Table of Contents
دور الغاز الطبيعي في مستقبل الكربون والحياد
وفي حين أن محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية تشغل موقعا محوريا في التحول العالمي للطاقة، فإنها كثيرا ما توصف بأنها " وقود مرتفع " لأنها تنبعث تقريبا نصف ثاني أكسيد الكربون في النباتات التي تعمل بالفحم عندما تحرق لتوليد الكهرباء، وهذا الانخفاض في صورة الكربون، إلى جانب المرونة التشغيلية التي تتيح سرعة التقلب في الطلب، يجعل الغاز الطبيعي شريكا جذابا في مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، مثل الريح والريح 22
غير أن مفهوم " الحطب " يعني أن الغاز الطبيعي هو حل مؤقت على طريق نظام ملغي تماماً للكربون، ولا يزال احتراق الغاز الطبيعي يُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون - يقل تماماً عن الفحم على أساس كل كيلوواط ساعة، ولكن لا يزال كثيراً جداً لتلبية أهداف الانبعاثات الصافية من الغازات التي تعهدت بها الدول بموجب اتفاق باريس.
كيف تعمل نباتات الطاقة الغازية الطبيعية
Cycles بسيطة ضد Cycle
وتأتي محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية في شكلين رئيسيين: دورة بسيطة ودورة مشتركة، وفي توربين الغاز البسيط، يضغط الهواء ويختلط بالغاز الطبيعي ويُهتز، ويدور الغازات العادمة الساخنة في توربين متصل بمولد كهربائي، تنتج الكهرباء، وتصبح المواد الغازية السائلة ذات التكلفة النسبية لبناء، ويمكن أن تبدأ في دقائق، مما يجعلها مثالية لتلبية احتياجاتها من النفايات.
أما مصانع التوربين الغازي المركب فهي أكثر كفاءة بكثير، حيث تحقق الكفاءة الحرارية البالغة 60 في المائة أو أعلى، وفي مادة CCCGT، توجه العادم الساخن من توربين الغاز إلى مولد لشبكة البخار الحرارية، وهو ما ينتج البخار، وهو ما يؤدي إلى توليد طاقة مستقلة، حيث يستخرج من مصانع الوقود الإضافي(2).
موجز الانبعاثات
وبالإضافة إلى ذلك، فإن منتجات الاحتراق الأولية هي ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، مقارنة بالفحم، التي تُطلق أيضاً ثاني أكسيد الكبريت، وأكسيد النيتروجين (NOx)، ومسألة الجسيمات، فالغاز الطبيعي أنظف بكثير، وفقاً لـ .
الأثر البيئي: ما بعد ثاني أكسيد الكربون
إن معالجة البصمة البيئية الكاملة لمصانع الطاقة الغازية الطبيعية تتطلب التركيز ليس فقط على ثاني أكسيد الكربون من الاحتراق بل أيضا على تسرب الميثان في المراحل الأولى، واستخدام المياه، وآثار الأراضي، وقد أثارت عملية الكسور الهيدروليكي (التعقب) لاستخراج الغاز الطبيعي شواغل بشأن تلوث المياه الجوفية والزلزال الناجم عن ذلك، وفي حين أن الولايات المتحدة وبلدان أخرى قد نفذت أطرا تنظيمية لتخفيف هذه المخاطر، فإن المسألة لا تزال متناقضة.
وثمة تحد آخر هو الطابع المتقطع للطاقة المتجددة، حيث أن محطات الغاز الطبيعي كثيرا ما تنفجر وتخفض للتعويض عن تقلبات الرياح والطاقة الشمسية، وهذه العملية التي تدور حول التدوير تقلل من كفاءة ثاني أكسيد الكربون وتخزينه وتزيد الانبعاثات لكل ساعة من ساعات العمل المميتة، كما أن ارتدائه وتمزقه من فترات بدء متكررة يمكن أن يزيد من تكاليف الصيانة ويقلل من عمر هذه الغازات.
مسارات لغاز الكربون - الحياد الطبيعي
ويجري وضع عدة استراتيجيات لخفض أو إزالة انبعاثات الكربون الصافية من محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية، ولا تعتمد هذه النُهج على إزالة الغاز الطبيعي كلياً بل تركز بدلاً من ذلك على استيعاب ثاني أكسيد الكربون المنتجة أو استبدال الوقود ببديل صفري الكربون.
Carbon Capture and Storage (CCS)
إن احتجاز وتخزين الكربون هما أكثر الطرق مباشرة في جعل محطات الغاز الطبيعي محايدة من الكربون، وتشمل هذه السلسلة ثلاث خطوات رئيسية: احتجاز ثاني أكسيد الكربون من مجرى العادم لمصنع توليد الطاقة، وإجباره على العمل في دولة شبيهة بالسائل، وحقنه في تشكيلات جيولوجية عميقة مثل خزانات النفط والغاز المستنفد أو طبقات المياه الجوفية المالحة للتخزين الدائم.
ومن الناحية التقنية، يمكن أن تلتقط دائرة حفظ الموارد المائية 90-95 في المائة من ثاني أكسيد الكربون من محطة لتوليد الطاقة الغازية الطبيعية، ولكن عقوبة الطاقة كبيرة، إذ تستهلك عملية التقاط الطاقة نفسها نسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة من ناتج المصنع، مما يرفع تكلفة الكهرباء، وتقدم السلف في الكيمياء المذيبة، وفصل الأدمغة، وحرق الوقود الأوكسي، مما يؤدي إلى تخفيض هذه العقوبة.
