コロラド渓谷では、採掘者が1世紀以上にわたって石炭を収穫しており、2番目の燃料であるメタンが、エルククリーク鉱山の厚い黒い継ぎ目から逃げています。 鉱山周辺のボアホールとパイプのシステムは、メタンに富んだガスを改造トラックエンジンに送ります。 1メガワットの3つの発電機を使用して、エンジンはこのメタンを地元の送電網用の電気に変換します。
エルククリークは、ミシシッピ州西部の炭鉱で最初のメタンからエネルギーへのプロジェクトであり、全国で最大規模です。 しかし、エルククリークのような炭鉱は、全国のメタン排出量の約10％と世界中のメタン排出量の6％を占めており、採掘作業が終了した後もずっとメタンを放出し続けています。 ガスはまた、沼地、産業煙道、埋立地、畜産農場、天然ガス事業からも浸透しています。
実際、毎年大量のメタンが地球の大気中に流入しているため、地球規模で二酸化炭素に次いで気候変動に大きく影響しているのは世界で2番目です。 メタンは炭素よりも速く散逸しますが、100年間の温室効果ガスとしての強度はCO2の20倍以上です。
メタンを燃焼させると、気候への影響を軽減しながら、エネルギーまたは有用な熱を生成できます。つまり、ガスを本質的に弱い水と二酸化炭素に還元します。 エルククリークでは、1日あたり670立方フィートを超えるメタン（鉱山の総メタン排出量の約16％）を燃焼する内燃機関で、年間24ギガワット時の発電が予想されています。 これは約2, 000の家庭に電力を供給するのに十分な電力です。
主要な資金提供者であるアスペンスキーカンパニーの推定によれば、プロジェクトはメタンの大気中への流入を停止することにより、今後15年間で年間96, 500メートルトン以上のCO2に相当する排出を防止します。 これは、一般的な石炭火力発電所からの約10日間の炭素排出量です。温室効果ガスの世界的な排出量を大幅に削減するには不十分ですが、メタンを問題のある廃棄物から貴重な燃料に変える重要なステップです。
政策の変更、創造的な新しいパートナーシップ、および技術革新の組み合わせにより、現在、エルククリークは炭鉱からメタンを収穫する同様のプロジェクトのはるかに大きな波をリードできる可能性があります。
チャレンジ
歴史的に、米国のエルククリークのような鉱山の所有者は、メタンを利用するインセンティブがほとんどありませんでした。 ガスは最近、他の燃料に比べて低価格で販売されているため、収穫に必要なシステムの設置費用を回収するには何年もかかるでしょう。 その結果、鉱山の所有者は、単にガスが地球の大気に侵入することを許可します。
そして最近まで、技術は、炭鉱作業者を、比較的高濃度のメタンを伴う炭鉱排出物からのみエネルギーを利用することに限定してきた。 濃度が80％を超えると、メタンを天然ガスのパイプラインに注入したり、車両用の液化天然ガスに変換したりできます。 濃度が約20〜40％の場合、ガスは、エルククリークや蒸気や温水を生成する工業用ボイラーでのように発電に燃料を供給することができます。 国連の報告書によると、ほとんどの中品質および高品質のメタンは、電力または電力と有用な熱の組み合わせを生成するために使用されます。 このメタンは通常、実際の採掘が始まる前に、サイトの周りに掘削されたボアホールに集められます。
しかし、炭坑から出るメタンの多くは低濃度であり、窒素、酸素、その他の汚染物質と混合されています。 これは、オペレーターが通常、換気システムを使用して、作業員の安全のために鉱山のシャフトに漏れるメタンを新鮮な空気で希釈するためです。空気中の濃度が5〜15％の場合、メタンは爆発性であり、健康な呼吸には1％未満の濃度が必要です。
メタンが換気システムで他のガスと混合されると、混合物は燃えず、メタンをろ過するのが難しいため、燃料として使用することが難しくなります。
