زيادة الثقة في تخزين ثاني أكسيد الكربون

جهاز الحفر المفصل يجري خفضه على جانب RRS James Cook. تم تصميم الحفارة لدفع الأنبوب الفولاذي المنحني إلى رواسب قاع البحر. الصورة: حقوق الطبع والنشر STEMM-CCS Project

يجب أن تكون خزانات تزويد ثاني أكسيد الكربون مصممة خصيصًا لتحمل الظروف القاسية لبيئة بحر الشمال. الصورة: حقوق الطبع والنشر STEMM-CCS Project

يقوم جهاز التعريف الجزئي بقياس كيمياء الرواسب بدقة ميكرومتر ، عن طريق إدخال الأقطاب الكهربائية ببطء في الرواسب على مدار ساعة واحدة. تسمح لنا هذه الأداة بالنظر إلى التغييرات الصغيرة التي تحدث في الرواسب حيث يذوب ثاني أكسيد الكربون في الرواسب. الصورة: حقوق الطبع والنشر STEMM-CCS Project

Kelvin Boot هو برنامج Communicator للعلوم يعمل مع مختبر بلايموث مارين ويشارك حاليًا في نقل المعرفة لمشروع STEMM-CCS الممول من الاتحاد الأوروبي.

Previous Next

إذا كنا سنقوم بتخزين كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في خزانات النفط والغاز المنضب تحت قاع البحر ، فنحن بحاجة إلى التأكد من أنه في حالة حدوث تسرب محتمل ، يمكننا اكتشافه. عاد لتوه من شمال بحر ؛ رحلة بحثية ، تحمل تجربة عالمية الأولى تهدف إلى تطوير طرق للكشف عن التسريبات ومراقبتها. وقد أعلن نجاحا كبيرا.

يعد تغير المناخ ، مدفوعًا بزيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، أحد الآثار الجانبية الراسخة للأنشطة البشرية التي لها تأثيرات عميقة على النظم الطبيعية للأرض. بينما تُبذل الجهود لتقليص المصادر المستقبلية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون المرتبط بالبشر ، مثل الصناعة والنقل ، هناك حاجة موازية لمنع دخول الغاز من الأنشطة الحالية إلى الغلاف الجوي. يعد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه (CCS) ، حيث يتم احتواء ثاني أكسيد الكربون في المصدر ونقله وتخزينه في نهاية المطاف بعيدًا عن الغلاف الجوي ، إحدى هذه الإستراتيجيات. يبدو أن إعادة ثاني أكسيد الكربون من أين جاء ، في أعماق قاع البحر في خزانات الغاز المنضب أو النفط ، هو حل منطقي ، ولكن هناك تحديات. لتوليد الثقة في هذا النهج ، تتمثل الأولوية في القدرة على التعامل بسرعة مع أي تسرب ، في حالة حدوثه: اكتشافه ، وقياس قوته ومدته ، والتنبؤ بأي آثار قد تحدث على البيئة ، وختمها إذا لزم الأمر.

أظهرت الأبحاث السابقة التي أجريت على المختبر والميسكوزم حول تأثيرات ثاني أكسيد الكربون على الحياة البحرية أنه يمكن أن يغير درجة الحموضة لمياه البحر ويخلق ظروف محلية "لتحمض المحيطات" ، والتي يبدو أنها ضارة بالعديد من أنواع الحياة القاعية (قاع البحر). قدمت تجربة مياه ضحلة سابقة ، هي مشروع رصد ومراقبة التأثيرات المحتملة للنظام الإيكولوجي لتخزين الكربون الجيولوجي (QICS) ، بعض الدلائل على مدى ومدة وسلوك عمود ثاني أكسيد الكربون من تسرب محاكي ، في حين أن الدراسات في مواقع التسرب الطبيعي كما قدمت معلومات حاسمة. الآن تجربة أكبر تم اختبار الأساليب والمعدات وأجهزة الاستشعار في ظل ظروف الحياة الحقيقية في بيئة صارمة في بحر الشمال في المملكة المتحدة.

