בעמק קולורדו, בו כורים קצרו פחם במשך יותר ממאה שנה, בורח דלק שני - מתאן - מתפריו השחורים העבים של מכרה אלק קריק. מערכת של קידוחים וצינורות סביב המכרה משפכי גז עשיר במתאן למנוע מנועי משאית. באמצעות שלישיית גנרטורים של מגה-וואט, המנוע ממיר את המתאן לחשמל לרשת החשמל המקומית.
Elk Creek הוא פרויקט המתאן לאנרגיה הראשון במכרה פחם שממערב למיסיסיפי והגדול מסוגו בפריסה ארצית. אולם מכרות פחם כמו אלק קריק תורמים כעשרה אחוזים מפליטת המתאן באופן לאומי וכ -6 אחוזים מפליטת המתאן ברחבי העולם, והם ממשיכים לשחרר מתאן זמן רב לאחר סיום פעולות הכרייה. הגז מחלחל גם מביצות, נוזלים תעשייתיים, מזבלות, חוות בקר ומפעולות גז טבעי.
למעשה, כל כך הרבה מתאן נכנס לאטמוספירה של כדור הארץ בכל שנה שהוא ברחבי העולם הוא התורם השני בגודלו לשינויי אקלים אחרי פחמן דו חמצני. מתאן מתפזר מהר יותר מפחמן, אך כוחו כגז חממה לאורך 100 שנים הוא יותר מפי 20 מזה של CO2.
שריפת מתאן יכולה ליצור אנרגיה או חום שימושי תוך הפחתת השפעת האקלים שלה - בעצם הפחתת הגז לביצה חלשה יותר של מים ופחמן דו חמצני. באלק קריק, בוערת מעט יותר מ -670, אמון מעוקב של מתאן ליום - בערך 16 אחוז מסך פליטת המתאן של המכרה - במנוע בעירה פנימית צפוי לייצר 24 גיגה-ואט בשנה. זה מספיק חשמל בכדי לספק כ -2, 000 בתים.
על ידי עצירת כניסת מתאן לאטמוספירה, הפרויקט ימנע פליטות שוות ערך ליותר מ 96, 500 טון מטרי CO2 בשנה במשך 15 השנים הבאות, על פי הערכות ממממן הראשי שלה, חברת הסקי אספן. זהו פליטת פחמן בשווי של כעשרה יום מתחנת כוח פחמית טיפוסית - לא מספיק בכדי ליצור שקע משמעותי בפליטות גזי חממה עולמיים, אלא צעד חשוב לקראת הפיכת מתאן מפסולת בעייתית לדלק יקר ערך.
שילוב של שינויי מדיניות, שותפויות יצירתיות חדשות וחדשנות טכנולוגית פירושו כעת שאלק קריק יכולה להוביל גל גדול בהרבה של פרויקטים דומים הקוצרים מתאן ממכרות פחם.
האתגר
מבחינה היסטורית, לבעלי מכרות כמו Elk Creek בארצות הברית לא היה מעט תמריץ לעשות שימוש במתאן. הגז נמכר במחירים כה נמוכים בימינו ביחס לדלקים אחרים שייקח הרבה שנים להחזיר את עלות התקנת המערכות הדרושות לקציר אותו. כתוצאה מכך בעלי מכרות פשוט מאפשרים לגז להיכנס לאווירה של כדור הארץ.
ועד לאחרונה הטכנולוגיה הגבילה את מפעילי המכרות לרתום אנרגיה רק מפליטת מכרות פחם עם ריכוזי מתאן גבוהים יחסית. בריכוזים של מעל 80 אחוז ניתן להזרים מתאן לצינורות גז טבעי או להמיר אותם לגז טבעי נוזלי לרכבים. בריכוזים של בערך 20 עד 40 אחוזים, הגז יכול לתדלק את ייצור החשמל כפי שהוא עושה באלק קריק, או דודים תעשייתיים המייצרים אדים או מים חמים. על פי דוח של האו"ם, המתאן הבינוני והאיכותי ביותר משמש לייצור חשמל או שילוב של כוח וחום שימושי. בדרך כלל מתאן זה נאסף לחורים שקדחו סביב האתר לפני תחילת הכרייה.
עם זאת, חלק ניכר מהמתאן שיוצא מפירים של מכרות פחם נמצא בריכוזים נמוכים, מעורבבים יחד עם חנקן, חמצן ומזהמים אחרים. הסיבה לכך היא שמפעילים משתמשים בדרך כלל במערכות אוורור כדי לדלל כל מתאן שדולף לפירים שלי עם אוויר צח לבטיחות העובדים: בריכוז של 5 עד 15 אחוזים באוויר, מתאן נפץ, ונדרשים ריכוזים מתחת לאחוז אחד לנשימה בריאה.
ברגע שמתאן מתערבב עם גזים אחרים במערכות אוורור, הוא מתקשה להשתמש כדלק מכיוון שהתערובת לא תישרף ומתאן מסובך לסנן.
