يمثل احتراق الوقود الأحفوري في عمليات الاستخراج والتكرير وتوليد الطاقة نسبة كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. يوفر احتجاز وتخزين الكربون مساراً لتخفيف هذه الانبعاثات عن طريق التقاط CO₂ من المصدر وتخزينه بشكل دائم تحت الأرض. بالنسبة لشركات النفط والغاز—التي تنتج بطبيعتها كميات كبيرة من CO₂—يمكن أن يكون CCS استراتيجية لخفض الانبعاثات ومساراً لتحسين استخلاص النفط (EOR).
تقنيات التقاط CO₂
تبدأ عملية CCS بفصل ثاني أكسيد الكربون عن تيارات العمليات. وهناك ثلاث طرق رئيسية مستخدمة تجارياً:
1. لاحتجاز بعد الاحتراق
- العملية: يُعالج غاز المداخن الخارج من الغلايات أو الأفران بمذيبات كيميائية (مثل الأمينات) التي تمتص CO₂ بشكل انتقائي.
- المزايا: يمكن تركيبها على المنشآت القائمة؛ تكنولوجيا مُجربة.
- العيوب: استهلاك طاقة كبير لإعادة توليد المذيبات؛ مساحة كبيرة مطلوبة.
2. الاحتجاز قبل الاحتراق
- العملية: يُحول الوقود (الغاز الطبيعي أو الفحم) إلى غاز توليف (CO + H₂) عبر الغازات أو التكسير. ثم يُحول CO إلى CO₂ وH₂ في مفاعل حفزي؛ يُفصل CO₂ ويُترك الهيدروجين للاحتراق أو الاستخدامات الأخرى.
- المزايا: تركيز CO₂ عالي يسهل عملية التقاطه؛ ينتج هيدروجيناً نظيفاً.
- العيوب: يتطلب إعادة تصميم كبيرة للعملية؛ تكلفة رأسمالية مرتفعة.
3. احتراق الأكسوفويل (Oxy‑fuel)
- العملية: يُحرق الوقود في أكسجين نقي أو مُخصب بدلاً من الهواء، مما ينتج غاز مداخن مكون أساساً من CO₂ وبخار الماء. بعد تكثف الماء، يبقى CO₂ نقي تقريباً.
- المزايا: فصل CO₂ مبسط؛ قد يقلل من الطاقة المطلوبة للاحتجاز.
- العيوب: تكلفة إنتاج الأكسجين عالية؛ تحديات التكامل مع العمليات الحالية.
نقل CO₂
بعد التقاطه، يجب نقل CO₂ من موقع الاحتجاز إلى موقع التخزين:
- الأنابيب: أكثر الوسائط شيوعاً، توفر نقلًا آمنًا ومستمرًا عبر مئات الكيلومترات.
- السفن: تُستخدم حيث تكون بنية الأنابيب غير عملية أو للتدفقات المتقطعة؛ تتطلب تسييل CO₂.
- الشاحنات والقطارات: تخدم المشاريع الصغيرة أو البعيدة، لكنها عادة ما تكون غير اقتصادية للأحجام الكبيرة.
من الاعتبارات الرئيسية ضمان بقاء CO₂ في الحالة فوق الحرجة (لتدفق كفؤ) ومنع التسرب عبر مواد قوية وأنظمة مراقبة.
خيارات التخزين الجيولوجي
يجب أن توفر التكوينات الصخرية المناسبة للتخزين سعة كافية، إمكانية ضخ جيدة، وأمان احتوائي:
1. مكامن النفط والغاز المستنزفة
- أختام واحتواء مثبتان؛ غالباً ما تستخدم بالتزامن مع EOR لزيادة استخلاص الهيدروكربونات.
2. مكامن المياه المالحة العميقة
- سعة عالمية هائلة؛ توزيع واسع.
- جيولوجيا غير متجانسة تتطلب توصيف موقع دقيق.
3. طبقات الفحم غير القابلة للاستخراج
- يمكن لـ CO₂ أن يلتصق بالفحم، مما يدفع الميثان للاستخلاص المشترك.
- إمكانات عالمية محدودة مقارنة بالمكامن والمياه المالحة.
يعتمد اختيار الموقع على مسوحات جيولوجية صارمة (زلزالية، سجلات الآبار)، ونمذجة المكمن، وتقييمات المخاطر.
