W cieniu kopalnianych hałd w Turowie rodzi się przyszłość zielonej energetyki. Projekt „GrEnMine”, prowadzony przez Politechnikę Wrocławską, przekształca tereny pogórnicze w magazyny energii oparte na sile grawitacji. Tam, gdzie kiedyś wydobywano węgiel, ciężkie masy będą podnoszone i opuszczane, by magazynować energię z wiatru i słońca.

Kopalnia Turów w Bogatyni, symbol polskiego górnictwa węglowego, przez dekady była sercem regionu, ale też źródłem konfliktów ekologicznych i transgranicznych. Dziś to miejsce staje się areną przełomowego eksperymentu: projektu „GrEnMine”, który zamienia siłę grawitacji w narzędzie magazynowania energii. Na terenach, gdzie kiedyś wydobywano węgiel brunatny, powstaje demonstrator grawitacyjnego magazynu energii – system, który podnosi i opuszcza ciężkie bloki, by przechowywać nadwyżki energii odnawialnej i uwalniać je w czasie niedoborów. To wizja, która łączy przeszłość przemysłu ciężkiego z przyszłością zielonej gospodarki.

Transformacja energetyczna w Polsce często budzi emocje – od protestów górników po spory o zamykanie kopalń. Projekt „GrEnMine”, prowadzony przez Politechnikę Wrocławską pod kierownictwem prof. Przemysława Moczko, oferuje inną drogę: zamiast konfliktów, współpracę nauki i przemysłu, zamiast degradacji, rewitalizację.

Dlaczego magazyny energii są potrzebne?

Odnawialne źródła energii (OZE) są fundamentem zielonej transformacji. W Polsce w 2024 roku energia z wiatru i słońca stanowiła 26% krajowego miksu energetycznego, z fotowoltaiką rosnącą o 20% rocznie. Jednak OZE mają kluczową wadę: ich produkcja jest niestabilna. Słońce świeci tylko w dzień, wiatr wieje nieprzewidywalnie, a sieć elektroenergetyczna wymaga stałego dopływu energii, by uniknąć przerw w dostawach czy kosztownych blackoutów. Magazyny energii są „mostem” między chwilowymi nadwyżkami a niedoborami, umożliwiając przechowywanie energii i jej uwalnianie w razie potrzeby.

Dotychczasowe technologie magazynowania, takie jak baterie litowo-jonowe, elektrownie szczytowo-pompowe czy wodór, mają swoje ograniczenia. Baterie litowo-jonowe, choć popularne, są drogie, tracą pojemność z czasem i wymagają rzadkich surowców, takich jak lit czy kobalt. Elektrownie szczytowo-pompowe, skuteczne w magazynowaniu dużych ilości energii, potrzebują specyficznych warunków geograficznych, co ogranicza ich skalę. Wodór, choć obiecujący, wciąż jest na wczesnym etapie rozwoju, z wysokimi kosztami produkcji i dystrybucji. Grawitacyjne magazyny energii, takie jak te opracowywane w projekcie „GrEnMine”, oferują prostszą i bardziej trwałą alternatywę, opartą na prawach fizyki, a nie chemii.

Idea prosta jak Newton, ale trudna w praktyce

Zasada działania grawitacyjnego magazynu energii jest intuicyjna: gdy w sieci jest nadmiar energii – na przykład z farm wiatrowych w wietrzny dzień – ciężkie masy, takie jak betonowe bloki, są podnoszone na wysokość, magazynując energię potencjalną. Gdy zapotrzebowanie rośnie, masy opadają, napędzając generatory, które przekształcają energię w prąd za pomocą zaawansowanych przemienników częstotliwości.

Choć idea brzmi prosto, jej realizacja wymaga przełamania licznych wyzwań inżynieryjnych. System musi być precyzyjny, by zminimalizować straty energii, i odporny na ogromne obciążenia – masy ważące setki ton muszą poruszać się płynnie i bezpiecznie. Projekt „GrEnMine” testuje dwa warianty: RM-GES (Rail-Mounted Gravitational Energy Storage), gdzie bloki poruszają się po torach, oraz CB-GES (Conveyor-Based Gravitational Energy Storage), oparty na linach lub taśmach. Oba rozwiązania wymagają zaawansowanych symulacji komputerowych, materiałów o wysokiej wytrzymałości i systemów sterowania, by zapewnić efektywność i bezpieczeństwo.

