خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي .. مستقبل الطاقة في القرن الـ 21

يشكّل خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي أحد أكثر الحلول واقعية وعملية في المرحلة الانتقالية في القرن الـ 21 التي تسبق الاعتماد الكلي على مصادر الطاقة المتجددة، إذ يجمع بين القدرة على توفير إمدادات طاقة مستقرة وتقليل الانبعاثات مقارنة بالاعتماد على الفحم، إلى حين التوسع الكامل في مصادر الطاقة المتجددة.

وفي ظل التزامات الدول والشركات بتحقيق أهداف اتفاقية باريس للمناخ والحد من ظاهرة الاحتباس الحراري، تبرز معادلة معقدة تتمثل في الموازنة بين ضمان أمن الطاقة وتوفير الكهرباء بأسعار معقولة، وبين تسريع وتيرة خفض الانبعاثات الكربونية. ومن هنا، يبرز الغاز الطبيعي بوصفه وقودًا انتقاليًا يمكن أن يسهم في تقليل الانبعاثات، مع استمرار الجدل حول مدى استدامة هذا الدور على المدى الطويل.

وفي هذا المقال، نستعرض أبعاد استراتيجية خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي، ونحلل مزاياها البيئية والاقتصادية، والتحديات التقنية والهيكلية التي تواجهها، إلى جانب استعراض أحدث التقنيات الداعمة، مثل احتجاز وتخزين الكربون، ودورها في تعزيز كفاءة هذا المسار الانتقالي نحو مستقبل أكثر استدامة.

خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي

للوهلة الأولى، قد يبدو الانتقال إلي خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي مجرد استبدال لقطعة بأخرى، لكن عند فحص البيانات العلمية، نجد فرقاً جوهرياً في الكيمياء والآثار المناخية.

الفحم والغاز الطبيعي: مقارنة في البصمة البيئية

كثافة الكربون: يُعد الفحم، وخاصة الفحم الحجري، أكثر أنواع الوقود الأحفوري كثافة في الكربون. عند احتراقه، يطلق كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون (CO) لكل وحدة طاقة منتجة.

• الغاز الطبيعي (الميثان): يتكون الغاز الطبيعي بشكل رئيسي من الميثان (CH). عند احتراقه لتوليد الكهرباء، ينتج الغاز الطبيعي انبعاثات كربونية تقل بنسبة تتراوح بين 40% إلى 60% مقارنة بمحطات الفحم التقليدية.

هذا الفرق الشاسع ليس مجرد تفصيل تقني؛ إنه يمثل فرصة ذهبية لخفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي بشكل فوري، دون الحاجة إلى انتظار تطوير تقنيات التخزين أو البنية التحتية للطاقة المتجددة التي قد تستغرق عقوداً لتصبح هي المكون الأساسي للشبكة.

التحليل التقني: لماذا الغاز أكثر كفاءة؟

لفهم سبب التوجة نحو خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي ، يجب أن ننظر إلى تقنيات التوليد. تعتمد معظم محطات الفحم التقليدية على دورة “رانكن” (Rankine Cycle)، حيث يتم حرق الفحم لغلي الماء وتحويله إلى بخار يحرك التوربينات. هذه العملية تعاني من ضياعات حرارية كبيرة.

في المقابل، تستخدم محطات الغاز الحديثة “الدورة المركبة” (Combined Cycle). في هذه المحطة:

1. دورة برايتون: يتم حرق الغاز الطبيعي لتشغيل توربين غازي عالي الكفاءة.

2. استعادة الحرارة: يتم استخدام العادم الساخن الخارج من التوربين الغازي لتسخين المياه وتوليد بخار إضافي يشغل توربيناً بخارياً ثانياً.

 التجارب الدولية قصص نجاح ملموسة

التكامل التكنولوجي يرفع كفاءة تحويل الوقود إلى كهرباء من حوالي 30-35% في محطات الفحم إلى ما يزيد عن 60% في محطات الغاز ذات الدورة المركبة. هذا يعني أننا نحتاج إلى كمية أقل من الوقود لنفس القدر من الطاقة الكهربائية، مما يساهم بشكل مباشر في خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي وفيما يلي نستعرض بعض التجارب الدولية االناجحة كالتالي :

1. التجربة الأمريكية .. المثال الأبرز  

تعتبر الولايات المتحدة المثال الأبرز في العقدين الأخيرين. فبفضل “ثورة الغاز الصخري”، شهدت أمريكا تحولاً ضخماً من الفحم إلى الغاز الطبيعي في قطاع توليد الكهرباء. تشير بيانات وكالة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) إلى أن هذا التحول كان السبب الرئيسي وراء انخفاض انبعاثات قطاع الكهرباء في الولايات المتحدة إلى مستويات لم تشهدها منذ تسعينيات القرن الماضي، وهو ما يؤكد فعالية استراتيجية خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي على أرض الواقع.

