الالتقاط الكربوني في محطات الغاز الطبيعي

مشكلة الكربون التي لا تزول

لطالما تم الترويج للغاز الطبيعي باعتباره أنظف الوقود الأحفوري. ومن الناحية الفنية، هذا صحيحٌ عند حرقه فقط—إذ يُنتج ما يقارب ٣٠٪ إلى ٥٠٪ أقل من ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة طاقة مقارنةً بالفحم أو النفط. لكن «أنسب» لا يعني «نظيفًا». ومع استمرار نمو الطلب العالمي على الغاز الطبيعي، وتمثيل تجارة الغاز الطبيعي المسال نحو ٥٩٪ من إجمالي تجارة الغاز، تظل الانبعاثات التراكمية من ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن معالجة الغاز الطبيعي وحرقه كبيرة جدًّا.

أوضح وكالة الطاقة الدولية الحسابات بوضوح: فبدون نشر واسع النطاق لتقنيات احتجاز الكربون، لا يمكن اعتبار الغاز الطبيعي مصدر طاقة منخفض الانبعاثات على المدى الطويل. كما أشارت الوكالة إلى أن انبعاثات الغاز الطبيعي المسال يمكن خفضها بنسبة تزيد عن ٦٠٪ باستخدام التقنيات المتاحة حاليًّا — شرط أن تُقدَّم الاستثمارات اللازمة. وهذه «الشرطية» كبيرة جدًّا، لكنها تُبرز حجم الفرصة المتاحة.

أما بالنسبة لمصانع معالجة الغاز الطبيعي تحديدًا، فإن تحدي احتجاز الكربون يختلف عن محطات توليد الطاقة أو المصادر الصناعية. إذ يظهر ثاني أكسيد الكربون غالبًا في غاز التغذية نفسه، وبتركيزات تتباين اختلافًا واسعًا تبعًا للخزان الذي يستخرج منه الغاز. ولذلك فإن إزالته جزءٌ أصليٌّ من نطاق معالجة الغاز؛ والسؤال هو ما إذا كنا سنلتقطه لتخزينه تحت الأرض بدلًا من إطلاقه في الغلاف الجوي.

التقنيات التي تُستخدم فعليًّا

تظل امتصاصات المواد الكيميائية القائمة على الأمين التكنولوجيا السائدة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون في تطبيقات الغاز الطبيعي. وهي تكنولوجيا ناضجة ومفهومة جيدًا، وقادرة على تحقيق معدلات امتزاج عالية. والمبدأ الأساسي بسيط: حيث يتلامس مذيب أميني مع تيار الغاز داخل عمود الامتصاص، فيتفاعل بشكل انتقائي مع ثاني أكسيد الكربون مُشكِّلًا رابطة كيميائية ضعيفة. ثم يتدفق المذيب المشبع (الغني) إلى وحدة التجديد، حيث تُستخدم الحرارة لكسر هذه الرابطة وإطلاق تيار مركز من ثاني أكسيد الكربون.

وتتمثل التحديات في استهلاك الطاقة. فعملية التجديد تتطلب كمية كبيرة من الحرارة، والتي تُوفَّر عادةً على هيئة بخار منخفض الضغط من نظام المرافق الخاص بالمصنع. وهذه الحاجة الحرارية تُشكِّل التكلفة التشغيلية الرئيسية لأنظمة الأمين، وهي السبب الرئيسي وراء العقوبة الطاقية التي تفرضها هذه التكنولوجيا، والتي يجد بعض المشغلين صعوبة في تبريرها.

تكتسب تكنولوجيا الأغشية زخماً كخيار بديل أو مكمل لعملية إزالة ثاني أكسيد الكربون بالآمين. ويمكن للأغشية البوليمرية أن تسمح بعبور انتقائي لثاني أكسيد الكربون مقارنةً بالميثان، ما يوفّر إزالة كتلية باستهلاك طاقة أقل. وقد أُظهر أنّ وحدات الاتصال بالأغشية الليفية المجوفة المدمجة مع محاليل الآمين تحقّق تكاليف تشغيل أقل بنسبة تقارب ٣٠٪ مقارنةً بالنظم التقليدية، مع مساحة احتلال تقلّ حتى ٥٠٪. .

لكل نهج من هذه المناهج مجال تفوّق خاص به. وتتفوّق أنظمة الآمين عندما تتطلّب معدلات احتجاز عالية ونقاء عالٍ في المنتج. أما الأغشية فهي جذّابة لإزالة ثاني أكسيد الكربون الكتلية حيث يكون النقاء المعتدل مقبولاً، وتكون تكاليف الطاقة عاملاً رئيسياً في التقييم. كما بدأت تظهر أنظمة هجينة تجمع بين هاتين التكنولوجيتين، باستخدام الأغشية للفرز الأولي والآمين للتنقية النهائية.

