الميثان

press_center

 إعداد: حسنى ثابت 

     يعتبر غاز الميثان الناتج من تخمير المهملات نوعاً ممتازاً من الطاقة الصديقة للبيئة ، حيث يمكن استخدام هذا الغاز لأغراض عديدة بدلاً من البترول والغاز الطبيعى وغيرها من أنواع الطاقة التقليدية بدلا من تسربه وإحداث أضراربيئية ، ويمكن استخدام فضلات الإنسان والمواشى والمهملات المعيشية الأخرى والقمامة كمواد لإنتاج غاز الميثان ، الذى يستخدم للتدفئة والإضاءة وكوقود يستخدم فى المطابخ والمطاعم ، وفضلا عن ذلك فلغاز الميثان فائدة أخرى هامة أنه بعد استخدام الغاز يمكن إخراج الفضلات المتبقية من خزانات هذا الغاز لتستخدم كأسمدة عضوية ممتازة فى الزراعة ولذلك فتعميم استخدام غاز الميثان له تأثيرات إيجابية ويعتبر ثورة فى تاريخ تطوير الطاقة فى الريف.

     وتكمن أهمية الميثان فى أنه أقوى مفعولاً من ثانى أكسيد الكربون بواقع 23 مرة فى قدرته على احتجاز الحرارة داخل الغلاف الجوى للأرض ، كما أنه قادر على حبس الغازات المنبعثة من الفضلات الحيوانية للخنازير والطيور الداجنة ومن مناجم الفحم أو الغازات المتسربة من أنابيب الغاز ، حيث تنبعث من مزارع الحيوانات المجترة كميات كبيرة من الغازات ، منذ عصر ما قبل النهضة الصناعية ، وأن  خُمس غازات الاحتباس الحرارى المسئولة عن ارتفاع درجة حرارة الأرض ناجمة عن الميثان .

     وقالت لجنة من الأمم المتحدة لمراقبة التغيرات المناخية أن تركيزات غاز الميثان تضاعفت بنسبة 150 فى المائة تقريباً فى الجو منذ عام 1750 وتجاوزت الآن الحدود الطبيعية ، وأضافت اللجنة أن الأنشطة البشرية مسئولة أيضاً بدرجة كبيرة ، وتركز اللجنة فى تقرير حالياً على سُبل الحد من الميثان وغازات الاحتباس الحرارى الأخرى ، ومن الأثار الناجمة عن التغيرات المناخية ، وقال " بيـل هـير" مدير السياسات المناخية فى جماعة " جرين بيس"" السلام الأخضر " والمشارك فى تقرير اللجنة فى بانكوك ، "يثور جدل بأن تكلفة خفض إنبعاثات غاز الميثان ربما تكون أرخص من ثانى أكسيد الكربون" ، وصدر تقرير عن الأمم المتحدة حول التغييرات المناخية يوم الجمعة 4مايو الحالى  بأن خفض العالم إنبعاثاته السنوية من ثانى أكسيد الكربون ما بين 50 إلى 85 بالمائة بحلول عام 2050 سيساعد من أجل السيطرة على ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض .

     وأضاف تقرير اللجنة الدولية للتغييرات المناخية الذى تمت الموافقة عليه فى بانكوك أن تكلفة الإبقاء على الارتفاع فى درجات الحرارة فى إطار درجتين مئويتين تبلغ 0.12 فى المائة من الناتج الإجمالى المحلى العالمى . وتُعد عمليات احتجاز الميثان من المناجم ومنتجات الوقود الحفرى أو خطوط الغاز أكثر سهولة ومباشرة من حيث الجدوى الاقتصادية ، والميثان من مكونات الغاز الطبيعى ويمكن استخدامه لتوليد الطاقة ، وقال " هـير " أن مسألة التخلص من الميثان أكثر صعوبة فى مجالات الثروة الحيوانية وزراعة الأرز عنها فى مجال الصناعة ، وتترسب كميات من الغاز تحت الجليد فى المناطق القطبية وفى المناطق الدائمة التجمد تحت البحار .

