Anna ŚLIWIŃSKA, Dorota BURCHART-KOROLwarsztatygornicze.pl/wp-content/uploads/2014-20.pdf · tego zagadnienia powinno obejmować cztery główne aspekty: odzysk odpadów do dalszego

WARSZTATY 2014 z cyklu: Górnictwo – człowiek – środowisko: zrównoważony rozwój

364

Mat. Symp. str. 364–378

Anna ŚLIWIŃSKA, Dorota BURCHART-KOROL Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Korzyści z zastosowania metody oceny cyklu życia (LCA) do oceny

środowiskowej kopalni węgla kamiennego

Słowa kluczowe

analiza cyklu życia LCA, ocena środowiskowa, kopalnia węgla kamiennego

Streszczenie

Wpływ kopalń węgla kamiennego na środowisko jest oceniany głównie pod względem

składowania odpadów powydobywczych na hałdach oraz zagospodarowania wód dołowych.

Dodatkowo ze względu na coraz surowsze wymogi dotyczące emisji gazów cieplarnianych,

ważną kwestią jest również emisja metanu w powietrzu wentylacyjnym oraz wykorzystanie

metanu ujętego w stacjach odmetanowania.

W artykule zaproponowano zastosowanie metody oceny cyklu życia (LCA – life cycle

assessment), która pozwala na analizę kopalni węgla kamiennego w całym cyklu życia.

W ocenie środowiskowej za pomocą metody LCA, poza wymienionymi czynnikami

bezpośrednio oddziałującymi na środowisko, tj. składowaniem odpadów, zrzutami wód

dołowych oraz emisją metanu, uwzględnia się pośredni wpływ na środowisko związany

z produkcją surowców, materiałów i energii, które są zużywane w kopalni.

Uzyskane w ten sposób wyniki pokazują, które elementy kopalni i w jakim stopniu

przyczyniają się do oddziaływania na środowisko. Takie analizy pomagają zidentyfikować

i minimalizować oddziaływanie na środowisko wynikające zarówno bezpośrednio jak

i pośrednio z funkcjonowania kopalni.

Istotną korzyścią stosowania metody LCA jest grupowanie oddziaływań środowiskowych

w kilku kategoriach wpływu, związanych m.in. z efektem cieplarnianym, ekotoksycznością lub

zmniejszeniem nieodnawialnych zasobów paliw.

1. Wstęp

Ocena oddziaływania kopalni węgla kamiennego skupia się na kilku najważniejszych

obciążeniach środowiskowych powodowanych przez procesy związane z wydobyciem węgla.

Jednakże takie podejście nie obejmuje wpływu na środowisko zużywanych w kopalni

materiałów, surowców czy energii, tylko skupia się na obciążeniach powodowanych przez

przedsiębiorstwo-kopalnię. Nowym podejściem do problematyki oceny aspektów

środowiskowych jest podejście cyklu życia, które pozwala na ocenę nie tylko samej

A. ŚLIWIŃSKA, D. BURCHART-KOROL – Korzyści z zastosowania metody oceny cyklu …

365

działalności kopalni, ale również na ocenę wszystkich zużywanych materiałów i energii. Do

tego służy technika oceny cyklu życia (LCA-Life Cycle Assessment), która została

przedstawiona w niniejszej pracy.

2. Aspekty środowiskowe kopalni w ujęciu tradycyjnym

Do najistotniejszych aspektów środowiskowych kopalń węgla kamiennego należą wody

kopalniane, odpady górnicze, emisja metanu do atmosfery.

W skład wód kopalnianych, oprócz dopływu naturalnego, wchodzą wody technologiczne,

które doprowadza się do kopalni (Pluta 2005; Pluta, Dulewski 2006). Wody kopalniane

naturalne zawierają substancje, które powodują zanieczyszczenie środowiska wodnego

(Dulewski i in. 2010), w tym szczególnie: azot amonowy, sód, żelazo, potas, chlorki,

siarczany, bar, bor oraz odczyn. Często wody kopalniane są zrzucane przez zbiorniki osadowe

do rzek. Zwiększa to natężenie przepływu oraz przyczynia się do degradacji jakości wód ze

względu na silne zasolenie (Helios-Rybicka, Rybicki 2003). Kopalnie wprowadzają górniczo-

geologiczne metody ograniczające dopływ wód słonych do wyrobisk górniczych oraz metody

ograniczające zrzut wód zasolonych w celu zmniejszenia ładunku wprowadzanych

zanieczyszczeń (Chaber, Krogulski 1998). Najpoważniejszym skutkiem zatopienia

zlikwidowanych kopalń jest zanieczyszczenie wód podziemnych i powierzchniowych (Pluta

2005).

Policht-Latawiec i in. (2013) przedstawili wyniki oceny wpływu kopalni węgla

kamiennego na jakość wody rzeki Wisły. W wyniku analiz stwierdzono, że jakość wody ulega

znacznemu pogorszeniu przy zrzucie wód słonych, jednak zawartość wskaźników

zanieczyszczeń zmniejsza się w stosunku do miejsca zrzutu, co świadczy o dobrym

samooczyszczaniu się wody w rzece.

