تطوير ممارسات التتبع المستدام من خلال مبادئ الاقتصاد العلماني

تحدي التكتلات الهيدروليكية في عالم مكثف للموارد

وقد اختصرت الكسور الهيدروليكي - وكثيرا ما اختصرت لتكسير ثلاثيات من الأقدام المكعبة من الغاز الطبيعي، وبلايين من براميل النفط من التكوينات المحكمة، وإعادة تشكيل أسواق الطاقة العالمية، والدوائر الجيوسياسية، ومع ذلك فإن البصمة البيئية لهذه التكنولوجيا لا تزال مصدر قلق مستمر، وكل مرحلة من العمليات المكبوتة تستهلك كميات كبيرة من المياه العذبة، وتولد تدفقات من النفايات الكيميائية.

وقد كان الرد التقليدي تحسناً تدريجياً في التصميم الجيد، وقواعد الكشف عن المواد الكيميائية أشد صرامة، ومعايير السلامة الأكثر قوة، ولكن قد لا تكون الزيادة في الحجم كافية في عصر ارتفاع التوقعات المناخية وندرة المياه العذبة، ويلزم إحداث تحول أساسي، وهو ما يُعيد تصور دورة الحياة الكاملة للعمليات المكبوتة، حيث تُدخل مبادئ الاقتصاد الدائري الصورة بدلاً من معالجة المدخلات باعتبارها منتجات قابلة للاستمرار ونواتج قابلة للاسترداد.

وتستكشف هذه المادة كيف يمكن تطبيق التفكير الاقتصادي الدائري على حزم العمليات - من إدارة المياه والنفايات إلى تصميم المعدات ومصادر الطاقة، وندرس دراسات الحالة الموثقة، والتكنولوجيات الناشئة، وأطر السياسات التي يمكن أن تعجل بالانتقال، والهدف هو تزويد المشغلين والمنظمين والمستثمرين بمقياس واضح لتحويل صناعة استخراجية إلى صناعة متجددة.

المبادئ الأساسية للاقتصاد العلماني

ويعارض الاقتصاد الدائري نموذج " التخلص من المؤثرات " الذي تغلب على النشاط الصناعي منذ الثورة الصناعية، وفي قلبه ثلاث استراتيجيات رئيسية:

• القضاء على النفايات والتلوث بتصميم العوامل الخارجية السلبية منذ البداية.
• تعميم المنتجات والمواد ] على أعلى قيمة من خلال إعادة الاستخدام أو الإصلاح أو إعادة التصنيع أو إعادة التدوير.
• Regenerate natural systems] by returning valuable nutrients to the environment and enhancing ecosystem resilience.

وفي سياق استخراج الموارد، تترجم هذه المبادئ إلى إجراءات ملموسة: تخفيض سحب المياه العذبة عن طريق إعادة تدوير تدفق المياه وإنتاجها، وتحويل قطع الحفر إلى مجمعات للتشييد، ونشر معدات يمكن تجديدها بدلا من تخريدها، وإدماج الطاقة المتجددة في خفض الانبعاثات التشغيلية، ولا يعتبر النموذج التعميمي النفايات منتجا ثانويا لا مفر منه، بل موردا غير مستعمل مؤقتا.

وبالنسبة لمشغلي التعبئة، فإن حالة الأعمال التجارية مُلحة، وكثيراً ما تكون تكلفة معالجة المياه وإعادة استخدامها في الموقع أقل من شاحنات المياه العذبة في المناطق التي تُطفأ فيها مياه الصرف، ولا سيما في المناطق التي تُشغَّل فيها المياه مثل حوض المحيط الفارمي، كما أن توسيع نطاق عمر المضخات العالية الضغط والصمامات ذات الرأس الكبير من خلال إعادة التجديد يؤدي إلى خفض النفقات الرأسمالية وازدهار سلسلة الإمدادات.

المياه: الفرص الأكثر إلحاحاً

تخفيض استخدام المياه العذبة من خلال إعادة التدوير

فالماء هو شريان الحياة للكسر الهيدروليكي، إذ يمكن أن يتطلب بئر واحد ما بين ٥ و ١٥ مليون غالون من المياه - معر َّف لملء ما يقرب من ٢٥ مجمعا من مجمعات السباحة الأولمبية، وفي المناطق القاحلة، تكون المنافسة على المياه العذبة مع الزراعة والبلديات حادة، ويعالج الاقتصاد الدائري هذا التوتر مباشرة بمعالجة المياه كمورد قابل للاستعمال بدلا من مدخل قابل للاستهلاك.

