الغاز والطاقة

الميثان - أحد غازات الدفيئة، وهو غاز قاتل ومصدر للطاقة الخضراء

د. درور بار نير

حقول الأرز في دلتا ميكونغ في فيتنام. تصوير: ياعيل غيفون (فبراير 2006)

في الثامن من يونيو/حزيران 8، أعلن زعماء الدول الثماني الأكثر تصنيعاً والأغنى في العالم (مجموعة الثماني) في مدينة هيليغيندام في ألمانيا، عن اتفاقهم على وضع هدف غير ملزم لخفض انبعاثات الغازات الدفيئة (انظر الإطار). بنسبة 2007% بحلول عام 8. والمقصود من هذا التخفيض بطبيعة الحال هو إبطاء معدل الانحباس الحراري العالمي. سنخصص هذا العمود للميثان الهيدروكربوني (CH8)، وهو منتج شبه حصري لنشاط عتائق خاصة (عتائق - بكتيريا قديمة)، تسمى مولدات الميثان.

سميت "الغازات الدفيئة" بهذا الاسم لأنها تعمل كحاجز جزئي ضد انبعاث الإشعاع الحراري من الأرض إلى الفضاء. ولولا الغازات الدفيئة، لكانت درجة الحرارة على الأرض أقل بمتوسط ​​40 درجة مئوية عما هي عليه اليوم، ولما كانت الحياة كما نعرفها موجودة.

غاز الدفيئة الرئيسي هو بخار الماء، وهو المسؤول عن حوالي 95٪ من ظاهرة الاحتباس الحراري. ثاني أهم غازات الدفيئة هو ثاني أكسيد الكربون (CO2)، وهو مسؤول عن 3.6٪ فقط من ظاهرة الاحتباس الحراري. ويساهم الميثان بنسبة 0.4%، في حين يساهم أكسيد النيتروجين (N2O) بحوالي 1%.

نحن البشر ليس لدينا أي تأثير حقيقي على كمية بخار الماء. ومن ناحية أخرى، فإن أي تغيير كبير في كميات الغازات الثلاثة الأخيرة (التي أشار إليها قادة مجموعة الثماني) قد يتسبب في ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة الأرض، الأمر الذي له عواقب خطيرة للغاية - ارتفاع مستوى سطح البحر، والعواصف، والفيضانات. والجفاف والأمراض، وأكثر من ذلك.

سبب المساهمة "الهامشية" لغاز الميثان في ظاهرة الاحتباس الحراري هو وجود كمية صغيرة نسبيا في الغلاف الجوي. إذا قمت بفحص مساهمة جزيء واحد من الميثان في ظاهرة الاحتباس الحراري، فإنه يساهم 22 مرة أكثر من جزيء ثاني أكسيد الكربون.

الميثان إذن هو هيدروكربون. والهيدروكربونات، كما يشير اسمها، هي جزيئات مكونة من ذرات الكربون والهيدروجين فقط. من المعتاد التمييز بين الهيدروكربونات الخفيفة والغازية والهيدروكربونات الثقيلة. بعض الهيدروكربونات الخفيفة هي الميثان والإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10)، ويعتبر العنصران الأخيران من المكونات الرئيسية لغاز الطهي (المعروف أيضًا باسم غاز البترول المسال - غاز الهيدروكربون المكثف). الهيدروكربونات الأثقل هي، من بين أمور أخرى، مكونات جميع أنواع الوقود النفطي. جميع الهيدروكربونات هي مواد "عالية الطاقة" وقابلة للاشتعال للغاية، وأصغرها قابلة للانفجار.


خط أنابيب لتجميع غاز الميثان في موقع هيريا، تصوير: يغال مورغ

ينبعث الميثان، وهو أخف الهيدروكربونات، إلى الغلاف الجوي من مصادر طبيعية ومصادر مرتبطة بالنشاط البشري، وهو غاز عديم الرائحة.

تنشأ الغالبية العظمى من غاز الميثان على الأرض من النشاط (سواء في الماضي الجيولوجي البعيد أو اليوم) لمجموعة خاصة من الآثار غير الجوية، والتي لا يستطيع معظمها البقاء على قيد الحياة في جو يحتوي على الأكسجين. تستخدم هذه الكائنات القديمة الهيدروجين الجزيئي، H2، لأكسدة مصدر الكربون الخاص بها، والذي يمكن أن يكون ثاني أكسيد الكربون (CO2)، أو حمض الأسيتيك (CH3COOH)، أو مادة أخرى. بسبب الميثان الذي تنتجه، تُسمى هذه العتائق بمولدات الميثان، وتسمى العملية ككل بتكوين الميثان.