בחלק מהאתגרים הללו, בדרך כלל אוויר מאוורר שרוך מתאן משוחרר בדרך כלל לאטמוספרה, כמו באליק קריק. רק כ 20 מתוך יותר מ 500 פעילים מכרות פחם תת-קרקעיים ברחבי הארץ התקינו כל סוג של מערכת לכידת מתאן או הסבתו לחשמל. ומתוך 20 המוקשים הללו, רובם פשוט לוקחים מתאן שנאסף בחורי ניקוז ומזריקים אותו לצינורות גז טבעי סמוכים לשימושם של בתים ועסקים.
שותפים לגישה חדשה
במדינות מערביות כמו קולורדו, מכרות פחם ממוקמים לרוב הרחק מצינורות הגז הטבעי, ולכן רתימת אפילו מתאן איכותי מאתרים אלה דורשת גישה שונה. אלק קריק הוא יוצא דופן בקרב מכרות פחם אמריקאים בכך שהוא שורף מתאן כדי לייצר חשמל באתר ושולח אותו חשמל לרשת החשמל המקומית.
טכנולוגיה דומה של מתאן לאנרגיה הותקנה במכרות באירופה, אוסטרליה, סין ומדינות אחרות במשך עשרות שנים. אבל הפרויקטים האלה נהנו מתמריצי מס ומצורות תמיכה אחרות של הציבור, כמו גם מגז טבעי וחשמל יקר יותר - מה שמאפשר להם למכור מתאן בתחרותיות במחירים גבוהים יותר. Elk Creek מציע מודל לרתמת פסולת זו באמצעות שותפויות פרטיות בזמן ובמקום בו חשמל מגז טבעי זול יחסית.
טום וסלס, נשיא דנבר, מפתח האנרגיה מבוסס קולורדו, Vessels פחם וגז, החל לחפש שותפים וכמממנים לפרויקט מתאן-אנרגיה במכרה פחם בשנת 2005, לאחר שסייר במספר מכרות באמצעות הטכנולוגיה בגרמניה. מרבית החברות האמריקאיות אליהן פנה לא היו בקיאים בטכנולוגיה, אומר וסלים, ולא ששים להשקיע כתוצאה מכך. נכון, זה לא נעשה בארה"ב, הוא אומר. "אבל אנחנו בודקים את התיבה הזו עכשיו."
ב -2012 הבטיחו כלי שייט מימון של 5.4 מיליון דולר מחברת הסקי אספן, תאגיד נופש מהמתקדמים שמטרתו לייצר אנרגיה נקייה יותר ולאזן את הפליטות הנלוות לשימוש בחשמל עצמו. Holy Cross Energy, קואופרטיב חשמל כפרי, חתמה לשלם מעט מעל שיעורי השוק עבור חשמל מהפרויקט בתמורה לחוזה בן 15 שנה ומקור חשמל חדש ונקי יותר.
לבסוף, הבעלים של אלק קריק אוקסבו כרייה, בראשותו של איש האנרגיה וויליאם קוך, הסכים לאפשר לכלי רכב להתקין ציוד במכרה שלו בתמורה לקיצוץ קטן במכירות הכוח השנתיות. מרבית ההכנסות מחברת Holy Cross - כ- 650, 000 $ לשנה, או כ- 12 אחוז מההשקעה המקורית של ASC - יועברו לחברת הנופש.
מדיניות באופק
הפרויקט החל להזין חשמל לרשת החשמל בשנה שעברה להפצה ברחבי מערב קולורדו. מספר חודשים לאחר מכן חוקרה קולורדו חוק חדש המחייב שיתופי פעולה חשמליים כפריים גדולים, ואת השירותים המשרתים אותם, להשיג 20 אחוז מהאנרגיה שלהם ממקורות מתחדשים עד 2020 - הכפלת הדרישה שנקבעה בשנת 2004.
החוק מכיר במתאן לצד משאבים מתחדשים ללא הרף כמו רוח ושמש כמשאב מתחדש, מדיניות המתנגדת בתוקף על ידי כמה קבוצות סביבתיות וחסידי אנרגיה ירוקה. ג'רמי ניקולס, מנהל תוכניות אקלים ואנרגיה בקבוצת התומכים בסביבה ללא כוונת רווח, WildEarth Guardians, אומר כי סיווג מתאן "איננו המטרה של תקן אנרגיה מתחדשת." אבל השימוש במתאן לאנרגיה, הוא אומר, מכה בסטטוס קוו של אוורורו לאטמוספירה. "בסופו של יום, " הוא אומר, "זה עושה את הדבר הטוב ביותר מדבר רע." ועם הזמן, מומחים אומרים כי הבאת מתאן תחת המנדט החדש עשויה להגדיל את הביקוש בקרב כלי הקולורדו לחשמל מפרויקטים כמו Elk Creek.
