الطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه (BECCS) هي تكنولوجيا محتملة لتخفيف غازات الدفيئة تنتج انبعاثات سلبية من ثاني أكسيد الكربون من خلال الجمع بين الطاقة الحيوية (الطاقة من الكتلة الحيوية) واستخدامها مع التقاط الكربون الجيولوجي وتخزينه. يستمد مفهوم BECCS من تكامل الأشجار والمحاصيل ، التي تستخلص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أثناء نموها ، واستخدام هذه الكتلة الحيوية في الصناعات التحويلية أو محطات الطاقة ، وتطبيق احتجاز الكربون وتخزينه عبر حقن CO 2 في التكوينات الجيولوجية. هناك أشكال أخرى غير BECCS لإزالة ثاني أكسيد الكربون وتخزينه والتي تشمل تقنيات مثل الفحم الحيوي ، وانبعاث ثاني أكسيد الكربون ودفن الكتلة الحيوية وتعزيز العوامل الجوية.
وفقًا لتقرير Biorecro الأخير ، هناك حاليًا 550،000 طن من ثاني أكسيد الكربون / سنويًا في إجمالي سعة BECCS التي تعمل حاليًا ، مقسمة بين ثلاثة مرافق مختلفة (اعتبارًا من يناير 2012).
في تقرير التقييم الرابع الذي أعدته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) ، تمت الإشارة إلى تقنية BECCS باعتبارها تكنولوجيا رئيسية للوصول إلى أهداف تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو المنخفض. تم تقدير الانبعاثات السلبية التي يمكن إنتاجها من قبل BECCS من قبل الجمعية الملكية بما يعادل 50 إلى 150 جزءًا في المليون من انخفاضا في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي العالمي وطبقًا لوكالة الطاقة الدولية ، يستدعي سيناريو الخارطة الزرقاء لتخفيف تغير المناخ المزيد من 2 جيجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السلبية سنويا مع BECCS في عام 2050. وفقا لجامعة ستانفورد ، يمكن تحقيق 10 gigatonnes بحلول هذا التاريخ.
أصدر كل من إمبيريال كوليدج لندن ، والمركز البريطاني للأرصاد الجوية التابع لمركز هادلي للتنبؤات والبحوث المناخية ، ومركز تيندال لبحوث التغير المناخي ، ومعهد ووكر لبحوث المناخ ، ومعهد غرانثام لتغير المناخ ، تقريرا مشتركا عن تكنولوجيات إزالة ثاني أكسيد الكربون جزء من تجنب: تجنب برنامج أبحاث تغير المناخ الخطير ، مشيرا إلى أن “بشكل عام ، من التقنيات التي تمت دراستها في هذا التقرير ، BECCS لديها أكبر نضج وليس هناك عوائق عملية رئيسية لإدخالها في نظام الطاقة اليوم. وجود الابتدائية المنتج يدعم النشر المبكر “.
وفقا لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية ، “يعتمد تحقيق أهداف التركيز المنخفض (450 جزء في المليون) بشكل كبير على استخدام BECCS”.
الطاقة الحيوية
خيارات القياس
غالباً ما ينظر إلى الطاقة الحيوية كبديل محتمل على نطاق واسع “للكربون المحايدة” للوقود الأحفوري. على سبيل المثال ، تعتبر وكالة الطاقة الدولية الطاقة الحيوية كمصدر محتمل لأكثر من 20٪ من الطاقة الأولية بحلول عام 2050 ، ويقيّم تقرير من أمانة اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ إمكانات الطاقة الحيوية في 800 exadjoules في السنة (EJ / year) ، والتي تفوق بشكل كبير استهلاك الطاقة العالمي الحالي. في الوقت الحاضر ، تستخدم البشرية حوالي 12 مليار طن من الكتلة الحيوية النباتية في السنة (تقليل الكتلة الحيوية المتاحة للنظم الإيكولوجية الأرضية بنسبة 23.8 ٪) ، طاقتها الكيميائية 230 EJ فقط. لا تزيد الممارسات القائمة للزراعة والغابات من إجمالي إنتاج الكتلة الحيوية على كوكب الأرض ، وإنما تعيد توزيعه فقط من النظم البيئية الطبيعية لصالح الاحتياجات البشرية. الرضا على حساب الوقود الحيوي مع 20-50 ٪ من متطلبات الطاقة يعني زيادة في كمية الكتلة الحيوية المنتجة على الأراضي الزراعية بنسبة 2 إلى 3. جنبا إلى جنب مع هذا ، سيكون من الضروري توفير الغذاء للسكان المتزايدة. وﻓﻲ اﻟوﻗت ﻧﻔﺳﮫ ، ﯾؤﺛر اﻟﻣﺳﺗوى اﻟﺣﺎﻟﻲ ﻣن اﻹﻧﺗﺎج اﻟزراﻋﻲ ﺑﺎﻟﻔﻌل ﻋﻟﯽ 75 ٪ ﻣن ﺳطﺢ اﻷرض ﺧﺎﻟﻲ ﻣن اﻟﺻﺣﺎر واﻷﻧﮭﺎر اﻟﺟﻟﯾدﯾﺔ ، ﻣﻣﺎ ﯾؤدي إﻟﯽ ﺿﻐوط ﺷدﯾدة ﻋﻟﯽ اﻟﻧظم اﻟﺑﯾﺋﯾﺔ واﻧﺑﻌﺎﺛﺎت ﮐﺑﯾرة ﻣن ﺛﺎﻧﻲ أﮐﺳﯾد اﻟﮐرﺑون. وبالتالي فإن القدرة على تلقي كميات كبيرة من الكتلة الحيوية الإضافية في المستقبل هي إشكالية كبيرة.