Kolejnym istotnym aspektem środowiskowym kopalń węgla kamiennego są odpady

wydobywcze i przeróbcze. Gospodarka odpadami pochodzącymi z górnictwa wymaga

rozważenia wielu zagadnień związanych zarówno z aspektami środowiskowymi, jak

i ekonomicznymi. Najczęściej unieszkodliwia się odpady poprzez składowanie na hałdach,

czyli zwałowiskach odpadów wydobywczych i przetwórczych. Zwałowiska pogórnicze

wpisują się w krajobraz przemysłowy wszystkich regionów górniczych. Ich oddziaływanie na

środowisko, zagrożenia dla ludności zamieszkującej w ich sąsiedztwie wymagają skutecznych

środków zapobiegawczych, efektywnie prowadzonej rekultywacji oraz ekonomicznie

uzasadnionego zagospodarowania. Działania te muszą mieć swoje odzwierciedlenie

w odpowiednich przepisach prawnych. Gawor (2012) zaproponował wprowadzenie zmian

i uzupełnień do przepisów prawnych, dotyczących rekultywacji i zagospodarowania zwałowisk

pogórniczych w Polsce.

Zaostrzające się przepisy ochrony środowiska poprzez wprowadzenie nowych wymogów

prawnych oraz brak wolnych terenów pod składowanie spowodowały zmiany

w dotychczasowym postępowaniu z odpadami wydobywczymi. Kompleksowe podejście do

tego zagadnienia powinno obejmować cztery główne aspekty: odzysk odpadów do dalszego

wykorzystania, zaprzestanie zajmowania nowych terenów pod składowanie odpadów,

podejmowanie działań na rzecz likwidacji istniejących składowisk, w tym hałd oraz

przywracanie do użytkowania terenów zdegradowanych działalnością górniczą – tzw.

recykling lub rewitalizacja terenów poprzemysłowych (Koperski i in. 2008).


366

Zwałowiska pogórnicze negatywnie oddziałują na środowisko, związane jest to przede

wszystkim z zagrożeniami pożarowymi (na hałdach możliwe są samozapłony odpadów,

powodowane obecnością węglistej substancji palnej oraz utleniającego się pirytu). Kolejnym

negatywnym zjawiskiem są odcieki wód ze zwałowisk do wód powierzchniowych

i podziemnych. Wietrzenie i utlenianie pirytów wiąże się z zakwaszaniem środowiska oraz

ryzykiem mobilności metali ciężkich (Gawor 2009).

Od kilku lat kopalnie prowadzą badania nad możliwościami zastosowania odpadów oraz

zajmują się opracowaniem instalacji technologicznych do produkcji różnych kruszyw, które

mogą być stosowane do następujących celów: drogownictwo, budownictwo hydrotechniczne,

elementy betonów, zapraw i nawierzchni, wypełnienia i bezpośredni materiał budowlany

(Gawenda, Olejnik 2008). Promowanie działań związanych z zagospodarowaniem odpadów

górniczych w rejonach Morza Bałtyckiego było jednym z celów europejskiego projektu MIN-

NOVATION – „Sieć innowacji w zarządzaniu odpadami górniczymi i przeróbczymi”. Zgodnie

z monografią Mining waste… (2013) zagospodarowanie odpadów wiąże się z licznymi

korzyściami, m.in.: ze sprzedaży odpadów mogą być osiągane przychody, wykorzystanie

odpadów jako surowca przyczynia się do mniejszego wykorzystania zasobów surowców

naturalnych, unikania opłat środowiskowych i podatków.

Zagrożenie metanowe należy do jednego z typowych zagrożeń naturalnych towarzyszących

podziemnej eksploatacji w polskim górnictwie węgla kamiennego. W celu zapewnienia

bezpieczeństwa prac prowadzonych w kopalni zagrożenie to musi być rozpoznane i zwalczane.

Metan (gaz występujący w pokładach i związane z nim zagrożenie wybuchowe) to jedno

z największych niebezpieczeństw towarzyszących eksploatacji węgla kamiennego. Prawidłowe

rozeznanie zagrożenia wybuchem metanu, a także określenie najbardziej optymalnych metod

jego zwalczania, to jeden z najistotniejszych problemów związanych z prowadzeniem

bezpieczniej eksploatacji złóż węgla kamiennego (Turek 2010).

Emisja metanu z wydobycia i przeróbki węgla w kopalniach głębinowych została

przedstawiona w Krajowym Raporcie Inwentaryzacyjnym (2012). Na podstawie wyników

analiz przedstawionych przez Gawlik i in. (1994) oraz Gawlik, Grzybek (2001) i Kwarciński

(2005) wyznaczono krajowe wskaźniki emisji dla następujących źródeł emisji w kopalniach:

z układów wentylacyjnych,

z układów odmetanowania,

z wydobytego węgla z procesów poeksploatacyjnych (powydobywczych)

z odpadów wydobywczych.

3. Zastosowanie podejścia cyklu życia do kopalni węgla kamiennego

3.1. Ocena cyklu życia kopalni w świetle badań literaturowych

Dotychczas w literaturze przedstawione zostały wyniki analiz LCA dla różnych kopalin,

jak złoto (Awuah-Offei 2008), boksyt (Bovea i in. 2007), miedź i aluminium (Spitzley, Tolle

2004). W Meksyku zostały wykonane analizy LCA procesów wydobycia i przetwórstwa

minerałów – miedzi, niklu i cynku (Suppen i in. 2006; Suppeni, Felix 2003; Douni i in. 2003).

W pracy Awuah-Offei i Adekpedjou (2011) przedstawiono przegląd zastosowań oceny

cyklu życia LCA w przemyśle wydobywczym. Omówiono aktualne problemy i wyzwania

związane z oceną cyklu życia wybranych kopalin, m.in.: brak podejścia cyklu życia

w przemyśle, brak świadomości i narzędzi do analizy LCA, różnie definiowane jednostki


367

funkcjonalne i zakres analiz, trudność wyboru kategorii wpływu, analiza wrażliwości

i niepewności wyników. Stopień wykorzystania LCA w górnictwie może zostać zwiększony

poprzez dopracowanie metodyki uwzględniającej specyfikę kopalń, charakterystykę

niepewności oraz opracowanie narzędzi dostosowanych do analiz kopalń.