أماكن تطبيق احتجاز الكربون في محطات معالجة الغاز

ليست كل منشآت معالجة الغاز الطبيعي مرشحة جيدة لالتقاط الكربون. وتعتمد الجدوى الاقتصادية بشكل كبير على محتوى غاز ثاني أكسيد الكربون في الغاز المُدخل، وتوافر مسار لعزله أو استغلاله، والبيئة التنظيمية أو التحفيزية.

أما المنشآت التي تعالج الغاز القادم من الخزانات ذات المحتوى العالي من ثاني أكسيد الكربون — والتي تصل أحيانًا إلى ١٠٪–٢٠٪ أو أكثر — فهي الأوفر حظًا في هذا السياق. فثاني أكسيد الكربون يُزال بالفعل للوفاء بمواصفات خطوط الأنابيب؛ وبالتالي فإن التقاطه لغرض العزل يُضيف تكلفة هامشية فقط، وقد تبرِّر هذه التكلفة أسعار الكربون أو الائتمانات الضريبية. ففي الولايات المتحدة مثلًا، أطلقت وزارة الطاقة تمويلًا كبيرًا لمشاريع تقاط الكربون في منشآت الغاز الطبيعي، مستهدفةً معدلات تقاط تبلغ ٩٠٪.

بالنسبة للمصانع التي تحتوي على محتوى منخفض من ثاني أكسيد الكربون، تصبح الجدوى الاقتصادية أكثر صعوبة. فتكلفة الالتقاط الإضافية لكل طن من ثاني أكسيد الكربون تكون أعلى لأن تدفق الغاز أكبر نسبيًّا مقارنةً بكمية ثاني أكسيد الكربون المُزال. وقد تحتاج هذه المرافق إلى الاعتماد على دعم سياسي أو عائدات من ائتمانات الكربون لجعل الحسابات مجدية.

وهناك أيضًا سؤالٌ حول ما يجب فعله بالثاني أكسيد الكربون المُلتقط. فقد كانت استعادة النفط المعزَّزة المخرج التقليدي له، حيث يُحقن ثاني أكسيد الكربون في الخزانات المستنفدة لزيادة الإنتاج. أما التخزين في الطبقات المائية المالحة فهو خيارٌ آخر، رغم أنه يتطلب توصيفًا دقيقًا لموقع التخزين ومراقبةً مستمرةً. أما مسارات الاستخدام—أي تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية أو وقود أو مواد بناء—فهي في طور النشوء لكنها لا تزال محدودة النطاق.

مشروعٌ فريدٌ من نوعه يستحق التقدير

يُعَدُّ مشروعٌ تمَّ تشغيله حديثًا في جنوب غرب الصين مثالًا توضيحيًّا. والمنشأة عبارة عن محطة لتنقية الغاز الطبيعي تعالج غازًا كريهي الرائحة من حقلٍ قريب. وأُضيف وحدة احتجاز الكربون كمشروع تجريبي لإثبات الجدوى التقنية والاقتصادية لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون من غاز الذيل الناتج عن المنشأة. .

ويستخدم المشروع عملية امتصاص كيميائي باستخدام تركيبة أمين خاصة مُحسَّنة لتيار ثاني أكسيد الكربون ذي الضغط المنخفض والتركيز المتوسط، وهو ما يميِّز غاز الذيل الناتج عن المنشأة. ويتضمن التصميم قسم غسل بالماء فوق وحدة الامتصاص لتقليل تسرب الأمين، مقترنًا بمرحلة فصل باستخدام دوَّارات دقيقة لاسترجاع المذيب المحبوس. .

ويتم ضغط ثاني أكسيد الكربون المحتجز ثم حقنه مجددًا في نفس الحقل الغازي لتعزيز استخلاص الغاز. وهذا يُنشئ نظامًا مغلقًا تؤدي فيه ثاني أكسيد الكربون وظيفةً منتجةً في الوقت الذي يبقى فيه خارج الغلاف الجوي. وتبلغ القدرة السنوية على الالتقاط نحو ٢٦٥٠٠ طن، ويُبلَّغ أن تأثير الاسترداد المحسَّن يزيد الإنتاج بنسبة تقارب ١٠٪.

ويكتسب هذا المشروع أهميته ليس بسبب حجمه — فثمة مرافق أكبر لالتقاط الكربون في أماكن أخرى — بل لأنه يُظهر دمج عملية الالتقاط مع استرداد الغاز المحسَّن في سياق معالجة الغاز الطبيعي. وقد اضطر الفريق إلى تطوير النهج التقني واختيار المذيب واستراتيجية الحقن خصيصًا لهذا التطبيق، وتُطبَّق الدروس المستفادة حاليًّا في مشاريع لاحقة.