“حياد الكربون” للطاقة الحيوية
تستند BECCS على فكرة أن الطاقة الحيوية تمتلك خاصية “حياد الكربون” ، أي أن الحصول على الطاقة من النباتات لا يؤدي إلى إضافة CO 2 إلى الغلاف الجوي. هذا الرأي منتقد من قبل العلماء ، ولكنه موجود في الوثائق الرسمية للاتحاد الأوروبي. على وجه الخصوص ، فإنه يكمن وراء التوجيه حول زيادة حصة الطاقة الحيوية إلى 20 ٪ والوقود الحيوي في النقل إلى 10 ٪ بحلول عام 2020. في الوقت نفسه ، هناك مجموعة متزايدة من الأدلة العلمية التي تشكك في هذه الأطروحة. تعني زراعة النباتات لإنتاج الوقود الحيوي أنه يجب إزالة الأرض وتحريرها من الغطاء النباتي الذي يمكن أن يزيل الكربون من الغلاف الجوي بشكل طبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من مراحل عملية إنتاج الوقود الحيوي تؤدي أيضًا إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. إن تشغيل المعدات ، والنقل ، والمعالجة الكيميائية للمواد الخام ، وإزعاج غطاء التربة ، يصاحبها حتمًا غازات انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. قد يكون التوازن النهائي في بعض الحالات أسوأ من حرق الوقود الأحفوري. وهناك خيار آخر للطاقة الحيوية يتضمن الحصول على الطاقة من النفايات المختلفة للزراعة ، والنجارة ، وما إلى ذلك. ويعني إزالة هذه النفايات من البيئة المستقبلة ، حيث يمكن خلال الكارثة الطبيعية أن يدخل الكربون الموجود فيها إلى التربة أثناء عملية الاضمحلال. . بدلا من ذلك ، يتم إطلاقه في الغلاف الجوي عند حرقه.
تقدم التقييمات المتكاملة لتكنولوجيات الطاقة الحيوية المبنية على دورة الحياة مجموعة واسعة من النتائج اعتمادا على ما إذا كانت التغييرات المباشرة أو غير المباشرة في استخدام الأراضي تؤخذ في الاعتبار ، وإمكانية الحصول على المنتجات الثانوية (على سبيل المثال ، أعلاف الماشية) والدفيئة دور أكسيد النيتروز من إنتاج الأسمدة وعوامل أخرى. وفقا ل Farrell وآخرون. (2006) ، كان انبعاث الوقود الحيوي من محاصيل الحبوب أقل بنسبة 13٪ من البنزين التقليدي. تظهر دراسة أجرتها وكالة حماية البيئة الأمريكية أنه مع وجود أفق زمني يبلغ 30 عامًا ، يعطي وقود الديزل الحيوي من الحبوب مقارنة بالوقود التقليدي نطاقًا من تخفيض بنسبة 26٪ إلى زيادة في الانبعاثات بنسبة 34٪ اعتمادًا على الافتراضات التي تم إجراؤها.
“ديون الكربون”
يرتبط استخدام الكتلة الحيوية في صناعة الطاقة الكهربائية بمشكلة أخرى تتعلق بحياد الكربون ، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للوقود الحيوي في مجال النقل. كقاعدة عامة ، نحن نتحدث في هذه الحالة عن حرق الأخشاب. يدخل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن حرق الخشب الغلاف الجوي مباشرة في عملية الاحتراق ، ويحدث استخلاصه من الغلاف الجوي مع نمو الأشجار الجديدة لعشرات ومئات السنين. عادة ما تسمى هذه الفجوة الزمنية “ديون الكربون” ، للغابات الأوروبية تصل إلى مائتي سنة. وبسبب هذا ، لا يمكن تحقيق “حياد الكربون” من الخشب كوقود حيوي على المدى القصير والمتوسط ، في حين تشير نتائج النمذجة المناخية إلى الحاجة إلى خفض سريع في الانبعاثات. استخدام الأشجار سريعة النمو مع استخدام الأسمدة وغيرها من أساليب الزراعة الصناعية يؤدي إلى استبدال الغابات بمزارع تحتوي على كميات أقل من الكربون مقارنة بالنظم الإيكولوجية الطبيعية. ويؤدي إنشاء هذه المزارع إلى فقدان التنوع البيولوجي ونضوب التربة وغير ذلك من المشاكل البيئية ، مثل عواقب انتشار الزراعات الأحادية.