2. التجربة الصينية .. الانتقال التدريجي

في الصين، حيث يعتمد الاقتصاد بشكل كبير على الفحم، بدأت الحكومة الصينية في تطبيق سياسات صارمة لتحويل التدفئة المنزلية ومحطات الكهرباء الصغيرة من الفحم إلى الغاز الطبيعي، خاصة في المدن الكبرى مثل بكين. هذه الخطوة لم تهدف فقط لـ خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي ، بل كان لها تأثير مباشر ومذهل على جودة الهواء في المدن الصينية، مما قلل من مخاطر الأمراض التنفسية الناتجة عن الضباب الدخاني المرتبط بالفحم.

تكنولوجيا احتجاز الكربون وتخزينه (CCS): حجر الزاوية

تظهر تكنولوجيا احتجاز الكربون وتخزينه (Carbon Capture and Storage – CCS) كحلقة الوصل المفقودة التي يمكنها تحويل الغاز الطبيعي من “وقود جسري” إلى عنصر محايد كربونياً. فبينما يقلل التحول من الفحم إلى الغاز الانبعاثات بنسبة كبيرة، لا تزال محطات الغاز تطلق غاز ثاني أكسيد الكربون، وهنا يأتي دور تقنيات CCS لتحييد هذه الانبعاثات تماماً.

ما هي تقنية احتجاز الكربون وتخزينه؟

تعتمد هذه التقنية على عملية ثلاثية المراحل تضمن عدم وصول ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي:

1. الاحتجاز (Capture): فصل ثاني أكسيد الكربون من غازات العادم باستخدام مذيبات كيميائية مثل الأمينات.

2. النقل (Transport): ضغط الكربون ليصبح في حالة سائلة فوق حرجة، ثم نقله عبر أنابيب مخصصة.

3. التخزين (Storage): حقن الكربون في تكوينات جيولوجية عميقة تحت سطح الأرض (خزانات نفط مستنفدة أو طبقات ملحية) حيث يُحتجز بشكل دائم.

دور CCS في تعزيز اقتصاديات محطات الغاز

• تجنب تكاليف الضريبة الكربونية: مع اتجاه العالم نحو فرض ضرائب باهظة على انبعاثات الكربون، تصبح المحطات التي تتبنى تقنية CCS أكثر ربحية على المدى الطويل.

• إنتاج “الهيدروجين الأزرق”: يمكن دمج محطات الغاز المزودة بـ CCS لإنتاج الهيدروجين الأزرق. في هذه العملية، يتم فصل الكربون من الغاز الطبيعي قبل الاحتراق، مما ينتج هيدروجين نظيف يمكن استخدامه في الصناعات الثقيلة والنقل.

التحديات السيوسيولوجية والعدالة الانتقالية

إن أي تحول طاقي كبير يأتي مع تبعات اقتصادية. صناعة الفحم تاريخياً وفرت ملايين الوظائف، والتحول عنها يعني بالضرورة إغلاق مناجم ومحطات وتشريد العمال.

لذلك، يجب أن يتضمن برنامج خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي “عدالة انتقالية”:

• إعادة التأهيل: توفير برامج تدريبية لعمال المناجم للعمل في قطاع الغاز أو قطاعات الطاقة المتجددة.

• التنمية المحلية: استثمار عوائد التحول في المناطق التي كانت تعتمد اقتصادياً على الفحم، من خلال خلق صناعات جديدة أو مراكز لوجستية للطاقة النظيفة.

السياسات والتشريعات: المحرك الأساسي

لا يمكن لقطاع خاص أن يقود خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي منفرداً دون إطار سياسي داعم. الحكومات التي نجحت في خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي اعتمدت على:

• تسعير الكربون: فرض ضرائب على الانبعاثات الكربونية تجعل الفحم غير اقتصادي مقارنة بالغاز.

• دعم البنية التحتية: تسهيل بناء خطوط أنابيب الغاز ومحطات استيراد الغاز الطبيعي المسال.

• تشريعات إغلاق محطات الفحم: وضع جداول زمنية واضحة للإغلاق التدريجي لمحطات الفحم القديمة.

الغاز الطبيعي كوقود و الرؤية المستقبلية

يُستخدم مصطلح “الوقود الجسري” لوصف الغاز الطبيعي كونه الرابط بين الماضي المعتمد على الكربون العالي والمستقبل المعتمد على الطاقة النظيفة. وتكمن قوة هذا الجسر في المرونة التشغيلية؛ حيث يمكن تشغيل محطات الغاز وإطفاؤها بسرعة استجابة لتقلبات الطلب، مما يجعلها الرفيق المثالي للطاقة المتجددة المتقطعة (مثل الرياح والشمس).

لكن لكي يظل الغاز الطبيعي جزءاً من الحل، يجب معالجة قضية تسرب الميثان. الميثان أقوى كغاز دفيئة بمراحل من ثاني أكسيد الكربون على المدى القصير. لذا، فإن الاستراتيجية الوطنية لأي دولة تسعى لخفض الانبعاثات يجب أن تشمل الرقابة الصارمة باستخدام الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار للكشف اللحظي عن التسريبات.