これらの課題に一部起因して、メタンが混入した換気された空気は、エルククリークと同様に、通常大気に放出されます。 500を超えるアクティブのうちの約20のみ 全国の地下炭鉱では、メタンを捕捉または電気に変換するためのあらゆるタイプのシステムが導入されています。 そして、これらの20の鉱山のうち、ほとんどは排水孔に集められたメタンを単純に取り込んで、家庭や企業で使用するために近くの天然ガスパイプラインに注入しています。
新しいアプローチのためのパートナー
コロラドのような西部の州では、炭鉱は多くの場合天然ガスのパイプラインから遠く離れた場所にあるため、これらのサイトから高品質のメタンでさえも利用するには別のアプローチが必要です。 エルククリークは、米国の炭鉱では珍しく、メタンを燃焼させて現場で発電し、その電力を地元の送電網に送ります。
同様のメタンからエネルギーへの技術は、何十年もの間、ヨーロッパ、オーストラリア、中国、その他の国の鉱山に設置されてきました。 しかし、これらのプロジェクトは、税制上の優遇措置やその他の形態の公的支援のほか、高価な天然ガスと電力の恩恵を受けており、メタンを競争力のある価格で販売することができます。 エルククリークは、天然ガスからの電力が比較的安価な時間と場所での民間パートナーシップを通じて、この廃棄物を活用するためのモデルを提供しています。
コロラド州に本拠を置くエネルギー開発会社Vessels Coal and Gasのデンバー社長であるTom Vesselsは、ドイツの技術を使用して多くの鉱山を巡回した後、2005年に炭鉱のメタンからエネルギーへのプロジェクトのパートナーと投資家を探し始めました。 彼がアプローチしたほとんどの米国企業は、この技術に不慣れであり、結果として投資することに消極的だったとベッセルズは言います。 確かに、それは米国では行われていなかった、と彼は言います。 「しかし、私たちは今そのボックスをチェックしています。」
2012年、Vesselsはアスペンスキー会社から資金を540万ドル確保しました。アスペンスキー会社は、よりクリーンなエネルギーを生成し、自社の電力使用に伴う排出を相殺することを目指しています。 地方の電力協同組合であるホーリークロスエナジーは、15年の契約と新しいよりクリーンな電力源と引き換えに、プロジェクトからの電力に対して市場価格よりわずかに高い料金を支払うことに署名しました。
最後に、エネルギーの大物ウィリアム・コッホが率いるエルク・クリークの所有者であるオックスボウ・マイニングは、年間の電力販売のわずかな削減と引き換えに、ベッセルが鉱山に機器を設置することに同意しました。 ホーリークロスからの収入のほとんど（年間約650, 000ドル、またはASCの当初の投資の約12％）は、リゾート会社に送られます。
地平線上のポリシー
このプロジェクトは昨年、コロラド州西部全体に配電するために電力網に電力を供給し始めました。 数ヵ月後、コロラド州は、2020年までにエネルギーの20％を再生可能エネルギー源から得るために、2004年に設定された要件を倍増するために、大規模な農村電気協同組合とそれらにサービスを提供するユーティリティを必要とする新しい法律を可決しました
法律は、再生可能な資源として風力や太陽光などの継続的に補充される資源とともにメタンを認めており、一部の環境団体やグリーンエネルギーの支持者が強く反対している政策です。 非営利の環境擁護団体WildEarth Guardiansの気候およびエネルギープログラムのディレクターであるジェレミーニコルズは、メタンの分類は「再生可能エネルギー標準の目的ではない」と言います。 しかし、エネルギーにメタンを使用することは、メタンを大気に放出するという現状に勝ると言います。 「一日の終わりには、それは悪いことを最大限に活用している」と彼は言います。そして専門家は、新しい命令の下でメタンをもたらすことで、エルククリークのようなプロジェクトからの電力のコロラド電力会社の需要を増やすことができると言います。