الآثار المترتبة على النظم البيئية
وفقا لدراسة نشرت في مجلة ساينس العلمية ، فإن إدخال انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الوقود الأحفوري ، مع تجاهل انبعاثات الوقود الحيوي ، سيزيد من الطلب على الكتلة الحيوية ، والتي بحلول عام 2065 ستحول تقريبا جميع الغابات الطبيعية المتبقية والمروج ومعظم النظم البيئية الأخرى إلى مزارع الوقود الحيوي. يتم بالفعل تدمير الغابات للوقود الحيوي. الطلب المتزايد على الكريات يؤدي إلى توسيع التجارة الدولية (في المقام الأول مع الإمدادات إلى أوروبا) ، مما يهدد الغابات في جميع أنحاء العالم. على سبيل المثال ، تخطط شركة Drax للطاقة الإنجليزية لإنتاج نصف طاقتها البالغة 4 جيجاوات من الوقود الحيوي. وهذا يعني الحاجة إلى استيراد 20 مليون طن من الخشب سنوياً ، وهو ضعف ما يتم حصاده في المملكة المتحدة نفسها.
ربحية الطاقة من الوقود الحيوي
تعتمد قدرة الوقود الحيوي على العمل كمصدر أساسي للطاقة على كفاءة الطاقة ، أي نسبة الطاقة المفيدة المتلقاة إلى الطاقة المستهلكة. تمت مناقشة توازن الطاقة من إيثانول الحبوب في Farrell et al. (2006). توصل المؤلفون إلى استنتاج مفاده أن الطاقة المستخرجة من هذا النوع من الوقود أعلى بكثير من استهلاك الطاقة لإنتاجه. من ناحية أخرى ، أثبت بيمنتل وباتريك أن تكاليف الطاقة تزيد بنسبة 29٪. ويرجع هذا التباين بشكل رئيسي إلى تقييم دور المنتجات الثانوية ، والتي يمكن ، وفقًا لتقديرات متفائلة ، أن تستخدم كعلف للماشية وتقليل الحاجة إلى إنتاج فول الصويا.
التأثير على الأمن الغذائي
وبما أن إنتاج الوقود من الطحالب لا يمكن إخراجه من المختبرات على الرغم من سنوات من الجهد والاستثمار الكبير ، فإن الوقود الحيوي يتطلب إزالة الأراضي الزراعية. ووفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية لعام 2007 ، فإن الإنتاج السنوي لـ 1 EJ من طاقة النقل بالوقود الحيوي يتطلب 14 مليون هكتار من الأراضي الزراعية سنويًا ، أي 1٪ من وقود النقل يتطلب 1٪ من الأراضي الزراعية.
عزل الكربون وتخزينه
أساسيات فيزيائية
الطريقة الرئيسية لتخزين الكربون وتخزينه هي حقنه في باطن الأرض. مع الأخذ بعين الاعتبار الخواص الفيزيائية لثاني أكسيد الكربون والانحدار الحراري الأرضي بعمق الحقن بأكثر من 750 متر ، فإن ثاني أكسيد الكربون سيكون ، كقاعدة عامة ، في حالة فوق الحرجة. كثافة ثاني أكسيد الكربون المحقون في الانتقال إلى الحالة فوق الحرجة هي 660 كجم / م 3 ، مع زيادة في عمق الحقن ، يزيد. وفقا ل ZEP ، 90 ٪ من جميع الاحتمالات للتخلص من CO 2 توفر طبقات المياه الجوفية المالحة في أحشاء الأرض مليئة بمحلول ملحي ، وفي بعض الحالات من الممكن استخدام حقول النفط والغاز المتقدمة.
حقن ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض يؤدي إلى تورم سطح الأرض فوق موقع الحقن ، والذي يمكن ملاحظته من الأقمار الصناعية.وهناك طريقة أخرى للتحكم في سلوك ثاني أكسيد الكربون في موقع التخزين وهي الاختبارات الزلزالية ، حيث يتم تسجيل وتحليل موجات موجات الأرض الناتجة عن انفجار رسوم اختبار الديناميت أو مولدات الموجات الزلزالية الخاصة. دقة طرق الرقابة الحالية ليست كافية لتقييم نجاح المشاريع والكشف عن التسريبات. لا يوجد حاليا أي نموذج موثوق للتفاعل بين ثاني أكسيد الكربون والمحلول الملحي والصخور ، لذلك من المستحيل التنبؤ بشكل مؤكد بالآثار الفيزيائية والكيميائية لهذا التفاعل. وهذا يؤدي إلى عدم اليقين في تقييم النتائج طويلة الأجل للتخلص من ثاني أكسيد الكربون. ومن المعروف أن تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع محلول ملحي يعطي الخصائص الحمضية الأخيرة ، مما يؤدي إلى حل الكربونات في “الدرع” المعدنية ، وكذلك لتآكل السيليكات. يمكن أن تؤدي التفاعلات الكيميائية التي تشمل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج والصخور إلى نشوء مناطق عالية النفاذية ، مما يؤدي إلى مزيد من التسرب التدريجي لثاني أكسيد الكربون. لوحظت ظاهرة مماثلة خلال تجربة حقن ثاني أكسيد الكربون في تشكيل فريو على ساحل الخليج في الولايات المتحدة. إن الحل لمسألة ملاءمة “الدرع” المعدني لحصر ثاني أكسيد الكربون المحتجز يتطلب كمية كبيرة من الفحوصات والتجارب. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تحديد خصائص القوة والتشوه للتشكيلات الصخرية ، بما في ذلك التنوي ، والتطور والتفاعل بين الفجوات والشقوق ، أمر صعب للغاية ، وأي مستوى من تغلغل ثاني أكسيد الكربون من خلال عيوب الطبقة العليا من المعادن فوقه يمثل تهديدًا محتملاً للبيئة. “السلوك” الجيوكيميائي لثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة في التكوينات الجيولوجية عند درجة حرارة عالية وضغط ضئيل. إمكانيات الاختبارات التجريبية في الظروف المعاد تصنيعها اصطناعيًا محدودة بسبب صعوبة استقراء نتائج هذه الاختبارات على مقياس زمني على الأقل لعدة عقود. من المعروف أن الأسمنت البورتلاندي العادي لا يمكنه تحمل مثل هذه الظروف.
