الحد من تلوث الفحم

قبل احتراقه، يمكن تنظيف الفحم بالوسائل الفيزيائية والكيميائية.

تتضمن عملية التنظيف الفيزيائي للفحم عادةً عمليات قياس الوزن، وغالبًا ما تُستخدم بالتزامن مع عملية التعويم الرغوي. تزيل هذه العمليات المعادن والمكونات الأخرى غير القابلة للاحتراق من الفحم، مستغلةً كثافتها العالية مقارنةً بكثافته. وتُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع.

يمكن تنظيف الفحم جزئيًا بالمعالجات الكيميائية. وتتلخص الفكرة في استخدام مواد كيميائية لإزالة المكونات الضارة من الفحم، تاركةً المواد القابلة للاحتراق. عادةً ما يتضمن تنظيف الفحم معالجة الفحم المسحوق بالأحماض أو القواعد. هذه التقنية مكلفة، ونادرًا ما تجاوزت مرحلة التجريب. خلال الحرب العالمية الثانية ، أزالت الصناعة الألمانية الرماد من الفحم بمعالجته بحمض الهيدروفلوريك ومواد كيميائية مشابهة. ^{[ 2 ]}

يمكن تصنيف النفايات الناتجة عن احتراق الفحم إلى ثلاث فئات: غازات، وجزيئات، ومواد صلبة (رماد). ويمكن ترشيح المنتجات الغازية وتنقيتها للحد من انبعاث أكاسيد الكبريت _، وأكاسيد _{النيتروجين} ، والزئبق.

• يمكن إزالة _ثاني أكسيد الكبريت عن طريق إزالة الكبريت من غازات المداخن
• يمكن إزالة NO ₂ عن طريق الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR).
• يمكن خفض انبعاثات الزئبق بنسبة تصل إلى 95%. ^{[ 3 ]}

تعمل المرسبات الكهروستاتيكية على إزالة الجسيمات. أما أجهزة التنظيف الرطبة فتستطيع إزالة كل من الغازات والجسيمات.

تتطلب المخلفات الصلبة، رماد الفحم ، مجموعة منفصلة من التقنيات، ولكنها عادةً ما تتضمن دفنها في مكبات النفايات أو بعض أساليب التثبيت. ويؤدي تقليل الرماد المتطاير إلى خفض انبعاثات المواد المشعة .

تتوفر عدة طرق تكنولوجية مختلفة لالتقاط الكربون:

• الاحتجاز قبل الاحتراق – يتضمن هذا تحويل مادة أولية (مثل الفحم) إلى _غاز التخليق ، والذي يمكن تحويله لإنتاج خليط غازي غني بالهيدروجين _وثاني أكسيد الكربون ، حيث يمكن احتجاز _ثاني أكسيد الكربون وفصله ونقله وتخزينه بكفاءة. ^{[ 4 ]} ترتبط هذه التقنية عادةً بتكوينات عملية دورة التغويز المتكاملة المركبة . ^{[ 5 ]}
• التقاط ما بعد الاحتراق - يشير هذا إلى التقاط _ثاني أكسيد الكربون من غازات العادم الناتجة عن عمليات الاحتراق.
• الاحتراق بالأكسجين والوقود - يتم حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم في خليط من غازات المداخن المعاد تدويرها والأكسجين، بدلاً من الهواء، مما يؤدي إلى إزالة النيتروجين إلى حد كبير من غازات المداخن، مما يتيح احتجاز _ثاني أكسيد الكربون بكفاءة وبتكلفة منخفضة . ^{[ 6 ]}

تُستخدم مراقبة الأقمار الصناعية حاليًا للتحقق من صحة البيانات الوطنية، فعلى سبيل المثال، أظهر القمر الصناعي Sentinel-5 Precursor أن سيطرة الصين على _ثاني أكسيد الكبريت لم تكن ناجحة إلا جزئيًا. ^{[ 7 ]} كما كشف أيضًا أن قلة استخدام تقنيات مثل SCR قد أدت إلى ارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد النيتروجين _في جنوب إفريقيا والهند. ^{[ 8 ]}

تم بناء عدد قليل من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم بتقنية دورة التغويز المتكاملة (IGCC) . ورغم أنها تحرق الفحم بكفاءة أعلى وبالتالي تُصدر تلوثًا أقل، إلا أن هذه التقنية لم تثبت جدواها الاقتصادية بشكل عام، باستثناء ربما اليابان، مع أن هذا الأمر مثير للجدل. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يتم تحويل محطة توليد الطاقة التقليدية التي تعمل بالفحم عن طريق حقن _ثاني أكسيد الكربون في كربونات الأمونيوم ، ثم يتم نقلها وترسيبها تحت الأرض (ويُفضل في التربة تحت سطح البحر). ^{[ 23 ]} إلا أن عملية الحقن هذه هي الأكثر تكلفةً على الإطلاق. فإلى جانب تكلفة المعدات وكربونات الأمونيوم، تحتاج محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم أيضًا إلى استخدام 30% من الحرارة المُولدة لإجراء عملية الحقن (حمل طفيلي). وقد أُجريت تجربة عملية في محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم التابعة لشركة أمريكان إلكتريك باور، ماونتينير.

أحد الحلول لتقليل هذا الفقد الحراري/الحمل الطفيلي هو حرق الحمل المسحوق بالأكسجين النقي بدلاً من الهواء . ^{[ 23 ]}

يمكن تجهيز محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم حديثة الإنشاء بتقنية تغويز الفحم قبل احتراقه مباشرةً. وهذا يُسهّل فصل _ثاني أكسيد الكربون عن غازات العادم، مما يُخفض تكلفة العملية. وتُجرى هذه العملية في محطات توليد الطاقة الجديدة التي تعمل بالفحم، مثل محطة " جرين جين " في تيانجين .