     ويقول " هـير " بالنسبة لزراعات الأرز فإن مجرد تغيير مواعيد وطريقة الرى بالغمر من شأنه الحد من كميات غاز الميثان ، وقال " فرايزر " مدير المجموعة البحثية للتغيرات المناخية فى الغلاف الجوى التابعة لمنظمة البحوث الصناعية والعلمية التى تمولها حكومة استراليا إنه فى الوقت الراهن تُعد كميات غاز الميثان ثابتة فى الجو منذ عام 1999 لكن بصورة مؤقتة ، وربما أسهم جفاف مستنقعات مدارية فى الحد من انبعاثات الميثان فضلاً عن خفض انبعاثاته فى مجالى النفط والغاز الطبيعى ، لكن ليس معروفاً على وجه الدقة المدة التى سيستغرقها هذا الاستقرار ،  وقال " فرايزر " إن معظم الناس يتفقون على أنه فى وقت ما فى المستقبل سيبدأ تزايد الميثان بمجرد زيادة الطلب على الغاز الطبيعى وعلى الأرز والماشية.

     وغاز الميثان عدو جديد من غازات الاحتباس الحرارى ، أما السبب الذى جعل من فضلات الطيور الداجنة والخنازير سلعاً ثمينة هو أنها تستخدم لحرقها هى وغاز الميثان لتوليد الكهرباء رغم إنتاج غاز ثانى أكسيد الكربون الأقل خطراً ، وجعل ذلك مزارع الخنازير الضخمة فى أمريكا الجنوبية ومزارع الدواجن فى الهند من مصادر الثروة المجزية ، ويقضى بروتوكول " كيوتو" بالتزام الدول بتحديد وتقليص انبعاثاتها من كافة الملوثات الجوية التى تشمل غازات الاحتباس الحرارى ، وينص البروتوكول على أن تتخذ الدول النامية إجراءات طوعية للحد من إنبعاثاتها نظير الحصول على مساعدات مالية وفنية من الدول المتقدمة على أن يخصم ما تم توفيره من الانبعاثات من حصة الدول الصناعية التى تقدم المساعدات ، ويتيح البروتوكول للدول الصناعية تحقيق التزاماتها بخفض الانبعاثات عن طريق شراء حصة من الانبعاثات التى يتم تخفيضها فى دول  نامية وذلك ضمن فعاليات إحدى آليات التنمية النظيفة .

ما هـو غاز الميثان .. ؟

      الميثان يتكون من الهيدروكربون ، كما أنه عنصر رئيسى فى الغاز الطبيعى ، وعنصر فاعل فى غاز الاحتباس الحرارى ، تنبعث كمية كبيرة من غاز الميثان إلى الجو بدلاً من استعادتها واستعمالها كوقود ، تصدر حوال 60 فى المائة من انبعاثات الميثان عن مصادر بشرية " ناتجة عن الإنسان " ، وهى ردم أو طمر النفايات ، والمناجم ، والعمليات التى تعتمد الغاز والزيت ، علاوة على المصادر الزراعية ، ويأتى ما تبقى من موارد طبيعية ، وبشكل رئيسى من المستنقعات وهيدرات الغاز " مواد صلبة بلورية مكونة من جزئيات الميثان كل منها مطوق بجزئيات من المياه " ، والأراضى الدائمة التجمد ، والنمل الأبيض .

     ويعتبر غاز الميثان أحد الغازات الطبيعية الرئيسية ويعرف أيضا بغاز المستنقعات، ويأتي في المرتبة الثانية بعد غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) من ناحية الأهمية التي تشكل الغازات الحابسة للحرارة والتي تُعرف بالغازات الدفيئة (Green House Gases). ويقدر تركيز غاز الميثان في الجو بحوالي 7,1 جزء من المليون بينما يقدر تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون بحوالي 345 جزء من المليون ، ولكن قدرة الجزيء الواحد (Molecule) من غاز الميثان على امتصاص وتخزين الحرارة تفوق جزيء غاز ثاني أكسيد الكربون بحوالي 30 مرة ، أي أن التأثير الحراري (Warming effect) لغاز الميثان أكبر من ثاني أكسيد الكربون.

     تعتبر الصين والهند والولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل وروسيا والدول الآسيوية الأخرى مسئولة عن حوالى نصف انبعاثات الميثان التى يُسببها البشر ، وتختلف مصادر انبعاث الميثان بدرجة كبيرة بين دول وأخرى ، وتعتبر مناجم الفحم وإنتاج الأرز المصدرين الرئيسيين لانبعاثات الميثان فى الصين ، بينما تنتج روسيا معظم الميثان لديها من الغاز الطبيعى وأنظمة الزيت ، ويتكون المصدر الرئيسى فى الهند من الأرز ومنتجات الماشية ، أما ردم النفايات الصلبة فتشكل أكبر مصدر لانبعاثات الميثان فى الولايات المتحدة الأمريكية . 

