facebook twitter instagram issuu linkedin research gate youtube ustv

Co kryją skały osadowe?

Naukowcy z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ zajmują się poszukiwaniem węglowodorów

Poszukiwania i ewentualna eksploatacja gazu łupkowego są tematami skupiającymi uwagę nie tylko geologów i petrologów. Zagadnienia te stały się medialne z powodu pokładanych nadziei na uniezależnienie się od dostawców energii sprowadzanej z zagranicy. W ostatnim okresie prace związane z poszukiwaniem złóż gazu łupkowego stały się szczególnie ważne. Naukowcy z Wydziału Nauk o Ziemi badania węglowodorów prowadzą systematycznie od wielu lat.


Dr. Iwona Jelonek podczas pracy w kopalni węgla brunatnego w Chinach, w prowincji Yunnan
Foto: Archiwum Iwony Jelonek

Węglowodory są związkami organicznymi o cząsteczkach zbudowanych wyłącznie z atomow węgla i stanowią jedną z największych grup związkow organicznych. W warunkach naturalnych występują w postaci gazow, cieczy lub ciał stałych. Źrodłem węglowodorow jest przede wszystkim ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel kamienny.

Dr Iwona Jelonek z Katedry Geochemii, Mineralogii i Petrografii Wydziału Nauk o Ziemi poszukiwaniem węglowodorow zajmuje się od wielu lat. Węgiel zafascynował ją od chwili, kiedy po raz pierwszy zobaczyła jego naturę pod mikroskopem.

– Było to jeszcze podczas studiow magisterskich – wspomina petrolog – ten widok mnie przede wszystkim zauroczył, a możliwości badania i analizy sprawiły, że postanowiłam swoją przyszłość naukową skupić właśnie na naturze węgla. Po drodze spotkałam wspaniałą przewodniczkę prof. zw. dr hab. Krystynę Kruszewską, ktora nie tylko wprowadziła mnie w temat, ale także otworzyła przede mną drzwi tzw. salonow, dzięki czemu miałam okazję rozmawiać z czołowymi, światowej sławy naukowcami, autorami książek, artykułow. Uczyłam się krok po kroku.

Jedna z grona najlepszych absolwentow Uniwersytetu Śląskiego w roku akademickim 2001/2002 w pełni skorzystała z tej wiedzy. Dziś może się pochwalić trzema międzynarodowymi akredytacjami wydanymi przez Międzynarodowy Komitet Węgla i Petrologii Organicznej (ICCP): pierwsza dotyczy analizy petrograficznej mieszanek węglowych (CBAP), druga – pomiaru wspołczynnika odbicia światła witrynitu w rozproszonej materii organicznej (DOMVR), przyznana po raz trzeci, kolejna – refleksyjności witrynitu i analizy macerałowej (SCAP), po raz drugi. 2010 roku dr Jelonek otrzymała także certyfikat Zarządzanie projektami międzynarodowymi w 7. Programie Ramowym, przyznany przez Regionalny Punkt Kontaktowy Programow Ramowych UE oraz przez Poznański Park Naukowo-Technologiczny Fundacji Uniwersytetu im. A. Mickiewicza. Co w praktyce oznacza posiadanie owych akredytacji? Wartość ich jest ogromna, uzyskane bowiem przez dr Jelonek wyniki są uznawane na całym świecie, a to oznacza, że ich autorka posiada zdolności i możliwości wykonywania analiz. Gdy afiliuje je akredytacją wydaną przez Międzynarodowy Komitet Petrologii Węgla (ICCP), inwestor, ktory zleca dokonanie tych analiz, ma gwarancję, że są one przeprowadzone prawidłowo.

W 2010 roku dr I. Jelonek została koordynatorem projektu badawczego RATIO-COAL, ktorego podstawowym celem była poprawa jakości procesu karbonizacji węgla poprzez optymalizację składu paliwa stosowanego w mieszankach koksowniczych. Badania finansowane były z Funduszu Badawczego Węgla i Stali. Partnerami w projekcie byli: Kombinat Koksochemiczny Zabrze SA, ThyssenKrupp Steel Europe AG (Niemcy), Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Hiszpania), Ustav Geoniky AV ČR, v.v.i. (Czechy) i Třinecke Železarny a.s. (Czechy). Wyniki prac badawczych przyczyniły się do opracowania innowacyjnej formuły prognozowania jakości koksu, znajdującej zastosowanie w przemyśle stalowym i koksowym oraz w pracach nadrzędnych instytucji i placowek naukowych. 10 czerwca 2013 roku na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ odbyła się prezentacja rezultatow wspołpracy badawczej w ramach projektu RATIO-COAL, a jednym z jej elementow była wystawa fotografii obrazujących efekty badań.