جمع عينات الغاز عند خروجها من تحت الرواسب. يوضح استخدام ROV أثناء هذه العملية الدقيقة أنه يمكن حتى أخذ عينات من التسريبات الصغيرة في ظروف قاسية. الصورة: حقوق الطبع والنشر STEMM-CCS Project

مشروع استراتيجيات الرصد البيئي لالتقاط وتخزين الكربون البحري (STEMM-CCS) هو مشروع بحثي بتمويل من الاتحاد الأوروبي Horizon 2020. ويجمع الباحثون من ألمانيا والنرويج والنمسا والمملكة المتحدة ، إلى جانب شريك الصناعة شل ، لتطوير التقنيات والتكنولوجيا للكشف عن آثار تسرب ثاني أكسيد الكربون في حالة حدوثها في البيئة البحرية ، لمراقبة كيف يتصرف الغاز في الرواسب و في العمود المائي أعلاه ، وتوقع إلى أي مدى يمكن أن تتسرب التسريبات وما هي الآثار التي قد تحدثها - ولكن هذه المرة في أقرب وقت ممكن من الظروف "الحقيقية". خلال شهر مايو من هذا العام ، أبحرت بعثة أبحاث من المركز الوطني لعلوم المحيطات في المملكة المتحدة في ساوثامبتون ، على متن RRS James Cook. بمجرد تشغيل المحطة ، على مقربة من منصة Shelley الذهبية التي تقع على بعد 100 كيلومتر تقريبًا من ساحل اسكتلندا وعلى عمق 120 مترًا من الماء ، بدأت التجربة. تم إدخال أنبوب آليًا في قاع البحر - وهي المرة الأولى التي يتم فيها محاولة هذه التجربة بتعمق في البحر المفتوح. تم وضع الأنابيب الفولاذية المنحنية بقطر 1.5 سم بنجاح داخل الرواسب لضمان أن يكون مخرجها ثلاثة أمتار تحت سطح قاع البحر. يبدو الأمر بسيطًا ، ولكن من أجل تحقيق ذلك ، تم تطوير وبناء جهاز حفر مخصص لدفع الأنبوب في الرواسب بواسطة شركة Cellula Robotics في كندا. ثم تم توصيل الأنبوب بواسطة مركبة تعمل عن بعد (ROV) لإمداد ثاني أكسيد الكربون في قاع البحر ، مما يسمح بتدفق الغاز عبر الأنابيب إلى الرواسب. مرة أخرى ، يبدو هذا بسيطًا ، ولكن لابد من تصميم أسطوانات الغاز المصممة خصيصًا والموجودة في المنصة الثانية لمقاومة بيئة المياه المالحة القاسية في بحر الشمال.

لحسن الحظ ظلت الظروف هادئة خلال هذه العملية ، وتنفس الفريق العلمي على متن الصعداء حيث بدأت فقاعات ثاني أكسيد الكربون في الظهور من تحت الرواسب. كانت الفكرة بعد ذلك هي اختبار مدى أداء مجموعة من المستشعرات التي تم تطويرها وبناؤها للتجربة.
تم نشر أدوات صوتية وبصرية للكشف عن الصوت الناتج عن تيارات الفقاعات أو اكتشافها بالكاميرات ، في حين أن أجهزة الاستشعار الكيماوية "استنشقت" ثاني أكسيد الكربون والمقادير الدقيقة من المواد الكيميائية الخاملة التي تحتوي عليها ، مما يتيح للعلماء تمييز هذه الإشارة عن أي CO2 التي تحدث بشكل طبيعي. أكملت ROVs والمركبات ذاتية الحركة تحت الماء (AUVs) التي تحمل مجسات أخرى ترسانة التكنولوجيا المستخدمة. كان الفريق على متنه مسرورًا للغاية وممتنًا لأن أجهزة الاستشعار وأدوات المراقبة التي كانوا يقومون باختبارها كانت أفضل من المتوقع. وقد أدى ذلك إلى بعض الضمانات حتى أنه يمكن اكتشاف إطلاقات صغيرة جدًا من ثاني أكسيد الكربون في نظام بحري ، سواء في المرحلة الذائبة أو في شكل فقاعات. وقد أظهرت هذه النتائج بوضوح فائدة الجمع بين عدد من أساليب الاستشعار والمراقبة لاكتشاف التسريبات من خزانات CCS.