الهيدروجين كفولاذ
وثمة مسار تحولي آخر هو استبدال الغاز الطبيعي بالهيدروجين، وعندما يحترق الهيدروجين )أو يستخدم في خلية الوقود(، فإن الانبعاثات الوحيدة هي بخار الماء، غير أن الفوائد البيئية تتوقف تماما على كيفية إنتاج الهيدروجين، واليوم، فإن الغالبية العظمى من الهيدروجين مستمدة من الغاز الطبيعي عن طريق إصلاح البخاري، وهي عملية تطلق ثاني أكسيد الكربون ما لم تصبح مقترنة بمركبات الكربون الكلورية فلورية.
" Green " hydrogen, produced by electrolysis of water using renewable electricity, is completely carbon-free from production to use. The cost of green hydrogen has fallen dramatically - from around $10 per kilogram a decade ago to roughly $4-6 per kilogram today - but it remains two to three times more expensive than gray hydrogen. Electrolyzer capacity is scaling rapidly, and analysts at [FLT
كما أن إدماج الهيدروجين في محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية أمر ممكن من خلال التعبئة المشتركة (التي تصل إلى 20 في المائة من الهيدروجين بالحجم دون إدخال تعديلات كبيرة) أو من خلال إعادة تجهيز التوربينات من أجل احتراق الهيدروجين النقي، كما أن العديد من صناعات الغازات المسببة للتضخم - بما في ذلك جين جي وسيمينس وميسوبيشي - قد طورت بالفعل نماذج ذات قدرة الهيدروجينية.
هاء - التقاط الهواء المباشر والانبعاثات السلبية
وحتى مع ثاني أكسيد الكربون وتخزينه أو الهيدروجين، قد تظل بعض الانبعاثات المتبقية من محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية، ومن أجل تحقيق انبعاثات صافية، أو حتى صافية الانبعاثات، قد يحتاج العالم إلى الجمع بين هذه التكنولوجيات وبين عمليات التقاط الهواء المباشر، أما أجهزة لجنة المساعدة الإنمائية فتستخدم المواد الكيميائية لاستخراج ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء المحيط، التي يمكن تخزينها تحت الأرض أو استخدامها في المنتجات، فتمثل الطاقة المطلوبة في المادة 2
التحديات والتوقعات المستقبلية
ويواجه الانتقال إلى الطاقة الغازية الطبيعية المحايدة الكربون عدة عقبات هامة، أولاً، التكلفة، فإضافة ثاني أكسيد الكربون وتخزينه إلى مصنع الغاز الطبيعي يزيد من التكلفة المخفضة للكهرباء بنسبة 50-80 في المائة، تبعاً لمعدلات التقاط الطاقة وموقع التخزين، والهيدروجين الأزرق هو حالياً أكثر تكلفة من الغاز الطبيعي، ولا يمكن لهذه التكنولوجيات أن تتنافس مع الغاز الطبيعي غير المكلَّف.
ثانياً، إن نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون يتطلب خطوطاً لنقل ثاني أكسيد الكربون إلى مواقع التخزين، وكذلك آبار الحقن الموثوقة ونظم الرصد، ويطالب تزييف الهيدروجين بأنابيب جديدة أو متجددة، وكهوف تخزين، ومعدات استخدام نهائية، ثالثاً هو السياسة العامة، أما المؤشرات الحكومية الطويلة الأجل، فتشير إلى مثل ضرائب الكربون، ومعايير الطاقة النظيفة، والتمويل اللازم لتحقيق أهداف الاتحاد الأوروبي المتعلقة بخفض مخاطر الإنتاج.
وأخيراً، هناك مسألة الميثان، وحتى إذا تم ضبط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فإن تسرب الميثان في أعلى المجرى يمكن أن يبطل الفوائد المناخية، وتخضع صناعة النفط والغاز لضغط متزايد لكشف وإصلاح التسرب باستخدام الرصد بواسطة السواتل وغيرها من التكنولوجيات المتقدمة.() وقد تكون ]] مرصد انبعاثات الميثان الدولي التابع لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة ، وهي تدعو إلى وضع لوائح أقوى وثواني التزامات.
وعلى الرغم من هذه التحديات، يعتقد العديد من الخبراء أن الجمع بين تكنولوجيات محايدة الكربون يمكن أن يزيل انبعاثات الغاز الطبيعي مع الحفاظ على مرونته وموثوقيته، فعلى سبيل المثال، يمكن للمصنع أن يستخدم الهيدروجين الأزرق لمدة عقد من الزمن بينما يتحول إلى الهيدروجين الأخضر مع انخفاض التكاليف، وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون وتخزينه لالتقاط الانبعاثات من الوحدات المتبقية التي تطلق الغازات، مع سداسي كلوريد الكربون قدره 20 في المائة.
خاتمة
إن محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية لا تتوافق في جوهرها مع مستقبل محايد الكربون، ولكنها لا تتنافى بالضرورة مع ذلك، فبإشراكها باحتجاز الكربون وتخزينه، والانتقال إلى وقود الهيدروجين، ومعالجة تسرب الميثان، يمكن لهذه المرافق أن تقلل بشكل كبير من تأثيرها المناخي، ويستلزم المسار المستقبلي استثماراً مستداماً وسياسات داعمة وهندسة مبتكرة، وفي حين أن مصادر الطاقة المتجددة والتخزين ستهيمن بصورة متزايدة على إضافات جديدة للقدرات، فإن الغاز الطبيعي ستستمر في أداء دور في توفير هدف التوازن.