أثر الموارد غير التقليدية التنمية في الهواء الإقليمي النوعية والانبعاثات

The Intersection of Unconventional Energy and Regional Air Quality

وعلى مدى العقدين الماضيين، أدى الكسر الهيدروليكي والحفر الأفقي الذي لم يكن شاملاً إلى إعادة تشكيل المشهد العالمي للطاقة، حيث أفرزت هذه التكنولوجيات احتياطيات كبيرة من النفط والغاز الطبيعي في شكل صخور ضيقة، مما أسهم في أمن الطاقة والنمو الاقتصادي، غير أن انتشارها السريع قد استحدث أيضاً تحديات بيئية معقدة، لا سيما فيما يتعلق بجودة الهواء والانبعاثات الإقليمية.

وعلى عكس الاستخراج التقليدي، تتطلب الأساليب غير التقليدية عمليات سطحية مكثفة، ومعدات ثقيلة، ونشاط مستمر عبر مناطق جغرافية كبيرة، وتولد هذه البصمة التشغيلية مجموعة متنوعة من الملوثات الجوية، بما في ذلك المركبات العضوية المتطايرة، وأكسيدات النيتروجين، والخامسة، والغاز الطبيعي الميثان، والغاز الدافئ، ويمكن أن تؤدي هذه الانبعاثات إلى تدهور نوعية الهواء المحلية، وتسهم في إحداث آثار ضارة على الصعيد الإقليمي، وتزيد من حدة تغير المناخ.

فهم تنمية الموارد غير التقليدية

ومن أجل فهم الآثار المترتبة على نوعية الهواء، يجب أولاً فهم التقنيات التي تحدد الإنتاج غير المتجانس، وعادة ما تكون خزانات النفط والغاز التقليدية غير صالحة للشرب، مما يتيح للهيدروكربونات أن تتدفق بصورة طبيعية بمجرد حفر بئر، وعلى النقيض من ذلك، تحاصر الموارد غير التقليدية في تشكيلات ذات قدرة منخفضة مثل الشلالات، أو الحجر الرملي الضيق، أو الفحم، ويستلزم استخراج هذه الموارد هندسة المتقدمة.

التكتلات الهيدروليكية في التجزئة

إن الكسور الهيدروليكي، الذي يُدعى في كثير من الأحيان بالكسر، ينطوي على حقن مزيج من المياه والرمل والمضافات الكيميائية عند ضغط مرتفع إلى درجة البئر، وهذا الضغط يكسر الصخرة المحيطة، ويخلق أليافا يمكن أن يهرب منها النفط والغاز، وعادة ما تكون الرمل أو غيرها من العوامل الكثيفة الكثيفة مفتوحة بعد إطلاق الضغط، وقد تستخدم وظيفة كسر واحدة ملايين الغيلان الأفقية.

التدريل الأفقي كعنصر تكميلي

ويتيح الحفر الأفقي للمشغلين توجيه البئر عن طريق تكوين مستهدف، بحيث تمتد في كثير من الأحيان إلى آلاف الأقدام الأفقية، ويزيد هذا الأسلوب بشكل كبير من منطقة الاتصال بالمستودع، مما يجعل الإنتاج من الصخور المنخفضة القدرة على الأداء مجديا اقتصاديا، وتتطلب الآبار الأفقية أجهزة حفر أكبر، وطاقات أكثر للحفر الاتجاه، وطول فترات الإكمال أكثر من الآبار العمودية.

الشواغل الرئيسية لجودة الهواء من العمليات غير التقليدية

وتتضاعف آثار تطور الموارد غير التقليدية على نوعية الهواء، نتيجة للعمليات الروتينية والأحداث الوبائية، وتشمل الملوثات الرئيسية المثيرة للقلق المركبات العضوية المتطايرة وأكسيد النيتروجين والجزئية والميثان، وكل ما يؤثر على صحة الإنسان والبيئة والكيمياء في الغلاف الجوي بشكل مختلف.

Volatile Organic Compounds and Ozone Formation

(ب) إن انبعاثات الأوكتينول الخماسية هي مواد كيميائية تحتوي على الكربون وتتدفق بسهولة إلى الهواء، وفي تطور غير تقليدي، تنشأ انبعاثات أكسيد الكربون من خزانات التخزين، والأجهزة الصبغة، والدبابات المكثفة، والتسرب في المعدات، وعندما تختلط مركبات الكربون مع أكسيد النيتروز في وجود ضوء الشمس، فإنها تشكل طبقة الأوزون على المستوى الأرضي، وهي العنصر الرئيسي من مادة النجم.