منذ عام 2006، أصبحت الصين أكثر دول العالم انبعاثاً _لثاني أكسيد الكربون . ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} ويركز الباحثون في الصين على زيادة كفاءة حرق الفحم لإنتاج طاقة أكبر بكمية أقل من الفحم. ^{[ 30 ]} وتشير التقديرات إلى أن محطات الطاقة الجديدة عالية الكفاءة قادرة على خفض انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون بنسبة 7%، لأنها لن تحتاج إلى حرق كميات كبيرة من الفحم للحصول على نفس كمية الطاقة. ^{[ 30 ]}

اعتبارًا من عام 2019 تكاليف تحديث أنظمة احتجاز الكربون وتخزينه غير واضحة، ويعتمد الجانب الاقتصادي جزئياً على مدى تقدم نظام تداول الكربون الوطني الصيني . ^{[ 31 ]}

أدى التلوث إلى أكثر من 2.3 مليون حالة وفاة مبكرة في الهند عام 2019، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت في مجلة لانسيت. وبلغ عدد الوفيات الناجمة عن تلوث الهواء وحده نحو 1.6 مليون حالة، بينما تجاوزت الوفيات الناجمة عن تلوث المياه 500 ألف حالة. وأشارت الدراسة إلى أن الهند طورت أدوات وصلاحيات تنظيمية للتخفيف من مصادر التلوث، إلا أنه لا يوجد نظام مركزي لإدارة جهود مكافحة التلوث وتحقيق تحسينات ملموسة، مضيفةً أن مستوى التلوث في 93% من البلاد لا يزال أعلى بكثير من إرشادات منظمة الصحة العالمية. ^{[ 32 ]}

في عام 2014، انتهت شركة ساسك باور، وهي شركة كهرباء مملوكة للمقاطعة، من تجديد المرجل رقم 3 في سد باوندري، ليصبح بذلك أول منشأة في العالم لتخزين واحتجاز الكربون بعد الاحتراق. ^{[ 33 ]} بلغت تكلفة مشروع التجديد ما يزيد قليلاً عن 1.2 مليار دولار، ويمكنه تنقية ما يصل إلى 90% من غازات المداخن المنبعثة منه من _ثاني أكسيد الكربون والسموم. ^{[ 33 ]}

في أعقاب الانهيار الكارثي لمحطة فوكوشيما الأولى للطاقة النووية في اليابان، والذي نجم عن زلزال وتسونامي توهوكو عام 2011 ، وما تلاه من معارضة شعبية واسعة النطاق للطاقة النووية ، فضّلت حكومة شينزو آبي بشكل متزايد محطات توليد الطاقة بالفحم عالية الطاقة ومنخفضة الانبعاثات (HELE) لاستعادة القدرة الإنتاجية المفقودة نتيجة الإغلاق الجزئي لمحطات الطاقة النووية في اليابان، ولاستبدال محطات توليد الطاقة القديمة التي تعمل بالفحم والنفط، مع الالتزام بأهداف اتفاقية باريس لخفض الانبعاثات لعام 2030. وقد تم التخطيط لإنشاء 45 محطة طاقة من هذا النوع، يُزعم أنها ستستخدم دورة خلايا الوقود بالتغويز المتكامل ، وهي تطوير لدورة التغويز المتكامل المركبة. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

اعتمدت اليابان مشاريع تجريبية سابقة لمحطات توليد الطاقة بالفحم بتقنية IGCC في أوائل التسعينيات وأواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

في الولايات المتحدة، أشار الرئيس السابق جورج دبليو بوش إلى الفحم النظيف في عدة مناسبات، بما في ذلك خطابه عن حالة الاتحاد عام 2007. وكان موقف بوش هو ضرورة تشجيع تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه كوسيلة لتقليل اعتماد البلاد على النفط الأجنبي.

خلال الحملة الرئاسية الأمريكية لعام 2008 ، أبدى كل من المرشحين جون ماكين وباراك أوباما اهتماماً بتطوير تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه كجزء من خطة طاقة شاملة. كما أن تطوير تقنيات الحد من التلوث من شأنه أن يخلق فرصاً تصديرية للولايات المتحدة أو أي دولة أخرى تعمل على تطويرها.

خصص قانون إعادة الاستثمار والإنعاش الأمريكي 3.4 مليار دولار لتقنيات احتجاز وتخزين الكربون المتقدمة، بما في ذلك المشاريع التجريبية.

صرحت وزيرة الخارجية السابقة هيلاري كلينتون بأنه "ينبغي علينا السعي للحصول على توليد جديد للكهرباء من مصادر أخرى، مثل الفحم النظيف والطاقة المتجددة"، وقال وزير الطاقة السابق الدكتور ستيفن تشو إنه "من المجدي تمامًا الاستثمار في احتجاز الكربون وتخزينه"، مشيرًا إلى أنه حتى لو أدارت الولايات المتحدة وأوروبا ظهرهما للفحم، فمن المرجح أن الدول النامية مثل الهند والصين لن تفعل ذلك.

خلال المناظرة الأولى للانتخابات الرئاسية الأمريكية عام 2012 ، أعرب ميت رومني عن دعمه للفحم النظيف، وادعى أن السياسات الفيدرالية الحالية تعيق صناعة الفحم. ^{[ 36 ]}

خلال فترة ولاية ترامب الأولى ،أُنشئ مكتب إدارة الفحم النظيف والكربون ضمن وزارة الطاقة الأمريكية ، ولكن تم إلغاؤه في عهد إدارة بايدن . وخلال ولاية ترامب الثانية ، أُعيد تأسيس المكتب تحت اسم "مكتب الفحم". ^{[ 37 ]}