وتسمح تكنولوجيات المعالجة المتقدمة الآن للمشغلين بإعادة تدوير مياه التدفق )السوائل التي تعود إلى السطح مباشرة بعد كسر( والماء المنتج )المزارع الذي يرتفع طوال حياة البئر المنتجة(.

• Reverse osmosis] – membranes remove dissolved solids and organic compounds, producing high-quality permeate suitable for reuse in new fracturing jobs.
• Electrocoagulation -كهرباء تُسبِّب تلوثاً لتخصيب وتسويتها، مما يمكِّن من الفصل الفعال بين النفط والفلزات والجلد المعلق.
• Thermal distillation] — evaporationدافع الحرارة يفصل الماء النظيف عن الرشوة المركزة، رغم أن تكاليف الطاقة لا تزال حاجزاً لنشره على نطاق واسع.

وفي حوض ديلاوير، حقق المشغلون معدلات إعادة تدوير تتجاوز 90 في المائة بالنسبة للمياه المنتجة، وفقاً للبيانات الواردة من لجنة السكك الحديدية في تكساس، مما يقلل بشكل كبير من الطلب على المياه العذبة ويقلل من حجم المياه المستعملة التي تحتاج إلى ممارسة حقن عميقة الوطأة ترتبط بالزلزال المستحث في أوكلاهوما وتكساس.

ومن الأمثلة البارزة على ذلك مرفق مقاطعة أناداركو بتوليدي، الذي عالج وأعاد استخدام أكثر من أربعة ملايين برميل من المياه المنتجة على مدى فترة سنتين، ولا يحفظ المشروع المياه العذبة فحسب بل يزيل أيضا آلاف الرحلات الشاحنات، ويقطع انبعاثات الديزل، ويرتدي الطرق، وتدل هذه النتائج على أن إعادة تدوير المياه ليست سليمة بيئيا فحسب، بل تتسم بالكفاءة التشغيلية.

Wastewater as a Resource: Brine Mining and Beneficial Use

فبعد إعادة التدوير للكسر، تتوخى الاقتصادات الدائرية أن تكون مجاري " النفايات " مواد وسيطة لصناعات أخرى، وكثيرا ما تحتوي المياه المنتجة على الليثيوم والبرومين والعناصر الأرضية النادرة، وتقوم شركات مثل Eavor and Standard Lithium بتطوير عمليات استخراج المعادن من ألواح حقول النفط، ويمكن أن يساعد الليثيوم من المياه المنتجة على تلبية الطلب على بطاريات المركبات الكهربائية، مما يحول المسؤولية البيئية إلى أصول استراتيجية.

وبالمثل، فإن المياه المنتجة المعالجة تستخدم بصورة متزايدة في الري الزراعي والتبريد الصناعي في مناطق مثل وادي كاليفورنيا المركزي، وفي حين لا تزال العقبات التنظيمية قائمة، فإن البرامج النموذجية تبين أن هذه التطبيقات يمكن أن تكون مأمونة ومفيدة، كما أن مبادرة الاستخدام الأمثل للمياه المنتجة في الولايات المتحدة توفر التوجيه التقني والتمويل لهذه الأنواع من المشاريع التعميمية.

إدارة النفايات فيما وراء المياه

قطع الدراجة والنفايات الصلبة

وكل حفرة تولد قطعاً من الحجارة - شظايا الصخور والتربة التي تُجلب إلى السطح أثناء الحفر، وفي نموذج خطي، تُنقل هذه القطع إلى مدافن القمامة، وتُحمّل التكلفة، وحيزاً للاحتلال، ويجد النهج التعميمي قيمة فيها، ويمكن تثبيت القطع الدخيلة واستخدامها كقاعدة للطرق، أو غطاء مدافن القمامة، أو المواد الخام لصنع الأسمنت.

وقد جهز مشروع ابتكاري في مقاطعة برادفورد في بنسلفانيا ما يزيد على ٠٠٠ ١٠٠ طن من قطع الحفر الى مليئ بالتوسع في الطرق السريعة، وتم فحص القطعات، واختلاطها بالمواصفات، وتم التعاقد معها لتلبية مواصفات وزارة النقل، مما أدى الى تجنب رسوم التخلص من مدافن القمامة، وخفض الانبعاثات الناجمة عن الشاحنات، وأسفر عن نتيجة تعميمية مفيدة للمنتجات.