مصادر محددة لمراكز التشغيل الذاتية في العمليات غير التقليدية

• صهاريج تخزين النفط المكثفة والخامية: تحدث انبعاثات الطلق عندما تُصاب السوائل المزروعة بالإكتئاب في الصهاريج، مما يُطلق الهيدروكربونات الخفيفة.
• أجهزة التحكم في الأشعة: تستخدم صمامات كثيرة ومتحكمات في ضغط الغاز وتجهيز غاز التهوية أثناء التشغيل العادي.
• Dehydrators: Glycol-based dehydration units used to remove water from natural gas vent VOCs and benzene.
• Pigging and maintenance blowdowns: Periodic pipeline clean and depressurization release concentrated gas streams.

انبعاثات النيتروجين من الأوكسجين والكمبيوتر

وتنتج مادة النيتروجين أساساً عن الاحتراق العالي الحرارة، وتشمل المصادر الرئيسية في التنمية غير التقليدية محركات الديزل المستخدمة في حفر أجهزة الحفر، ومضخات الكسور الهيدروليكية، والضغط، والمولدات، وأسطول الشاحنات، كما أن الانبعاثات من هذه المصادر يمكن أن تكون كبيرة، مثلاً، فإن وجود أسطول واحد من الكسور الهيدروليكية يستخدم في تركيب عشرين مضخة من الديزل ذات الطاقة العالية يمكن أن يحفز على النيتوكس.

وقد ركزت الجهود الرامية إلى خفض انبعاثات أكسيد النيتروز على تحديث الأسطول وإعادة استخدامه مع التخفيض الحافز الانتقائي، والانتقال إلى المعدات التي تعمل بالطاقة الغازية الطبيعية أو الكهربائية، و[(EPA#8217؛ و معايير جديدة لأداء المصادر ] بالنسبة للمحركات الثابتة قد أحدثت بعض التحسينات، ولكن الطبيعة المتنقلة لأساطيل الحفر والكسر تطرح تحديات في الإنفاذ.

الجزء المتعلق بالأثر الصحي

وتشمل المواد التشاركية مواد صلبة صغيرة أو سوائل صغيرة بما يكفي للاستنشاق، بينما تولد العمليات غير التقليدية مبيدات الآفات من خلال الغبار من بناء الطرق وحركة السيارات الثقيلة، والعادم من محركات الديزل، والانبعاثات من الارتطام والحرق، بينما لا تزال المادة الجسيمية الحسنة (PM2.5) تخترق معدلات التراكم في الرئتين ومجرى الدم، المرتبطة بالإصابة بالمرض القلبي والرئوي، والسكتة، والوفاة، والموت المبكر.

Methane Leakage and Greenhouse Gas Contributions

والميثان هو العنصر الرئيسي من الغاز الطبيعي وغاز الدفيئة القوي الذي ينطوي على احتمال الاحترار العالمي أكثر من 25 مرة من ثاني أكسيد الكربون على مدى قرن، فالتنمية غير التقليدية مصدر هام لانبعاثات الميثان بسبب التسربات والهبات والحرق غير الكامل أثناء الارتشاء، وهذه الانبعاثات تحدث في آبار، ومحطات جمع، ومصانع تجهيز، وخطوط أنابيب نقل، وقد كشفت الدراسات التي تستخدم الدراسات الاستقصائية الجوية ورصد السواتل عن وجود تسربات طويلة.

مصادر الانبعاثات عبر دورة التنمية

أما الانبعاثات الناجمة عن تنمية الموارد غير التقليدية فهي غير موحدة؛ وهي تختلف بالمرحلة التي تستغرقها دورة الحياة الجيدة، حسب نوع المعدات، وبحسب الممارسات التشغيلية، ويعتبر فهم هذه المصادر أساسياً للتخفيف من حدة الأهداف.

المرحلة الأولى: إعداد الموقع والحفر

وتولد عمليات الحفر الغبار الهارب، وتتطلب عمليات الحفر أجهزة كبيرة للديزل تعمل باستمرار لأسابيع، مما يبث النيتروجين، والكيمياء، وثاني أكسيد الكربون. وخلال هذه المرحلة، تُنقل المياه للكسر عادة إلى داخلها، مما يؤدي إلى حركة المركبات الديزل الثقيلة، وقد يتطلب وجود بئر أفقي واحد عدة مئات من الرحلات، يسهم كل منها في إحداث الاحتراقات الكهربائية المحلية.

