ومع أن العالم يعجل بالجهود الرامية إلى كبح انبعاثات غازات الدفيئة، فقد برزت كتكديس حرج لتكنولوجيات الجسور من أجل إزالة انبعاثات محطات الطاقة، بينما تتسع محطات الطاقة الكهربائية العاملة مثل الرياح والطاقة الشمسية بسرعة، ولا سيما الفحم والغاز الطبيعي، مما يتيح قدرا كبيرا من الطاقة الكهربائية على الصعيد العالمي، وتتيح هذه المحطة وسيلة لمواصلة استخدام هذه الأصول مع الحد من آثار الكربون التي تصيبها.

Understanding Carbon Capture and Storage (CCS)

أما عملية احتجاز وتخزين الكربون فهي عملية ثلاث مراحل تمنع ثاني أكسيد الكربون من دخول الغلاف الجوي، أولاً، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون عن الغازات الأخرى المنتجة أثناء الاحتراق أو العمليات الصناعية، وثانياً، فإن ثاني أكسيد الكربون المأخوذ به يُضغط على حالة سوائل كثيفة ويُنقل بعناية عبر خطوط الأنابيب أو السفن أو الشاحنات إلى موقع تخزين مناسب، ثالثاً، تُدرج أنظمة الغاز السطحي في أعماق الأرض في شكل تكوينات جيولوجية.

وقد استخدمت التكنولوجيا منذ عقود، أساساً في تجهيز الغاز الطبيعي وصناعات تحسين استرداد النفط، غير أن تطبيقها على محطات توليد الطاقة أحدث ويواجه عقبات تقنية واقتصادية متميزة، ووفقاً ل] المعهد العالمي لمركبات الكربون الكلورية فلورية ، بلغ عدد هذه المشاريع التي يعمل بها على نطاق واسع في العالم أكثر من 40 مرفقاً من مرافق احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، مع وجود عدد أكبر من مشاريع تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في مجال التنمية.

دور احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في خفض انبعاثات محطات توليد الطاقة الكهربائية

وتُعد محطات الطاقة من أكبر مصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم، وتُقدِّر الوكالة الدولية للطاقة أن قطاع الطاقة يمثل نحو ثلث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المتصلة بالطاقة، وبدون ثاني أكسيد الكربون، فإن تحقيق انبعاثات صافية من الطاقة بحلول منتصف القرن سيكون أكثر صعوبة وتكلفة، ولا سيما بالنسبة للبلدان التي تعتمد اعتماداً كبيراً على الفحم والغاز من أجل توليد الكهرباء في قاعدتها، ويمكن إعادة تجهيز هذه ثاني أكسيد الكربون بما يسمح بتدبير عدد من النباتات أو بإضافة كميات جديدة(2).

وعلاوة على ذلك، تمكن شبكة حفظ ثاني أكسيد الكربون من توفير الكهرباء التي يمكن إرسالها والموثوق بها مع الحد من أثرها الكربوني، وهذا أمر مهم لموازنة الشبكات التي لها حصص عالية من المتجددات المتغيرة، ويبرز تقرير الوكالة الدولية للطاقة الذرية عن الطاقة المتجددة [(FLT:1]) أن لجنة حفظ الموارد البشرية يمكن أن تؤدي دوراً رئيسياً في إزالة انبعاثات الكربون، ولا سيما عندما يقترن ذلك بالطاقة الأحيائية لتحقيق الانبعاثات السلبية.

التكامل مع الهياكل الأساسية القائمة

إن إعادة تجهيز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه إلى محطات الفحم والغاز القائمة هي استراتيجية فعالة من حيث التكلفة مقارنة ببناء محطات جديدة منخفضة الكربون في كثير من الحالات، ويمكن أيضا استخدام ثاني أكسيد الكربون المأخوذة لتعزيز استرداد النفط، مما يدر إيرادات للتعويض عن التكاليف، غير أن الطاقة اللازمة لتشغيل معدات الإمساك (عقوبة الطاقة) تقلل من الناتج الصافي للمصانع، عادة بنسبة 15 إلى 25 في المائة.