تقديرات توافر مكان مناسب في التكوينات الجيولوجية
هناك اعتراض على الرأي السائد بأن هناك مساحة كافية في أعماق التخلص من ثاني أكسيد الكربون من قبل مؤلفي البحث في مجلة Economides 2010. ويشيرون إلى أن النهج التحليلي يسيطر في الأدبيات ، التي تنص على أن الضغط على حدود لا يتغير الخزان أثناء حقن ثاني أكسيد الكربون ، فهناك سعة دبابة تؤخذ ضمنًا لتكون لانهاية. هذا يجعل الحسابات ملائمة ، ولكن يمكن أن يؤدي إلى استنتاجات غير صحيحة. في الواقع ، لا يمكن أن يكون ثبات الضغط ممكنا إلا إذا كان المستودع يتواصل مع سطح الأرض أو قاع المحيط ، وهو ما يجعله ، حسب المؤلفين ، غير مناسب لحقن ثاني أكسيد الكربون. في هذه الورقة ، تم اقتراح نموذج تحليلي لخزان مغلق ، والحسابات التي تتم على أساسها تسمح لنا بتقييم السعة المتاحة للتشكيلات الجيولوجية المعروفة. تختلف النتائج بشكل كبير من 1-4٪ المقدرة من حجمها المسامي في الأدبيات ، ويتم التعرف على 1٪ كحد أعلى ، والقيمة المحتملة للسعة هي 0.01٪ ، مما يؤدي إلى استنتاج المؤلفين أن CFS هو عمليًا غير مجدية كطريقة لخفض الانبعاثات. يذكر المؤلفون أيضًا بعض البيانات من مشروع سليبنر الحالي. بيكل وآخرون. ويشير عام 2007 إلى أن الانتشار الشعاعي لثاني أكسيد الكربون تحول إلى أقل من المتوقع بكثير ، مع اختراق كبير لثاني أكسيد الكربون في الطبقات العليا من الصخور الكاسحة. تسببت نتائج مجلة Economides 2010 في رد فعل سلبي للغاية من الباحثين المشاركين في مشاريع البيان العملي للتخلص من CO 2 . تذكر المنظمة الأوروبية الرائدة في هذا المجال ، في ردها الرسمي ، أن “الدبابات عادة ما تكون لها حدود مفتوحة ، لذا يمكن أن تتدفق تدفقات المياه منها في اتجاه أفقي ورأسي” دون أي ضرر للحفاظ على ثاني أكسيد الكربون المحقون. علاوة على ذلك ، فإن تنقل ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجيولوجية هو ، في رأيهم ، مفيدًا لربطه من خلال الآليات الفيزيائية والكيميائية التي كانت نشطة لمئات وآلاف السنين. من ناحية أخرى ، في الأدب العلمي ، فإن فكرة الإغلاق كممتلكات ضرورية من الخزانات الجوفية واسعة الانتشار. على سبيل المثال ، يشير Shukla وزملاؤه ، في استعراضه للأعمال العلمية على CFS ، إلى أن “التخزين الفعال طويل الأجل لثاني أكسيد الكربون ممكن فقط إذا كان موقع التخزين شاسعًا إلى حد بعيد وعزلاً ، وصخور الخزان في الخزان لديهم خصائص احتفاظ كافية. وينبغي أن تمنع تشكيلات النفاذية المنخفضة هذه هجرة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة من المستودع أو احتمال تلوثه المحتمل على السطح. ”
نتائج المشاريع التوضيحية
المركز الرائد في العالم في إنشاء مشاريع تجريبية للجنة الأمن الغذائي العالمي هو النرويج. يعمل أحد المشروعات الكبيرة (سليبنر) منذ عام 1996 ، وكان من المخطط افتتاح مشروع آخر في مانجستات. يتم تحديد خيارات التمويل من خلال ضريبة الكربون في النرويج. تم تنفيذ المشروع في مانجستات مع صعوبات وتأخير كبيرة ، وتجاوزت التكاليف المالية التقديرات الأولية بمقدار 10 مرات. في سبتمبر 2013 ، تم إغلاقه في النهاية.
