Kiedyś piece hutnicze rozpalane były węglem drzewnym, niemniej do wytworzenia odpowiedniej temperatury potrzeba było ogromnej ilości tego surowca, toteż od XVIII w. zaczęto drewno zastępować koksem. I choć od 1709 roku – kiedy to angielski metalurg Abraham Darby I w swoim piecu hutniczym w miejscowości Coalbrookdale węgiel drzewny zastąpił koksem – minęło ponad 300 lat, to nic się do tej pory w tej materii nie zmieniło. Bez koksu w hucie, a więc i w produkcji stali, ani rusz. Przyjmuje się, że do wytworzenia 1 tony żelaza w zasadowym piecu tlenowym potrzeba co najmniej 560 kg węgla koksowego, czyli około 400 kg koksu. Koks powstaje w wyniku procesu termicznego przerobu węgla, nazywanego procesem koksowania. Koks zawiera ponad 95% czystego węgla i znacznie mniej zanieczyszczeń niż węgiel kamienny. Koksowanie polega na wysokotemperaturowym (ponad 1000 stopni C) odgazowaniu węgla kamiennego bez dostępu powietrza.

Z czego powstaje koks?

Koks jest szaroczarnym, porowatym paliwem stałym o charakterystycznym zapachu gazów koksowniczych. Ma wyjątkową wartość opałową wynoszącą około 30 MJ/kg. W hutnictwie i metalurgii szczególne znacznie mają jednakże również jego inne właściwości, przede wszystkim wysoka zawartość czystego węgla i małe zanieczyszczenie, co ma ogromne znaczenie ze względu na to, że koks w hucie jest nie tylko paliwem, ale przede wszystkim redukcyjnym odczynnikiem, który bierze udział w chemicznych reakcjach przemiany surowej rudy w żelazo. Otrzymanie koksu kawałkowego o dobrej wytrzymałości mechanicznej i odpowiedniej reaktywności chemicznej wymaga użycia do procesu koksowania odpowiedniego rodzaju węgli. Takich, które charakteryzują się zdolnością przechodzenia w stan plastyczny podczas ogrzewania bez dostępu powietrza w temperaturze 350 – 500 stopnie C. W praktyce podstawowym surowcem wykorzystywanym w procesie koksowania są rozdrobnione, szczególne typy węgla kamiennego, charakteryzujące się odpowiednią zdolnością spiekania. Ze względu na swoje właściwości nie nadają się one do gospodarstw domowych ani ciepłownictwa. Są to węgle koksowe typu 34 i 35, dokładnie takie, jakie wydobywane są w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej. Węgle tego typu są strategicznie ważne nie tylko dla polskiej, ale dla całej europejskiej gospodarki.

Węgiel koksowy jest dla Unii Europejskiej strategicznie ważny

Komisja Europejska od 2011 roku publikuje Listę Surowców Krytycznych (CRM – Critical Raw Materials) dla Unii Europejskiej. Węgiel koksowy został na nią wpisany po raz pierwszy w 2014 roku i od tego czasu utrzymuje status surowca krytycznego dla europejskiego przemysłu. Lista Surowców Krytycznych jest aktualizowana raz na 4 lata. Kilkanaście dni temu poinformowano, że węgiel koksowy po raz kolejny znalazł się na proponowanej liście surowców krytycznych UE. Tak wynika z aneksu do projektu europejskiego rozporządzenia w sprawie surowców krytycznych. Projekt rozporządzenia będzie teraz przedmiotem prac Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej. „Komisja proponuje dziś kompleksowy zestaw środków, służących zapewnieniu UE dostępu do bezpiecznych, zróżnicowanych, przystępnych cenowo i zrównoważonych dostaw surowców krytycznych. Surowce krytyczne są niezbędne w szeregu sektorów strategicznych, w tym przemysłu o zerowej emisji netto, przemysłu cyfrowego, lotniczego i kosmicznego oraz sektora obronnego” – napisano w komunikacie prasowym Komisji Europejskiej. „Chociaż przewiduje się drastyczny wzrost popytu na surowce krytyczne, Europa w dużym stopniu zależy od przywozu, często niemal monopolistycznych dostawców z państw trzecich. UE musi ograniczyć ryzyko dla łańcuchów dostaw związane z takimi strategicznymi zależnościami, aby zwiększyć swoją odporność gospodarczą, na co wskazują niedobory w następstwie pandemii COVID-19 i kryzys energetyczny po rosyjskiej inwazji na Ukrainę. Może to udaremniać wysiłki UE na rzecz osiągnięcia jej celów klimatycznych i cyfrowych” – dodano. Zwyczajnie oznacza to m.in, że bez węgla koksowego nie będzie koksu, a więc nie będzie również produkcji żelaza i stali. A bez stali nie powstaną chociażby wiatraki i elektrownie wiatrowe, nie mówiąc o samochodach, statkach, a przede wszystkim stali budowlanej.