تنبعث كمية صغيرة نسبيًا من غاز الميثان بعد النشاط البركاني. كما تم اكتشاف الميثان في كواكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون، وحتى في تيتان (أحد أقمار المشتري). وإلى أن يثبت خلاف ذلك، فمن المفترض أن كل غاز الميثان الموجود في الغلاف الجوي لهذه الكواكب ينشأ من النشاط البركاني (على الرغم من أن البعض يدعي اليوم خلاف ذلك).

وهناك بكتيريا هوائية أخرى، تسمى الميثانوتروف، يمكنها استخدام الميثان كمصدر للكربون والطاقة، وتقوم بتفكيكه، في سلسلة من الخطوات، إلى ثاني أكسيد الكربون وماء.

المصدر الطبيعي الرئيسي لغاز الميثان هو النشاط البكتيري في قاع الأراضي الرطبة الواسعة في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية من الأرض. ولهذا السبب يُطلق على الميثان أيضًا اسم "غاز المستنقعات". تقوم البكتيريا الميثانولجية الموجودة في هذه المستنقعات بتفكيك المركبات العضوية - بقايا الحيوانات والنباتات التي تغوص في الماء - وتطلق ما بين 200 إلى 120 مليون طن من غاز الميثان سنويًا. وهناك مصدر آخر مهم يتعلق بالنشاط البشري، وهو حقول الأرز الواسعة في شرق آسيا، والتي تنتج مولدات الميثان الموجودة في قاعها ما بين 120 إلى 70 مليون طن من الميثان سنوياً.

مصدر آخر مهم للميثان هو الجهاز الهضمي للعديد من الحيوانات النباتية، والتي تحتوي على آثار الميثانوجين في أمعائها إلى جانب الكائنات الحية الدقيقة الأخرى، والتي تساعدها على تحطيم المواد النباتية اللجنين والسليلوز. تستهلك مولدات الميثان غاز الهيدروجين الناتج عن عمليات تخمير البكتيريا الأخرى، وتطلق غاز الميثان. يعتبر النمل الأبيض، الذي يسكن الغابات والمناطق الاستوائية الأخرى، المنتج الرئيسي لغاز الميثان بين الحيوانات التي تعيش في البرية (بمتوسط ​​يبلغ حوالي 25 مليون طن من الميثان على مدى عدة سنوات). الثدييات النباتية في الطبيعة تنبعث منها أيضًا غاز الميثان، لكن الكميات الأكبر من الميثان تنبعث من ملايين الثدييات النباتية التي نربيها نحن البشر - قطعان الماشية (100-80 مليون طن من الميثان سنويًا). ينبعث غاز الميثان من الجهاز الهضمي للثدييات النباتية بشكل رئيسي عن طريق الفم - في حالة الفواق ("الغرغرة"). كما تنبعث كمية قليلة من غاز الميثان من أجهزتنا الهضمية عند البشر، إلى جانب الهيدروجين والغازات الأخرى، أما عندنا فهو ينبعث عبر فتحة الشرج (في ما يعرف بالعبرية باسم انتفاخ البطن).

في قاع المحيطات، وخاصة بالقرب من السواحل (منطقة الجرف القاري)، عند درجة حرارة 4 درجات مئوية، نتيجة لنشاط مولدات الميثان لملايين السنين، تتشكل هيدرات الميثان (جزيء ميثان مرتبط بعدة جزيئات ماء) ) تتراكم - عند درجة الحرارة هذه تكون في حالة صلبة (تشبه الجليد). وتنبعث من هذه الهيدرات، في وضعها الحالي، ما بين 2 إلى 4 ملايين طن من الميثان سنويًا. ونتيجة لهذا النشاط، يتراكم أيضًا غاز الميثان المذاب في مياه المحيطات، وينبعث جزء منه بشكل طبيعي (حوالي 20 مليون طن سنويًا). تصل انبعاثات غاز الميثان من مياه المحيطات إلى 24 مليون طن سنويًا.

ومع ارتفاع درجة حرارة الأرض، ستسخن مياه المحيطات أيضًا، ومن ثم قد يزداد انبعاث غاز الميثان المذاب من الهيدرات.

ويتراكم الميثان أيضًا في قاع بحيرات المياه العذبة، تمامًا كما يتراكم في قاع المحيط. لكن تراكم غاز الميثان المذاب في بحيرات المياه العذبة، في المناطق النشطة جيولوجيا، قد يكون خطيرا. يمكن أن يؤدي التسخين السريع للمياه نتيجة ملامسة الحمم البركانية المغلية إلى إطلاق مفاجئ للميثان المذاب على شكل سحابة من الميثان في الغلاف الجوي. وبما أن غاز الميثان هو غاز قابل للاشتعال، فإن شرارة يمكن أن تؤدي إلى اشتعاله ويمكن أن تكون الأضرار هائلة، خاصة في المناطق المأهولة بالسكان. تقع بحيرة كيفو، على سبيل المثال، على الحدود بين رواندا وجمهورية الكونغو الديمقراطية، في منطقة مكتظة بالسكان - حيث يعيش حوالي مليوني شخص حول البحيرة. وتشير التقديرات إلى أن حوالي 55 مليار متر مكعب من غاز الميثان الذائب يذوب داخل البحيرة. سيؤدي ارتفاع درجة حرارة قاع البحيرة بشكل مفاجئ، نتيجة النشاط البركاني، إلى انبعاث مفاجئ لجميع غاز الميثان وانفجاره. وفقًا للأدلة الجيولوجية، يحدث انقراض جميع الحيوانات والنباتات المحيطة بالبحيرة مرة كل ألف عام أو نحو ذلك. هل هذه قنبلة موقوتة؟


