إدارة غاز الميثان - من تعدين البيتكوين إلى صناعة وقود الطائرات المستدام

تحويل غاز الميثان من قنبلة مناخية إلى مورد من الموارد

الميثان (الميثان₄)، المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، هو أحد غازات الاحتباس الحراري (GHG) أقوى ب 28 مرة من ثاني أكسيد الكربون CO2. So, methane emissions can accelerate global warming in the short term. The only “good news”, is that it lasts 12 years in the atmosphere instead of centuries for CO2.

ولكن حتى عندما يتم تدميره في النهاية في الغلاف الجوي العلوي، فإنه لا يزال يسبب تأثير الاحتباس الحراري عن طريق التحول إلى ثاني أكسيد الكربون.

لذا، فإن انبعاثات الميثان لا تقل أهمية عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إن لم تكن أكثر أهمية من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عندما يتعلق الأمر بالمناخ، مما يجعله أحد أهم غازات الدفيئة.

المصدر: وكالة حماية البيئة

ينتج الميثان من مصادر عديدة، يرتبط الكثير منها مباشرة بالأنشطة البشرية.

الأول هو الوقود الأحفوري، مع تسرب الغاز الطبيعي كمصدر رئيسي، ولكن أيضًا التسريبات من مناجم الفحم ورواسب النفط.

وهناك عملية أخرى هي الزراعة التي تحدث عندما تتخمر المواد العضوية في غياب الأكسجين. ويحدث هذا في الغالب في الجهاز الهضمي للحيوانات المجترة مثل الماشية والأغنام والماعز (التخمر المعوي). ومع ذلك، يمكن أن يحدث ذلك أيضًا في حقول الأرز المغمورة بالمياه وأي كومة من المواد العضوية ذات الأكسجين الضعيف.

وأخيرًا، هناك مصدر رئيسي آخر هو مدافن النفايات التي تعج بالمواد العضوية المدفونة التي تتحلل إلى غاز الميثان. محطات مياه الصرف الصحي هي مصدر آخر مماثل للمواد العضوية التي من شأنها أن تنتج الغاز الحيوي إذا تُركت وحدها.

المصدر: وكالة حماية البيئة

Methane could be an even bigger problem due to “fire ice”, a form of solidly frozen methane (methane hydrates) found in the deep ocean, as well as methane deposits locked in ice in the Arctic.

Climate warming could destabilize these natural stockpiles of methane, leading to more emissions, leading to more warming, leading to more destabilization, in a catastrophic feedback loop. We discussed in further detail this topic in “Managing Methane May Be Key to Meeting Climate Goals – Where Does it Come From and What Is Being Done About It?".

ولكن لا ينبغي أن يكون هذا كله كئيبًا ومتشائمًا. فالميثان مورد قيّم للطاقة ومصدر قوي للمواد العضوية التي يمكن استخدامها للأغراض الصناعية.

بل إن طريقة جديدة تم اكتشافها مؤخرًا يمكن أن تساعد في تحويل غاز الميثان من مدافن النفايات إلى وقود مستدام للطائرات.

من القمامة إلى وقود الطائرات

تتمثل المشكلة الرئيسية في استخدام الغاز الحيوي في أنه يتطلب أحد الخيارين:

1. بناء شبكة خطوط أنابيب واسعة النطاق لجلبه إلى المراكز الصناعية والحضرية من أجل استبدال الغاز الطبيعي من الوقود الأحفوري.
2. ابحث عن طريقة لاستخدامها في الموقع.

ويرجع هذا القيد إلى أن الغاز الحيوي متطاير للغاية، ولا يمكن نقله في هذا الشكل بسهولة عبر مسافات طويلة. وهو عبارة عن هيدروكربون مختلف جداً ذو سلاسل أطول (مثل النفط) يسهل نقله في شكل سائل أكثر كثافة.

في موازاة ذلك، يصعب للغاية إزالة الكربون من بعض القطاعات الاقتصادية، مثل قطاع الطيران، الذي لا يزال يعتمد 100% على الهيدروكربون السائل لتوفير وقود كثيف بما يكفي لتشغيل الطيران.

لذلك سيكون من المنطقي جدًا جمع الغاز الحيوي من مدافن النفايات ومحطات الصرف الصحي، وتحويله إلى وقود نفاث ذي قيمة.

We discussed in detail biogas and how it is currently utilized in our article “Carbon Neutral Biogas – Top 5 Biomethane Stocks ".

