تهوية الغاز

يُعرف تصريف الغاز ، أو تحديدًا تصريف الغاز الطبيعي أو تصريف الميثان ، بأنه إطلاق متعمد ومتحكم به للغازات التي تحتوي على الهيدروكربونات الألكانية - وخاصة الميثان - في الغلاف الجوي للأرض. وهو أسلوب شائع للتخلص من الغازات غير المرغوب فيها الناتجة عن استخراج الفحم والنفط الخام . قد تفقد هذه الغازات قيمتها عندما لا يمكن إعادة تدويرها في عملية الإنتاج، أو عندما لا يكون لها منفذ تصدير إلى أسواق المستهلكين، أو عندما تكون فائضة عن الطلب في المدى القريب. وفي الحالات التي تكون فيها الغازات ذات قيمة للمنتج، يمكن أيضًا تصريف كميات كبيرة منها من المعدات المستخدمة في جمع الغاز ونقله وتوزيعه.

يُساهم انبعاث الغازات بشكل كبير في تغير المناخ . ^{[ 1 ] [ 2 ]} ومع ذلك، فإن العديد من الحالات الفردية صغيرة ومتباعدة بما يكفي لاعتبارها "آمنة" فيما يتعلق بالمخاطر الصحية المباشرة. وعادةً ما يتم الحد من الانبعاثات الكبيرة والمركزة باستخدام مشاعل الغاز لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون الأقل ضررًا نسبيًا . ويُعد انبعاث الغازات وحرقها، اللذان يتمان كممارسات روتينية، مُهدرًا بشكل خاص، ويمكن الاستغناء عنهما في العديد من العمليات الصناعية الحديثة، حيث تتوفر خيارات أخرى منخفضة التكلفة لاستخدام الغاز. ^{[ 3 ]}

لا ينبغي الخلط بين تهوية الغاز وأنواع مماثلة من إطلاق الغاز، مثل تلك الناتجة عن:

• تخفيف الضغط الطارئ كطريقة الملاذ الأخير لمنع تلف المعدات وحماية الأرواح، أو
• انبعاثات الغازات المتسربة، وهي تسربات غاز غير مقصودة تحدث في عمليات استخراج الفحم والنفط والغاز، مثل تلك التي تحدث من الآبار المهجورة.

كما يجب عدم الخلط بين تهوية الغاز و"تسرب الغاز" من الأرض أو المحيطات - سواء كان ذلك طبيعياً أو بسبب النشاط البشري.

عادةً ما يصاحب استخراج النفط من الآبار ، حيث يُعدّ الحصول على النفط الخام الهدف المالي الأساسي، وأحيانًا الوحيد، استخراج كميات كبيرة من الغاز المصاحب (أي نوع من الغاز الطبيعي الخام ). وتشير الإحصاءات العالمية لعام 2012 إلى أن غالبية هذا الغاز (58%) أُعيد حقنه للتخزين وللمساعدة في الحفاظ على ضغط البئر، بينما أُرسل 27% منه إلى أسواق الاستهلاك، أما النسبة المتبقية (15%) فقد تم تهويةها أو حرقها بالقرب من موقع البئر. ^{[ 4 ]}

تم حرق 100 مليون طن من الغاز المصاحب المنبعث في مشاعل حول العالم، أي ما يعادل حوالي 3-4% من إجمالي الغاز المنتج من آبار النفط والغاز. ^{[ 4 ]} وقد نتج عن هذا الغاز المحروق ما يقارب 350 مليون طن من انبعاثات غازات الدفيئة المكافئة _لثاني أكسيد الكربون ، مساهماً بنحو 1% من إجمالي 33 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من حرق جميع أنواع الوقود الأحفوري . ^{[ 5 ]} ويجري تطبيق أنظمة استعادة غازات الحرق بشكل متزايد كبديل أكثر جدوى اقتصادياً للحرق _. ^{[ 6 ] : 50-52}

من الأفضل، على الأقل، التخلص من جميع الغازات غير المرغوب فيها في مشاعل الغاز، لكن هذا لم يتحقق عمليًا. فعلى سبيل المثال، تكون كميات الغازات المنبعثة من الآبار الفردية صغيرة جدًا ومتقطعة في بعض الأحيان، وقد تُسبب صعوبات أخرى (مثل التركيزات العالية للملوثات ) تجعل عملية الحرق أكثر صعوبة من الناحيتين التقنية والاقتصادية. كما يستمر الغاز في التصاعد من النفط الخام لفترة من الوقت بعد نقله إلى خزانات التخزين في موقع البئر ونقله إلى مكان آخر. ويمكن أيضًا توجيه هذا الغاز إلى مدخنة الحرق، أو استخدامه، أو تصميمه للتسرب دون أي إجراءات تخفيفية عبر فتحات التهوية أو منظمات الضغط . ^{[ 7 ]}