المرحلة الثانية: الإكمال الجيد والاختلال الهيدروليكي

كما أن مضخات الكسور الهيدروليكية، التي تعمل بمحركات الديزل المكرّسة، تعمل على نحو شبه كامل لمدة أيام، وتنتج هذه المحركات مستويات عالية من النيتروز والكيماوي، بالإضافة إلى أن سوائل التدفق والغازات تعود إلى السطح أثناء الإنتاج المبكر، وفي العديد من الولايات، تتطلب التصاريح الجوية قدراً أقل من الإكمالات للانبعاثات، حيث يتم احتجاز الغاز الوردي بدلاً من فتحه أو ازته.

المرحلة الثالثة: الإنتاج والمنتصف

وبعد أن ينتج البئر، تتحول الانبعاثات إلى مصادر مستمرة: أجهزة التحكم الناموسومية، ومضخات الحقن الكيميائي، وهبات الصهاريج، والتسرب، ومحطات الضغط، وتعمل محطات الضغط على خطوط الأنابيب الغازية الطبيعية على مدار السنة، وتنتج أجهزة التحلل النيتروجين، وتخفف من حدة القلق إزاء الصدر، وتكشف السائلات عن المياه التي تتراكم في البئر، ويجب إزالتها.

التغير الإقليمي في تأثير نوعية الهواء

ويتفاوت أثر التطور غير التقليدي على نوعية الهواء تفاوتا كبيرا حسب المنطقة، ويتأثر بالجيولوجيا، والأرصاد الجوية، ونوعية الهواء القائمة، والأطر التنظيمية.

The Marcellus Shale: Wet Gas and Nonattainment Areas

وتنتج شركة مارسيليوس شايل، التي تشكل أساساً في بنسلفانيا الغربية وفيرجينيا وأوهايو، كميات كبيرة من الغاز الطبيعي، وقد شهدت شركة البنسيلفانيا تجاوزات في مستوى جودة الهواء في المناطق الريفية في المناطق الريفية، كما أن لدى الدولة مناطق معينة لا تحتوي على ثاني أكسيد الكربون، وتظهر الدراسات أن الآبار في مناطق الغاز الرطب، التي تنتج عنها مواد كيميائية أكثر صرامة مثل ثاني أكسيد الكربون.

The Bakken Formation: Flaring and Winter Inversion

(د) شمال داكوتا: 8217؛ وتشكين الاستنبات معروفاً بنسبته العالية من النفط والغاز المرتبط به، ففي أوائل عام 2010 تم ضخ ما بين 20 و30 في المائة من الغاز المنتج بسبب نقص القدرة على خط الأنابيب، وهذا الارتباك يُنتج كميات كبيرة من النيتروز، وسداسي-2، وكربون أسود، وتدل عمليات التحويل التي تُجرى في ملوثات الشراك في المنطقة القريبة من الأرض، مما يسهم في ارتفاع معدلات انبعاثات الغازات الثنائية.

حوض المحيط: الآثار التراكمية لتطوير التعليم

إن حوض الفارميين في تكساس ونيو مكسيكو هو أحد أكثر المناطق نشاطاً في مجال النفط والغاز على الصعيد العالمي، ويفضي نطاقه إلى انبعاثات تراكمية من آلاف الآبار والضغطات ومصانع التجهيز، وقد ارتفعت مستويات الأوزون في أجزاء من المحيط البيرومي، مما أدى إلى فحص المناطق المشمولة بحماية البيئة، وتتوفر في تكساس نهج يسمح بالغازات يتيح الانبعاثات التي تتفاوت عبر المرافق، ويجادل النقاد بأن هذه الكمية تحجب التأثير الحقيقي على نوعية الهواء.

استراتيجيات التخفيف والنُهج التنظيمية

وتتطلب معالجة آثار نوعية الهواء الناجمة عن التنمية غير التقليدية مزيجا من الولايات التنظيمية والابتكار التكنولوجي وأفضل الممارسات التشغيلية، وقد أحرز تقدم، ولكن هناك ثغرات قائمة.

الإطار التنظيمي الاتحادي والحكومي

ويضع قانون الهواء النظيف الإطار القانوني الشامل، إذ يُمكن أن يُحدّد نظام ePA#8217؛ أما نظام الأفضليات المعمم لقطاع النفط والغاز الطبيعي، الذي أُحدث في عامي 2012 و2016، فيلزم إجراء تخفيضات في الانبعاثات من ثاني أكسيد الكربون والميثان من عمليات الإكمال، والضغط، والتحكم في المواد الاصطناعية، وخزانات التخزين، وفي عام 2024، أصدرت وزارة الطاقة الكهربائية قاعدة نهائية تعزز معايير انبعاثات الميثان، بما في ذلك متطلبات برامج الاستجابة من قبل الطرف الثالث، وسلسلة من كاليفورنيا.

