إعادة الغازات الدفيئة إلى الأرض

عُقد مؤخراً في التخنيون اجتماع للمشاركين في مشروع "موستانغ" البحثي، الممول من الاتحاد الأوروبي، وتديره جامعة أوبسالا في السويد، تحضيراً لتجربة ميدانية لإدخال ثاني أكسيد الكربون في أحد المواقع النفطية المهجورة. الآبار في وقف

كتبه آفي بيليزوفسكي لمجلة التخنيون.

نشعر جميعًا بارتفاع درجة حرارة الأرض الناتج عن زيادة تركيز الغازات الدفيئة، وأهمها ثاني أكسيد الكربون والميثان والغازات الأخرى. وفي أجزاء كثيرة من العالم، وفي أعقاب الاتفاقيات الدولية مثل اتفاقية كيوتو التي تم التوصل إليها قبل عقد من الزمن تقريباً، فرضت الحكومات حدوداً على الانبعاثات الكربونية وحددت حصصاً لها.

بشكل عام، يعمل نظام الحصص على النحو التالي: أي شركة ترغب في زيادة محتوى الكربون في الغلاف الجوي بأي شكل من الأشكال يجب أن تدفع الضرائب مقابل ذلك. ومن المفترض أن تذهب هذه إلى الهيئات التي تطور الطاقة النظيفة. ومن ناحية أخرى، من الممكن للشركات التي تنتج النفط أو تحرقه لإنتاج الكهرباء أن تعوض هذه الضرائب إذا خفضت انبعاثاتها الكربونية بطرق أخرى.

إحدى الطرق التي بدأت بها شركات مثل شركة Statoil النرويجية منذ 16 عامًا هي احتجاز ثاني أكسيد الكربون من المدخنة، قبل انبعاث المواد إلى الغلاف الجوي، وتبريده وتحويله إلى سائل، وأخيرًا - إدخاله مرة أخرى في البيئة. بئر النفط أو الغاز الذي انتهى عمره بالفعل، بحيث يبقى الغاز الضار هناك لأجيال ولا يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري.

لكن السؤال البديهي هو من يضمن عدم تسرب الغاز مرة أخرى إلى الغلاف الجوي، ومن ثم لم نكسب شيئاً فعلياً. ولهذا السبب، يلزم إجراء بحث علمي وتكنولوجي بواسطة جيولوجيين متخصصين في الخزانات الجوفية والهيدرولوجيا (في هذه الحالة، من المسلم به أنه غاز مسال وليس ماء، ولكن بعض الخصائص متشابهة تمامًا). "موستانج" هو مشروع متكامل بدأ في 1 يونيو 2009 وكان من المقرر أن يستمر لمدة أربع سنوات بتمويل من برنامج البحث والتطوير السابع للاتحاد الأوروبي (FP7).

ويضم اتحاد "موستانج" 19 مؤسسة تشمل جامعات ومعاهد بحثية وشركات مختلفة الأحجام من السويد وإنجلترا واسكتلندا وإسبانيا ورومانيا وألمانيا وإسرائيل. الشركاء الإسرائيليون هم التخنيون، المعهد الجيوفيزيائي، لابيدوت وEWRE. تتمثل الأهداف الإستراتيجية للكونسورتيوم في وضع مبادئ توجيهية وأساليب وأدوات لتوصيف طبقات المياه الجوفية العميقة والمالحة لتخزين ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل بناءً على المعرفة العلمية القوية للعمليات الحرجة المصاحبة لهذه العمليات.
تتمثل أهداف المشروع في تحسين وتطوير تقنيات التخطيط والمراقبة والتحقق بحيث تكون مناسبة بشكل خاص لتخزين ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض، ولتحديد موثوق للخصائص الفيزيائية والكيميائية للموقع، ولتمكين فترة قصيرة من أوقات الاستجابة في الكشف عن أعمدة ثاني أكسيد الكربون ومراقبتها داخل الخزان الجوفي الذي كان يستخدم سابقًا للنفط والغاز أو الخزان الذي يحتوي على مياه مالحة. ويتضمن البحث تطوير التقنيات التي ستمكن من اكتشاف التسربات إن وجدت خلال مراحل إدخال ثاني أكسيد الكربون إلى الخزان الجوفي وتخزينه.

الهدف الثاني هو تحسين فهم العمليات ذات الصلة بتخزين ثاني أكسيد الكربون عن طريق البحث النظري والتجارب المعملية والدراسات في الطبيعة والبحث من خلال التجارب الميدانية مثل إدخال الغاز الذي ينبغي إجراؤه في عملية الاستخراج. ويتم تنفيذ هذا المشروع في نفس الوقت الذي يتم فيه تنفيذ مشروع مماثل في كاتزين بالقرب من برلين.

