Table of Contents
Understanding Geothermal Energy and Its Relevance to Mining
الطاقة الحرارية الأرضية من مخلفات المواد المشعة في قلب الأرض والحرارة المتبقية من تكوين الكواكب هذه الطاقة الحرارية يتم الحصول عليها عن طريق حفر الآبار في مستودعات تحت الأرض من المياه الساخنة أو البخار، التي يمكن استخدامها بعد ذلك لحمل التوربينات لتوليد الكهرباء أو توفير الحرارة المباشرة للعمليات الصناعية، وتصنف التكنولوجيا في ثلاثة أنواع رئيسية هي: نظم الطاقة الحرارية المائية (المتجانسة)، والطاقة الحرارية الأرضية المعززة.
أما الموارد الحرارية المائية الموجودة في المناطق البركانية أو المناطق التي تشهد نشاطاً كبيراً من حيث التكتون فهي الأكثر تطوراً تجارياً، وعلى النقيض من ذلك، تنطوي هذه النظم على إنشاء خزانات اصطناعية عن طريق الحقن في تكوينات صخرية شديدة السخونة، وتوسيع الإمكانات الجغرافية للطاقة الحرارية الأرضية إلى حد كبير، وتستغل نظم الحرارة الأرضية المنخفضة نسبياً درجات حرارة منخفضة نسبياً (10-30 درجة مئوية) بالقرب من السطح لتسخين وتب في أي مكان.
وبالنسبة لعمليات التعدين، فإن الجذب الرئيسي للطاقة الحرارية الأرضية يكمن في قدرتها على توفير الطاقة التي تحمل عبء القاع والتي يمكن الاعتماد عليها حول الشمس أو الرياح التي لا تشبه الساعة، والتي تعمل متقطعة، حيث تعمل العديد من الألغام في مواقع نائية ذات وصول محدود إلى الشبكة، وكثيرا ما تعتمد على مولدات الديزل الباهظة التكلفة، ويمكن أن تتقاسم الموارد الحرارية الأرضية مع الرواسب المعدنية، ولا سيما في أحزمة نشطة تستضيف العديد من الفرص الأساسية والمعادن الثمينة.
كثافة الطاقة في عمليات التعدين الحديثة
وتستهلك الصناعة من بين أكثر القطاعات الصناعية كثافة في الطاقة، ووفقا لبيانات المجلس الدولي للتعدين والفلزات، حوالي ٤-٦ في المائة من الطاقة العالمية، وتستأثر بما يقرب من ٧ في المائة من مجموع انبعاثات غازات الدفيئة إذا ما أُدرج توليد الكهرباء في أعلى المجرى، وتختلف الطاقة المطلوبة بالسلع الأساسية: يستخدم التعدين النحاس نحو ٢٥-٦٠ كيلوواط لكل طن من الركاز المجهز، بينما يمكن أن يتجاوز تعدين الذهب ١٠٠ كيلوواط في كلورو.
ولا يزال الديزل هو الوقود المهيمن للمعدات المتنقلة (الشاحنات، والحمولات، والحفر) في المناجم السطحية والخفية، بينما تحطم قوى الكهرباء، والطحن، والتهوية، والضخ، ويسهم المصدران إسهاماً كبيراً في البصمة الكربونية، ويمكن الانتقال إلى بدائل منخفضة الكربون مثل الحرارة الأرضية أن يقلل من المخاطر التشغيلية الناجمة عن تقلب أسعار الوقود، وأن يخفض الانبعاثات، وأن يحسن الترخيص الاجتماعي للعمل في أسواق واعية الكربون.
المنافع الرئيسية للطاقة الحرارية الأرضية لقطاع التعدين
الاستدامة والحد من الانبعاثات
وبالإضافة إلى ذلك، فإن محطات الطاقة الحرارية الأرضية تُظهر ما متوسطه 45 غراما من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة - أقل من 5 في المائة من مصنع الفحم (نحو 000 1 مارك ألماني/كواه) وجزء من الغاز الطبيعي (يستخدم 500 ميكروغرام/كيلوواط) ويمكن أن يستهلك 100 جيووه سنويا، ويتحول من الكهرباء المحتوية على ثاني أكسيد الكربون إلى 000 100 طن من الغازات الحرارية.