גם השינוי נמצא ברמה הפדרלית. הנשיא אובמה הנחה סוכנויות פדרליות "לפתח אסטרטגיית מתאן מקיפה" והסוכנות להגנת הסביבה זיהתה כ -50 מכרות פחם אמריקניים המראים הבטחה ללכידת פסולת מתאן ולשרפתה או להמרתה לחשמל.
תומכי אנרגיה מתאן מקווים כי הצבעה קרובה בקליפורניה בסופו של דבר תהפוך את הטכנולוגיה לרווחית יותר מחוף לחוף. הרגולטורים האוויריים של המדינה אמורים להצביע בקרוב על הצעה לתגמל פרויקטים להפחתת מתאן במסגרת תכנית המסחר שלה, שנועדה לסייע למדינה להפחית את פליטת גזי החממה שלה לרמות 1990 עד שנת 2020. אם תאושר, פרוטוקול יאפשר למפעילי מכרות פחם ופולטות מתאן בפריסה ארצית להרוויח זיכויים על הפחתת פליטתם. מזהמים מקליפורניה הצפויים לחרוג מקצבת הפליטה המרבית של המדינה יכולים לרכוש זיכויים אלה כדרך לשלול את כמות היתר שלהם.
קלארק טוקינגטון, יועץ בכיר בחברת Advanced Resources International, המפתח פרויקטים של אנרגיה ופיזור הפחמן, "צריך מחיר טוב מאוד על פחמן בכדי להפוך את הפחתת [מתן להפחתת מתאן]. "אני יודע שיש כמה פרויקטים שיושבים על הקווים, אז אם קליפורניה תעבור, היא בהחלט תניע את אותם קדימה."
באלק קריק, למשל, 84 אחוז מהמתאן שנלכד מהמכרה - מספיק בכדי לייצר חשמל בשווי מיליון דולר - פשוט נשרף מכיוון ש"הצלב הקדוש "חסר את התקציב והרצון לרכוש יותר אנרגיה מהפרויקט, ולא היו לקוחות אחרים מצאתי. "בהחלט יש לנו עין על פרויקט אחר", אומר שנדלר של ASC. "אבל המכשול מקבל הסכם לרכישת חשמל מכלי שירות אחר במחיר מקובל." ASC הייתה מפסידה כסף על הפרויקט אם תמכור חשמל במחיר הסיטונאי האופייני של 3.5 סנט לקילוואט שעה.
חדשנות בעבודות
מעבר למדיניות, טכניקות חדשניות מאפשרות לחלוף מתאן ממקורות מדוללים מאוד, כמו האוויר המאוורר בפירים שלי, ולהשתמש בו כדלק לגנרטורים. במכרה פחם גדול בפרובינציית הנאן הסינית, אוויר מאוורר בריכוז מתאן כנמוכים ב -0.3 אחוז משמש לחימום מים למתקני מכרה. המערכת לולאת אוויר מכרות פחם מאוורר דרך תאים המגדילים את הטמפרטורה שלו עד שמתפרקות מולקולות מתאן לפחמן דו חמצני ומים, והחום מתגובה זו נלכד.
באוסטרליה, מפעל פחם בבעלות BHP Billiton משלב מתאן אוויר מאוורר עם מתאן מרוכז ביותר, אשר התנקז לקדחים שנקדחו ליד המכרה לפני תחילת הכרייה. בערבוב זה ניתן לשרוף מתאן מה פתחי האוורור והביוב כדלק. מערכת זו מייצרת חום לייצור קיטור, אשר בתורו מפעיל תחנת כוח קטנה המייצרת בממוצע 10 ג'יגה ואט בשנה.
מדענים אחרים מחפשים לפתח פילטרים טובים יותר להפרדת המתאן באוויר מאוורר מגזים לא נחוצים כמו פחמן דו חמצני וחנקן. מדענים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי והמעבדה הלאומית לורנס ליברמור, למשל, בדקו חומר סופג מאוד המסומן על ידי נקבוביות בקנה מידה ננו המכונה זאוליטות ננו-פוריות. הקבוצה השתמשה במודלים ממוחשבים כדי לבדוק כמעט 100, 000 מבני זאוליט שונים, אומר אמיטס מאיטי, פיזיקאי חומרים במעבדה לורנס ליוורמור.
בשלב זה המחקר נותר בשלבים מוקדמים. "ייתכן שהחומר אינו טהור בחיים האמיתיים כפי שאנו רואים בדגמים האלה", אומרת מאיטי. עם זאת, אם ניתן לפתח זאוליט ננו-פוריסט או חומר אחר אשר לוכד בקלות מולקולות מתאן, זה יכול להפחית באופן דרמטי את עלות ייצור החשמל מהמתאן המדולל ביותר של מכרות פחם. בתהליך זה הוא יכול להפוך את מקור המתאן הזה ליקר ערך מדי כדלק בכדי להמשיך במעטפתו הקודמת כפסולת מזיקה ומטרד שתשליך.