البلازما لإنتاج وقود الطائرات

Researchers at the University of Sydney, Australia, and the Xi’an Jiaotong University in China have discovered a way to improve a method utilizing methane, called بلازما الغلاف الجوي غير الحرارية (NTP). وتتمثل إحدى المزايا العظيمة لهذه الطريقة في أنها يمكن أن تأخذ ثاني أكسيد الكربون والميثان، وتحوله إلى هيدروكربونات مفيدة في درجة حرارة الغرفة، مما يقلل بشكل كبير من رأس المال اللازم وتعقيد المشروع.

وتكمن مشكلة NTP في أنه قادر فقط على إنتاج مركبات هيدروكربونية بسيطة للغاية مثل حمض الفورميك (HCOOOH) والإيثانول (CH3CH2OH) والأيزوبروبانول (CH3CHOHCH3) وحمض الخليك (CH3COOOH).

In a scientific publication titled “Long-Chain Hydrocarbons from Nonthermal Plasma-Driven Biogas Upcycling”التي نُشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، أعلن الباحثون أنهم تمكنوا من توليد هيدروكربونات أكثر تعقيدًا باستخدام طريقة NTP.

المصدر: JACS

They discovered that when you use NTP on a gas mix rich in methane and low in CO2, the final result contains a lot more complex hydrocarbons. It also yields gaseous products, primarily syngas (H2 and CO), as well as liquid-phase alcohols and acids.

ويعتبر الغاز المتزامن المادة الأولية الأساسية لصناعة البتروكيماويات بأكملها تقريباً. كما يمكن تحويل المنتجات المؤكسدة، مثل الكحوليات والأحماض الكربوكسيلية، إلى هيدروكربونات مشبعة طويلة السلسلة.

المصدر: JACS

لذا، يمكن تحويل معظم غاز الميثان (الغاز الحيوي) من مدافن النفايات إلى مواد أولية بتروكيماوية وهيدروكربونات سائلة طويلة السلسلة تستخدم لإنتاج وقود الطائرات.

عملية فعالة وصديقة للبيئة

والأهم من ذلك هو أنه من خلال التحكم في تركيز الميثان، تمكن الباحثون من التحكم في تركيبة المنتج النهائي.

لذلك يمكن ضبط العملية بشكل أكبر لإنتاج الهيدروكربون الدقيق الذي نحتاجه لإنتاج وقود طائرات محايد الكربون من انبعاثات الميثان.

نظرًا لأن NTP يخلق البلازما في الظروف الجوية، فإنه لا يتطلب حرارة أو ضغطًا. وهذا يقلل بشكل كبير من متطلبات الطاقة بشكل كبير، مما يعني أن العملية يمكن أن تعمل بالكامل بمصادر الطاقة المتجددة.

نهاية نفايات الميثان

يعد هذا الاستخدام الجديد للبلازما لتحويل الميثان إلى وقود للطائرات واحدًا من بين العديد من الابتكارات التي تتطلع إلى الاستفادة من الميثان الذي كان يُهدر حتى الآن.

مثال آخر على هذا الابتكار هو كيفية استخدام نفايات الميثان في استخراج البيتكوين. وهذا ينطبق بشكل خاص على الميثان من مصادر مثل آبار النفط النائية أو مناجم الفحم. وعادةً ما يتم حرق هذا النوع من الميثان وإهدار طاقته وإرسال جزء كبير من الميثان إلى الغلاف الجوي دون حرقه.

This shows how short-term criticisms of innovations, like the energy consumption of Bitcoin and cryptocurrency, or the impossibility of turning jet fuel “green”, are often short-sighted and fail to take into account the possibility of synergy between new technologies.

شركات استخدام الميثان

1. شركة Greenlane Renewables Inc. (GRN.TO)

تتخصص شركة Greenlane في ترقية الغاز الحيوي، أو عملية إضافة توليد الغاز الحيوي إلى المرافق القائمة مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي أو مدافن النفايات. مع نشر 140 نظامًا على مستوى العالم، فهي #1 في هذه الصناعة.

المصدر: جرين لين

تتفوق شركة Greenlane على منافسيها كثيرًا من حيث الحجم الإجمالي للغاز الحيوي الذي تنتجه آلاتها، حتى أنها تتفوق على عمالقة الصناعة مثل Air Liquid. ومن الجدير بالملاحظة أيضًا أنه باستثناء Air Liquid و Wartsila (التي لا يمثل الغاز الحيوي بالنسبة لها سوى جزء صغير من إجمالي النشاط)، فإن أكبر منافسي Greenlane مثل Prodeval أو DMT أو Bright biomethane غير متداولة في البورصة.