Dzięki realizacji projektu Wydział Nauk o Ziemi wzbogacił się o wysokiej klasy sprzęt, jest nim mikroskop automatyczny polaryzacyjny (Axio Imager). Jego największą zaletą jest możliwość archiwizacji obrazu struktury węgli, koksow, minerałow, ktore poddawane są analizie. Dzieje się to dzięki kolorowej, o wysokiej rozdzielczości kamerze cyfrowej. Wyniki badań wykorzystywane są w rożnych gałęziach przemysłu: gornictwie, koksownictwie, hutnictwie, energetyce, a także na etapie poszukiwań węglowodorow. Mikroskop pozwala na szczegołową analizę pobranych probek. A trafiają tu one z najrożniejszych zakątkow świata, z miejsc, gdzie istnieje podejrzenie o występowanie ewentualnego potencjału, ktory pragną przebadać nie tylko naukowcy, ale także inwestorzy czy przedsiębiorcy. Celem analizy jest badanie zawartości skały osadowej.

Głownym polem badawczym dr Jelonek jest analiza petrograficzna, tak więc jej podstawowym narzędziem pracy pozostaje mikroskop. – Praca petrologa – mowi z uśmiechem pani doktor – trochę przypomina poszukiwania prowadzone przez Sherlocka Holmesa, nic nie może umknąć uwadze. Tropię rozproszoną materię organiczną, czyli fragmenty, ktore zostały przetworzone, uwęglone w wyniku działania rożnych czynnikow, takich jak temperatura, ciśnienie, czas... mowiąc krotko, badam stopień dojrzałości rozproszonej materii organicznej.

Analiza probki pozwala uzyskać odpowiedź na pytanie, czy w danej skale występuje gaz lub ropa naftowa. Badania petrograficzne sprowadzają się między innymi do pomiaru refleksyjności, ktory polega na pomiarze światła odbitego od powierzchni witrynitu w immersji olejowej z zastosowaniem filtra interferencyjnego o długości światła 546 nm, co pozwala na ocenę stopnia uwęglenia probki. Uzyskane na tym etapie wyniki są niezbędne do wyznaczenia typu węgla (np. energetycznego czy koksującego), są także jednym z najważniejszych wskaźnikow w międzynarodowym systemie kodyfikacji węgla kamiennego. Analiza macerału (podstawowego wyrożnialnego mikroskopowo składnika węgla) umożliwia ocenę zachowania się węgla w rożnych procesach utylizacji. Aby przekonać się, z jakich roślin ziarna znajdują się w probce, dokonuje się analizy we fluorescencji, ktora dostarcza ważnych informacji o naturze i przemianach zachodzących w materii organicznej. Na tym etapie wszystko jest rownie ważne: barwa, struktura, pomiary. Ciężar odpowiedzialności za prawidłowość dokonywanych badań jest ogromny, ponieważ wyniki są podstawą do rozpoczęcia bądź zaniechania kapitałochłonnych inwestycji. Pomyłki mogą się zdarzyć, dlatego pomiary i analizy są wielokrotnie powtarzane, aby margines błędu był jak najmniejszy. Trudno się więc dziwić, że przekazaniu wynikow zwykle towarzyszy ogromny stres, ale też i radość, kiedy po jakimś czasie pojawia się informacja, że badania zostały wykonane perfekcyjnie. Przedsiębiorcy zlecający przeprowadzenie analiz zabezpieczają się wysyłając probki pobrane ze skał do wielu laboratoriow. Dopiero potwierdzenie z kilku niezależnych źrodeł stanowi podstawę do rozpoczęcia prac wiertniczych.

Inwestor decyduje, w jakim interwale dostarcza probki do analizy laboratoryjnej. Zdarza się, że na pionowym odcinku tysiąca metrow nic się nie dzieje, skała pozostaje płona i nic nie zapowiada oczekiwanych informacji. To nie jest jednak powodem do zniechęcenia, a wręcz odwrotnie: mobilizuje do jeszcze intensywniejszych poszukiwań. Zawsze towarzyszą temu ogromne emocje.