د. يعقوب بن شبات - المدير التنفيذي لشركة EWRE من حيفا: "المجموعة تعمل على التخطيط للتجربة التي تتضمن فتح بئر قائم - مستخرج 18 - وحفر بئر جديد على مسافة معينة من هذه البئر والتي سيتم تحديدها كجزء من التخطيط والذي يهدف إلى استخدامه لأغراض المراقبة والرصد. ما يميز التجربة هو أننا سنقوم بتركيب تقنيات جديدة للإشراف والمراقبة، مثل أخذ عينات سائلة من العمق، وتركيب أجهزة استشعار لدرجة الحرارة والضغط بالإضافة إلى ألياف بصرية تسمح بقياسات مستمرة للمعلمات ذات الصلة بسلوك ثاني أكسيد الكربون. .

الغرض من التجربة هو تحديد معاملات الالتقاط مثل درجة انصهار ثاني أكسيد الكربون والالتقاط الشعري - الالتقاط في المسام الصغيرة للصخور. بالإضافة إلى ذلك، سنقوم أيضًا بإجراء تجربة التدفق الموجه - أي الإدخال في بئر الإدخال والضخ في بئر المراقبة لتوجيه التجربة بالوسائل الهيدروليكية. تعتبر هذه تجربة معقدة لأنه يتم إجراؤها على عمق كبير يصل إلى 2 متر، والهدف هو وضع أجهزة استشعار تكتشف ما إذا كان هناك تسربات أثناء التجربة في الطبقة التي تعلو الطبقة المستهدفة والتي يتم فصلها عن هذه الطبقة بواسطة صخرة معتمة يبلغ سمكها حوالي 1,600 مترًا.

نخطط في المرحلة الأولى لحقن ألف إلى ألفي طن من ثاني أكسيد الكربون، وهذا ما يتيحه لنا التمويل في هذه المرحلة. والهدف النهائي من التجربة هو إنتاج قاعدة بيانات واسعة وكاملة يمكن من خلالها معايرة نماذج التنبؤ التي تشكل جزءًا لا يتجزأ من هذه التكنولوجيا."

يرأس البروفيسور يعقوب بار من كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون فريقًا من الباحثين الذين تتمثل مهمتهم في تطوير النماذج التي ستمكن من تخطيط مشاريع حقن ثاني أكسيد الكربون في الطبقات الجيولوجية العميقة التي تحتوي على أملاح: "هذه النماذج ستسمح التخطيط لمشاريع الحقن تحت ظروف مختلفة، والتنبؤ بانتشار ثاني أكسيد الكربون في الطبقات الجيولوجية، والعمليات الجيوكيميائية وكذلك احتمالية تسرب الغاز إلى الأرض. وهذه المعلومات ضرورية لتقييم المخاطر، إن وجدت، ونقل المعلومات إلى هيئات اتخاذ القرار. وحتى في إسرائيل هناك حاجة للتخلص من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من مداخن محطات توليد الكهرباء ومصانع الأسمنت، وهي منتجة كبيرة لثاني أكسيد الكربون. ومن المهم أن المعرفة التي تم إنشاؤها في هذا البحث، الذي تموله المجموعة الأوروبية، ستكون أيضًا ذات أهمية لهيئات في إسرائيل مثل وزارة حماية البيئة، وزارة البنية التحتية، شركة الكهرباء وغيرها. يوجد في أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية نشاط كبير حول هذا الموضوع - بحثًا وتطبيقًا. هذه صناعة ضخمة ستستمر في النمو ويجب على إسرائيل أن تشارك فيها".

سانديب شارما، مهندس خزانات النفط، مدير مشروع حقن ثاني أكسيد الكربون في أوتاوا ضمن منظمة CO2CRC (أستراليا): "كانت التجربة في أستراليا رائدة حيث تمكنا من فهم القضايا التشريعية من خلالها. وتبين أن هناك تداخلات وتناقضات بين القانونين وكان من الضروري إنشاء تشريع جديد يركز على إدخال ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك، عند تنفيذ مشروع حقيقي، من الضروري المناقشة مع أفراد المجتمع، الذين يخشون، على سبيل المثال، حدوث تسرب. كان مشروعنا يقع في منطقة زراعية يتم فيها إنتاج الحليب، وكانت هناك مخاوف من أن يؤدي تسرب ثاني أكسيد الكربون من المنجم إلى الإضرار بطريقة أو بأخرى بالحليب أو الجبن المنتج هناك. ومع ذلك، فإن التعاون مع المجتمع مهم لأنه من الصعب تحقيق أي شيء دون دعم.

كما تعرفنا على المشاكل الفنية وكذلك مصير عمود الغاز المنتشر داخل الخزان. وبما أن هذا المجال لا يزال في مراحله الأولى، فمن المهم تطوير النماذج النظرية وإجراء القياسات في الوقت الحقيقي للتحقق منها ومعايرتها، لأنه من المفترض أيضًا أن تمنحنا النماذج القدرة على التنبؤ بما سيحدث في 100 و 200 عام، لذلك من المهم أن يكون هناك اتساق بين نتائج الرصد والنموذج، الأمر الذي سيعطي الثقة بأن النموذج سوف يشير بشكل صحيح إلى المستقبل."