يعمل مشروع سليبنر في بحر الشمال على منصات بحرية على بعد 250 كم قبالة ساحل النرويج. تم إطلاقه في أكتوبر 2006 ، ويتم ضخ حوالي مليون طن من ثاني أكسيد الكربون المنفصل عن الغاز الطبيعي في أحشاء الأرض. يتم تنفيذ الحقن من خلال واحد إلى عمق حوالي 1000 متر. يدخل ثاني أكسيد الكربون طبقة المياه الجوفية من الحجر الرملي التي يبلغ سمكها حوالي 200 متر. أجريت اختبارات زلزالية في الأعوام 1999 و 2001 و 2002. وكانت نتائجها محيرة ، حيث تبين أن التوزيع الأفقي لثاني أكسيد الكربون كان أقل بكثير مما كان متوقعًا ، وتم الحصول على اتفاق جيد مع النظرية مع كمية ثاني أكسيد الكربون في أعماق 19 النسبة المئوية للتحميل. أوضح بيتر هوجان ، مدير المعهد الجيوفيزيائي (جامعة بيرجن) الأسباب المحتملة: “بدأت الطبقات بالفعل في ملء. تسرب يحدث من خلال طبقات رقيقة من الارجيلة. تتطلب موافقة بيانات القياس والنموذج النظري إما التعرف على قدرة اختراق CO2 بمقدار ترتيب أقل من قياسنا للعينات الأساسية ، أو يجب أن نفترض أن سمك طبقة CO 2 من الملاحظات الزلزالية مفرط. ومن الممكن أيضًا أن يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون منخفضًا ولم يعد في مكان التخزين. “في وقت لاحق ، تم اكتشاف خطأ غير معروف سابقا في التكوينات الجيولوجية في قاع البحر على بعد 25 كيلومترا من موقع الحقن ، والغازات الناشئة من ذلك. ومع ذلك ، يجد الباحثون أنه من غير المحتمل حدوث تسرب من خزان سليبنر من خلال هذا الصدع.
بدأ المشروع في صلاح في الجزائر ، ثاني أكبر مشروع بعد سليبنر النرويجية ، عملياته في عام 2004. تم التخلص من ثاني أكسيد الكربون ، وفصله عن الغاز الطبيعي في عملية تحضيره للتسليم إلى المستهلك. عملت ما مجموعه 3 آبار ، وكان عمق الدفن 1800 م. تم إيقاف حقن ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض في عام 2011 ، وتم دفن 4 ملايين طن في الإجمالي. تم العثور على تدمير أولية لغطاء الصخور واختراق CO 2 أقرب إلى السطح. يتم إصلاح هذه العملية عن طريق المراقبة عبر الأقمار الصناعية. يتم التعرف على التكسير الهيدروليكي غير المقصود أثناء عملية الحقن ، على غرار ما يحدث في إنتاج النفط ، كآلية محتملة للتدمير.
مشروع السد الحدودي هو ترقية إلى واحدة من وحدات الطاقة التي تعمل بالفحم في مقاطعة ساسكاتشوان الكندية ، حيث قامت بتركيب معدات لالتقاط 90٪ من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن وحدة الطاقة أثناء احتراق الوقود ، والذي يتم استخدامه لاحقًا الاستخلاص المعزز للنفط. أعلنت أنها ستستحوذ على مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا ، وقدرة الوحدة تبلغ 110 ميجاوات (قبل تحديث 139 ميجاوات). يشير المنتقدون إلى أنه لن يبقى أكثر من نصف ثاني أكسيد الكربون المحتجز في الأرض بسبب التسربات في مرحلة الاستخلاص المعزز للنفط. تم تشغيل المرفق في أكتوبر 2014 ، ليصبح المثال الأول لاستخدام SHU في محطة لتوليد الطاقة بالفحم. في عام 2015 ، صرحت الوثيقة الداخلية لشركة الطاقة “عيوب التصميم الجدية” لنظام الالتقاط ، مما أدى إلى إخفاقات نظامية وأعطال ، وكانت النتيجة أن هذا النظام لم يعمل أكثر من 40٪ من الوقت. الشركة – المطور ، وفقا لنفس الوثيقة ، “ليس لديه الرغبة ولا القدرة” للقضاء على هذه العيوب “الأساسية” التصميم. كانت شركة الكهرباء غير قادرة على الوفاء بالتزاماتها لتوريد ثاني أكسيد الكربون إلى صناعة النفط ، واضطرت إلى تعديلها ودفع غرامة. انتقد عدد من وسائل الإعلام الرسمية الجانب الاقتصادي للمشروع في منشوراتها. ويشير النقاد إلى أن دافعي الضرائب والمستهلكين للكهرباء سيضطرون إلى تحمل تكاليف أكثر من مليار دولار كندي ، في حين أن هناك بديلاً أرخص بكثير في شكل مولدات الرياح. وفي الوقت نفسه ، فإن المشروع مربح لشركة نفطية تتلقى ثاني أكسيد الكربون من أجل الاستخلاص المعزز للنفط.