تشير تقديرات التتبع العالمية الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية خلال عام 2019 إلى انبعاث 32 مليون طن إضافية من غاز الميثان دون أي إجراءات للحد من الانبعاثات، وذلك من جميع عمليات استخراج النفط، بما في ذلك النفط التقليدي البري ، والنفط البحري ، والنفط غير التقليدي ، وأنشطة التكرير والتوزيع . وبإضافة الكمية المنبعثة من مشاعل الغاز غير المكتملة والانبعاثات المتسربة، يصل إجمالي الكمية المقدرة إلى حوالي 37 مليون طن. ^{[ 8 ]}

صرح ماثيو جونسون، من مختبر أبحاث الطاقة والانبعاثات (EER) بجامعة كارلتون في أوتاوا، أونتاريو، كندا، في مقابلة أجريت معه في ديسمبر 2023، بأنه - خلافًا للاعتقاد السائد - يُعدّ تصريف الغازات، لا سيما من منشآت النفط الثقيل المصممة للعمليات الاعتيادية، المصدر الرئيسي لانبعاثات غاز الميثان في صناعة النفط والغاز. ويؤكد جونسون على ضرورة الإسراع في تحديث مواقع النفط والغاز، نظرًا لأن التكاليف المرتبطة بذلك معقولة، استنادًا إلى دراسات مختلفة. وتُقدّر التكلفة التقديرية لتحديث الصناعة بأكملها في كندا بنحو 3.3 مليار دولار بين عامي 2027 و2040 لتطبيق متطلبات تصريف الغازات وحرقها. ^{[ 9 ]} وقال جونسون إنه على الرغم من أن التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري لن يتم "بين عشية وضحاها"، "إلا أنه فيما يتعلق بانبعاثات غاز الميثان، لدينا حلٌّ يمكننا تطبيقه الآن". ^{[ 10 ]} يناقش تقرير صادر عن مختبر أبحاث الطاقة والانبعاثات عام 2023 التحديات التي تواجه تحقيق أهداف خفض انبعاثات غاز الميثان لعام 2030 بموجب التعهد العالمي بشأن الميثان، وذلك بسبب عدم اليقين بشأن مستويات الانبعاثات من عمليات النفط والغاز. ويركز البحث، الذي يتناول مقاطعة ألبرتا الكندية - وهي المقاطعة الكندية التي تضم أكبر صناعة للنفط والغاز - على جرد لانبعاثات الميثان لعام 2021 يتجاوز الجرد الفيدرالي الرسمي بمقدار 1.5 مرة. وتؤكد الدراسة أن ما يقرب من ثلثي الانبعاثات - والناتجة أساسًا عن الخزانات غير الخاضعة للرقابة، وأنظمة الهواء المضغوط، والمشاعل غير المضاءة - تنتج عن تسرب الغاز ، مما يشير إلى فرص كبيرة للتخفيف من هذه الانبعاثات. والجدير بالذكر أن كثافة انبعاثات الميثان في ألبرتا أعلى بأربع مرات من مثيلاتها في مقاطعة كولومبيا البريطانية المجاورة، مما يسلط الضوء على ضرورة المراقبة والإبلاغ المستقلين لضمان نجاح مبادرات خفض الانبعاثات. ^{[ 11 ]} وقد حظي تسرب الغاز في صناعة النفط والغاز باهتمام متزايد في ألبرتا، كندا، لا سيما في ضوء التغييرات التشريعية المقترحة التي تهدف إلى خفض انبعاثات الميثان. قدّم وزير البيئة الفيدرالي ستيفن غيلبو خطةً خلال مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ لعام 2023 في دبي ، تُحدّد نظامًا وطنيًا لتحديد سقف الانبعاثات وتداولها بهدف الحدّ من الانبعاثات دون التأثير على الإنتاج. ويهدف الإطار المقترح إلى خفض انبعاثات عام 2030 بنسبة تتراوح بين 35 و38% عن مستويات عام 2019، بما يتماشى مع هدف الحكومة الفيدرالية المتمثل في تحقيق صافي انبعاثات كربونية صفرية في هذا القطاع بحلول عام 2050. ونظرًا لأن صناعة النفط والغاز تُساهم بنسبة 28% من انبعاثات كندا، فإن هذه التغييرات المقترحة تُشير إلى جهدٍ كبيرٍ لمعالجة المخاوف البيئية ومكافحة تغير المناخ. ^{[ 9 ]}