وتقوم شركة Statoil النرويجية بذلك بالفعل عمليًا في عدد من مواقع التنقيب عن النفط و/أو الغاز الطبيعي. جاء دور أندرياس تورب، كبير المهندسين والمسؤول عن مجال حقن ثاني أكسيد الكربون منذ حوالي 2 عامًا في بئر الشركة في بحر الشمال. ويقول من تجربته: "كلما قمنا بتشغيل المشروع، كلما أصبح أشبه بالإدارة العادية لخزان النفط والغاز. يختلف مترو الأنفاق دائمًا عما تتوقعه، ولكن مع خبرتنا والطرق المختلفة، يمكن دائمًا القيام بذلك بطريقة آمنة. ويجب أن نتذكر أننا نقوم بحقن ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض وهو يختلف عن الغاز الطبيعي، لكن الكثير من خصائصه تشبه حقن الغاز الطبيعي أو الماء، على سبيل المثال عندما يتعلق الأمر بانتشار العمود في باطن الأرض. في الواقع، هذه هي نفس القوانين الفيزيائية التي تعمل عند ضخ الزيت، ولكن في الاتجاه المعاكس فقط.

"لدينا بالفعل ثلاثة مواقع للمقارنة - سليبنر في قلب بحر الشمال بالقرب من الحدود البحرية بين النرويج وبريطانيا العظمى، وفي صلاح في قلب الصحراء الكبرى في الجزائر (بالاشتراك مع شركة بريتيش بتروليوم وشركة النفط الجزائرية سوناطراك) و سنوهفيت على الحدود مع بحر بارنت على الساحل الشمالي الغربي للنرويج. بينما في سلمار بئر النفط ضحل - فقط 800 متر تحت قاع البحر وذو تدفق سريع، وفي إن سالا هو بئر على الأرض، على عمق 2,100 متر، وهناك بسبب العمق وحقيقة أن وهي تربة جاءت من عمق أكبر لأنه كان يوجد هناك جبل، ويكون التدفق بطيئًا للغاية، بينما في سانفيت، على عمق 2,600 متر، بما في ذلك 350 مترًا تحت قاع البحر، حيث يكون التدفق بطيئًا أيضًا، فمن الممكن التعرف على ثلاث بيئات جيولوجية مختلفة.

نقوم بحقن الغاز أغلبه (96-98%) ثاني أكسيد الكربون والباقي غاز الميثان. يتم استخراج الغاز من الغاز الطبيعي الذي نستخرجه ونبيعه. ونظرًا لأن هذا حفر تجاري، فإننا نقوم بإجراء الأبحاث بالإضافة إلى التشغيل التجاري، وهو أمر غير ممكن دائمًا لأن الإنتاج يمثل أولوية قصوى."

"لقد استخدمنا دائمًا شركاء بحث دوليين، حتى قبل مشروع موستانج، وذلك لسببين: أولاً، هذا يجلب خبراء من خلفيات مختلفة، وعندما يتعامل العديد من الخبراء من مختلف التخصصات مع نفس المشكلة، فإن فرصة قبول نتائجنا باعتبارها سوف تزيد موثوقة. والسبب الثاني هو تحسين مصداقيتنا، فنحن نعلم أن مصداقية شركات النفط والغاز عندما يتعلق الأمر بالقضايا البيئية ليست الأفضل، ولذلك فمن الأفضل الاعتماد على خبراء خارجيين والتوصل إلى توافق في الآراء بشأن التفسير العلمي لـ الموجودات."

"قد تكون التكنولوجيا متشابهة، لكن الجيولوجيا تختلف من مكان إلى آخر، لذلك من المهم بالنسبة لنا أن نتعرف على المزيد والمزيد من البيئات ولهذا السبب شاركنا في البحث في كاتزين في ألمانيا ونحن أيضًا شركاء في البحث في عملية الاستخراج ونتطلع إلى رؤية كيف سيتصرف غاز ثاني أكسيد الكربون في جيولوجيا إسرائيل".

تم منح وسام هورتون لعام 2010 في حفل أقيم مؤخرًا في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، للبروفيسور جاكوب بار من كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون. مُنحت الجائزة المرموقة للبروفيسور جاكوب بار لإنجازاته في مجال الهيدرولوجيا.

وتفاجأ البروفيسور جاكوب بار خلال حفل افتتاح اجتماع الباحثين المشاركين في مشروع "موستانج" بتلقي كعكة وتهنئة بمناسبة فوزه بميدالية هورتون. يمنح الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي (AGU) الميدالية لشخص واحد كحد أقصى سنويًا لمساهماته البارزة في مجال الهيدرولوجيا.