المصدر: جرين لين

تقدم الشركة 3 تقنيات مختلفة لإنتاج الغاز الحيوي (الأغشية، والغسيل المائي، والامتزاز المتأرجح بالضغط PSA)، وهو الأنسب اعتمادًا على الظروف المحلية والمواد الأولية. ويسمح ذلك بإزالة الملوثات من الغاز مثل النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين أو الشوائب السامة المحتملة.

في سبتمبر 2023، أطلقت Greenlane خط إنتاج جديد مع تصميمات رئيسية لكل قطاع من قطاعات توليد الغاز الحيوي (مخلفات قصب السكر، ومطامر النفايات، والسماد الطبيعي، وما إلى ذلك).

وهي المزود الوحيد القادر على تقديم الحلول الثلاثة جميعها، مما يجعلها اختياراً جيداً للعملاء المهتمين باعتماد أفضل تقنية ممكنة لظروفهم الفريدة.

المصدر: جرين لين

وسيكون قطاع النمو الرئيسي للشركة هو البرازيل (وهي قوة زراعية عالمية)، حيث وقعت الشركة مؤخراً اتفاقية لإنشاء إنتاج بكميات كبيرة على نطاق صناعي.

The agreement was signed with ZEG Biogás, 50% owned by VIBRA, previously the fuel distribution unit of Petrobras, the national oil company. The goal is to reach production at 75+ sites in 5 years.

As it is not a producer of biogas, but a seller of the machinery to produce biogas, Greenlane should be seen as a “pick and shovel” type of stock, with its sale reflecting the pace of adoption of biogas solutions globally. And the largest publicly traded stock in this category.

كشركة متخصصة في الحلول الهندسية لـ اجمع الغاز الحيوي، ينبغي أن تستفيد شركة جرينلين استفادة كبيرة من التحسينات المستمرة في تسييل هذا المورد والاستفادة منه. فهي قادرة على الحصول على الغاز الحيوي ليس فقط من مدافن القمامة ولكن أيضًا من المواقع الزراعية الكبيرة، مما يسمح لها بتغطية والاستفادة من مصدرين من المصادر الثلاثة الرئيسية لانبعاثات الميثان.

2. Biokraft International AB (الغاز الحيوي)

تقوم شركة BioKraft ببيع وإنتاج الغاز الحيوي في السويد (230 جيجاوات ساعة من الغاز الحيوي والغاز الطبيعي الحيوي المضغوط) والنرويج (155 جيجاوات ساعة من الغاز الطبيعي الحيوي المضغوط) وكوريا الجنوبية (60 جيجاوات ساعة من الغاز الحيوي المضغوط).

في أبريل 2023، قررت الشركة دخول السوق الألمانية بتوليد 240 جيجاوات ساعة في المستقبل في مشروعين من المقرر الانتهاء منهما في عام 2025.

كما أن لديها ما مجموعه 875 جيجاوات ساعة من الغاز الحيوي و825 جيجاوات ساعة من مشاريع الغاز الطبيعي الحيوي المسال الجديدة قيد الإعداد، ومن المقرر الانتهاء منها بحلول 2025-2026.

This would upgrade the current production capacity of 445 GWh to 1,200 GHw by 2026. The long-term target for the company is to reach a total of 3 TWh (3,000 GWh) by 2030. Almost all the new projects will supply their feedstock from manure and agro-based waste.

المصدر: بيوكرافت

وقد عانت الشركة من بعض الخسائر بسبب انخفاض أسعار بيع الطاقة والغاز في الأرباع القليلة الماضية، خاصةً في الدول الإسكندنافية. وهذا ما يجعل الشركة تراهن جزئياً على انتعاش أسعار الغاز الأوروبية.

يمكن استخدام هذا الإمداد من الميثان لاحقًا مع البلازما لإنتاج وقود الطائرات أو الغاز التخليقي، مما يحسن ربحية هذه العمليات.

وما بين أهداف النمو القوية للشركة وعدم قدرتها الحالية على تحقيق الأرباح، فإن شركة بيوكرافت هي الأنسب للمستثمرين الراغبين في المخاطرة والمراهنة على تحول الشركة نحو السوق الألمانية وربما تحول سوق الغاز في الاتحاد الأوروبي ككل.