الخواص الفيزيائية لغاز الميثان :

-         هو غاز شفاف عديم اللون والرائحة .

-         كثافته أقل من كثافة الهواء الجوى .

-         قليل الذوبان فى الماء .

-         قابل للإسالة بالضغط والتبريد الشديدين .

الخواص الكيميائية لغاز الميثان :

-         يحترق الغاز فى الهواء بلهب أزرق " غير مضىء " وينتج عن احتراقه بخار الماء وثانى أكسيد الكربون وتنطلق طاقة حرارية .

-         يتحلل الغاز إلى عنصريه عند إمراره فى أنابيب معدنية مُسخنة لدرجة الإحمرار ، والكربون الناتج يسمى أسود الكربون .

-     يتفاعل الغاز مع بخار الماء فى وجود أكاسيد بعض الفلزات كعامل حفاز عند درجة حرارة عالية وضغط جوى كبير للحصول على غاز يسمى غاز الاصطناع ، وهو مزيج من غازى الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وله استخدامات صناعية عديدة .

-     نظراً لأن الميثان مركب مشبع فإنه غير نشط كيميائياً ، ولذلك فإنه لا يتأثر بالأحماض المعدنية أو القلويات ، ولكن يمكن إحلال ذرة عنصر أو أكثر محل ذرة هيدروجين أو أكثر ، وكمثال على ذلك تفاعل الغاز مع الكلور أو البروم ، وهذا النوع من التفاعلات يُسمى تفاعلات الإحلال أو الاستبدال .

استخدامات غاز الميثان :

-         تُحضر منه كثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم " مخدر ومذيب " ورابع كلوريد الكربون الذى يستخدم فى إطفاء الحرائق .

-         يدخل فى صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحوليات والفورمالدهيد .

-         يكون حوالى 80% من الغاز الطبيعى المستخدم كوقود .

-         يُستخدم فى الاحتراق للحصول على الطاقة ، فالكيلو جرام منه يعطى 13.300 كيلو سعر .

-         يُحضر منه أسود الكربون الذى يستخدم فى حبر الطباعة .

-         يُحضر منه النيتروميثان الذى يستخدم فى عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات .

-         يُستخدم فى تحضير غاز الاصطناع .

     وعملية استعادة واستعمال الميثان لم تنتشر بعد لعدة أسباب : أولاً .. يُشكل الميثان مسألة ثانوية فى العمليات الصناعية التى تنبعث منها الغازات ، فمثلاً مناجم الفحم ترغب فى تصريف الميثان إلى الخارج من مواقع العمل فى المناجم لأنه قابل للإنفجار ، لكن شركات المناجم تاريخياً لم تعتبر الميثان كمصدر طاقة فعلى ، ثانياً .. قد لا يكون المسئولون عن هذه الانبعاثات على معرفة بالتكنولوجيا المتوفرة لاستعادة الميثان أو إمكانية استخدامه فى مشاريع مُربحة ، وهذا صحيح فى البلدان النامية ، حيث ستساعد الزيادة فى المعلومات والتدريب المهنى فى خلق الدعم لمشاريع استعادة الميثان ، أخيراً .. فإن أسواق الطاقة التى لا تؤدى وظيفتها بشكل سليم ، إضافة إلى أن شركات الطاقة العامة العاجزة مالياً فى العديد من الدول ، أخفقت فى اجتذاب الاستثمارات من القطاع الخاص لمشاريع استعادة واستعمال الميثان .