Durucan i in. (2006) przedstawili model LICYMIN (mining life cycle model), który

w sposób kompleksowy pozwala na modelowanie oceny cyklu życia dla systemu wydobycia

kopalin. Model ten służy do oceny technologicznej i środowiskowej różnych scenariuszy

związanych z zarządzaniem procesami wydobywczymi, odpadami i środowiskiem w kopalni,

a przez to z założenia umożliwia optymalizację tych procesów pod kątem minimalizacji

wykorzystania zasobów i efektywności środowiskowej.

Mimo, że w literaturze temat zastosowania analizy cyklu życia jest rozpoznany i szeroko

opisany, w przypadku oceny środowiskowej kopalń węgla kamiennego techniką LCA istnieje

ograniczona ilość publikacji.

W pracy Mangena i Brent (2006) przedstawiono zastosowanie metody oceny wpływu, jak

również wskaźniki ekonomiczne produkcji węgla zarówno w kopalniach odkrywkowych oraz

głębinowych. Ocena cyklu życia (LCA) obejmuje wydobycie węgla, wzbogacanie oraz

dystrybucję i transport. W pracy przedstawiono wskaźniki zużycia zasobów dla czterech grup

zasobów naturalnych: terenów, wody, powietrza i zasobów abiotycznych. Autorzy, biorąc pod

uwagę lokalizację kopalni – Południowa Afryka – za najbardziej istotny uznali wpływ kopalni

na zasoby wód. Zastosowana metoda oceny oparta o wskaźniki wykorzystania zasobów została

uznana za przydatne narzędzie pomocne w procesie podejmowania decyzji, uzupełniające do

danych ekonomicznych, geotechnicznych i in.

W pracy Epstein i in. (2011) opisano najistotniejsze aspekty ekonomiczne, środowiskowe

i związane ze zdrowiem człowieka w cyklu życia węgla. Autorzy tego opracowania oszacowali

koszty zewnętrzne spowodowane wydobyciem i spalaniem węgla. Zgodnie z ich obliczeniami

odpady i zanieczyszczenie środowiska podczas wydobycia, transportu, przetwarzania i spalania

węgla stanowią zagrożenie dla zdrowia i środowiska, a koszty ponoszone z tego tytułu

powodują podwojenie lub potrojenie cen energii elektrycznej uzyskiwanej z węgla.

Czaplicka i in. (2004) przedstawili pierwsze wyniki oceny cyklu życia kopalń węgla

kamiennego w Polsce. Cykl życia węgla obejmował trzy fazy: udostępnienia i przygotowania

złoża do eksploatacji, faza eksploatacji złoża oraz faza likwidacji kopalni. Analizy LCA

zostały wykonane metodą oceny wpływu Ecoindicator 99 i obejmowały trzy kategorie szkód:

wpływ na zdrowie człowieka, wpływ na jakość ekosystemu i zużycie zasobów. Autorzy

przeprowadzili szczegółową analizę oraz wyznaczyli średnie wartości Ekowskaźnika dla

poszczególnych procesów jednostkowych, które mogą stanowić wartość odniesienia dla

porównania podobnych procesów na innych kopalniach.

W kraju wykonywane były również prace związane z analiza LCA przemysłu

wydobywczego oraz na temat najważniejszych problemów ochrony środowiska w ocenie

produkcji metali nieżelaznych (Kulczycka i in. 2001; Góralczyk, Kulczycka 2001a; Kulczycka

i in. 2003; Kowalski i in. 2007).

W pracy (Kulczycka i in. 2001) przedstawiono znaczenie oceny aspektów

środowiskowych w przypadku działalności górniczej, w szczególności uwzględniając

wytwarzanie odpadów stałych. Przedstawiono elementy, które powinny być uwzględnianie w

analizie LCA w przemyśle wydobywczym, jak również przedstawiono główne zalety

zastosowania LCA w przemyśle wydobywczym, w tym przede wszystkim wykorzystanie LCA

jako skuteczne narzędzie do podejmowania decyzji oraz doskonalenia wizerunku


368

przedsiębiorstw na rynkach światowych. W pracy (Góralczyk, Kulczycka 2001b)

przedstawiono znaczenie aspektów oceny efektywności ekonomicznej w ocenie LCA dla

polskiego przemysłu wydobywczego. W pracy zostały przedstawione metody służące do oceny

inwestycji NPV (Net Present Value - Wartość bieżąca netto) oraz IRR (Internal Rate of Return

- wewnętrzna stopa zwrotu). Góralczyk i in. (2001b) przedstawili znaczenie techniki LCA w

ocenie środowiskowej dla trzech największych krajowych producentów metali nieżelaznych:

KGHM Polska Miedź SA (największy producent miedzi w Europie), Trzebionka SA

(producent ołowiu i cynku) oraz ZGH Bolesław (producent cynku). W pracy skupiono są na

najważniejszych aspektach środowiskowych przemysłu wydobywczego w przypadku metali

nieżelaznych, do których zaliczono: emisje zanieczyszczeń pyłowo-gazowych, wody słone

oraz odpady stałe. W pracy (Kulczycka i in. 2003) przedstawiono istotę technik LCA i LCC

oraz korzyści wynikające z powiązania tych technik na przykładzie polskiego przemysłu

wydobywczego. Połączenie wyników analiz z zastosowaniem tych technik umożliwia

podejmowanie decyzji uwzględniających ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko,

a jednocześnie minimalizowanie kosztów poszczególnych projektów inwestycyjnych.