連邦レベルでも変化が進行しています。 オバマ大統領は連邦政府機関に「包括的なメタン戦略の開発」を指示しており、環境保護庁は、廃棄メタンを捕獲して燃焼または電力に変換する見込みのある約50の米国炭鉱を特定しました。
メタンエネルギーの支持者は、カリフォルニアでの来たる投票により、最終的には技術が沿岸から沿岸までより収益性の高いものになることを期待しています。 州の大気規制当局は、2020年までに温室効果ガスの排出量を1990年レベルまで削減することを目的としたキャップアンドトレードプログラムに基づくメタン削減プロジェクトに報いる提案について、間もなく投票する予定です。議定書により、全国の炭鉱作業者とメタン排出者は、排出量を削減するためのクレジットを獲得できます。 州の最大排出枠を超えることを期待しているカリフォルニアの汚染者は、超過分を無効にする方法としてこれらのクレジットを購入できます。
「[メタン軽減]を実行可能にするためには、炭素に非常に良い価格が必要です」と、エネルギーおよび炭素隔離プロジェクトを開発するAdvanced Resources Internationalの上級コンサルタントであるClark Talkington氏は言います。 「私は傍観者にいくつかのプロジェクトがあることを知っているので、カリフォルニアが成功すれば、間違いなくそれらを前進させるでしょう。」
たとえば、エルククリークでは、ホーリークロスには予算がなく、プロジェクトからより多くのエネルギーを購入する意欲がなく、他の顧客がいないため、鉱山から回収されたメタンの84％が100万ドル相当の電力を生成するだけで燃やされています見つかりました。 「私たちは間違いなく別のプロジェクトに目を向けています」とASCのシェンドラーは言います。 「しかし、障壁は許容できる価格の別のユーティリティから電力購入契約を取得することです。」 ASCは、1キロワット時あたり3.5セントという一般的な卸売料金で電力を販売した場合、プロジェクトでお金を失うことになります。
作品の革新
政策を超えて、革新的な技術により、坑道内の換気された空気などの非常に希薄な発生源からメタンを除去し、それを発電機の燃料として使用することが可能になっています。 中国の河南省にある大規模な炭鉱では、炭鉱施設の水を加熱するために、メタン濃度が0.3％と低い換気空気が使用されています。 システムは、メタン分子が二酸化炭素と水に分解されるまで温度を上げるチャンバーを通して換気された炭鉱の空気をループし、この反応からの熱が捕捉されます。
オーストラリアでは、BHP Billitonが所有する石炭プラントは、採掘が始まる前に、換気された空気メタンと、鉱山の近くに掘削されたボアホールに排出された高濃度のメタンを組み合わせます。 混合して、通気口と排水口からのメタンを燃料として燃やすことができます。 このシステムは、蒸気を生成するために熱を生成します。この蒸気は、年間平均10ギガワット時間の小規模な発電所を稼働させます。
他の科学者は、二酸化炭素や窒素などの不要なガスから換気された空気中のメタンを分離するためのより良いフィルターを開発しようとしています。 たとえば、カリフォルニア大学バークレー校とローレンスリバモア国立研究所の科学者は、ナノ多孔質ゼオライトと呼ばれるナノスケールの細孔が特徴の高吸着性材料を調べました。 このグループはコンピューターモデルを使用して、ほぼ100, 000の異なるゼオライト構造をテストしたと、ローレンスリバモア研究所の材料物理学者であるAmitesh Maiti氏は述べています。
この時点で、研究は初期段階のままです。 「マテリアルは、これらのモデルで見られるほど実生活では純粋ではないかもしれません」とMaitiは言います。 しかし、メタン分子を容易に捕捉するナノ多孔質ゼオライトまたはその他の材料を開発できれば、炭鉱の高度に希釈された廃メタンからの発電コストを劇的に削減できます。 その過程で、このメタン源は燃料として価値がありすぎて、以前のマントルを有害で迷惑な廃棄物として持ち帰ることができなくなります。