مصادر غاز الميثان :

     أكدت عدة دراسات في مناطق مختلفة من العالم أن حقول الأرز تعتبر من المصادر الرئيسية لغاز الميثان (CH4) الموجود في الغلاف الجوي، حيث أن محاصيل الأرز المزروعة في الحقول المغمورة بمياه الري تساهم بإنتاج الغاز كجزء من الدورة الطبيعية لنموها. وأهم المصادر التي ينبعث منها الغاز إلى الغلاف الجوي هي حقول النفط والغاز، ومناطق الردم ، وأعماق البحار والمحيطات ، وكذلك الحيوانات المجترة كجزء من النظام الطبيعي لعمليات هضم المواد الغذائية ، بالإضافة إلى الأراضي الرطبة كالمستنقعات والمانجروف والحقول الزراعية المغمورة. وحوالي 70% من الغاز المنتج مصدره نشاطات بشرية ، وحوالي 30% مصادره طبيعية ، كما أن حوالي 80% من إجمالي الغاز المنبعث إلى الجو مصدره كائنات حية ، بينما 20% مصدره بقايا كربونية (Fossil Carbon).

     ويُقدر المعدل السنوي لزيادة غاز الميثان في الجو بحوالي 1% ومع استمرارية هذه الزيادة فمن المحتمل أن تؤثر سلباً على التغيرات المناخية مستقبلاً ، إضافة إلى غازات أخرى ، خاصة وأن هذا الغاز يؤثر في التركيب الكيميائي وقدرة التأكسد للغلاف الجوي ، حيث أنه يؤثر في تركيزات كل من غاز الأوزون (O3) في الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي (Tropospheric Ozone) ، وغاز أول أكسيد الكربون (CO) وجزيئات الهيدروكسيد (Hydroxyle Radicals) ، كما يعتبر غاز الميثان وعاءاً (Sink) لغاز الكلور وفي الوقت نفسه مصدراً للهيدروجين وبخار الماء في طبقات الجو العليا (Stratosphere).

     تُقدر كميات غاز الميثان الموجودة في الغلاف الجوي بحوالي 4700 مليون طن ، بمعدل سنوي ما بين 300 ـ 350 مليون طن تنتج من مصادر مختلفة ، بينما تبلغ الكميات الناتجة عن حقول الأرز على المستوى العالمي ما بين 20 ـ 100 مليون طن سنويا ، أي أن زراعة الأرز تُسهم بحوالى 6% ـ 29% من إجمالي انبعاث غاز الميثان إلى الغلاف الجوي سنوياً. وتُسهم القارة الآسيوية بإنتاج حوالي 40 مليون طن سنويا من الغاز الناتج عن حقول الأرز، أي ما يعادل حوالي 40% من الإنتاج العالمى من المصدر نفسه.

زراعة الأرز وإنتاج غاز الميثان :

     يمكن تبسيط كيفية مساهمة زراعة الأرز في انبعاث الغاز في أن المياه التي تغمر حقول الأرز تقوم بمنع وصول الأكسجين إلى التربة ، مما ينتج عنه تخمر للمواد العضوية الموجودة فيها بواسطة أنواع من البكتيريا اللاهوائية (Anaerobic Bacteria) ، ويعتبر غاز الميثان ناتجاً رئيسياً لهذه العملية بعد مرورها بعدة مراحل ، حيث أنه في الأرض المغمورة ينتج الغاز عن طريق تحويل حمض الخليك ( Acetic Acid) الناتج عن عمليات تخمر المواد العضوية إلى غاز الميثان بواسطة عملية تعرف بالتحول الميثاني .

التحكم في انبعاث غاز الميثان :

     ليس من السهولة التحكم في انبعاث غاز الميثان من حقول الأرز وقياس كمياته بصورة دقيقة ، وذلك بسبب العوامل الكثيرة المؤثرة في تكوينه وإنتاجه ، منها عوامل طبيعية وأخرى يتدخل فيها الإنسان ، ولكن هناك بعض الخطوات من المُمكن تطبيقها للتقليل من إنتاج الغاز إلى حد ما ، ومنها تقنين استعمال مياه الري ، وأن لا تزيد عن الاحتياجات الفعلية لإنتاج الأرز، وتقليص فترة الغمر بحيث لا تؤثر سلباً على الإنتاجية ، وكذلك من المُمكن تطوير أصناف من الأرز ذات القدرة على إنتاج الغاز بكميات قليلة بواسطة التحسين الوراثي لها ، كما أنه يجب تقنين استعمال الأسمدة الطبيعية والكيميائية من الناحية النوعية والكمية كمصادر عضوية مضافة إلى الحقول المزروعة لما لها من دور كبير في إنتاج الغاز، حيث أن هناك أنواعا من الأسمدة تزيد من إنتاج الغاز وأخرى تخفض الإنتاج والانبعاث.