CCS Capture Technologies in Detail

ويعتمد اختيار تكنولوجيا التقاط النفايات على نوع محطات توليد الطاقة والوقود والاحتياجات التشغيلية، وهناك ثلاثة نُهج رئيسية هي:

بعد الاحتراق

وهذه الطريقة تزيل ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن بعد أن يحترق الوقود، وهي أكثر التكنولوجيات نضجاً تجارياً ويمكن إعادة استخدامها في النباتات القائمة بأقل قدر من التعطل، وتشمل مذيبات كيميائية - مذيبات مصممة على أساس الأمين من غاز المداخن، ثم تطلقها عند التسخين، وتستخدم عمليات التلقيم بعد الاحتراق على نطاق واسع في دورة الغاز الطبيعي المشتركة (NGCC) ومصانع توليد الطاقة الكهربائية ذات الحرقة.

التقطير قبل الاحتراق

وفي هذا النهج، يُسجَّل الوقود جزئياً في مُحدِّد الغازات لإنتاج الغازات (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) ثم يُردَّد ثاني أكسيد الكربون ببخار في مفاعل نقال لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين أكثر، ويُنفصل ثاني أكسيد الكربون قبل الاحتراق، ويُترك فيه وقود إثراء الهيدروجين يحترق بصورة نظيفة، وكثيراً ما يُستخدم التركيز في دورة الترسيب المُخ في الغازات المُ المُ المُ المُ المُدمجةُ قبلَة.

Oxy-Fuel Combustion

وبدلاً من استخدام الهواء، يحرق احتراق الوقود في مزيج من الأكسجين النقي وغاز المداخن المعاد تدويره، وهو ما ينتج غازاً زهيداً معظمه من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، مما يجعله يستهلك المياه بصورة مباشرة وببساطة، ويزيل عدم وجود النيتروجين تكوين النيتروجين، ولكن وحدة الفصل الجوي اللازمة لإنتاج كميات كبيرة من الأكسجين تستهلك كميات كبيرة من الكهرباء.

ولكل تكنولوجيا صورة خاصة بها عن التكاليف، وتأثيرها في الكفاءة، وإمكانية التصعيد، وما زالت البحوث التي أجراها U.S. Department of Energy’s Office of Fossil Energy and Carbon Management تؤدي إلى خفض التكاليف وتحسين الأداء من خلال مشاريع بيانية وبرامج تمويل.

طرق النقل والاختلاس

ويجب نقل ثاني أكسيد الكربون، فور القبض عليه، إلى موقع تخزين دائم، فالخطوط هي أكثر وسائل النقل شيوعا، حيث يعمل آلاف الكيلومترات بالفعل في أمريكا الشمالية من أجل تحسين استرداد النفط، أما بالنسبة للتخزين البحري أو المسافات الطويلة، فإن السفن توفر المرونة ولكنها تضيف التكاليف، ولا تستخدم الموانئ والسكك الحديدية إلا في المجلدات الصغيرة أو المشاريع التجريبية.

خيارات التخزين الجيولوجي

(أ) إن مستودعات النفط والغاز المستنفدة هي خيار طبيعي لتخزين ثاني أكسيد الكربون لأنها أثبتت نزاهة وجيولوجيتها المعروفة، وتتكون من صخور الصخرة العميقة المسلية التي تملأ بالرشاشات أكبر قدرة تخزين في العالم، وتحلل ثاني أكسيد الكربون في الصخور الكربونية، وتحتوي على مساحات كهربية دائمة.

Enhanced Oil Recovery (EOR)

ويمكن أن يدفع حقن ثاني أكسيد الكربون في حقول النفط النفط الخام الإضافية التي ستترك وراءها لولا ذلك، وهذه العملية، المعروفة باسم CO2-EOR، تدر إيرادات تعوض تكلفة ثاني أكسيد الكربون، غير أن الناقدين يقولون إن شركة EOR قد تطيل استخدام الوقود الأحفوري، ويتوقف صافي المنافع المناخية على ما إذا كانت الأزواج المنتجة تهجر مصادر أخرى عالية الكربون وما إذا كان ثاني أكسيد الكربون المخزن يتجاوز ما كان سيُنتزع من حرق.