بركة غابة في الخضيرة؛ آخر ما تبقى من مستنقعات منطقة شارون، تصوير: يوهاي غوتفين (Tulii www.tiuli.com)

كما تعد مناجم الفحم واحتياطيات النفط التي يستغلها الإنسان مصدرًا لانبعاثات غاز الميثان. وفي آبار النفط ينبعث غاز الميثان من الغاز الطبيعي (الذي يحتوي على حوالي 85% ميثان)، وفي مناجم الفحم ينبعث غاز يحتوي على حوالي 40% ميثان. في آبار النفط يحرقون كل الغاز المنطلق؛ أما في مناجم الفحم فإن الوضع أكثر إشكالية. ويتراكم الغاز في الأماكن المغلقة وأحيانا ينفجر ويسبب كوارث. وفي تشرين الثاني/نوفمبر 2006، قُتل 23 شخصاً في انفجار غاز الميثان في منجم هاليمبا في بولندا. في مارس 2007، في روسيا، في منجم أوليانوفسكايا بالقرب من مدينة نوفوكوزنتسك، أدى انفجار غاز الميثان إلى مقتل 74 من عمال المناجم. وفي الصين، في عام 2005، قُتل أكثر من 3,000 من عمال المناجم في انفجارات غازية في المناجم.

مصدر آخر للميثان هو مدافن النفايات. ويتم إطلاق حوالي 70 مليون طن من غاز الميثان من مدافن النفايات هذه كل عام.
تقليل انبعاثات غاز الميثان المرتبطة بالنشاط البشري

للحد من انبعاثات غاز الميثان الناتجة عن النشاط البشري، وبالتالي تقليل ظاهرة الاحتباس الحراري وتلوث الهواء، يتم اتباع الخطوات التالية:

وفي شرق آسيا، يحاولون زيادة إنتاجية الأرز لكل وحدة مساحة. وبهذه الطريقة سيكون من الممكن تقليل مساحات الزراعة وانبعاثات غاز الميثان التي تحدث فيها.

في جامعة هوهنهايم في شتوتغارت بألمانيا، تعمل مجموعة وينيفريد دروشنر البحثية على تطوير "أقراص" مخصصة للثدييات النباتية، تسمى بلعة. إلى جانب قائمة خاصة، ستعمل هذه الحبوب على تقليل كمية الميثان المنبعثة من قطعان الماشية والأغنام المتنامية، وستسمح لعملية التمثيل الغذائي الخاصة بها بالاستفادة من بعض الطاقة التي كانت ستهدر مع الميثان المنبعث. ويعتزم الباحثون تغيير تركيبة الكائنات الحية الدقيقة في الجهاز الهضمي - لتقليل كمية البكتيريا التي ينبعث منها الهيدروجين، ومن ثم العتائق الميثانوجينية، وزيادة كمية البكتيريا التي تنتج السكريات وغيرها من المواد المتاحة.

وأخيرًا وليس آخرًا والأخضر. في العديد من مواقع النفايات، يتم جمع غاز الميثان المنبعث من النفايات في أنابيب، ونقله إلى موقع مركزي لاستخدامه كوقود أخضر (مقارنة بحرق النفط). ويمكن حرق غاز الميثان المتجمع بطريقة محكومة واستخدامه لتوليد الكهرباء، أو تخزينه في محطة وقود قريبة، والتي سيتم الوصول إليها بواسطة سيارات مجهزة بمحرك يتيح الاختيار بين استخدام البنزين واستخدام الميثان. ولا توجد مثل هذه السيارات في إسرائيل حتى الآن، لكن في مكبات النفايات في الخليل وبيرية وأثير الدديم تقوم بتجميع غاز الميثان المتراكم لغرض توليد الكهرباء. أعضاء كيبوتس إيفرون، الذين كانوا رواد هذا المجال في إسرائيل، انقطعوا عن شركة الكهرباء في عام 2002، وكل استهلاك الكهرباء في إيفرون يأتي من مكب نفايات الكيبوتس.

يقوم الدكتور درور بار نير بتدريس علم الأحياء الدقيقة وبيولوجيا الخلية في الجامعة المفتوحة.

إلى موقع غاليليو http://www.ifeel.co.il/page/1355