سفينة أبحاث ثانية ، RV Poseidon ، يديرها طاقم وفريق علمي من مركز GEOMAR Helmholtz لأبحاث المحيطات في كيل بألمانيا ، تحوم على مرمى البصر من منصة Goldeneye و RRS James Cook. شركاء في مشروع STEMM-CCS ، شارك فريق GEOMAR في المزيد من المراقبة ودراسات خط الأساس لقاع البحر المرتبطة بالتجربة ، والجمع بين الخبرة والمرافق عبر الدول الأوروبية.

جدار هيدروفون في قاع البحر ، يستمع إلى فقاعات الصوت عند خروجها من قاع البحر وتتحرك عبر عمود الماء. الصورة: حقوق الطبع والنشر STEMM-CCS Project

يسعد البروفيسور دوجلاس كونيلي ، عالِم شركة نفط الشمال الذي قاد المشروع ، بالنتائج: "لقد أوصلتنا ثلاث سنوات من العمل الجاد والتفكير الإبداعي إلى هذه النقطة المثيرة في مشروع STEMM-CCS. كانت هذه التجربة أقرب إلى تسريب حقيقي كما يمكننا المحاكاة وهي المرة الأولى ، في أي مكان في العالم ، تمت تجربتها. يمكن أن يكون بحر الشمال بيئة قاسية وإدخال الأنبوب في قاع البحر ، ومتصلًا بإمداد ثاني أكسيد الكربون ، كما أن إنتاج مجرى من الغاز كان دائمًا يمثل تحديًا. كان هذا السيناريو الواقعي حاسمًا بالنسبة لنا في اختبار الحساسات التي تم تطويرها لإعطاء راحة البال في المستقبل بشكل صحيح ، وأنه في حالة حدوث تسرب ، يمكننا اكتشافه بسرعة وبدقة.

لقد كانت رحلة STEMM-CCS ناجحة بشكل لا يصدق ، من الناحية الفنية. لم يكن وضع 3 أطنان من ثاني أكسيد الكربون في قاع البحر وإطلاقه بطريقة خاضعة للرقابة على ارتفاع 3 أمتار تحت قاع البحر ، من أجل إظهار الحساسية العالية التي يتمتع بها الجيل الجديد من أجهزة الاستشعار البحرية في اكتشاف الغاز الذائب والمتفجر ، ليس بالأمر الهائل. إن نجاح التجربة وأداء المستشعرات يعطينا تغييرا ملحوظا في ثقتنا بأننا في الوضع الواقعي لدينا القدرة على اكتشاف ومراقبة هروب ثاني أكسيد الكربون من مواقع التخزين أسفل قاع البحر ".

على الرغم من أن الهدف النهائي للتجربة ومشروع STEMM-CCS ككل هو تطوير أجهزة استشعار وطرق للكشف عن تسرب الغاز ومراقبته في حالة من العالم الواقعي ، إلا أن هناك جانبًا تعليميًا لها. على الهواء مباشرة من الرحلة البحرية ، شارك الباحث في الدراسات العليا بن روش (NOC) في إثارة رحلة أبحاث علمية وتحدياتها ونجاحاتها مع أكثر من 200 طالب مدرسي من ساوثامبتون وإنجلترا وويلز عبر روابط مباشرة من السفينة: "لقد كانت مجزية للغاية تحدث مع الطلاب أثناء إجراء البحث العلمي بالفعل ، وأنا مفتون لمعرفة كيف يستخدمون ويحللون بيانات العالم الحقيقي من التجربة في دراسات المناهج الدراسية الخاصة بهم. "ومن المخطط القيام بمزيد من أعمال التوعية طوال الفترة المتبقية من بقية ويمكن الاطلاع على التفاصيل الكاملة حول الرحلة والمشروع ككل على الموقع www.stemm-ccs.eu

نبذة عن الكاتب

Kelvin Boot هو Science Communicator الذي يعمل مع المشروع.