نُشرت دراسة في 27 يونيو في مجلة «Water Resources Research»، استخدمت نماذج الكمبيوتر لمحاكاة ما يحدث عندما يتم حقن خليط ثاني أكسيد الكربون والهواء في رواسب هيدرات الميثان، وهو مركب كيميائي غني بالماء يتشكل بشكل طبيعي في البيئات مرتفعة الضغط منخفضة الحرارة، مثل أعماق خليج المكسيك وتحت الجليد القطبي الشمالي.
قال المؤلف الرئيسي كريس دارنيل «Kris Darnell»، دكتور خريج كلية علوم الأرض بجامعة تكساس في أوستن «UT Jackson»، إن البحث هو الخطوة التالية في حل تحديين عالميين مهمين هما: أمن الطاقة وتخزين الكربون.
قال دارنيل، الذي تم تمويل أبحاثه من قبل جامعة تكساس للجيوفيزياء (UTIG): “تُظهر دراستنا أنه يمكنك تخزين ثاني أكسيد الكربون في الهيدرات وإنتاج الطاقة في نفس الوقت”، وقال الباحثون أنه خلال هذه العملية، يقوم النيتروجين الموجود بالهواء المَحقون بضخ الميثان باتجاه بئر إنتاج ويسمح ليحل محله ثاني أكسيد الكربون.
يكمن جمال هذا النهج في أنه يستخرج الغاز الطبيعي من رواسب هيدرات الميثان ويخزن في الوقت نفسه ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز مدفون في بيئة عميقة إذ من غير المحتمل أن يتم إطلاقه في الغلاف الجوي إذ يمكن أن تسهم في تغير المناخ.
وهذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها اقتراح ترسبات هيدرات الميثان لتخزين ثاني أكسيد الكربون، المحاولات السابقة إما فشلت أو أنتجت نتائج باهتة.
تحلل الدراسة الجديدة الفيزياء الكامنة وراء هذه العملية للكشف عن سبب فشل المحاولات السابقة وكيفية تصحيحها. قال دارنيل إن الخطوة التالية هي اختبار نتائجهم في المختبر.
تقوم كل من جامعة جاكسون وقسم هندسة البترول والنظم الجيولوجية في «UT Hildebrand» حاليًا باختبار هذه الطريقة في منشأة متخصصة في جامعة جاكسون، والتي تعد واحدة من الجامعات القليلة في العالم التي يمكنها تخزين واختبار هيدرات الميثان، ويقود هذا العمل بيتر فليمنجز «Peter Flemings»، وهو أستاذ بجامعة جاكسون وكبير علماء أبحاث «UTIG»، وديفيد ديكارلو «David DiCarlo»، وهو أستاذ في قسم هيلدبراند، كلاهما شارك في كتابة البحث.
وقال فلمنجز “هناك شيئان رائعان حقًا، أولًا، يمكننا إنتاج الغاز الطبيعي لتوليد الطاقة وحبس ثاني أكسيد الكربون. ثانيًا، من خلال تبديل هيدرات الميثان مع هيدرات ثاني أكسيد الكربون، فإننا نزعج التكوين (الجيولوجي) بشكل أقل، مما يقلل من التأثير البيئي، ونجعل العملية أكثر فاعلية.”
هيدرات الميثان هي واحدة من مجموعة من المركبات الكيميائية المعروفة باسم هيدرات الغاز التي تصبح فيها جزيئات الغاز محبوسة داخل أقفاص جزيئات الجليد المائية بدلًا من الارتباط الكيميائي بها.
تعمل UT ووزارة الطاقة الأمريكية (DOE) معًا لدراسة تكوين هيدرات الميثان بشكل طبيعي بهدف اكتشاف إمكانياتها كمصدر للطاقة، وهذا أمر مهم لأن الحسابات تشير إلى أن الميثان الذي يتم حصاده من رواسب الهيدرات الموجودة أسفل خليج المكسيك وحده يمكن أن يغذي البلاد لمئات السنين.
أظهر المؤلفون في البحث أن العملية التي يتم فيها تبادل أحد أنواع الجزيئات المحتجزة في هيدرات لآخر (يُسمى تبادل جزيء الضيف) هي عملية من مرحلتين وليست عملية واحدة متزامنة، كما كان يُعتقد سابقًا.
أولاً، يحلل النيتروجين هيدرات الميثان. ثانياً، يتبلور ثاني أكسيد الكربون في موجة بطيئة الحركة من ثاني أكسيد الكربون خلف غاز الميثان الهارب.
تشير المحاكاة الحاسوبية إلى أنه يمكن تكرار العملية بزيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون حتى يصبح الخزان مشبعًا.
وقال الباحثون إنه على عكس بعض أساليب تخزين الكربون، فإن هذا يوفر حافزًا جاهزًا للصناعة للبدء في تخزين ثاني أكسيد الكربون، وهو المحرك الرئيسي لتغير المناخ.
وقال فلمنجز “نحن الآن ندعو المجتمع العلمي بأكمله علنًا إلى الخروج واستخدام ما نتعلمه لتطوير الأرض وتقدمها للأمام”.
كتابة: محمد زكريا
مراجعة: ميار محسن
تحرير: زينب أحمد
تصميم: نهى عبد المحسن