المواد القابلة للتداول وإعادة التدوير

فالأعمال التي تستخدم في الاحتفاظ بالقطع المفتوحة هي عادة استخدام واحد، غير أن البحث في المواد " الذكية " القادرة على استردادها وإعادة استخدامها يمضي قدما، فالأدوات التي يمكن أن تُستخرج من البوليمرات أو المواد النباتية يمكن أن توفر مسارا دائريا آخر: فهي تتدهور بمرور الوقت، وتلغي الحاجة إلى إزالة الألغام وتخفف من الأضرار الناجمة عن التكوين، وإن كانت هذه المواد لا تزال في مرحلة المختبر.

وفي الوقت نفسه، يقلل المشغلون من النفايات إلى أدنى حد عن طريق اختيار البروبات ووضعها على النحو الأمثل، إذ أن استخدام مصادر الرمل المحلية وتخفيض حجم البروبات في كل مرحلة من مراحل التحسينات الهندسية يخفض عبء استخدام المواد والتخلص منها، وكل رطل من الأنبوب الذي يبقى في الكسور هو رطل واحد لا يرسل إلى مدافن القمامة.

تجديد المعدات وتصميمها من أجل طول العمر

وتعاني المضخات العالية الضغط ووحدات المزلاجات ومعدات البئر من ارتطام شديد من السوائل البدائية والضغوط المرتفعة، وبدلا من استبدال المكونات الفاشلة، يعتمد المشغلون الذين يتجهون إلى المستقبل برامج لإعادة التصنيع، وتُستبدل القطع المأخوذة من المواد المستعادة، وتعاد الوحدة إلى الأداء الجديد بجزء من تكلفة المعدات الجديدة.

ويتزايد عرض صناع المعدات الأصليين على نماذج " المعدات - الخدمة " ، حيث يحتفظون بملكية ومسؤولية الصيانة والتجديد، ويحول ذلك حوافز نحو القابلية للدوام والتصليح - استراتيجية تعميمية أساسية، مثلا، برنامج ريمان كاتربيلر لحفر المحركات يسترد أكثر من 90 في المائة من وزن الآلة من خلال إعادة تصنيع الأطنان.

كفاءة الطاقة والتكامل المتجددة

خفض الطوابق وضبط الغازات

وتمتد مبادئ الاقتصاد العلماني إلى تدفقات الطاقة، فالغاز الطبيعي الذي يُنفخ أثناء الإنجاز الجيد ليس فقط الطاقة المهدرة بل أيضاً يسهم في تغير المناخ، ويقدر البنك الدولي أن إمبراطورية الازدهار العالمية تزيد على 270 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً، ويزيد عدد العاملين في وحدات الإمساك المتنقلة لتحويل الغاز المشتعل إلى غاز طبيعي مضغط أو غاز طبيعي مسيل يمكن أن يكسر بعد ذلك أجهزة الحفر.

وفي تشكيلة داكوتا الشمالية، أظهرت مبادرة تخفيف حدة الذباب أن استخلاص الغاز المشتعل واستخدامه لتوليد الكهرباء في الموقع يمكن أن يزيل المولدات الديزلية، ويخفض تكاليف الوقود وانبعاثات غازات الدفيئة بنسبة تصل إلى ٥٠ في المائة، ويمكن أيضا بيع الغاز المأخوذ به إلى أسواق الغاز المحلية، مما يولد إيرادات، مما يحول تدفق النفايات إلى نتيجة تعميمية كلاسيكية لتدفق الدخل.

العمليات المتجددة

فالتعقب كثيف للطاقة، غير أن المصفوفات الشمسية المؤقتة، والاضطرابات الريحية، ونظم تخزين البطاريات تستخدم بصورة متزايدة في عمليات مواقع الطاقة، ولا سيما في المناطق النائية التي يكون فيها توسيع الشبكة مكلفاً، وفي حوض الفارميين، استخدم أحد المشغلين الرئيسيين مزرعة شمسية من طراز ٥ ميغاواط في عمليات تمهيد الطاقة لمدة ستة أشهر، مما أدى إلى تعويض ٠٠٠ ٨ طن من ثاني أكسيد الكربون، وتخفيض استهلاك الديزل بمقدار ٢,٥ مليون لتر.