W pracy (Kowalski i in. 2007) skupiono uwagę na zagadnieniach związanych z procesami

wytwórczymi w celu wykazania, że LCA jest skutecznym narzędziem służącym do

kompleksowej oceny potencjalnego wpływu na środowisko istniejących technologii produkcji

oraz do podejmowania decyzji o wprowadzeniu nowych rozwiązań technologicznych.

W pracy (Kukfisz, Maranda 2014) przedstawiono środowiskową ocenę górniczych

materiałów wybuchowych ładowanych mechanicznie z wykorzystaniem techniki LCA.

W artykule przedstawiono ocenę cyklu życia procesu wytwarzania i użytkowania saletrolu

i materiału wybuchowego emulsyjnego. Określono zakres analizy, jednostkę funkcjonalną,

procesy jednostkowe, bilans materiałowo-energetyczny oraz najważniejsze kategorie wpływu

i kategorie szkód pozwalające wskazać miejsca generujące największe zagrożenie w przypadku

górniczych materiałów wybuchowych.

Stwierdzono, że technika LCA pozwala na porównanie aspektów środowiskowych

nowoczesnych rozwiązań technologicznych i wybór rozwiązań które pomogą w minimalizacji

negatywnego wpływu procesów wydobywczych i przetwórczych na środowisko.

3.2. Metodyka analiz cyklu życia LCA

Ocena cyklu życia (Life Cycle Assessment) to narzędzie służące do oceny środowiskowej

w procesie decyzyjnym. Umożliwia ona powiązanie oddziaływań środowiskowych (np.

zużycia surowców, materiałów, emisji) z ich efektami dla środowiska.

Ocena cyklu życia jest wykonywana z wykorzystaniem normy PN-EN ISO 14040:2009

w czterech etapach przedstawionych na Rys. 3.1.


369

Rys. 3.1. Etapy oceny cyklu życia zgodnie z normą PN-EN ISO 14040:2009. Fig. 3.1. Stages of life cycle assessment according to the standard EN ISO 14040:2009

Źródło: Norma PN-EN ISO 14040:2009.

3.2.1. Granice systemu w LCA kopalni węgla kamiennego

Założeniem LCA jest ocena oddziaływania na środowisko produktów, procesów lub usług

w całym cyklu istnienia – „od kołyski aż po grób” lub nawet „od kołyski do kołyski”, czyli od

momentu pozyskania surowca, poprzez jego przetwarzanie, uzyskanie produktu finalnego aż

do zagospodarowania odpadów lub ponownego wykorzystania. W praktyce często wykonuje

się analizy części cyklu życia, określane jako „od kołyski do bramy”, „od bramy do bramy” lub

„od bramy do kołyski”.

Z tego względu w analizie cyklu życia bardzo ważne jest jasne określenie granic analizy,

czyli zdefiniowanie analizowanego cyklu życia. Granice systemu są zależne od celu analizy –

czy jest nim ocena środowiskowa kopalni, analiza porównawcza różnych kopalń pod

względem oddziaływania na środowisko, czy też kopalnia jest częścią szerszego łańcucha

technologicznego, a celem analizy jest ocena procesów energetycznych, koksowniczych lub

innych procesów technologicznych wykorzystujących węgiel. Na Rys. 3.2 przedstawiono

granice systemu kopalni węgla kamiennego.


370

Rys. 3.2. Granice systemu w LCA kopalni węgla kamiennego. Źródło: opracowanie własne. Fig. 3.2. System boundary in the LCA of a colliery.

3.2.2. Metoda oceny wpływu cyklu życia– ReCiPe 2008

Ocena wpływu na środowisko za pomocą metody LCA może być dokonywana w oparciu

o różne modele. Wśród wielu modeli warto wymienić następujące metody oceny wpływu

cyklu życia (LCIA-Life cycle Impact Assessment):

IPCC (carbon footprint – ślad węglowy) – metoda opracowana przez Międzyrządowy

Zespół do spraw Zmian Klimatu. Służy do obliczania wpływu produktów i technologii na

emisję gazów cieplarnianych (IPCC… 2007),

Ekowskaźnik 99 – pozwala na kompleksową ocenę obciążeń środowiska w trzech

kategoriach szkód: zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu oraz zużycie zasobów oraz

kilkunastu kategoriach wpływu (Goedkoop i Spriensma 2000),

CED (Cumulative Energy Demand) – pozwala na określenie skumulowanego

zapotrzebowania na energię w siedmiu kategoriach wpływu: dwie nieodnawialne (paliwa

kopalne oraz energetyka jądrowa) oraz pięć odnawialnych (biomasa, energia wiatrowa,

słoneczna, geotermia oraz energia wodna) (Deutscher 1997),

IMPACT2002+ – metoda umożliwia inwentaryzację danych i ocenę w 14 kategoriach

pośrednich przypisanych do czterech kategorii szkód (Humbert i in. 2009),

ILCD 2011 – metoda oceny efektów pośrednich wybrana na podstawie analiz innych metod

LCIA na zlecenie Komisji Europejskiej (EC 2010).

Jednym z najbardziej kompleksowych modeli oceny jest ReCiPe 2008 – model ten został

opracowany dla Europy, umożliwia ocenę wpływu w 18 kategoriach oddziaływania na

środowisko (Tabela 3.1), a także ocenę szkód w trzech kategoriach przedstawionych na Rys.

3.3.