نطاق البنية التحتية والتوقيت
ويقدر عالم المناخ آندي سكوس حجم تخزين ثاني أكسيد الكربون المطلوب والبنية التحتية اللازمة لذلك في إطار السيناريو من Van Vuuren et al. (2011). عندما حرق الوقود الأحفوري أنتج ثاني أكسيد الكربون في كمية 2.8 – 3.7 كتلة من الوقود. تظهر الحسابات كتلة ضخمة من ثاني أكسيد الكربون ، والتي يجب وضعها سنوياً في مواقع الدفن بحلول نهاية القرن: حوالي أربع كتل من الوقود الأحفوري المستخرج في عام 2000. نظراً لكثافة ثاني أكسيد الكربون ، عندما يتم دفنها في أعماق 0.6 غم / سم 3 ، وهذا يتطلب حقن حجم بحيرة Erieunderground كل 7 – 8 سنوات. وبما أنه لا توجد فراغات من هذا الحجم في الأعماق ، فإن السوائل الموجودة هناك (معظم الحلول الملحية) ستضطر إلى الخروج إلى السطح ، مما سيؤدي إلى عواقب وخيمة. وبالإضافة إلى ذلك ، فإن مواقع الدفن بهذه المقاييس لا بد أن تكون أبعد ما تكون عن المثالية للخصائص الجيولوجية ، مما سيزيد التكاليف ويؤدي إلى مخاطر إضافية. إذا أخذنا على أساس القيمة 2 مليون طن في السنة ، ثم بدءاً من عام 2030 ، فمن الضروري تكليف أحد هذه المشاريع في اليوم لمدة 50 سنة. عند سعر 50 دولار للطن ، بحلول نهاية القرن سوف تصل النفقات إلى 2 تريليون دولار فلكي. في السنة. ووفقاً لصاحب البلاغ ، ليس من الحكمة أن نأمل في تنفيذ مثل هذه الخطط.استنتاجات مماثلة يأتي الأستاذ فاكلاف Zmil. ووفقا له ، فإن احتجاز عُشر الانبعاثات العالمية الحالية من ثاني أكسيد الكربون (أقل من الجيل الثالث) يتطلب إنشاء صناعة عالمية قادرة على ضخ الغاز المضغوط تحت سطح الأرض أكبر من أو يساوي البنية التحتية العالمية الحالية لإنتاج النفط التي نشأت فوق مئة عام. في الوقت نفسه ، على عكس صناعة النفط ، التي كانت لها مصلحة اقتصادية واضحة في استثمارات ضخمة في بنيتها التحتية ، فإننا نتحدث عن التمويل على حساب دافعي الضرائب في البلدان الغنية ، وفي وقت أقصر بكثير. التقديرات المذكورة أعلاه لحجم البنية التحتية تقريبية ، لأنها تستند فقط إلى تقدير لحجم ثاني أكسيد الكربون المحقون ، لا يتم أخذ قضية البنية التحتية الخاصة بها في عملية إنشائها وتشغيلها في الحسبان.
الانبعاث السلبي
النداء الرئيسي ل BECCS هو قدرته على إحداث انبعاثات سلبية من CO 2 . إن امتصاص ثاني أكسيد الكربون من مصادر الطاقة الحيوية يزيل بشكل فعال ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
تستمد الطاقة الحيوية من الكتلة الحيوية التي تعد مصدرا للطاقة المتجددة وتعمل كمغسلة للكربون خلال نموها. أثناء العمليات الصناعية ، تقوم الكتلة الحيوية التي تحرق أو تعالج بإعادة إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وبالتالي ، فإن العملية تؤدي إلى انبعاث صفر صافٍ من ثاني أكسيد الكربون ، على الرغم من أنه قد يتم تغيير ذلك بشكل إيجابي أو سلبي اعتمادًا على انبعاثات الكربون المرتبطة بنمو الكتلة الحيوية والنقل والمعالجة ، انظر أدناه في اعتبارات بيئية. تخدم تكنولوجيا احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) اعتراض إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وإعادة توجيهه إلى مواقع تخزين جيولوجية. لا يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون مع منشأ الكتلة الحيوية فقط من محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الحيوي ، ولكن أيضًا أثناء إنتاج اللب المستخدم في صناعة الورق وفي إنتاج الوقود الحيوي مثل الغاز الحيوي والبيوإيثانول. يمكن أيضًا استخدام تقنية BECCS في مثل هذه العمليات الصناعية.
يقال إنه من خلال تكنولوجيا BECCS ، يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجيولوجية لفترات طويلة جدًا ، على سبيل المثال ، لا تخزن الشجرة إلا الكربون خلال عمرها. في تقريرها عن تكنولوجيا احتجاز الكربون وتخزينه ، تقول الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ إن أكثر من 99٪ من ثاني أكسيد الكربون الذي يتم تخزينه من خلال العزل الجيولوجي من المرجح أن يبقى في مكانه لأكثر من 1000 عام. في حين أن الأنواع الأخرى من أحواض الكربون مثل المحيط والأشجار والتربة قد تنطوي على خطر حدوث ردود فعل سلبية في درجات الحرارة المرتفعة ، فمن المرجح أن توفر تكنولوجيا BECCS دوما أفضل من خلال تخزين ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجيولوجية.
