiennego 81
7.1.1.1. Wydobycie węgla kamiennego 82
7.1.1.2. Transport węgla kamiennego do elektrowni 83
7.1.1.3. Wytwarzanie energii elektrycznej z węgla kamiennego 84
7.1.2. Produkcja energii elektrycznej z węgla brunatnego 87
7.1.2.1. Wydobycie węgla brunatnego 88
7.1.2.2. Transport węgla brunatnego do elektrowni 89
7.1.2.3. Wytwarzanie energii elektrycznej z węgla brunatnego 89
7.1.3. Produkcja energii elektrycznej z gazu ziemnego 92
7.1.3.1. Wydobycie i oczyszczanie 97
7.1.3.2. LNG 97
7.1.3.3. Transport 100
7.1.3.4. Magazynowanie 103
7.1.3.5. Wytwarzanie energii elektrycznej z wykorzystaniem gazu ziemnego 107
7.1.4. Produkcja energii elektrycznej z oleju opałowego 112
7.1.4.1. Pozyskanie oleju opałowego 114
7.1.4.2. Transport oleju opałowego 115
7.1.4.3. Wytwarzanie energii elektrycznej z wykorzystaniem oleju opałowego 115
7.1.5. Produkcja energii elektrycznej z biomasy 118
7.1.5.1. Pozyskanie biomasy 120
7.1.5.2. Transport biomasy 123
7.1.5.3. Wytwarzanie energii elektrycznej z biomasy 124
7.1.6. Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach szczytowo-pompowych 132
7.2. Analiza niepewności 137
7.2.1. Metoda wyznaczania niepewności standardowej typu A 138
7.2.2. Metoda wyznaczania niepewności standardowej typu B 139
7.2.3. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji rtęci w spalinach 139
7.2.4. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji bezpośredniej 140
7.2.4.1. Niepewność emisji bezpośredniej podczas spalania paliwa w procesie produkcji energii elektrycznej 141
7.2.4.2. Niepewność emisji bezpośredniej podczas spalania oleju opałowego oraz gazu ziemnego na etapach pośrednich 141
7.2.5. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji pośredniej 142
7.2.5.1. Elementy wspólne dla wszystkich rodzajów paliw 142
7.2.5.2. Pozyskiwanie oleju opałowego 144
7.2.5.3. Transport oleju opałowego 146
7.2.5.4. Produkcja energii elektrycznej z oleju opałowego 147
7.3. Analiza zmian śladu rtęciowego produkcji energii elektrycznej w Polsce w latach 2015–2023 148
8. Podsumowanie 163
Załączniki 167
Załącznik 1. Spalanie gazu ziemnego 167
Załącznik 2. Spalanie gazu ziemnego podczas sprężania 173
Załącznik 3. Spalanie oleju opałowego 177
Załącznik 4. Równania opisujące wyznaczenie niepewności pomiarowych 180
Z.4.1. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji rtęci w spalinach 181
Z.4.2. Niepewność emisji bezpośredniej podczas spalania paliwa w procesie produkcji energii elektrycznej 184
Z.4.3. Niepewność emisji bezpośredniej podczas spalania oleju opałowego i gazu ziemnego na etapach pośrednich 188
Z.4.4. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji pośredniej – elementy wspólne 194
Z.4.5. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji pośredniej – pozyskiwanie oleju opałowego 198
Z.4.6. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji pośredniej – transport oleju opałowego 202
Z.4.7. Niepewność wyznaczenia wskaźnika emisji pośredniej – elektrownia 203
Literatura 205