فوائد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه من أجل توليد الطاقة

  • Deep Emissions Reduction:] CCS can reduce CO2 emissions from power plants by 85-95%, making them compatible with climate targets.
  • Preserves Existing Assets:] Retrofitting with CCS avoids early retired of power plants, protecting jobs and energy security.
  • Supports Grid Reliability: CCS-equipped plants can provide flexible, dispatchable power to complement changing renewables.
  • Enables Negative Emissions:] When combined with biomass (BECCS), CCS can remove CO2 from the atmosphere, offering net-negative emissions.
  • Economic Opportunities:] CCS creates jobs in engineering, construction, monitoring, and CO2 transport and storage industries.
  • Technology Transfer:] Advances in CCS for power plants can be applied to industrial sectors like cement, steel, and chemicals.

التحديات والحدود

ورغم وعد اللجنة الاستشارية المعنية بالمسائل البرنامجية والتنفيذية، فإنها تواجه حواجز كبيرة يجب التغلب عليها من أجل اعتمادها على نطاق واسع.

ارتفاع التكاليف وعقوبة الطاقة

أما التكلفة الرأسمالية لمعدات التقاط المركبات ومرافق الضغط وخطوط النقل فهي كبيرة، كما أن تكاليف التشغيل مرتفعة أيضا بسبب الطاقة اللازمة لتجديد المذيبات وضغطها، أما عقوبة الطاقة التي تبلغ في مجموعها ١٥-٢٥ في المائة من ناتج المصنع فتعني أنه يجب حرق المزيد من الوقود لتوفير نفس كمية الكهرباء، وزيادة تكاليف الوقود، والانبعاثات في أعلى المفاعلات، إلا أن التكاليف قد انخفضت مع نمو التكنولوجيا في الناتج.

السلامة من التخزين الطويل الأجل والتصور العام

ويجب اختيار ورصد مواقع التخزين الجيولوجي بعناية لمنع التسرب، وعلى الرغم من أن الأناجز الطبيعية والصناعية (مثل تخزين الغاز الطبيعي) تدل على أن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يُحاصر بأمان لشهرينيا، فإن المعارضة العامة لا تزال تشكل عقبة، وكثيرا ما تقلق المجتمعات المحلية القريبة من مواقع التخزين بشأن الظواهر السيزمية المستحثة، أو تلوث المياه الجوفية، أو الإفراج المفاجئ لثاني أكسيد الكربون.

متطلبات الهياكل الأساسية

وتتطلب شبكة من خطوط الأنابيب وآبار الحقن ومعدات الرصد التي لا توجد في مناطق كثيرة، وبناء هذه الهياكل الأساسية من الخدش استثمارا متعدد البلايين يعتمد على إشارات واضحة في مجال السياسات على المدى الطويل، وكثيرا ما يشار إلى الافتقار إلى الهياكل الأساسية للنقل من ثاني أكسيد الكربون بوصفه حاجزا رئيسيا لدى المطورين.

Economic Viability without Carbon Pricing

وتكافح دائرة احتجاز ثاني أكسيد الكربون حالياً للمنافسة دون سعر قوي على الكربون أو الإعانات الحكومية المباشرة، وفي الولايات القضائية التي تفرض عليها ضرائب الكربون أو نظم الحد الأقصى والتجارة (مثل أوروبا وأجزاء من كندا والولايات المتحدة من خلال الائتمان الضريبي البالغ 45Q)، يصبح احتجاز ثاني أكسيد الكربون أكثر جاذبية، وقد وسع قانون تخفيض التضخم في الولايات المتحدة نطاق الائتمان البالغ 45Q إلى 85 دولاراً للطن الواحد من أجل إنتاج ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في الصناعة و60 دولاراً لمشاريع جديدة.

السياسات العامة والمبادرات العالمية

وتدرك الحكومات في جميع أنحاء العالم الحاجة إلى احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، وتسن سياسات لدعم نشره.