هذا المسار يضمن لنا عالماً لا يتوقف فيه النمو الاقتصادي، ولا تتضرر فيه البيئة، بل يتم فيه استغلال كل الأدوات المتاحة للتحول نحو  خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي من خلال التكنولوجيا الرقمية لبناء مستقبل أكثر استدامة. وبذلك، نحول التحدي المناخي من عبء يثقل كاهل الاقتصاد إلى محرك للابتكار والنمو الأخضر، مما يمهد الطريق للأجيال القادمة لترث كوكباً أكثر صحة واستقراراً.

نسبة خفض الانبعاثات بين النظرية والواقع التشغيلي

تشير الأدبيات الفنية إلى أن احتراق الغاز الطبيعي يطلق كميات من ثاني أكسيد الكربون تقل بنسبة تتراوح بين 40% و60% مقارنة بالفحم عند نقطة الاحتراق في عنفات التوليد، غير أن هذا الرقم، رغم دقته الفنية، لا يعكس البصمة الكربونية الكاملة لدورة حياة الغاز؛ إذ يستبعد انبعاثات الميثان الناتجة عن التسرب أثناء الاستخراج والنقل والتخزين، مع العلم أن الميثان يمتلك قدرة على احتجاز الحرارة تفوق ثاني أكسيد الكربون بنحو 80 مرة على المدى القصير.

وتشير تقديرات الوكالة الدولية للطاقة إلى أن تسربًا يتراوح بين 3% و4% من إجمالي سلسلة الإمداد قد يكون كافيًا لتقليص، أو حتى إلغاء، الميزة المناخية التي يتمتع بها الغاز مقارنة بالفحم، كما أن وصف تقنية احتجاز وتخزين الكربون (CCS) بأنها “حجر الزاوية” في مسارات خفض الانبعاثات لا يزال أقرب إلى الطموح النظري منه إلى الواقع التشغيلي، إذ يظل انتشارها التجاري في قطاع توليد الكهرباء بالغاز محدودًا للغاية، مع استمرار التحديات الاقتصادية والتقنية التي تعوق تبنيها على نطاق واسع.

التحديات الهيكلية المغيَّبة عن استراتيجية التحول

يغفل كثير من التحليلات ثلاثة أبعاد هيكلية قد تحد من فعالية الاعتماد على الغاز الطبيعي بوصفه وقودًا انتقاليًا:

• مخاطر الأصول الكربونية: تمتد الأعمار التشغيلية لمحطات الغاز الجديدة إلى نحو 30 عامًا، ما قد يعرضها لخطر التحول إلى أصول عالقة اقتصاديًا مع استمرار انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، وهو ما قد يفضي إلى خسائر استثمارية كبيرة في غياب رؤية زمنية واضحة للتحول.
• الأبعاد الجيوسياسية وأمن الطاقة: يؤدي الانتقال من الفحم المحلي إلى الغاز المستورد، في كثير من الحالات، إلى زيادة الاعتماد على عدد محدود من الدول المصدرة، بما يرفع احتمالات التعرض لتقلبات الأسعار واضطرابات الإمدادات الناتجة عن الأزمات الجيوسياسية، وهو ما يطرح تحديات تتعلق بأمن الطاقة والاستدامة.
• الآثار البيئية المحلية: تشمل هذه التحديات ارتفاع استهلاك المياه العذبة في تبريد محطات الدورة المركبة، إلى جانب المخاطر البيئية المرتبطة بعمليات استخراج الغاز الصخري، مثل احتمال تأثر المياه الجوفية في حال غياب الضوابط البيئية الصارمة، وهي آثار قد تنعكس مباشرة على المجتمعات المحلية بالتوازي مع تحديات تغير المناخ.

في الختام ، خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلى الغاز الطبيعي قرار إداري وسياسي يتطلب شجاعة ورؤية بعيدة المدى. نحن لا نختار الغاز لأنه “مثالي”، بل لأنه الأداة الأكثر فعالية اليوم لتقليص حجم الضرر البيئي الذي يسببه الفحم، بينما نبني في الوقت ذاته الأسس القوية لمستقبل يعتمد كلياً على الهيدروجين الأخضر والطاقة المتجددة.

إن النجاح في خفض الانبعاثات الكربونية بالتحول من الفحم إلي الغاز الطبيعي تتطلب منا الاستمرار في الابتكار، والتركيز على الكفاءة، وعدم التغافل عن إدارة مخاطر الميثان، لضمان أن يكون هذا “الجسر” متيناً بما يكفي للوصول بنا إلى بر الأمان المناخي. لقد وصلنا اليوم إلى نقطة ندرك فيها أن الاستدامة ليست خياراً، بل هي استثمار استراتيجي في بقاء الحضارة وازدهارها في وجه التغيرات المناخية المتسارعة.

فيديو .. رئيسُ لجنة تحولات الطاقة : خفض الانبعاثات أولوية قصوى لدعم العمل المناخي

المراجع :