Jak działa koksownia?

Obecnie w Polsce działa siedem koksowni. W naszym regionie jest to Koksownia Radlin, należąca do JSW KOKS S.A., wchodzącej w skład Grupy Kapitałowej Jastrzębskiej Spółki Węglowej. To jedna z trzech największych koksowni w Polsce. Większe moce produkcyjne mają jedynie Koksownia Zdzieszowice oraz Koksownia Przyjaźń. Produkcja koksu w koksowni odbywa się w ceramicznych komorach, które usytuowane w rzędzie w ilości kilkudziesięciu sztuk i przylegające do siebie tworzą baterię koksowniczą. Można wyróżnić dwa systemy obsadzania komór koksowniczych mieszanką węglową: system zasypowy oraz system ubijany. Czas koksowania mieszanki wsadowej, w zależności od zastosowanej technologii, może wynosić od 16 do ponad 24 godzin. W procesie koksowania, polegającym na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza, następuje wiele nieodwracalnych chemicznych, fizycznych i fizykochemicznych przemian substancji węglowej. W początkowej fazie procesu (do około 200 stopni C) wydzielają się z węgla koksowego głównie gaz i woda. Dalszy wzrost temperatury powoduje intensywny rozkład termiczny węgla, połączony z wydzielaniem się gazu i substancji ciekłych oraz czasową zmianę konsystencji – węgiel mięknie i staje się bardziej plastyczny. W temperaturze około 500 stopni C następuje zestalenie masy plastycznej i utworzenie półkoksu. Dalszy wzrost temperatury powoduje odgazowanie półkoksu prowadzące do ubytku jego masy i wzrostu gęstości, powodujących skurcz bryły koksu. Ten proces w efekcie prowadzi do powstawania szczelin formujących przyszłe kawałki koksu. W końcowym okresie ogrzewania wsad w swoim centrum osiąga temperaturę na poziomie 1000 – 1100 stopni C. Koks jest wypychany na platformę wozu gaśniczego. Aby ograniczyć straty koksu, poddawany jest on procesowi mokrego gaszenia za pomocą wody lub też procesowi suchego chłodzenia. Gaszenie (chłodzenie) mokre polega na zalaniu rozżarzonego koksu wodą. Zgaszony metodą mokrą koks zrzucany jest z wozu gaśniczego na rampę zrzutni koksu, z której taśmociągiem podawany jest do sortowni koksu. Z kolei w metodzie suchej, koks wprowadzony jest do komór z inertnym gazem obiegowym (czyli gazem, który nie wchodzi w reakcję z innymi substancjami). Ochłodzony w ten sposób koks jest kierowany z komory chłodzenia bezpośrednio na sortownię. W porównaniu z gaszeniem mokrym, w metodzie suchej następuje zmniejszenie emisji zanieczyszczeń gazowych przy stosunkowo dużej emisji pyłu, tlenku i ditlenku węgla. Należy dodać, że w czasie koksowania wywarzają się produkty uboczne np: gaz koksowniczy, smoła surowa, benzol itp. Część tych substancji jest sprzedawana, natomiast reszta poddawana jest recyrkulacji. Oczyszczony gaz koksowniczy składa się w dominującej części z wodoru, który stanowi około 55% objętości tego gazu.

Ambitny cel

Obecnie w krajach członkowskich UE produkcja węgla koksowego ma miejsce zasadniczo tylko w Polsce oraz w Czechach. To zaś powoduje, że Unia Europejska pozostaje w strukturalnym niedoborze węgla koksowego. W 2021 r. UE mogła pochwalić się wydobyciem na poziomie 14 mln ton, co pokrywa jednak tylko około 25 – 27% zapotrzebowania UE na tego rodzaju węgiel. Z tego, aż 11 mln ton przypadło na Jastrzębską Spółkę Węglową. W tym roku JSW chce wydobyć 14,5 mln ton węgla, a do 2030 r. wydobycie to ma zostać zwiększone do 16 mln ton rocznie. Dzięki temu JSW jest jednym z największych producentów węgla koksowego na świecie i podmiotem gospodarczym o strategicznym znaczeniu nie tylko dla polskiej, ale również europejskiej gospodarki.

(RT)