فجمع الطاقة المتجددة مع تخزين الطاقة يتيح للمشغلين أن يسلسوا الطلب على الطاقة ويتجنبوا تسعير الذروة، وبينما يكون رأس المال الأمامي أعلى من المولدات الديزلية البسيطة، فإن تكاليف دورة الحياة الإجمالية كثيرا ما تُفضّل مصادر الطاقة المتجددة عندما تُحسب وفورات الوقود وأرصدة الكربون.

المنافع الاقتصادية والبيئية

خفض التكاليف من خلال العلمانية

وتزداد الحالة المالية لممارسات التعبئة الدائرية، إذ تخفض إعادة تدوير المياه من تكاليف شراء المياه العذبة وشحن مياه الصرف، التي يمكن أن تمثل ما يصل إلى 20 في المائة من مجموع تكاليف البئر في مناطق نهب المياه، وقد تبين من دراسة أجراها مجلس حماية المياه الجوفية في عام 2020 أن المشغلين الذين يعيدون تدوير ما لا يقل عن 80 في المائة من مياههم المنتجة ينقذون 1 إلى 3 دولارات للبرميل مقابل الحقن في أعماقها.

كما أن إعادة تصنيع المعدات تؤدي إلى عمليات عودة كبيرة، إذ أن المضخات المصممة من جديد تقل تكلفتها عن 30 إلى 50 في المائة عن الوحدات الجديدة، بينما تقدم أداء مماثلا، وتوفر العديد من وحدات التشغيل ضمانات تضاهي المعدات الجديدة أو تتجاوزها، وتخفف من المخاطر، وعندما يعامل المشغلون انخفاض تكاليف المخزون وقصر فترات الرصاص، يصبح قرار إعادة الاستخدام أمراً مقنعاً.

جيم - المكاسب الناتجة عن الأداء البيئي

فالممارسات العلمانية تقلل من الضغوط البيئية، وتخفض إعادة تدوير المياه من سحب المياه العذبة، وتخفف الضغط على طبقات المياه الجوفية المحلية، وتخفض كميات النفايات من حمولة القمامة وتلوث المياه الجوفية المحتمل من آبار الحقن، وتتقلص كفاءة الطاقة والتكامل المتجدد من الآثار الكربونية للعمليات، ووفقاً لما جاء في تعميم وكالة الطاقة الدولية () الذي يُنشئ اقتصاداً دائرياً في قطاع النفط والغاز([FLT]).

الترخيص التنظيمي والاجتماعي

وتطالب المجتمعات المحلية والجهات التنظيمية بمعايير أعلى، وقد نفذت دول مثل كولورادو ونيو مكسيكو قيودا صارمة على استخدام المياه العذبة في الكسر، وتشترط على المشغلين الإبلاغ عن معدلات إعادة التدوير، وتساعد الممارسات التعميمية المشغلين على تأمين تصاريح أسرع، وتفادي التقاضي، وبناء الثقة مع أصحاب المصلحة المحليين.

Barriers to Scale

الثغرات التكنولوجية والهياكل الأساسية

وفي حين أن تكنولوجيا إعادة تدوير المياه ناضجة، فإن معالجة المياه المنتجة بمواد صلبة عالية التحلل لا تزال كثيفة التكلفة ومكلفة، أما المقاييس العكسية الحالية للأورام الرئوية فتتحلل أكثر من 000 50 جزء من المليون من الأراضي التي تنتقل عن طريق التحلل، مما يحد من إمكانية تطبيقها في الأحواض العديدة التي تتجاوز فيها الرواسب هذا المستوى.

وتشكل البنية التحتية عقبة أخرى، إذ إن بناء محطات معالجة المياه، وخطوط أنابيب الصنوبر، ومحطات السكك الحديدية لمنتجات النفايات تتطلب رأس مال مقدم لا يمكن أن يكون لدى المشغلين الصغار أو المتوسطي الحجم، ويمكن أن تتقاسم اتحادات الصناعة والشراكات بين القطاعين العام والخاص هذه التكاليف، ولكن التنسيق كثيرا ما يفتقر إلى التنسيق.

الحواجز الاقتصادية والسوقية

ويمكن أن يؤدي انخفاض أسعار النفط والغاز إلى تقليص الآفاق التي يخطط لها المشغلون، مما يجعل من الصعب تبرير الاستثمارات الطويلة الأجل في معدات إعادة التدوير أو برامج إعادة التصنيع، وبالإضافة إلى ذلك، كثيرا ما يكون سعر المياه العذبة البكر مدعوما أو غير مدفوع الثمن، مما يقلل من الحافز على إعادة تدويره، ويمكن لآليات تسعير الكربون أو تجارة المياه أن تصحح إشارات السوق هذه، ولكن هذه السياسات تظل مثارة سياسيا في العديد من المناطق المنتجة.