التعاون الدولي

وتعمل منظمات مثل Carbon Capture and Storage Association (CCSA)] و] المعهد العالمي لدائرة احتجاز ثاني أكسيد الكربون ] على النهوض بدائرة احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه من خلال البحوث والدعوة وتبادل المعارف.() وتمثل لجنة الأوراق المالية المصالح الصناعية في أوروبا وخارجها.

السياسات والحوافز الوطنية

  • الولايات المتحدة: يوفر الائتمان الضريبي البالغ ٤٥ كيلو مترا مبلغا يصل الى ٨٥ دولارا للطن الواحد من ثاني أكسيد الكربون المخزن في التخزين المكرس، و ٦٠ دولارا لليورانيوم الأوروبي، وقد مولت وزارة الطاقة عدة مشاريع بيانية واسعة النطاق.
  • الاتحاد الأوروبي: يدعم صندوق الابتكار التابع للاتحاد الأوروبي مظاهرة لجنة حفظ الموارد الحية في أنتاركتيكا، ويوفر نظام الاتحاد الأوروبي لتجارة الانبعاثات سعراً للكربون يحفز على التقاطه، وهناك بلدان عديدة مثل النرويج لديها مشاريع تشغيلية طويلة في مجال حفظ الانبعاثات (سليبنر، سنوف).
  • كندا: يشجع نظام تسعير الكربون الاتحادي وبرامج المقاطعات (مثلاً، ابتكارات تكنولوجيا ألبرتا وخفض الانبعاثات) نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، ومشروع سد باوندري في ساسكاتشوان هو مصنع رئيسي للغازات.
  • الصين: تقوم الصين ببناء عدة محطات بيانية كبيرة لدائرة احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، بما في ذلك محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، كجزء من التزامها ببلوغ الانبعاثات القصوى بحلول عام 2030، وببلوغ الحياد الكربوني بحلول عام 2060.
  • أستراليا: مشروع Gorgon LNG هو أحد أكبر عمليات حفظ النظام العالمي، حيث يُحقن ثاني أكسيد الكربون في طبقة مياه جوفية عميقة في غرب أستراليا.

وهذه السياسات حاسمة لسد الفجوة في التكاليف وتوفير اليقين للمستثمر.

The Future of CCS: Integration and Innovation

ومن المرجح أن تتطور ثاني أكسيد الكربون وتخزينه إلى ما هو أبعد من شكله الحالي، ومن الاتجاهات الناشئة دمج ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في الطاقة الأحيائية - الحرق الأحيائي للطاقة، واستيعاب ثاني أكسيد الكربون الناتج عن ذلك، وهو ما يمكن أن يؤدي إلى انبعاثات سلبية إذا كانت الكتلة الأحيائية مصدراً مستداماً.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون المأخوذ به كمواد وسيطة للوقود التركيبية، والمواد الكيميائية، ومواد البناء (مثل المجاميع الكربونية)، وحتى إنتاج الأغذية (المشروبات الكربونية، وإثراء غازات الدفيئة)، وهذا معروف باسم احتجاز الكربون واستخدامه، وفي حين أن وحدة ثاني أكسيد الكربون لا تخزن بصورة دائمة ثاني أكسيد الكربون إلا إذا كانت مجسدة في المنتجات الطويلة الأجل، فإنها تولد قيمة محركة يمكن أن تعوض تكاليفها.

خاتمة

إن القدرة على التعبئة والتخزين في مجال الكربون ليست دواءاً لتغير المناخ، ولكنها أداة لا غنى عنها لخفض الانبعاثات من محطات توليد الطاقة - خاصة تلك التي ستستمر في العمل منذ عقود في البلدان النامية والمناطق التي تعتمد على الوقود الأحفوري، ومع تحسن تكنولوجيات التقاط الطاقة وانخفاض التكاليف، يمكن نشر ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على نطاق واسع إلى جانب مصادر الطاقة المتجددة، والنووية، وكفاءة الطاقة، من أجل إيجاد نظام للطاقة منخفض الكربون وتخزينه، مما سيستلزم وجود إطار مستدام من سياسات السلامة والدعم.