يعتقد أن كمية ثاني أكسيد الكربون التي تم إطلاقها حتى الآن أكثر من أن تكون قادرة على امتصاصها بواسطة المصارف التقليدية مثل الأشجار والتربة للوصول إلى أهداف منخفضة الانبعاثات. بالإضافة إلى الانبعاثات المتراكمة في الوقت الحالي ، ستكون هناك انبعاثات إضافية كبيرة خلال هذا القرن ، حتى في أكثر السيناريوهات انبعاثات منخفضة الطموح. ولذلك اقترح BECCS كتكنولوجيا لعكس اتجاه الانبعاثات وخلق نظام عالمي للانبعاثات السلبية الصافية. وهذا يعني أن الانبعاثات لن تكون صفرية فحسب ، بل سالبة ، بحيث لا يتم خفض الانبعاثات فقط ، بل الكمية المطلقة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
الوضعية
| مصدر | مصدر ثاني أكسيد الكربون | قطاع |
|---|---|---|
| محطات توليد الطاقة الكهربائية | ينتج عن احتراق الكتلة الحيوية أو الوقود الحيوي في مولدات تعمل بالبخار أو الغاز ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي | طاقة |
| محطات الطاقة الحرارية | ينتج عن احتراق الوقود الحيوي لتوليد الحرارة ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. عادة ما تستخدم للتدفئة الحي | طاقة |
| مصانع اللب والورق |
|
صناعة |
| إنتاج الإيثانول | تخمير الكتلة الحيوية مثل قصب السكر والقمح أو الذرة يطلق ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي | صناعة |
| إنتاج الغاز الحيوي | في عملية ترقية الغاز الحيوي ، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون من الميثان لإنتاج غاز عالي الجودة | صناعة |
تقنية
تستخدم التكنولوجيا الرئيسية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من المصادر الحيوية بشكل عام نفس التكنولوجيا مثل التقاط ثاني أكسيد الكربون من مصادر الوقود الأحفوري التقليدية. على نطاق واسع ، توجد ثلاثة أنواع مختلفة من التقنيات: ما بعد الاحتراق ، الاحتراق المسبق ، واحتراق الوقود بالأكسجين.
كلفة
وقدرت الإمكانيات التقنية المستدامة للانبعاثات السالبة الصافية مع BECCS إلى 10 Gt من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنوياً ، مع إمكانية اقتصادية تصل إلى 3.5 Gt من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنوياً بتكلفة تقل عن 50 يورو / للطن ، وتصل إلى 3.9 جيغا طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنوياً بتكلفة تقل عن 100 يورو / طن.
في الوقت الحالي ، فإن معظم أنظمة BECCS التخطيطية لا تتسم بالكفاءة من حيث التكلفة مقارنةً مع نظام CCS العادي. وتشير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ إلى أن تقديرات تكلفة BECCS تتراوح بين 60 إلى 250 دولارًا لكل طن من CO 2 . من ناحية أخرى ، انخفضت تكاليف “CCS” العادية (من الفحم وتجهيز الغاز الطبيعي) إلى أقل من 35 دولارًا للطن الواحد. مع اختبار محدود على نطاق واسع ، تواجه BECCS العديد من التحديات لتكون بديلاً مالياً.
سياسات
استناداً إلى اتفاقية بروتوكول كيوتو الحالية ، لا تنطبق مشاريع احتجاز الكربون وتخزينه كأداة لتخفيض الانبعاثات لاستخدامها في آلية التنمية النظيفة (CDM) أو لمشاريع التنفيذ المشترك (JI). إن إدراك تكنولوجيات احتجاز الكربون وتخزينه كأداة لتخفيض الانبعاثات أمر حيوي لتنفيذ مثل هذه المصانع حيث لا يوجد دافع مالي آخر لتنفيذ هذه الأنظمة. كان هناك دعم متزايد لجعل احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه BECCS في البروتوكول. كما أجريت دراسات محاسبية حول كيفية تنفيذ ذلك ، بما في ذلك BECCS.
الاقتصاد التقني من BECCS ومشروع TESBiC
تم تنفيذ التقييم التقني والاقتصادي الأكبر والأكثر تفصيلاً لـ BECCS من خلال ابتكارات cmcl ومجموعة TESBiC (دراسة اقتصادية-اقتصادية للكتلة الحيوية إلى CCS) في عام 2012. أوصى هذا المشروع بمجموعة واعدة من تكنولوجيات توليد الطاقة باستخدام الوقود الحيوي مقترنة بالكربون التقاط وتخزين (CCS). نتائج المشروع تؤدي إلى “خريطة طريق” CCS “الكتلة الحيوية” مفصلة للمملكة المتحدة.
اعتبارات بيئية
بعض الاعتبارات البيئية وغيرها من المخاوف بشأن تنفيذ BECCS على نطاق واسع هي مماثلة لتلك التي CCS. ومع ذلك ، فإن الكثير من النقد تجاه CCS هو أنه قد يعزز الاعتماد على الوقود الأحفوري المستنفد وتعدين الفحم الغازية بيئيا. هذا ليس هو الحال مع BECCS ، لأنها تعتمد على الكتلة الحيوية المتجددة. غير أن هناك اعتبارات أخرى تنطوي على BECCS وهذه الاهتمامات مرتبطة باحتمال زيادة استخدام الوقود الحيوي.
يخضع إنتاج الكتلة الحيوية لمجموعة من قيود الاستدامة ، مثل: ندرة الأراضي الصالحة للزراعة والمياه العذبة ، وفقدان التنوع البيولوجي ، والتنافس مع إنتاج الغذاء ، وإزالة الغابات وندرة الفوسفور. من المهم التأكد من استخدام الكتلة الحيوية بطريقة تزيد من منافع الطاقة والمناخ.كان هناك نقد لبعض سيناريوهات نشر BECCS المقترحة ، حيث سيكون هناك اعتماد شديد جدا على زيادة مساهمة الكتلة الحيوية.