كفاءة التكاليف والاستقرار
ففي حين أن مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية تتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة )تبلغ قيمتها ٠٠٠ ٢ دولار إلى ٠٠٠ ٥ دولار لكل كيلوواط متر مكبوتة لمصانع الطاقة الحرارية المائية(، فإن تكاليف تشغيلها منخفضة لأن الوقود )اللحوم( حر، وكثيرا ما توفر اتفاقات شراء الطاقة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية معدلات ثابتة على مدى ٢٠-٣٠ سنة، تحمي الألغام من زيادة تكاليف الوقود الأحفوري.
الموثوقية وعبء القاعدة
وتعاني النباتات الحرارية الأرضية من عوامل القدرة تتراوح بين 85 و95 في المائة، مما يعني أنها تولد الطاقة باستمرار تقريبا، وهذا الموثوقية أمر حاسم بالنسبة لعمليات التعدين التي تمتد 24/7 ولا يمكن أن تتحمل تكاليف التوقف، وعلى النقيض من ذلك، فإن الألواح الشمسية في منجم صحراوي قد لا تحقق سوى عامل القدرة يتراوح بين 25 و30 في المائة دون تخزين البطاريات، مما يضيف تكلفة، ويمكن لمحطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية أن توفر عبئا ثابتا للكميات السحقات والموصلات والموصلات ومروحات الته دون تقلبات من تقلبات يمكن أن تتلف معدات.
الجماعة المحلية والتنمية الاقتصادية
كما أن تطوير الموارد الحرارية الأرضية بالقرب من المناجم يخلق وظائف محلية في مجالات الحفر، وبناء النباتات، والصيانة، كما يوفر أصولاً متراثة: فعندما يغلق المنجم، يمكن للمصنع الحراري الجيولوجي أن يواصل توفير الكهرباء النظيفة للمجتمعات المحلية المجاورة، مما يعزز التنويع الاقتصادي الطويل الأجل، وفي بلدان مثل كينيا وإندونيسيا، قامت مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية بكهربة المناطق الريفية، مع دعم عمليات التعدين، وتحقيق المنافع المشتركة الاجتماعية والبيئية.
تطبيقات الطاقة الحرارية الأرضية في عمليات التعدين
توليد الكهرباء لنظم القدرة على التعدين
وأبسط تطبيقات هذا المشروع هو بناء محطة للطاقة الحرارية الأرضية - أي بخار أو دورة ثنائية - تغذي الكهرباء مباشرة في شبكة من المناجم - وتصلح محطات الرش لمستودعات ذات درجة حرارة عالية (نحو 180 درجة مئوية) وتستخدم بنجاح في مشروع مصهر الكاكاو في أيسلندا وفي ميدان الربيع الجديد من طراز Wairakei.
مباشرة معالجة المعادن
وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب خطوات عديدة في مجال تجهيز المعادن درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، مثل صهر النحاس، وتكرير الألومينا (عملية بايير)، وتجفيف التركيزات، ويمكن لسوائل الطاقة الحرارية الأرضية عند 150 إلى 300 درجة مئوية أن توفر حرارة مباشرة عن طريق مبادلات حرارية، وتفكيك الغاز الطبيعي أو مغلي الفحم، وفي منطقة أتاكوما في شيلي، يقوم مشروع تجريبي بتقييم الحرارة الحرارية الأرضية لتصلب تكاليف النح من حيثيات
التدفئة والتبريد على الموقع
ومن الطبيعي أن تولد الألغام الجوفية حرارة من التدرجات الحرارية الأرضية والمعدات التي كثيرا ما تتطلب تهدئة تهوية واسعة النطاق، ويمكن لمضخات الحرارة الحرارية الأرضية الضحلة أن توفر بكفاءة تبريد الألغام في الصيف وتدفئة المكاتب وغرف التغيير وتخزين المعدات في الشتاء، كما أن نظم الصوم الأرضية المغلقة التي يتم تركيبها في حفر مجهرية حول موقع المناجم يمكن أن تقلل من استهلاك الطاقة المتجمدة بنسبة 40 إلى 70 في المائة مقارنة بنظم التقليدية.