     تبذل الصين ، وهي تنتج حوالي ثلث الكميات وتغطي حوالي خُمس المساحات المزروعة بالأرز على المستوى العالمي جهوداً كبيرة في تقليص انبعاث الغاز حيث نجحت في تقليص انبعاث غاز الميثان من حقول الأرز بحوالي 5 مليون طن سنويا خلال الفترة ما بين 1980 ـ 2000. وحسب التجارب الصينية في هذا المجال فإنه يمكن تقليل انبعاث الغاز من حقول الأرز عن طريق تقليص فترات غمر الأراضي بتصريف مياه الري عدة مرات خلال الموسم الزراعي ، دون أي تأثير سلبي على الإنتاج المحصولي ، وكذلك في مناطق أخرى من العالم تبين أن أصناف الأرز ذات الإنتاجية العالية تُسهم بتقليص انبعاث غاز الميثان في الحقول المزروعة ، وذلك لقدرتها وبكفاءة جيدة على امتصاص عنصر الكربون الجوي من خلال عملية البناء الضوئي ، مما يقلل من كميات الكربون المخزون في التربة بواسطة الجذور حيث يتحول الكربون بدوره إلى غاز الميثان. وبما أن الغاز عبارة عن مركب يتكون من جزيء كربون و4 جزيئات هيدروجين ، فإن النباتات التي تستغل عنصر الكربون بكفاءة في تكوين الزهور والحبوب تساعد على تقليص كميات الكربون المخزون في التربة ومن ثم تساهم في خفض إنتاج غاز الميثان لصالح إنتاجية المحصول .

تسويق غاز الميثان :

      وقد أطلقت شراكة تسويق غاز الميثان فى أكتوبر 2004 ، وهى مبادرة متعددة الأطراف تجمع ما بين المصالح العامة والخاصة ، بهدف الدفع قُدماً لعملية استعادة واستعمال الميثان كمصدر نظيف للطاقة ، وتتعاون اليوم 15 حكومة قومية وأكثر من 90 منظمة أهلية لتطوير مشاريع فى ثلاث مناطق رئيسية ، حيث يجرى انبعاث الميثان ( موقع ردم النفايات الصلبة أو المطامر -  مناجم الفحم تحت الأرض -  شبكات الزيت والغاز الطبيعى ) ، ومن المتوقع أن تنتج أنشطة هذه الشراكة فوائد ذات شأن ، فهى ستخفض الانبعاثات العالمية للميثان ، وتزيد النمو الاقتصادى ، وتحسن نوعية الهواء ، وترفع مستوى السلامة الصناعية .

     وتنوى الولايات المتحدة الأمريكية التعهد بمبلغ يصل إلى 53 بليون دولار ، خلال السنوات الخُمس القادمة لتسهيل تطوير وتنفيذ مشاريع الميثان فى البلدان النامية والدول صاحبة الاقتصاد الانتقالى ، وسيتم الترويج لهذه التكنولوجيا عن طريق مجال واسع من النشاطات ، مثل تصدير البرامج الطوعية الناجحة فى الولايات المتحدة ، والتدريب وبناء القدرات وتنمية الأسواق وتقييم الجدوى الاقتصادية .

     وتعتبر شراكة تسويق الميثان فرصة فريدة للحكومات والمنظمات حول العالم للعمل سوياً على معالجة انبعاثات الميثان ، بالإضافة إلى تحقيق فوائد اقتصادية وبيئية ، وتقدر الولايات المتحدة أن مشروع تسويق الميثان يستطيع أن يحقق حتى عام 2015 خفضاً سنوياً فى انبعاثات الميثان يبلغ حد 50 مليون طن مترى من الكربون العادل ، أو ما يعادل استعادة 15 بليون متر مكعب من الغاز الطبيعى ، وإذا تحقق ذلك يمكن أن تؤدى هذه التخفيضات إلى استقرار ، أو حتى إلى خفض مستويات تركيز الميثان الجوية العالمية ، وهى سوف تعادل إزالة 33 مليون سيارة من الطرقات لمدة سنة واحدة ، أو غرس 22 مليون هكتار بالأشجار ، أو إزالة الانبعاثات من خمسين محطة توليد للطاقة عاملة على الفحم قدرة كل منها 500 ميجا وات . 

 

8/5/2007