Wrocław jako centrum innowacji

Politechnika Wrocławska, lider projektu „GrEnMine”, staje się jednym z kluczowych ośrodków innowacji energetycznych w Europie. Zespół prof. Przemysława Moczko z Wydziału Mechanicznego otrzymał milion euro z budżetu projektu wartego ponad 3,5 miliona euro, finansowanego przez unijny Research Fund for Coal and Steel (RFCS). W skład zespołu wchodzą specjaliści od mechaniki, automatyki i projektowania konstrukcji, tacy jak dr hab. inż. Damian Pietrusiak, dr hab. inż. Jerzy Czmochowski i dr inż. Piotr Odyjas. Ich zadaniem jest opracowanie technologii RM-GES, która ma być sercem demonstratora w kopalni Turów.

Kompetencje wrocławskiego zespołu obejmują zaawansowane symulacje komputerowe, obliczenia mechaniczne i projektowanie konstrukcji odpornych na ekstremalne obciążenia. Politechnika Wrocławska, z tradycją badań nad technologiami przemysłowymi, staje się symbolem polskiej innowacyjności, łącząc naukę z praktycznym zastosowaniem w transformacji energetycznej.

Od symbolu węgla do laboratorium przyszłości

Kopalnia Węgla Brunatnego Turów w Bogatyni to miejsce o ogromnym znaczeniu dla polskiej gospodarki i regionu. Zatrudniając około 1250 osób i dostarczając węgiel do elektrowni Turów, która w 2021 roku wygenerowała 10,06 TWh energii, kopalnia przez dekady była filarem lokalnej społeczności. Jednak Turów to także symbol konfliktów – ekologicznych, z powodu wpływu na wody gruntowe, i transgranicznych, z protestami Czech i Niemiec. W 2024 roku sąd w Warszawie uznał ocenę środowiskową dla wydobycia po 2026 roku za nieważną, co postawiło przyszłość kopalni pod znakiem zapytania.

Projekt „GrEnMine” nadaje Turowowi nową rolę: z centrum wydobycia węgla w laboratorium zielonej energii. Demonstrator grawitacyjnego magazynu energii, który powstanie na terenie kopalni do czerwca 2027 roku, ma pokazać, że tereny pogórnicze mogą stać się węzłami innowacji. Wykorzystanie istniejącej infrastruktury, takiej jak hałdy czy drogi transportowe, pozwala obniżyć koszty i przyspieszyć wdrożenie technologii, dając regionowi szansę na ekonomiczną i ekologiczną rewitalizację.

Kto jeszcze inwestuje w grawitację?

Grawitacyjne magazyny energii zyskują zainteresowanie na świecie. Szwajcarski startup Energy Vault rozwija technologię opartą na podnoszeniu betonowych bloków w wieżach, osiągając sprawność rzędu 80%. W USA firma Gravity Power eksperymentuje z systemami wykorzystującymi podziemne szyby, a w Chinach testuje się podobne rozwiązania w kopalniach. Co wyróżnia polskie podejście? Projekt „GrEnMine” koncentruje się na integracji z istniejącą infrastrukturą kopalni odkrywkowej, takiej jak Turów, oraz na skalowalności w regionach poprzemysłowych.

Polskie rozwiązanie ma także unikalny kontekst społeczny. W odróżnieniu od szwajcarskich wież, które wymagają budowy nowej infrastruktury, „GrEnMine” wykorzystuje istniejące tereny pogórnicze, co obniża koszty i wpisuje się w unijną strategię sprawiedliwej transformacji. Jeśli demonstrator w Turowie okaże się sukcesem, Polska może wyznaczyć nowy standard dla regionów pogórniczych w Europie i poza nią.

Źródlo: PW / ISB News