التكلفة الحقيقية والمقايضات

يتطلب التحدث بصراحة عن احتجاز الكربون الاعتراف بالتكاليف والمقايضات المُرتبطة به. وفعلاً، توجد عبء طاقي ملموس: إذ تستهلك عملية تجديد الأمين بخاراً يمكن أن يُستخدم في توليد الطاقة أو في تلبية احتياجات عمليات أخرى. ويؤدي هذا الحمل الطاقي المساعد إلى خفض الإنتاج الصافي للمنشأة أو إلى زيادة استهلاكها للوقود.

تلخّص الجدول أعلاه أبرز المقايضات الرئيسية. فأنظمة الأمين تحقّق أعلى نسب للاحتجاز، لكنها تتطلّب أكبر كلفة طاقية. أما أنظمة الأغشية فهي أكثر كفاءة، لكنها عادةً لا تصل إلى نفس نسب الاحتجاز دون استخدام ترتيبات متعددة المراحل. وتسعى الأساليب الهجينة إلى الجمع بين أفضل ما في النظامين، لكنها أقل إثباتاً على نطاق تجاري.

توجد أيضًا اعتبارات تشغيلية. فالتدهور التدريجي للأمين مع مرور الوقت يتطلب استرجاع المذيب واستبداله. كما أن انسداد الأغشية وتقدمها في العمر يؤثران على الأداء ويتطلبان استبدالها دوريًّا. ويجب الحفاظ على نقاء تيار ثاني أكسيد الكربون المُرسل للنقل والتخزين؛ إذ يمكن أن تتسبب الملوثات مثل الماء والأكسجين والمركبات الكبريتية في حدوث تآكل أو التأثير على قابلية الحقن.

تعتمد الجدوى الاقتصادية بشكل كبير على عوامل خارجية. فأسعار الكربون والائتمانات الضريبية والمتطلبات التنظيمية قد تجعل المشروع الهامشي قابلاً للتطبيق. وبغياب هذا الدعم، لا يمكن تبرير الاستثمار إلا في المرافق التي تطلق أعلى كميات من ثاني أكسيد الكربون أو تلك التي تتمتع بترتيبات مواتية لاستخلاص النفط المعزَّز (EOR).

السياق السياسي وما يترتب عليه

بيئة السياسات تتغير. وقد حددت وكالة الطاقة الدولية (IEA) تقنيات احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) باعتبارها تقنيةً بالغة الأهمية لخفض الانبعاثات الكربونية في سلسلة قيمة الغاز. كما بدأت برامج التمويل الحكومية بالظهور في عدة ولايات قضائية. وخصصت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) مليارات الدولارات لعرض ونشر تقنيات احتجاز الكربون. وتوجد مبادرات مماثلة في أوروبا وآسيا والشرق الأوسط.

لكن الدعم السياسي ليس أمراً مضموناً. فقد يُسحب التمويل، وقد تنتهي صلاحية الائتمانات الضريبية، وقد تتغير المتطلبات التنظيمية. ولذلك يجب على مطوري المشاريع أن يقيّموا، ليس الجدوى التقنية والاقتصادية فحسب، بل أيضاً المخاطر السياسية. وبالفعل، يمضي بعض المشاريع قدماً بتصميم «جاهز للاحتضان» (capture-ready)، يسمح بإضافة معدات الاحتجاز لاحقاً، مؤجّلين بذلك الاستثمار الرأسمالي إلى حين وضوح الصورة السياسية والاقتصادية أكثر.

تستمر التكنولوجيا نفسها في التطور. وتعدُّ تركيبات المذيبات الجديدة بتخفيض طاقة التجديد. وتوفر مواد الأغشية المتقدمة انتقائيةً أعلى ومتانةً أكبر. كما أن استراتيجيات دمج العمليات—مثل استخدام الحرارة المهدرة في عملية التجديد، وتحسين سلسلة الالتقاط بما يتناسب مع تركيب الغاز المحدد—يمكن أن تحسّن الكفاءة العامة.

أما بالنسبة لمشغِّلي محطات الغاز الطبيعي، فإن قرار إضافة نظام لالتقاط الكربون ليس أمراً بسيطاً. فهو يتطلب تقييماً دقيقاً لمكوّنات غاز التغذية، والمرافق المتاحة، وخيارات العزل الدائم، والدعم السياسي، والظروف السوقية. وأما المشاريع الناجحة فهي تلك التي تتناسب فيها التكنولوجيا مع ظروف الموقع المحددة، ولها مسارٌ واضحٌ نحو التعميم التجاري.

تقدم شركة غرينفير معدات معالجة الغاز والفصل التي يمكن تهيئتها لدعم دمج أنظمة التقاط الكربون، وهي مدعومة بقدرات تصنيع تحمل شهادات ASME وCE. توجد سلسلة توريد المعدات، والخبرة الهندسية متوفرة. والعامل المحدِّد غالبًا هو الجدوى الاقتصادية على مستوى المشروع والبيئة السياساتية، وليس التكنولوجيا نفسها.