• Leak detection and repair (LDAR) programs: regular infrared camera inspections of well sites and pipelines to find and fix leaks.
• خفض الانبعاثات المنجزة: فرض الحجز على الغاز التدفقي بدلاً من التهوية أو الارتطام.
• Engine emission controls: Requiring Tier 4 or better diesel motors, retrofitting with SCR, or using electric-powered equipment.
• الإقلال إلى أدنى حد: تحديد أهداف لالتقاط الغاز وتقييد الحجم المشتعل والمدة.

Technology Solutions for Emissions Reduction

وتؤدي التكنولوجيا دوراً هاماً في خفض الانبعاثات. Vapor recovery units (VRUs)] capture VOCs from storage tanks, converting them into salable product. ] Plunger lift systems]] automate liquids unloading without venting programs.

وثمة نهج واعد آخر هو ] كهرباء ، حيث توجد طاقة شبكية، يستعاض عن مولدات الديزل والمضخات التي تستخدمها المركبات الكهربائية، ويزيل الانبعاثات في الموقع بالكامل، إذ أن عدة شركات تعرض الآن أساطيل كهربائية كسور كهربائية تعمل بالطاقة الكهربائية أو وصلات الشبكات، مما يقلل من قيمة الادخار غير الملاحظ والاشتراك في الطوابع، ويزيد من مجموع تكاليف الصيانة.

أفضل الممارسات التشغيلية

(د) فيما يتعلق بمسألة التنظيم والتكنولوجيا، فإن ممارسات المشغلين تُعنى بإدارة حركة النقل بالشاحنات للحد من الغبار، واستخدام إعادة تدوير المياه لخفض تواتر نقل المياه، وصيانة الجدولة أثناء الظروف الجوية المواتية، كلها عوامل تحد من تعرض المجتمع المحلي، وقد اعتمدت شركات كثيرة أهدافاً لخفض انبعاثات الميثان استجابة لضغوط المستثمر وحاملي الأسهم.

الشواغل الصحية والمجتمعية

وفي حين تركز هذه المادة على نوعية الهواء والانبعاثات، من المهم ملاحظة البعد الإنساني، إذ تشير المجتمعات التي تعيش بالقرب من التنمية غير التقليدية إلى ارتفاع معدلات الربو والصداع وشل الأنف وغيرها من الأعراض، وتشير الدراسات إلى وجود ارتباط بين الكثافة العالية وزيادة الاستيعاب في المستشفيات لظروف الجهاز التنفسي، كما أن السكان الضعفاء، بمن فيهم الأطفال والمسنين، والذين يعانون من ظروف ضوضاء، قد تأثروا بشكل غير متناسب بالرصد المجتمعي باستخدام الإجهاد التراكمي.

الاستنتاج: تحقيق التوازن بين إنتاج الطاقة والهواء النظيف

ولا يتنافى تنمية الموارد غير التقليدية في جوهرها مع أهداف نوعية الهواء الإقليمية، ولكن تحقيق التوافق يتطلب بذل جهود مستمرة، وقد أحرزت الصناعة تقدماً ملموساً في خفض كثافة الانبعاثات، ولا سيما بالنسبة للميثان، غير أن الحجم الهائل للنشاط، مقترناً بالنمو المتوقع في الطلب على الغاز الطبيعي لتوليد الطاقة وتصدير الغازات غير المهددة، يعني أن الانبعاثات المطلقة قد تظل مستقرة أو حتى تزداد دون مزيد من التخفيف.

ويجب أن تعالج السياسة الفعالة جميع مراحل التنمية، بدءاً من الحفر عن طريق التخلي، مع وجود معايير قابلة للتنفيذ، والرصد القوي، والعقوبات المفروضة على عدم الامتثال، وتوفر التطورات التكنولوجية أدوات لإجراء تخفيضات كبيرة، ولكن الانتشار الواسع غير متساو، وينبغي أن تسترشد اعتبارات الصحة العامة في اتخاذ القرارات المتعلقة بالجلسات، والحدود التشغيلية بالقرب من المجتمعات المحلية، وفي نهاية المطاف، فإن أثر تنمية الموارد غير التقليدية على نوعية الهواء الإقليمي سيحدد بالخيارات التي يتم التوصل إليها اليوم(6212)؛ وبتكاليفات التي تكفل للأعضاء في المجتمع المدني والمشغلين، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتكاليف، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبتوفير، وبات، وباتف ما يضافة، وبات، وبات، وبات، وبات، وبات، وبات، وبات، وبات، وباتفها، وبات، وبات، وباتفها، وبات، وباتفها، وبات، وباتفاقية، وبات،

To learn more about monitoring approaches, see the ]EPA#8217;s Methane Challenge Program] and the ]Department of Energy#8217;s guide to hydraulic fracturing.