تسخين المياه والتحلل
وتستخدم الألغام كميات كبيرة من المياه من أجل قمع الغبار وتجهيزه واحتياجاته القابلة للشرب، ويمكن للحرارة الحرارية الأرضية أن تزيل الطاقة (مثلاً، المذيبات المتعددة التأثير) لمعالجة المياه الساكنة، ولا سيما في مناطق التعدين القاحلة، كما يتناول هذا التطبيق مسائل ندرة المياه مع توليد الطاقة النظيفة، وفي كينيا، يوفر حقل الطاقة الحرارية الأرضية في أوكلاريا الكهرباء والحرارة المباشرة لمزرعة الزهور بالقرب من تنازل.
تخفيض مطبوعات الكربون لنقل الألغام
وفي حين تدخل مركبات نقل الكهرباء إلى السوق، فإنها تحتاج إلى هياكل أساسية للشحن، فالكهرباء الحرارية الأرضية يمكنها أن تُستخدم في شبكات العجلات الكهربائية على الطرق الهالكة أو محطات شحن البطاريات لحاملي الحمولات الجوفية، وإن لم يكن بديلا مباشرا للحرق، إذ تتحول إلى شاحنات كهربائية ذات طاقة حرارية جيولوجية، تزيل العادم الديزل وتخفض تكاليف التهوية التشغيلية.
دراسات الحالة الحقيقية في العالم
أيسلندا: محطة Svartsengi Power Plant و Alcoa Smelter
أما مصنع Svartsengi الحراري الجيولوجي (75 ميغاواط كهربائي، 150 ميغاواط حراري) فيوفر الطاقة والمياه الساخنة للمناطق والصناعات السكنية في شبه جزيرة ريخانز، وعلى الأخص، فإن مصهر الكاكاو القريب في غرانداتنغي يُشغل تقريباً على الطاقة الحرارية الأرضية من الشبكة الوطنية، التي تدعمها الطاقة الكهرمائية، وهذا التكامل يساعد على تشغيل المصهر بإحدى أصغر البصمات الكربونية في صناعة.
كينيا: ميننغاي وأولكاريا في مجال الطاقة الحرارية الأرضية التي تدعم التعدين
إن كينيا هي قائدة الطاقة الحرارية الأرضية في شرق أفريقيا، حيث يوجد أكثر من 800 ميغاواط، وهي تعمل في ميدان ميننغاي (105 ميغاواط) وفي حقول أوكلاريا (أكثر من 500 ميغاواط) على توفير الكهرباء للشبكة الوطنية، التي تخول عدة عمليات تعدين للذهب والتيتانيوم، كما أن قطاع التعدين في كينيا، وإن كان ناشئا، يستفيد من ارتفاع معدل التغل الحراري في المنطقة، كما قامت شركة ميينغي لتنمية الطاقة الزراعية بقيادة المنتجات الجافة.
الولايات المتحدة: برادي هوت سبرينغز - الطاقة الحرارية الأرضية للمنجم الذهبي
ويستضيف برادي هوت سبرينغز، في محافظة الحوض والرنج في نيفادا، 26 محطة ثنائية للحرارة الحرارية الأرضية تعمل بواسطة تكنولوجيات الأورامات، وتبيع هذه المحطة الكهرباء من خلال اتفاق لشراء الطاقة، جزئياً، إلى منجم ذهبي مجاور، Florida Canyon mine (التي كثيراً ما تُستخدم فيها موارد طفرة أحفورية مخفضة).