التصنيف التنظيمي

وكثيرا ما تنطوي مبادرات الاقتصاد العلماني على إعادة تصنيف المواد المستعملة كمنتجات - مثلا، بيع قطع الحفر المعالجة كملء للبناء، غير أن العديد من الدول تصنف أي مواد تنشأ من موقع جيد ك نفايات خطرة، مما يخلق شواغل تتعلق بالمسؤولية بالنسبة للمشترين المحتملين، ومن الضروري أن تُنسّق تعريفات المنظمين " النفايات " مقابل " المنتج " لكشف إعادة الاستخدام المفيدة على نطاق واسع.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

المواد المتقدمة ودراسات الحياة البديلة

ويتواصل البحث في الجرعات القابلة لإعادة التدوير بالكامل، وقد قام فريق من جامعة رايس مؤخراً بوضع مدفع سيرامي يمكن حله واستعادته باستخدام غسل حمض معتدل، واستعادة 90 في المائة من المواد لإعادة استخدامها، وإذا ما تم تسويتها تجارياً، فإن هذه المواد ستلغي الحاجة إلى رمال جديدة وتخفض بشكل جذري حجم المواد التي يجب إزالتها من التشكيل.

التوائم الرقمية للعمليات العلمانية

ويمكن للنموذج الرقمي للتنبؤ بالتدفقات من الموارد إلى جانب التكرارات الرقمية الافتراضية للتكنولوجيا لمشغلي الأصول المادية - التي يمكن أن تحفز دورة حياة جيدة وتعظيم تدفقات الموارد، ويمكن للنموذج الرقمي أن يتوقّع حدوث تغييرات في نوعية المياه، وتعهد المضخات، وتتبع تدفقات المواد في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمشغلين تحديد الفرص التعميمية التي ستضيع لولا ذلك.

حوافز السياسات والتعاون في مجال الصناعة

ويمكن للحكومات أن تعجل بعملية الانتقال الدائرية بتقديم ائتمانات ضريبية للبنية التحتية لإعادة تدوير المياه، ومنح لمرافق إعادة التصنيع، وأفضليات شراء للمنتجات التعميمية، وقد استحدثت ولاية تكساس بالفعل إعفاء من ضريبة المبيعات بالنسبة للمعدات المستخدمة في إعادة تدوير المياه، ويمكن اعتماد تدابير مماثلة في أماكن أخرى.

(ج) مبادرات تقودها الصناعة مثل مبادرة الطاقة - المياه ] تعزز تبادل أفضل الممارسات والاستثمار المشترك في مرافق إعادة التدوير.() وتخفض النماذج التعاونية المخاطر الفردية بينما تنشر فوائد التعميم في جميع أنحاء القطاع.

خاتمة

فالتعقب لن يزول في أي وقت قريب من الغاز الطبيعي هو أمر حاسم لتعطيل الطاقة التي تعمل بالفحم وتوفير الاستقرار على الشبكة كمتجددة، ولكن الصناعة لم تعد قادرة على العمل في إطار نموذج " القيادة والتصريف والتكرار " ، كما أن مبادئ الاقتصاد العلماني توفر إطارا واقعيا سليما اقتصاديا لإدارة الآثار البيئية للكسر الهيدروليكي مع الحفاظ على فوائده الاقتصادية.

ويمكن إعادة تدوير المياه، ويمكن أن تصبح القطعات طرقاً، ويمكن إعادة تشكيل المضخات، ويمكن أن يؤدي الغاز المشتعل إلى عمليات توليد الطاقة، كما أن التكنولوجيات موجودة؛ وحالات الأعمال التجارية قوية؛ والضغوط التنظيمية والاجتماعية آخذة في الإنشاء؛ وما هو مطلوب الآن هو القيادة من الجهات التي ترغب في الاستثمار في البنية التحتية التعميمية، ومن مقرري السياسات الذين سينسقون الحوافز، ومن الباحثين الذين سيدفعون حدود العلوم المادية والتفاؤل الرقمي.

ولن يحدث الانتقال بين عشية وضحاها، ولكن كل من هذه الأماكن المغلقة بشكل أكثر صرامة يقترب من نموذج مستدام حقا، ولا يتعلق التعميم بالتخلي عن الكسر، بل يتعلق بجعله ملائما للقرن الحادي والعشرين.