Drążenie wyrobisk

Zbrojenie, eksploatacja i likwidacja

ścian

Przeróbka mechaniczna węgla

Zwałowanie węgla

Wentylacja i zwalczanie zagrożeń

naturalnych

Odstawa urobku

Transport ludzi, maszyn, urządzeń i

materiałów

Sprężenie powietrza

Składowanie odpadów

powydobywczych

Odmetanowanie

węgiel handlowy

metan przekazywany innym

jednostkom

emisja metanu do powietrza

emisja CO2 ze spalania metanu

Procesy produkcyjne:

• energii elektrycznej

• materiałów i substancji

chemicznych

• wody pitnej i

przemysłowej

• wyposażenia

• energia

• surowce

• materiały

• emisje

• zagospodarowanie

odpadów

Kopalnia węgla kamiennego

wody dołowe Zbiornik wód

dołowych

Składowanie

odpadów

odpady

zrzut do rzeki

emisje do

gleb i wód


371

Tabela 3.1. Charakterystyka kategorii wpływu na środowisko zgodnie z metodą ReCiPe 2008. Table 3.1. Description of environmental impact categories according to ReCiPe 2008.

L.p. Kategoria wpływu Jednostka Charakterystyka

1. Zmiana klimatu

(Climate change, CC) kg CO2-eq

Wskaźnik wyliczany w oparciu o potencjały tworzenia efektu

cieplarnianego (GWP); wyraża wymuszenie radiacyjne

emitowanych gazów cieplarnianych w przeliczeniu na

równoważne kilogramy dwutlenku węgla.

2.

Zubożenie warstwy

ozonowej

(Ozone depletion, OD)

kg CFC-11 eq

Stężenie ozonu stratosferycznego; kategoria ma na celu ocenę

efektu tzw. dziury ozonowej, czyli niszczenia ochronnej

warstwy ozonu absorbującego wysokoenergetyczne

promieniowanie słoneczne z zakresu ultrafioletu, które po

przeniknięciu do troposfery zagraża zdrowiu ludzi – zwiększa

ryzyko występowania raka skóry i katarakty; kategoria

obejmuje głównie emisję halogenowych pochodnych

węglowodorów.

3.

Zakwaszenie lądowe

(Terrestrial acidification,

TA)

kg SO2 eq

Wskaźnik służy do ilościowego opisania zjawiska

zakwaszenia gleby w wyniku depozycji emitowanych do

atmosfery kwaśnych związków organicznych takich jak

siarczany i azotany.

4.

Eutrofizacja wód słodkich

(Freshwater eutrophication

FE)

kg P eq

Wskaźnik związany z nadmiernym wzrostem roślinności

w jeziorach i morzach pod wpływem zwiększonego stężenia

fosforu i azotu; wzrost stężenia związków fosforu i azotu

w wodach występuje w wyniku wprowadzania do wód

nawozów naturalnych i sztucznych, ścieków, depozycji

związków azotu z atmosfery.

5. Eutrofizacja wód morskich

(Marine eutrophication ME) kg N eq

6.

Tworzenie smogu

fotochemicznego

(Photochemical oxidant

formation POF)

kg NMLZO

Kategoria związana z tworzeniem smogu fotochemicznego

pod wpływem promieniowania słonecznego w warunkach

podwyższonego stężenia lotnych związków organicznych

w powietrzu; obecność ozonu w troposferze stwarza ryzyko

dla zdrowia ludzi – powoduje choroby układu oddechowego.

7.

Tworzenie pyłów

(Particulate matter formation

PMF)

kg PM10 eq

Wskaźnik uwzględnia zanieczyszczenie powietrza

w wyniku emisji pyłów o średnicy niższej niż 10 μm, tzw.

PM10, a także tworzenia aerozoli tlenków siarki, azotu

i amoniaku – obecność takich cząstek w powietrzu zwiększa

prawdopodobieństwo występowania chorób układu

oddechowego.

8. Toksyczność dla ludzi

(Human toxicity HT) kg 1,4-DB eq

Wskaźniki opisują narażenie na substancje toksyczne

w wyniku wdychania z powietrzem i spożywania

z pokarmem; jako substancja referencyjna został przyjęty 1,4-

dichlorobenzen.

9. Ekotoksyczność lądowa

(Terrestrial ecotoxicity TET) kg 1,4-DB eq

10. Ekotoksyczność morska

(Marine ecotoxicity MET) kg 1,4-DB eq

11.

Ekotoksyczność

słodkowodna

(Freshwater ecotoxicity

kg 1,4-DB eq


372

L.p. Kategoria wpływu Jednostka Charakterystyka

FET)

12. Promieniowanie jonizujące

(Ionising radiation IR) kBq U235 eq

Narażenie ludzi na substancje radioaktywne w wyniku

wdychania, spożywania z pokarmem i wodą; radioaktywność

została wyrażona w jednostce układu SI Bekerel (1 rozpad na

sekundę).

13.

Zajęcie terenu przez

rolnictwo

(Agricultural land

occupation ALO)

m2r Zajęcie obszaru w określonym czasie; w kategorii

uwzględniono zależność wpływu zajęcia terenu na

różnorodność gatunkową od rodzaju zajmowanego terenu oraz

rodzaju działalności. 14.

Zajęcie terenu miejskie

(Urban land occupation

ULO)

m2r

15.

Przekształcenie terenów

naturalnych

(Natural land transformation

NLT)

m2

Zmiana rodzaju gruntu na pewnym obszarze w wyniku

działalności człowieka; w kategorii wpływu uwzględnia się

rodzaj gruntu przed interwencją oraz po; parametrem

charakteryzującym oddziaływanie w tej kategorii jest czas

potrzebny na przywrócenie terenu do stanu pierwotnego.

16. Zużycie wody

(Water depletion WD) m3

Zużycie wody zostało wyrażone w m3, jednak wpływ zużycia

wody na środowisko nie jest modelowany – jest on zależny od

konkretnego przypadku.

17.