الفلبين: شبكة المعلومات الجغرافية والمعدن التابعة للشبكة
إن الفلبين هي ثاني أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية في العالم )٩٠٠ ١ ميغاواط( وتقوم شركة تنمية الطاقة بتشغيل ميادين متعددة تزود كلا من الشبكة والمستعملين الصناعيين المباشرين بالطاقة، وفي منطقة سوريجاو التي تستضيف مناجم الذهب والنيكل، تدعم الطاقة الحرارية الأرضية من حقل باكون - مانيتو أنشطة التعدين، كما أعلنت شركة التعمير الاقتصادي عن خططها لتطوير " ممر للهياكل الأساسية الحرارية المشتركة " في منطقة سيغيلا.
التغلب على التحديات التي تواجه التبني
رأس المال الرئيسي ومخاطر الاستكشاف
ويمكن أن تكون تكاليف الحفر المرتفعة - التي تبلغ في كثير من الأحيان ٥-١٥ مليون دولار للبرئ، وعدم التيقن من شركات التعدين التي تفضل الاستثمار الأولي الأدنى، وتشمل استراتيجيات التخفيف برامج تأمين المخاطر التي تدعمها الحكومة )مثل مستودع البيانات الحرارية الأرضية التابع للولايات المتحدة(، والشراكات بين القطاعين العام والخاص، والتنمية التدريجية حيث تبرهن النباتات التجريبية الأصغر حجما على الموارد قبل التكاثر الكامل للوقود.
الحواجز التقنية: درجة الحرارة، ودرجة الارتداد، ودرجة
ولا تقع جميع مواقع الألغام فوق موارد الطاقة الحرارية المائية العالية المستوى، غير أن التحسينات الهندسية مثل نظام إي جي إس وحفر الأعماق تتيح إمكانية الحصول على الحرارة في مواقع غير مناسبة سابقا، وبالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من الألغام تقوم بالفعل بحفر حفر عميقة للتنقيب أو إزالة المياه؛ ويمكن لإعادة ضخ هذه الآبار للاستخدام المباشر الحراري أن تقلل من تكاليف الحفر الأمامية، وبالنسبة للمضخات الحرارية السطحية، فإن الحفر إلى 100 إلى 200 متر هو معيار رخيص نسبيا.
العقبات التنظيمية والتأثيرية
وتتطلب التنمية الحرارية الأرضية حقوقا دون سطح الأرض، وتقييمات الأثر البيئي، وتصاريح استخدام المياه، وفي العديد من الولايات القضائية، تندرج تصاريح التعدين وتصاريح الطاقة الحرارية الأرضية ضمن هيئات تنظيمية مختلفة، مما يتسبب في تأخيرات، وقد تؤدي الموافقة على ذلك من خلال نهج " وحدة واحدة " ، والاعتراف بالحرارة الأرضية بوصفها من المنافع الإضافية للتعدين إلى التعجيل بالمشاريع، وقد قامت مشاريع الأفق لعام 2020 التابعة للمفوضية الأوروبية بتمويل بحوث بشأن إدماج الطاقة الحرارية الأرضية في أطر السماح بالألغام.
قبول الرأي العام والمجتمعي
وقد تخشى المجتمعات المحلية من حدوث الزلازل أو نضوب المياه من مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية، ومن الضروري أيضاً أن يكون الاتصال عبر الحدود ورصد خط الأساس وإشراك أصحاب المصلحة في وقت مبكر، وفي مناطق التعدين التي تثق فيها المجتمعات المحلية بالفعل بشركة التعدين، تعزيز تلك العلاقة لبناء مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية، كما أن تقاسم المنافع عن طريق خفض التعريفات الجمركية على الكهرباء أو تحسين الهياكل الأساسية يعزز الدعم.
التوقعات المستقبلية والاتجاهات الناشئة
Enhanced Geothermal Systems (EGS) and Supercritical Geothermal
وتتقدم تكنولوجيا الغازات المميتة بسرعة، حيث تبين مشاريع إيضاحية متعددة أن إنشاء خزانات اصطناعية في الصخور الكريستالية الساخنة أمر ممكن تقنياً، ومشروع " فورجي " في الولايات المتحدة ومشروع " ديسكومبل " الأوروبي هو تقنيات اختبار لحفز الكسور العميقة، ويمكن أن يؤدي النجاح في نظام الطاقة المتجددة إلى فتح الطاقة الحرارية الأرضية في المناطق غير الفولطية، مما يزيد كثيراً من عدد الألغام التي يمكن أن تستضيف مشاريع الإنتاج الجغرافي البالغ 400.