– Praca nad probkami niesłychanie pochłania – wyjaśnia petrolog. – Zapomina się o świecie zewnętrznym, a godziny mijają niepostrzeżenie. Każda probka dostarcza czegoś niepowtarzalnego, a jednocześnie zachwycającego. Mikroskop, na ktorym pracuję, posiada możliwość automatycznego archiwizowania obrazu. To pozwala na ewentualną weryfikację, ponieważ może się zdarzyć, że ocena tego co widzi się w danym momencie, jest subiektywna. W załączeniu każdej dokumentacji znajduje się plik zarchiwizowanych obrazow probki, do ktorych w każdej chwili można powrocić.

Oprocz badań wykonywanych na zlecenie konkretnych inwestorow dr Jelonek prowadzi rownolegle prace badawcze wynikające bezpośrednio z uczestnictwa w Międzynarodowym Komitecie Petrologii Węgla (ICCP), a także amerykańskiej organizacji TSOP (Towarzystwo Petrologii Organicznej). Obie organizacje skupiają czołowych światowych naukowcow, zajmujących się badaniami genezy węgli, towarzyszących im skał, jak rownież skałami organicznymi (w tym łupkami gazonośnymi) oraz zagadnieniami związanymi z wpływem wykorzystania węgla na środowisko.

W ubiegłym roku zakończyła się realizacja projektu INNOCARB (Innovative carbon products for substituting coke on BF operations), Uniwersytet Śląski uczestniczył w nim w roli partnera, kierownikiem z ramienia uczelni była dr I. Jelonek. Zadaniem projektu było testowanie nowych produktow węglowych w celu obniżenia poziomu wykorzystania koksu wielkopiecowego do produkcji żelaza i zredukowania kosztow zużycia surowcow naturalnych w przemyśle stalowym.

Badania prowadzone na zlecenie inwestorów i przedsiębiorców znakomicie wpisują się w realizację współpracy nauki z przemysłem. Pani doktor wiele czasu spędza poza uczelnią. W 2011 roku przewodniczyła pracy badawczej zleconej przez Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, dotyczącej określenia parametrów petrofizycznych węgla kamiennego z pokładów górnośląskiej serii piaskowcowej należących do kopalń Jastrzębskiej Spółki Węglowej w zakresie badań metanu z pokładów węgla.

– W 2012–2013 zostaliśmy zaproszeni do wykonania ogromnej liczby analiz petrofizycznych i petrograficznych w ramach projektu badawczo-rozwojowego, którego koordynatorem jest PIG–PIB, dotycząego przedeksploatacyjnego odmetanowania pokładow węgla kamiennego – tłumaczy dr Jelonek. – Naszym zadaniem był współudział w zbadaniu właściwości petrofizycznych węgli. To było ogromne przedsięwzięcie. Inwestor zlecił te badania w celu uzyskania informacji na temat wpływu odmetanowania na bezpieczeństwo ruchu kopalni, ale także opłacalności tej metody wydobywania metanu z węgla. Proces wiercenia oraz prace badawcze trwają tam nadal pod kierunkiem Pana doktora Janusza Jureczki.


Obraz mikroskopowy łupka gazonośnego
Foto: Iwona Jelonek

Od 2009 roku dr I. Jelonek bierze udział w grupach roboczych, zajmujących się badaniami w różnych laboratoriach. Przykładowo próbka pobrana z odwiertu (z różnych zakątków świata) zostaje rozdzielona pomiędzy kilkanaście różnych laboratoriów, w których wykonywane są analizy. Wyniki trafiają do przewodniczącego grupy, który je porównuje. Dr Jelonek miała okazję przekonać się, że jej analizy niczym nie odbiegały od większości, co potwierdza, że były one wykonane prawidłowo. Kilka dni temu z Międzynarodowego Komitetu Petrologii Węgla dotarła wiadomość o przygotowaniach do publikacji, która będzie zawierała efekty wieloletniej pracy naukowców z 18 krajów, 22 laboratoriów, wśród nich znajdą się także wyniki analiz dr Iwony Jelonek.

Pani doktor nie kryje zadowolenia i przyznaje: – Nie ma większej satysfakcji niż świadomość, że wyniki moich prac badawczych mogą być wykorzystane przez innych, a macierzysta uczelnia, Uniwersytet Śląski, jest znana za oceanem i efekty naszej pracy cieszą się uznaniem i są honorowane na całym świecie. To cieszy i zachęca do dalszej pracy.

Maria Sztuka

Tekst ukazał się w majowym numerze „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” z 2014 roku

Skróty

Copyright © 2001-2019
Uniwersytet Śląski w Katowicach
Wszelkie prawa zastrzeżone.