Wykorzystanie zasobów

mineralnych

(Mineral resource depletion

MRD)

kg Fe eq

Zmniejszenie dostępności minerałów skutkuje eksploatacją

złóż o mniejszej opłacalności; kategoria wpływu obejmuje

wzrost krańcowych kosztów pozyskania surowców

mineralnych w konsekwencji ich wydobycia i zmniejszania

klasy; jako umowny wspólny mianownik przyjęto

równoważnik żelaza.

18.

Wykorzystanie paliw

(Fossil depletion, FD)

kg ropy eq

Kategoria obejmuje zużycie paliw takich jak metan, ropa

i węgiel; wpływ zużycia paliw jest oceniany na podstawie

wzrostu kosztów pozyskania surowców energetycznych

w przyszłości w wyniku zmniejszania ich jakości, eksploatacji

złóż niekonwencjonalnych oraz pozabilansowych; przeliczenie

paliw na równoważnik ropy zostało dokonane w oparciu

o wartość opałową dolną 42 MJ/kg.

Źródło: opracowanie własne w oparciu o Goedkoop i in. 2009.


373

Rys. 3.3. Kategorie szkód stosowane w LCA zgodnie z metodyką ReCiPe 2008. Źródło: opracowanie własne w oparciu o Goedkoop i in. 2009.

Fig. 3.3. Damage categories used in LCA according to the method ReCiPe 2008.

Mechanizmy środowiskowe i modele charakteryzowania, które odnoszą dane wejściowe

i wyjściowe dotyczące analizowanej technologii do wskaźników kategorii w metodzie ReCiPe

2008 opisano szczegółowo w Goedkoop i in. (2009).

3.2.3. Wpływ na środowisko w ujęciu LCA procesów i operacji występujących w kopalni węgla

kamiennego

Analiza cyklu życia pokazuje, że poza trzema aspektami środowiskowymi ujętymi

w tradycyjnej ocenie środowiskowej, tj.: emisją metanu, składowaniem odpadów, zrzutem wód

dołowych, do oddziaływania na środowisko przyczyniają się również inne elementy wejść

i wyjść zinwentaryzowane w kopalni węgla kamiennego. Należą do nich przykładowo procesy

przedstawione na rys. 3.4. Na rysunku przedstawiono również kategorie wpływu, na które

oddziałują wymienione elementy wejściowe i wyjściowe. Procesy produkcji tych elementów,

pomimo że występują poza obszarem górniczym, są ujęte w cyklu życia kopalni i oddziałują na

środowisko w dużym stopniu. Uwzględnienie obciążenia środowiska w cyklu życia kopalni

daje szersze możliwości ograniczania oddziaływania na środowisko, np. poprzez racjonalną

gospodarkę materiałami i energią, a także dobór zużywanych materiałów – wybór materiałów

o mniejszym wpływie na środowisko.


374

Rys. 3.4. Wybrane elementy wejściowe do kopalni węgla kamiennego i związane z nimi kategorie

wpływu na środowisko. Źródło: opracowanie własne. Fig. 3.4. Selected inputs to a colliery and impact categories related to them.

Rys. 3.5. Emisje gazów cieplarnianych związane ze zużyciem energii elektrycznej w przykładowej niemetanowej kopalni węgla kamiennego. Źródło: opracowano na podstawie danych udostępnionych

przez krajową kopalnię niemetanową. Fig. 3.5. Greenhouse gas emissions associated with electricity consumption in exemplary non-methane

hard coal mine.


375

Na Rys. 3.5 przedstawiono emisje gazów cieplarnianych w procesie produkcji energii

elektrycznej, która jest zużyta do procesu produkcji węgla kamiennego w kopalni

niemetanowej. Najwyższe emisje występują w procesach zbrojenia, eksploatacji oraz

likwidacji ścian. Najniższe emisje występują w następujących procesach: gospodarka

sprężonym powietrzem (2,32%), gospodarka warsztatowo-magazynowa (1,48%), zwałowanie

węgla (0,98%), transport ludzi maszyn, urządzeń i materiałów (0,76%) oraz zwalczanie

zagrożeń naturalnych (0,75%).

Optymalizacja procesów wydobywczych w kopalni nie jest łatwym zadaniem, ponieważ

warunki hydrogeologiczne, wymogi bezpieczeństwa, a także czynniki ekonomiczne znacznie

ograniczają możliwości wprowadzania zmian. Z drugiej jednak strony połączenie wyników

LCA z wiedzą specjalistów z zakresu górnictwa pozwala zidentyfikować sposoby zmniejszenia

obciążenia środowiskowe występujące w cyklu życia kopalni. Przykładowo przedstawione

wyniki pokazują, że ograniczenie energochłonności procesów, osiągnięte dzięki wymianie

przestarzałych urządzeń na nowoczesne, charakteryzujące się wysoką klasą efektywności

energetycznej, może prowadzić do wymiernych efektów w postaci ograniczenia emisji gazów

cieplarnianych w cyklu życia kopalni.

4. Podsumowanie – korzyści z zastosowania LCA w ocenie środowiskowej kopalni

Wdrożenie LCA może przynieść wymierne korzyści w ocenie środowiskowej kopalń węgla

kamiennego. Zastosowanie LCA umożliwia analizę oddziaływania na środowisko kopalń

w szerszym ujęciu, począwszy od najistotniejszych aspektów środowiskowych (do których

należą wody kopalniane, odpady górnicze, emisja metanu do atmosfery) do kompleksowej

oceny kopalni w cyklu życia. Oznacza to, że oprócz efektów działalności środowiskowej

związanej z wydobyciem węgla, analiza LCA uwzględnia również wpływ na środowisko

wszystkich zastosowanych materiałów i energii.