النظم الهجينة: الحرارة الأرضية + السوارق + التخزين
ويمكن أن يؤدي الجمع بين حمولة الطاقة الحرارية الأرضية ومخزون الطاقة الشمسية والبطارية إلى إيجاد قدرة على التكيف، و100 في المائة من الميكرويج المتجدد، وخلال ذروة ضوء الشمس، تُستحوذ الطاقة الشمسية؛ وفي الليل، يوفر الطاقة الحرارية الأرضية الثابتة، ويمكن لهذا النهج الهجين أن يقلل من القدرة الحرارية الأرضية المطلوبة، وأن يخفض تكاليف رأس المال مع الحفاظ على الموثوقية، وهناك عدة منشآت هجينة تعمل بالفعل في نيفادا وشيلي.
Lithium and Critical Mineral Extraction from Geothermal Brines
وكثيرا ما تحتوي الألوية الحرارية الأرضية على الليثيوم المذوب والمنغنيز والزنك والعناصر الأرضية النادرة، ويجري حاليا تسويق تكنولوجيات استخراج الليثيوم مباشرة في النباتات في بحر سالتون في كاليفورنيا وفي ألمانيا، ويمكن أن تعتبر التعدينات الحفر الحرارية الأرضية نشاطا مزدوج الغرض - ينتج الطاقة النظيفة وتدفقا ثانويا من استخراج المعادن، ويمكن أن يجعل هذا النموذج الاقتصادي الدائري استثمارات ذاتية.
مشاريع الشيفرة المباشرة في الاستخدام
وهناك عدد متزايد من شركات التعدين التي تقوم بتجريب التدفئة الحرارية الأرضية المباشرة الصغيرة النطاق لتجفيف الركاز وتسخينه وتسلخه، وقد قامت الرابطة الدولية للحرارة الأرضية بتوثيق أكثر من 30 مشروعا من هذه المشاريع في جميع أنحاء العالم، ومن المتوقع أن تنفذها زيادة الثقة في تطبيقات الاستخدام المباشر قبل الالتزام بنباتات الطاقة الكبيرة.
سائقو السياسات وخصخصة الكربون
وعلى سبيل المثال، يتوقع أن تصل ضريبة الكربون في كندا إلى 170 دولاراً لكل طن بحلول عام 2030، وبذلك تصبح الوفورات من التحول إلى الطاقة الحرارية الأرضية أمراً ملحاً، وستعجل الأطر الدولية مثل اتفاق باريس وطلبات المستثمرين من أجل الامتثال لمجموعة موردي المواد الانشطارية بالانتقال، وستحقق شركات التعدين التي تعتمد نظاماً حرارياً جغرافياً ميزة تنافسية في الوصول إلى سلاسل الإمداد المنخفضة الكربون.
الاستنتاج: مسار استراتيجي للتعدين المستدام
فالطاقة الحرارية الأرضية توفر حلا قويا ونظيفا وفعالا من حيث التكلفة للتحديات التي يواجهها قطاع التعدين في مجال الطاقة، وباستبدال الوقود الأحفوري الذي له قدرة حرارية ثابتة وحرارة، يمكن للألغام أن تقلل بشكل كبير من آثارها الكربونية، وتخفض تكاليف التشغيل، وتعزز سمعتها مع المجتمعات والمستثمرين، وفي حين لا تزال الحواجز التقنية والمالية قائمة، فإن التقدم في النظام الإيكولوجي، والنظم الهجينة، ودعم السياسات يوسع بسرعة نطاق تطبيقات الانتشار المجدية.
For further information, consult resources from the International Renewable Energy Agency (IRENA), the ] ThinkGeoEnergy news and analysis platform, and the U.S. Department of Energy Geothermal Technologies Office[FLT update:5]