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

Węglowodory są związkami organicznymi o cząsteczkach zbudowanych wyłącznie z atomów węgla i stanowią jedną z największych grup związków organicznych. W warunkach naturalnych występują w postaci gazów, cieczy lub ciał stałych. Źródłem węglowodorów jest przede wszystkim ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel kamienny.

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

– Było to jeszcze podczas studiów 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, która nie tylko wprowadziła mnie w temat, ale także otworzyła przede mną drzwi tzw. salonów, dzięki czemu miałam okazję rozmawiać z czołowymi, światowej sławy naukowcami, autorami książek, artykułów. Uczyłam się krok po kroku.

Jedna z grona najlepszych absolwentów 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 współczynnika odbicia światła witrynitu w rozproszonej materii organicznej (DOMVR), przyznana po raz trzeci, kolejna – refleksyjności witrynitu i analizy macerałowej (SCAP), po raz drugi. W 2010 roku dr Jelonek otrzymała także certyfikat Zarządzanie projektami międzynarodowymi w 7. Programie Ramowym, przyznany przez Regionalny Punkt Kontaktowy Programów 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, który zleca dokonanie tych analiz, ma gwarancję, że są one przeprowadzone prawidłowo.

W 2010 roku dr I. Jelonek została koordynatorem projektu badawczego RATIO- -COAL, którego 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 Científicas (Hiszpania), Ústav Geoniky AV ČR, v.v.i. (Czechy) i Třinecké Železárny 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 placówek naukowych. 10 czerwca 2013 roku na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ odbyła się prezentacja rezultatów współpracy badawczej w ramach projektu RATIO- -COAL, a jednym z jej elementów 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, koksów, minerałów, które poddawane są analizie. Dzieje się to dzięki kolorowej, o wysokiej rozdzielczości kamerze cyfrowej. Wyniki badań wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu: górnictwie, koksownictwie, hutnictwie, energetyce, a także na etapie poszukiwań węglowodorów. Mikroskop pozwala na szczegółową analizę pobranych próbek. A trafiają tu one z najróżniejszych zakątków świata, z miejsc, gdzie istnieje podejrzenie o występowanie ewentualnego potencjału, który pragną przebadać nie tylko naukowcy, ale także inwestorzy czy przedsiębiorcy. Celem analizy jest badanie zawartości skały osadowej.

Głównym polem badawczym dr Jelonek jest analiza petrograficzna, tak więc jej podstawowym narzędziem pracy pozostaje mikroskop.

Obraz mikroskopowy łupka gazonośnego

– Praca petrologa – mówi z uśmiechem pani doktor – trochę przypomina poszukiwania prowadzone przez Sherlocka Holmesa, nic nie może umknąć uwadze. Tropię rozproszoną materię organiczną, czyli fragmenty, które zostały przetworzone, uwęglone w wyniku działania różnych czynników, takich jak temperatura, ciśnienie, czas... mówiąc krótko, badam stopień dojrzałości rozproszonej materii organicznej.

Analiza próbki pozwala uzyskać odpowiedź na pytanie, czy w danej skale występuje gaz lub ropa naftowa. Badania petrograficzne sprowadzają się między innymi do pomiaru refleksyjności, który 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 próbki. Uzyskane na tym etapie wyniki są niezbędne do wyznaczenia typu węgla (np. energetycznego czy koksującego), są także jednym z najważniejszych wskaźników w międzynarodowym systemie kodyfikacji węgla kamiennego. Analiza macerału (podstawowego wyróżnialnego mikroskopowo składnika węgla) umożliwia ocenę zachowania się węgla w różnych procesach utylizacji. Aby przekonać się, z jakich roślin ziarna znajdują się w próbce, dokonuje się analizy we fluorescencji, która dostarcza ważnych informacji o naturze i przemianach zachodzących w materii organicznej. Na tym etapie wszystko jest równie 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 wyników 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 próbki pobrane ze skał do wielu laboratoriów. Dopiero potwierdzenie z kilku niezależnych źródeł stanowi podstawę do rozpoczęcia prac wiertniczych.

Inwestor decyduje, w jakim interwale dostarcza próbki do analizy laboratoryjnej. Zdarza się, że na pionowym odcinku tysiąca metrów 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 próbkami niesłychanie pochłania – wyjaśnia petrolog. – Zapomina się o świecie zewnętrznym, a godziny mijają niepostrzeżenie. Każda próbka dostarcza czegoś niepowtarzalnego, a jednocześnie zachwycającego. Mikroskop, na którym 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 obrazów próbki, do których w każdej chwili można powrócić.

Oprócz badań wykonywanych na zlecenie konkretnych inwestorów dr Jelonek prowadzi równolegle 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 naukowców, zajmujących się badaniami genezy węgli, towarzyszących im skał, jak również 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 produktów węglowych w celu obniżenia poziomu wykorzystania koksu wielkopiecowego do produkcji żelaza i zredukowania kosztów zużycia surowców 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 2012 roku przewodniczyła pracy badawczej dotyczącej określenia parametrów petrofizycznych i petrograficznych węgla z pokładów 501–510 w KWK „Mysłowice-Wesoła” w zakresie badań metanu z pokładów węgla.

– Zostaliśmy zaproszeni do wykonania w kopalni ogromnej liczby analiz petrofizycznych i petrograficznych w ramach prowadzonego tam projektu badawczo-rozwojowego dotyczącego przedeksploatacyjnego odmetanowania pokładów węgla kamiennego – tłumaczy dr Jelonek. – Naszym zadaniem był współudział w zbadaniu skutków odmetanowania. To było ogromne przedsięwzięcie. Inwestorzy zlecili te badania w celu uzyskania informacji na temat wpływu odmetanowania na bezpieczeństwo ruchu kopalni, ale także opłacalności metody wydobywania metanu z węgla. Proces wiercenia trwa tam nadal i często bywa, że jesteśmy zapraszani na konsultacje. To tylko jeden z wielu przykładów pracy w terenie.

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.