Zastosowanie analizy LCA pozwoli na kompleksową inwentaryzację danych wejściowych

i wyjściowych w cyklu życia kopalni. Pozwala też na ocenę środowiskową zarówno

w poszczególnych kategoriach wpływu, takich jak emisje gazów cieplarnianych, zubożenie

paliw kopalnych itd. oraz kategoriach szkód (zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu i zasoby).

Dzięki temu istnieje możliwość analizy porównawczej poszczególnych kopalń, czy też

procesów w kopalni.

Zastosowanie LCA może służyć do wspomagania systemów zarządzania środowiska

kopalń, a także jako uzupełniający element do wykonania oceny oddziaływania na środowisko

(OOŚ).

LCA może również służyć jako narzędzie do podejmowania decyzji związanych

z wpływem działalności górniczej na obciążenie środowiska. Wskaźniki środowiskowe

uzyskane dzięki zastosowaniu LCA mogą być wykorzystane do wspomagania decyzji

podejmowanych między innymi przez Zarządy Spółek Węglowych, związanych z analizą

i oceną aspektów środowiskowych funkcjonowania kopalń w Polsce. LCA może stanowić

również element strategicznej, wieloaspektowej analizy efektywności polskiego górnictwa.

Podziękowania

Autorzy składają serdeczne podziękowania Panu mgr inż. Wojciechowi Borkowskiemu za

cenne uwagi i konsultacje, które pomogły w opracowaniu niniejszej publikacji.


376

Publikacja została opracowana w ramach projektu "Opracowanie systemu ekspertowego

do oceny efektywności środowiskowej, ekonomicznej i społecznej kopalń węgla kamiennego

w Polsce" finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu

Badań Stosowanych

Literatura

[1] Awuah-Offei K, Checkel D, Askari-Nasab H 2008: Evaluationof belt conveyor and truck haulage

systems in an open pit mine using life cycle assessment. CIM Bulletin, Vol. 102, Paper 8, 1–6. [2] Awuah-Offei K., Adekpedjou A. 2011: Application of life cycle assessment in the mining

industry, International Journal of Life Cycle Assessment, 16, 82–89. [3] Bovea M-D, Saura Ú, Ferrero JL, Giner J 2007: Cradle-to-gate studyof red clay for use in the

ceramic industry. Int J of LCA 12 (6), 439–447. [4] Cała M. (red.) 2013: Mining waste management in the Baltic Sea Region. Min-Novation Project,

Kraków. Wydawnictwa AGH. [5] Chaber M., Krogulski K. 1998: Problematyka wód słonych w górnictwie węgla kamiennego.

Wiadomości Górnicze, nr 7–8, 325–332. [6] Czaplicka-Kolarz K., Wachowicz J. Bojarska-Kraus M. 2004: A Life Cycle Method for

Assessment of a Colliery's Eco-indicator, lnt. J. LCA 9 (4), 247–253. [7] Deutscher V. 1997: VDI-richtlinie 4600: Cumulative Energy Demand, Terms, Definitions,

Methods of Calculation, Verein Deutscher Ingenieure, Düseldorf. [8] Douni I, Taxiarchou M, Paspaliaris I. 2003: Life cycle inventory methodology in the mineral

processing industries. [In]: Sustainable development indicators in the mineral industries. Greece. [9] Dulewski J., Madej B., Uzarowicz R., Walter A. 2010: Wpływ górnictwa na wybrane elementy

środowiska z perspektywy ostatniej dekady. Przegląd Górniczy, nr 66: 126-133. [10] Durucan S, Korre A, Munoz-Melendez G 2006: Mining life cycle modelling: a cradle-to-gate

approach to environmental management in the minerals industry. J Clean Prod 14, 1057– 1070. [11] EC 2010: European Commission – Joint Research Centre – Institute for Environment and

Sustainability: International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook – General guide for Life Cycle Assessment – Provisions and Action Steps. First edition March 2010. EUR 24378 EN. Luxembourg. Publications Office of the European Union.

[12] Epstein P., Buonocore J., Eckerle K., Hendryx M., Stout B. Heinberg R.et al. 2011: Full cost accounting for the life cycle of coal Ann. N.Y. Acad. Sci. 1219, 73–98. doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05890.

[13] Gawenda T., Olejnik T. 2008: Produkcja kruszyw mineralnych z odpadów powęglowych w Kompanii Węglowej SA na przykładzie wybranych kopalń. Gospodarka Surowcami Mineralnymi tom 24, zeszyt 2/1, 27-42.

[14] Gawlik L. (red.) 1994: Ustalenie źródeł emisji gazów cieplarnianych związanych z eksploatacją systemu węglowego (kamiennego i brunatnego) wraz z wyznaczeniem współczynników emisji w źródłach emisji systemu, obliczenie emisji dla ostatniego roku.

[15] Gawlik L., Grzybek I. 2001: Szczegółowe badania źródeł emisji i wychwytu dla inwentaryzacji emisji gazów cieplarnianych za rok 1999 w zakresie emisji lotnej z systemu węglowego. Kraków.

[16] Gawor Ł. 2009: Gospodarka odpadami górniczymi, „Odpady i Środowisko” nr 1(55)/09, Dziennikarska Agencja Wydawnicza MAXPRESS, Warszawa

[17] Gawor Ł. 2012: Wybrane problemy prawne dotyczące rekultywacji zwałowisk pogórniczych w Zagłębiu Ruhry i Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Górnictwo i Geologia. Tom 7, Zeszyt 2, 129-138.

[18] Goedkoop M., Heijungs R. et al. 2009: ReCiPe 2008. A life cycle impact assessment method which comprises harmonised category indicators at the midpoint and the endpoint level. Ruimte en Milieu.