تُحتبس كميات كبيرة من الغاز الغني بالميثان وتُمتص داخل تكوينات الفحم، وتُطلق حتمًا أثناء عمليات استخراج الفحم . في بعض حالات التعدين تحت السطحي، تُثقب التكوينات بثقوب قبل أو أثناء عمليات الاستخراج، ويُسمح بتنفيس ما يُسمى بغازات الميثان كإجراء وقائي. كما يدخل الميثان، أثناء العمل، إلى نظام تهوية الهواء بتركيزات تصل إلى 1%، وعادةً ما يُصرّف بحرية من فتحة المنجم. يُعدّ ميثان هواء التهوية (VAM) أكبر مصدر للميثان من جميع مناجم الفحم العاملة والمتوقفة عن العمل في جميع أنحاء العالم. ويستمر إطلاق كميات كبيرة من الميثان أيضًا من الفحم المخزن ومن المناجم المهجورة. ^{[ 12 ]}

تتوقع وكالة حماية البيئة الأمريكية أن تتجاوز انبعاثات غاز الميثان من مناجم الفحم في جميع أنحاء العالم 35 مليون طن بحلول عام 2020، أي ما يعادل 800 مليون طن من انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون ، لتشكل 9% من إجمالي انبعاثات الميثان العالمية . وتساهم الصين بأكثر من 50% من الإجمالي، تليها الولايات المتحدة (10%) وروسيا (7%)، ثم أستراليا وأوكرانيا وكازاخستان والهند (3-4% لكل منها). وبحلول عام 2015، طبّقت نحو 200 منجم في مختلف البلدان تقنية لالتقاط حوالي 3 ملايين طن من الميثان، إما للاستخدام الاقتصادي أو للحد من انبعاثاته في مشاعل الغاز أو المؤكسدات الحرارية . ^{[ 12 ]}

تُخترق أحيانًا النتوءات الصخرية أو الطبقات أو التكوينات القريبة من السطح بآبار لاستخراج غاز الميثان وتخزينه، وفي هذه الحالة يُصنف كنوع من الغاز غير التقليدي . ^{[ 13 ]} يمكن أن يقلل هذا النوع من تخزين غاز الميثان في طبقات الفحم من حجم تسرب الغاز الذي قد يحدث بشكل طبيعي، ولكنه في المقابل يزيد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عند استخدام الوقود في مكان آخر. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

تشير تقديرات التتبع العالمية الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية خلال عام 2019 إلى انبعاث حوالي 40 مليون طن من غاز الميثان من جميع الأنشطة المتعلقة بتعدين الفحم. ويشمل هذا الإجمالي جميع الانبعاثات المنبعثة والمتسربة والمتسربة من مصادر أخرى. ^{[ 7 ] [ 16 ]}

في حقول الغاز، يُعدّ الحصول على الغاز البترولي غير المصاحب (أي شكل آخر من أشكال الغاز الطبيعي الخام) الهدف المالي الرئيسي، ونسبة الغاز غير المرغوب فيه ضئيلة جدًا مقارنةً بالغاز المُنتَج في حقول النفط أو مناجم الفحم. وتحدث غالبية انبعاثات التهوية أثناء نقل الغاز عبر خطوط الأنابيب إلى مراكز التداول والتوزيع ، ومصافي التكرير ، وأسواق المستهلكين. ^{[ 6 ] : 6-8}

أفادت وزارة الطاقة الأمريكية بأن غالبية عمليات تهوية الغاز في قطاع الغاز الأمريكي عام 2017 حدثت في محطات الضغط ومن أجهزة التحكم والمنظمات التي تعمل بالهواء المضغوط . ^{[ 6 ] : 7} توجد استراتيجيات صيانة محسّنة وتقنيات معدات متطورة، أو يجري تطويرها، للحد من هذه التسريبات. ^{[ 17 ]}

تشير تقديرات التتبع العالمية الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية خلال عام 2019 إلى انبعاث حوالي 23 مليون طن من غاز الميثان من جميع قطاعات صناعة الغاز، بما في ذلك الغاز التقليدي البري ، والغاز البحري ، والغاز غير التقليدي ، وأنشطة الغاز في المراحل اللاحقة. وعند إضافة الكمية المنبعثة من الانبعاثات المتسربة، يصل الإجمالي المقدر إلى حوالي 43 مليون طن. ^{[ 8 ]}

كانت الغازات المصاحبة لاستخراج النفط والفحم تُعتبر أحيانًا مصدر إزعاج وخطورة وقيمة منخفضة: منتجًا ثانويًا "مجانيًا" مرتبطًا باستخراج الفحم أو الهيدروكربونات السائلة الأكثر ربحية، والذي كان لا بد من التعامل معه. وقد ساهم نمو أسواق الغاز الدولية والبنية التحتية وسلاسل التوريد بشكل كبير في تغيير هذا الوضع. كما أصبح من الممارسات الشائعة ما يلي:

• استخلاص واستخدام الغاز المصاحب لتوفير الطاقة محلياً، و
• إعادة حقن الغاز المضغوط للحفاظ على ضغط خزان النفط ، والاستخلاص الثانوي ، وإمكانية تخفيض ضغط الخزان لاحقًا بمجرد تحقيق أقصى قدر من استخلاص السوائل الهيدروكربونية وإنشاء بنية تحتية لتصدير الغاز والوصول إلى السوق.

اليوم، أصبح من الممكن من الناحية المالية تطوير حتى خزانات الهيدروكربونات الصغيرة نسبياً التي تحتوي على غاز غير مصاحب (أي مع القليل من النفط أو بدونه) بالقرب من السوق أو طريق التصدير، فضلاً عن التجمعات الكبيرة والنائية.

روّج بعض مناصري الصناعة وصانعي السياسات مؤخرًا للغاز الأحفوري باعتباره " وقودًا انتقاليًا " يُمكن أن يُنتج أقل قدر من النفايات، وبالتالي أقل قدر من الضرر البيئي والخسائر الاقتصادية المصاحبة، خلال الانتقال من احتياطيات الوقود الأحفوري المحدودة إلى مصادر أكثر استدامة. ^{[ 18 ]} ومع ذلك، فإن الكميات الفعلية من غاز الميثان المنبعثة تراكميًا عبر سلسلة التوريد لها تأثير على الاحتباس الحراري على المدى القريب يُضاهي بالفعل، بل وقد يتجاوز، تأثير استخدام الفحم والنفط. ^{[ 19 ]}

ازدادت عمليات تهوية وانبعاثات الهيدروكربونات الغازية بشكل مطرد طوال العصر الصناعي بالتزامن مع النمو السريع في إنتاج واستهلاك الوقود الأحفوري. ^{[ 20 ]} وتشير تقديرات وكالة الطاقة الدولية إلى أن إجمالي انبعاثات غاز الميثان السنوية من صناعة النفط والغاز وحدها ارتفع من حوالي 63 إلى 82 مليون طن خلال الفترة من عام 2000 إلى عام 2019، أي بزيادة متوسطة قدرها 1.4% سنويًا. ^{[ 7 ] [ 21 ]} وعلى الصعيد العالمي، تُقدّر وكالة الطاقة الدولية أن الاستخراج الجيولوجي للفحم والنفط الخام والغاز الطبيعي مسؤول عن 20% من إجمالي انبعاثات غاز الميثان. ^{[ 16 ]} وقد وجد باحثون آخرون أدلة على أن مساهمتهم قد تكون أعلى بكثير، تصل إلى 30% أو أكثر. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

تضاعف تركيز غاز الميثان في الغلاف الجوي تقريبًا خلال القرن الماضي، وهو الآن أعلى بمقدار 2.5 مرة من أي وقت مضى خلال الـ 800 ألف سنة الماضية. ^{[ 24 ]} يُعدّ الميثان غازًا قويًا مُسبّبًا للاحتباس الحراري على الرغم من انخفاض نسبته مقارنةً بثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يُعزى إلى الميثان في الغلاف الجوي ما لا يقل عن ربع التغيرات في التأثير الإشعاعي التي تُؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المناخ على المدى القريب ، وقد تصل هذه التغيرات إلى ثلثها. ^{[ 2 ] [ 25 ] [ 26 ]}

تتميز مكونات الغاز الطبيعي ، الإيثان والبروبان والبيوتان ، بعمر قصير جدًا في الغلاف الجوي (يتراوح بين أسبوع وشهرين تقريبًا) مقارنةً بالميثان (عقد إلى عقدين) وثاني أكسيد الكربون (قرن إلى قرنين). ونتيجةً لذلك، لا تمتزج هذه المكونات جيدًا في الغلاف الجوي، وتكون نسبتها فيه أقل بكثير. [ ^{27 ] ومع} ذلك، يؤدي تأكسدها في نهاية المطاف إلى تكوين مركبات كربونية أطول عمرًا، والتي بدورها تُخلّ بالتوازن البيئي للغلاف الجوي ودورة الكربون الكوكبية عبر مسارات معقدة ومتنوعة. ^{[ 28 ]}

• التوهج الروتيني
• انبعاثات الميثان

• أنظمة التخلص من الشعلات والتهوية على موقع بترو ويكي
• غاز الميثان من طبقات الفحم على موقع بترو ويكي