الدمج مع تعزيز استخلاص النفط (EOR)
تعمل EOR على حقن CO₂ في حقول النفط القديمة لزيادة الضغط وحركة النفط. هذا النهج الهجين:
- يعوض بعض تكاليف الاحتجاز والنقل بإيرادات نفطية إضافية.
- يوفر تخزينًا دائمًا لـ CO₂ حيث يظل جزء كبير من الغاز المحقون محبوسًا.
- يواجه تدقيقاً تنظيمياً: يعتمد صافي التخزين على حساب CO₂ الناتج أثناء احتراق النفط الإضافي.
المحفزات الاقتصادية والتنظيمية
تنطوي مشاريع CCS على نفقات رأسمالية كبيرة وتكاليف تشغيلية مرتفعة. من المحفزات الاقتصادية الرئيسية:
- تسعير الكربون (ضرائب أو تداول انبعاثات) الذي يمنح قيمة لتجنب إطلاق CO₂.
- الحوافز المالية (ائتمانات ضريبية على الاستثمار، ائتمانات إنتاج مقابل CO₂ المحتجز).
- مستويات أسعار النفط التي تدعم ربحية EOR.
- الأطر التنظيمية (مثل EU ETS، والائتمان الضريبي 45Q في الولايات المتحدة) التي تشكل جدوى المشروع وملف مخاطره. كما تؤثر المسؤولية الطويلة الأجل عن CO₂ المخزن وقبول الجمهور على قرارات الاستثمار.
التحديات التقنية والتشغيلية
- عقوبة الطاقة: قد تستهلك وحدات الاحتجاز 20–30% من إنتاج المنشأة، مما يقلل الكفاءة الكلية.
- مخاطر التوسع: توجد عدد قليل من المنشآت التجارية المتكاملة، وقد تظهر مشاكل غير متوقعة عند التشغيل.
- المراقبة والتحقق: يتطلب ضمان الاحتواء طويل الأمد شبكات استشعار موزعة، ومسوح زلزالية، وفحوص سلامة الآبار.
- تصورات الجمهور: يمكن أن يؤدي معارضة السكان المحليين (“ليس في ساحتي”) إلى تأخير مواقع المشاريع ومنح التراخيص.
دراسات حالة
1. سليبينر (النرويج)
- منذ 1996، حقنت شركة Statoil (الآن Equinor) حوالي 20 مليون طن من CO₂ في طبقة ملحية تكوين Utsira.
- مشروع رائد وذو تكلفة فعالة ممول من ضريبة الكربون في النرويج.
2. بيترا نوفا (الولايات المتحدة)
- احتجاز ما بعد الاحتراق في وحدة فحم بطاقة 240 ميغاواط في تكساس.
- حقق معدل احتجاز 90% لحوالي 1.6 مليون طن CO₂ سنوياً، واستخدم جزء منه في EOR بحقل West Ranch.
3. باوندري دام (كندا)
- ترقية CCS على محطة توليد كهرباء بالفحم تلتقط 1 مليون طن CO₂ سنوياً.
- برهنت على الجدوى لكنها أبرزت عقوبة الطاقة وتحديات إدارة المذيبات.
النظرة المستقبلية
- المذيبات والممتزات الجيل القادم (ممتزات صلبة، سوائل أيونية) تعد بتقليل الطلب على الطاقة.
- وحدات احتجاز معيارية وحاويات قد تقلل وقت وتركيب التكاليف.
- نهج العناقيد حيث تشترك عدة جهات ينبعث منها الكربون في البنية التحتية للنقل والتخزين، مما يعزز اقتصاديات الحجم.
- الدمج مع إنتاج الهيدروجين (الهيدروجين الأزرق) قد يساهم أكثر في إزالة الكربون من القطاعات الصعبة.
يتطلب توسيع CCS إلى مستوى الغيغا طن المطلوب بحلول منتصف القرن استمرار البحث والتطوير، والسياسات الداعمة، والتعاون بين الصناعة والحكومات والأوساط الأكاديمية.
ليست CCS حلاً سحرياً، لكنها ضرورية لمسار انتقال صناعة النفط والغاز. من خلال احتجاز الانبعاثات من المصدر وتأمينها تحت الأرض، يمكن للشركات التوافق مع التشريعات المناخية المتشددة مع الحفاظ على أصول الهيدروكربون القيمة. ستحدد العقد المقبل ما إذا كانت CCS ستتحول من مشاريع رائدة محددة إلى تقنية تخفيف انتشرت عالمياً.