[19] Goedkoop M., Spriensma R. 2000: The Eco-indicator 99 A Damage Oriented Method for Life Cycle Impact Assessment, Methodology Report PRé Consultants B.V.

[20] Góralczyk M., Kulczycka J. 2001a: Environmental Life Cycle Assessment – its application in Polish non-ferrous mining industry Konferencja "EuroEco 2001", Kraków.


377

[21] Góralczyk M., Kulczycka J., 2001b: The financial aspects of LCA in the Polish mining industry Konferencja "LCM 2001", Kopenhaga.

[22] Helios-Rybicka E., Rybicki S. 2003: Impact of coal mining on the environmental In Poland. [In:] Proceedings First Conference on Applied Environmental Geology (AEGO3) in Central and Eastern Europe. Vienna.

[23] Humbert S., Margni M. and Jolliet O. 2009: IMPACT 2002+ – Methodology Description. Lausanne, Switzerland.

[24] IPCC Climate Change Fourth Assessment Report: Climate Change 2007. http://www.ipcc.ch. [25] Koperski T., Cukiernik Z., Wiśniewski J. 2008: Aspekty i uwarunkowania związane

z przekształcaniem odpadów wydobywczych w produkty. Mat. Warsztatów „Gospodarowaie odpadami – stan aktualny i planowane zmiany. Nowe zasady gospodarowania odpadami wydobywczymi”. Katowice, 1-14.

[26] Kowalski Z., Kulczycka J., Góralczyk M. 2007: Ekologiczna ocena cyklu życia procesów wytwórczych (LCA), Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa .

[27] Krajowy Raport Inwentaryzacyjny 2012: Inwentaryzacja gazów cieplarnianych w Polsce dla lat 1988-2010, Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), Warszawa, luty 2012.

[28] Kukfisz B., Maranda A. 2014: Zastosowanie metody oceny cyklu życia (LCA) do oszacowania wpływu na środowisko górniczych materiałów wybuchowych ładowanych mechanicznie, Chemik.

[29] Kulczycka J., Góralczyk M., Koneczny K. 2003: Merging LCC into LCA - the example of Polish mining industry, Konferencja CIRP seminar on life cycle engineering, Kopenhaga.

[30] Kulczycka J., Przewrocki P., Wirth H. 2001: Implementation LCA rules into the Polish mining industry Konferencja "LCM 2001", Kopenhaga.

[31] Kwarciński 2005: Ocena rzeczywistej emisji metanu do atmosfery spowodowanej eksploatacją węgla kamiennego. Państwowy Instytut Geologiczny, Sosnowiec.

[32] Mangena SJ, Brent AC. 2006: Application of a life cycle impact assessment framework to evaluate and compare environmental performances with economic values of supplied coal products. J Clean Prod. 14, 1071–1084.

[33] Pluta I. 2005: Wody kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: geneza, zanieczyszczenia i metody oczyszczania, Główny Instytut Górnictwa Katowice.

[34] Pluta I., Dulewski J. 2006: Wody kopalniane w świetle dawnej i aktualnej terminologii oraz ich klasyfikacji obowiązującej w górnictwie. Wiadomości Górnicze, nr 1, 37-41.

[35] Policht-Latawiec A., Kapica A. 2013: Wpływ kopalni węgla kamiennego na jakość wody rzeki Wisły Rocznik Ochrona Środowiska. Tom 15.

[36] Spitzley DV., Tolle DA. 2004: Evaluating land-use impacts: selection of surface area metrics for life-cycle assessment of mining. J. Indust. Ecol. 8 (1–2), 11–21.

[37] Suppen N, Felix R. 2003: LCA for the sustainable management of mining processes, Third international meeting of Mining-Camino Real de la Plata, Zacatecas, Mexico.

[38] Suppen N., Carranza M., Huerta M.., Hernandez M. 2006: Environmental management and life cycle approaches in the Mexican mining industry. Journal of Cleaner Production 14, 1101-1115.

[39] Turek M. 2010: Podstawy podziemnej eksploatacji pokładów węgla kamiennego. Wydawnictwo Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice.

Advantages of using life cycle assessment in environmental assessment of

a hard coal mine

Key words

life cycle assessment LCA, environmental assessment, hard coal mine

http://yadda.icm.edu.pl/baztech/contributor/7f26387e0052ccb0ffc17f5513da1c40

http://yadda.icm.edu.pl/baztech/contributor/2c0aae949c93eb2f5988caab7cc2a5ad


378

Summary

The coal mine impact the environment is mainly assessed in terms of waste disposal in

landfills and water management. In addition to increasingly stringent requirements for

greenhouse gas emissions important issues are the emission of methane which is vented to the

air through ventilation shafts and the use of methane captured by drainage stations.

Using the method of life cycle assessment LCA, which allows the analysis of coal mines

throughout the life cycle, was proposed in the paper. The environmental assessment by LCA

takes into account factors mentioned above which have direct impact on the environment, such

as waste disposal, mine water discharges and methane emissions, but also have indirect

impacts on the environment associated with the production of raw materials and energy that are

used in the mine.

Thus obtained results show the contribution of each element of the mine to the whole

impact of mine on the environment. Such analysis help to identify and minimize the direct and

indirect environmental impact related to the hard coal mine.

An important benefit from the use of LCA is a grouping of environmental impacts in

several impact categories, for example related to the greenhouse effect, ecotoxicity or depletion

of non-renewable fuels.

Przekazano: 31 marca 2014 r.

Documents

Anna ŚLIWIŃSKA, Dorota BURCHART-KOROLwarsztatygornicze.pl/wp-content/uploads/2014-20.pdf · tego zagadnienia powinno obejmować cztery główne aspekty: odzysk odpadów do dalszego