سوف تكون هناك حاجة لمساحات كبيرة من الأراضي لتشغيل BECCS على نطاق صناعي. لإزالة 10 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون ، ستكون هناك حاجة إلى 300 مليون هكتار من مساحة الأرض (أكبر من الهند). ونتيجة لذلك ، تخاطر BECCS باستخدام الأراضي التي يمكن أن تكون أكثر ملاءمة للزراعة وإنتاج الغذاء ، وخاصة في البلدان النامية.
قد يكون لهذه الأنظمة تأثيرات جانبية سلبية أخرى. غير أنه لا توجد في الوقت الحاضر حاجة إلى التوسع في استخدام الوقود الحيوي في تطبيقات الطاقة أو الصناعة للسماح بنشر نظام BECCS. يوجد اليوم بالفعل انبعاثات كبيرة من مصادر نقطية لثاني أكسيد الكربون المشتق من الكتلة الحيوية ، والتي يمكن استخدامها في BECCS. على الرغم من ذلك ، في احتمالية تطوير سيناريوهات الطاقة الحيوية المستقبلية ، قد يكون هذا اعتبارًا مهمًا.
تسمح عملية BECCS بجمع ثاني أكسيد الكربون وتخزينه مباشرة من الغلاف الجوي ، وليس من مصدر أحفوري. وهذا يعني أن أي انبعاثات من التخزين قد يتم إعادة تجميعها واستعادتها بمجرد تكرار عملية BECCS. هذا غير ممكن مع CCS بمفرده ، لأن ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي لا يمكن استعادته عن طريق حرق المزيد من الوقود الأحفوري باستخدام CCS.
خطر الحوادث والحوادث
لا يمكن ضمان موثوقية مواقع التخلص من ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل. يقدم الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ ، في ورقته بشأن CFS ، رسمًا مبسطًا لتدفق ثاني أكسيد الكربون عند دفنه ، بما في ذلك أنواع مختلفة من التسريبات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك خطر من تعطل سلامة الهياكل الجيولوجية التي تحتفظ ب CO2 نتيجة للزلازل وأنواع أخرى من النشاط التكتوني. يمكن أن يؤدي الضغط المرتفع لحقن ثاني أكسيد الكربون إلى نشاط زلزالي في منطقة التخلص. إن خطر كسر خصائص العزل في المستودع بغير قصد بسبب تقلبات الضغط فيه يستحق عناية خاصة. قد يكون الإفراج السريع عن كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون خطيراً. التركيز في الهواء بنسبة 3 ٪ هو سامة ، 20 ٪ تؤدي إلى الموت بسرعة. يتفاقم الخطر على الناس بسبب حقيقة أن ثاني أكسيد الكربون أثقل من الهواء ويميل إلى التراكم في الجزء السفلي من المساحة المتاحة له.
بالفعل ، هناك أمثلة لمقاومة المجتمع المحلي لخطط دفن ثاني أكسيد الكربون. في جرينفيل ، أوهايو ، الولايات المتحدة ، نجح السكان المحليون في معارضة خطط تخزين ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض. في ألمانيا ، منع المحتجون من الوصول إلى منتجع سيلت في بحر الشمال لفت الانتباه إلى خطط نقل ثاني أكسيد الكربون للدفن تحت قاع البحر. في بارندريخت ، هولندا ، قوبلت خطط دفن ثاني أكسيد الكربون في حقل غاز متطور تحت المدينة برفض حاسم دفع الحكومة ليس فقط لإغلاق هذا المشروع ، ولكن أيضا لوقف جميع المشاريع المماثلة في هولندا.
المشاريع الحالية
وتشمل معظم مشاريع احتجاز ثاني أكسيد الكربون إضافة التقاط إلى محطة طاقة قائمة ، عادة ما يكون الفحم أو وقودًا أحفوريًا آخر. مع الالتقاط الكامل ، ستكون هذه العمليات محايدة الكربون. ديكاتور ، إلينوي في الولايات المتحدة لديها العديد من نباتات الذرة التي يديرها آرتشر دانييلز ميدلاند (ADM) ، حيث تتم معالجة الذرة إلى شراب والإيثانول. ينبعث المصنع كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي لهذه العملية. مع تركيب CCS ، يصبح النبات مثاليًا كربونًا سلبيًا ، لأن الذرة تمتص ثاني أكسيد الكربون عندما ينمو ، ويتم التقاط كل ثاني أكسيد الكربون الناتج أثناء المعالجة والتقاطها في الحجر الرملي Mount Simon. لا يمكن أن يكون المشروع سلبيًا تمامًا للكربون ، حيث يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أثناء احتراق الإيثانول الذي يتم إنتاجه. هذا المشروع هو واحد من مشاريع CCS الوحيدة المستخدمة لعدم اقترانه مع EOR. يعتبر حوض جنوب إلينوي واحدًا من أفضل مواقع الحقن ، نظرًا لتكوينه وعمقه من الحجر الرملي (يقع موقع الحقن على عمق 2000 متر تحت سطح الأرض) ، فضلاً عن قدرته المحتملة (سعة تخزين مشروع الجيولوجي من 27 إلى 10 جيغا طن من ثاني أكسيد الكربون) .