چالش های توسعه فناوری جذب کربن در صنعت نفت چیست؟

کد خبر: ۱۸۵۲۴۶

تاریخ: ۰۷ مرداد ۱۴۰۳ - ۱۹:۵۱

هر ساله میلیاردها تن کربن دی‌اکسید وارد جو زمین می‌شود. این میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای زمین را به سمت گرمایش جهانی پیش می‌برد.

به گزارش نبض بازار، اسدالله غلام پور یادداشتی با عنوان "چالش های توسعه فناوری جذب کربن در صنعت نفت چیست؟" نوشته است که متن این یادداشت به شرح زیر می‌باشد.

جهان به جذب کربن (فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن و جذب مستقیم از هوا) در مقیاس نسبتاً گسترده نیاز دارد تا گرمایش جهانی را به ۱.۵ درجه سانتی‌گراد محدود کند اما هزینه‌های استقرار، مخالفت‌های حامیان اقلیم و نحوه استفاده از کربن جذب‌شده، چالش‌های اصلی توسعه این فناوری به خصوص در صنعت نفت است. فناوری‌های جذب کربن در حال پیشرفت است.جذب و استفاده کربن (CCU) به طیف وسیعی از کاربردها اشاره دارد که از طریق آنها CO₂ به طور مستقیم (یعنی بدون تغییر شیمیایی) یا غیر مستقیم (یعنی تبدیل) به محصولات مختلف جذب و استفاده می شود.

در حال حاضر حدود ۲۳۰ میلیون تن CO₂ هر سال، عمدتاً در مسیرهای استفاده مستقیم در صنعت کود برای تولید اوره (~ ۱۳۰ Mt) و برای افزایش بازیافت نفت (~80 Mt) استفاده می شود. مسیرهای استفاده جدید در تولید سوخت های مصنوعی مبتنی بر CO₂، مواد شیمیایی و مصالح ساختمانی در حال افزایش است. خط لوله پروژه فعلی نشان می دهد که تا سال ۲۰۳۰ می توان کمتر از ۱۵ میلیون تن CO₂ در سال برای این مصارف جدید جذب کرد، از جمله حدود ۸ میلیون تن CO₂ در تولید سوخت مصنوعی.

اگر تمام پروژه های اعلام شده راه اندازی شوند، می توانند تا سال ۲۰۳۰ به حدود دو سوم سطح استفاده از CO₂ برای تولید سوخت مصنوعی برسند که در سناریوی انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ (NZE) پیش بینی شده است. علاوه بر این، برای سازگاری با سناریوی NZE، تمام CO2 باید از هوا یا منابع بیوژنیک تامین شود، که در حال حاضر فقط برای کمی بیش از ۴ میلیون تن CO₂ در سال CCS) Carbon capture, utilization and storage برنامه ریزی شده برای تامین سوخت ظرفیت برای سال ۲۰۳۰ صادق است.

شرکت‌هایی مانند شورون در حال توسعه فناوری برای جذب دی‌اکسیدکربن از دودکش‌ها هستند، در حالی‌ که دیگران مانند شرکت مایکروسافت در حال سرمایه‌گذاری در شرکت‌های دانش‌بنیانی هستند که روی فناوری‌های حذف مستقیم کربن از هوا کار می‌کنند. دولت‌ها و فعالان اقلیمی به شرکت‌ها فشار می‌آورند تا انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را حذف کنند، اما این تردید وجود دارد که انرژی خورشیدی، باد و باتری‌ها بتوانند این کار را به‌تنهایی انجام دهند.

ایالات متحده، به لطف میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری وزارت انرژی این کشور در فناوری جذب کربن و اعطای معافیت‌های مالیاتی جذاب در قانون کاهش تورم (RIA) برای توسعه‌دهندگان پروژه‌ها، بر افزایش ظرفیت جذب کربن متمرکز شده است. همچنین مجموعه رو به رشد علم نشان می‌دهد جهان در دهه‌های آینده به جذب کربن در مقیاس نسبتاً گسترده نیاز دارد تا گرمایش جهانی را به ۱.۵ درجه سانتیگراد محدود کند.

با این حال، با وجود این اقدام‌ها و نیازها، فناوری جذب کربن مخالفان زیادی دارد. مداخله صنعت سوخت‌های فسیلی در این فرآیند، به‌ ویژه این نگرانی را برای فعالان اقلیمی ایجاد کرده است که می‌توان از فناوری جذب کربن برای طولانی کردن استخراج نفت و گاز استفاده کرد. هزینه‌های بالا نیز می‌تواند کاربرد آن را محدود کند وپرسش‌هایی وجود دارد که آیا این فناوری حتی می‌تواند در مرحله اول مقیاس، توسعه یابد.

این تنش‌ها در مذاکرات اقلیمی کاپ ۲۸ در کشور نفت‌خیز امارات متحده عربی، محور اصلی بحث‌ها بود، به‌طوری‌ که این فناوری یکی از موارد اصلی توافق نهایی اجلاس را تشکیل داد. در سال‌های آتی، جهان باید تصمیم بگیرد که آیا فناوری جذب کربن را می‌توان با مسئولیت‌پذیری مستقر کرد؟ و در ضمن دی‌اکسیدکربن جذب‌شده را چه‌کار کرد؟ برای جذب کربن دو روش اصلی وجود دارد: یک روش، فناوری جذب استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCS) Carbon capture, utilization and storageاست که دی‌اکسیدکربن را در دودکش سایت‌هایی مانند کارخانه‌های صنعتی جذب می‌کند. روش دیگر، فرآیند جذب مستقیم از هوا (DAC :Capture Air Direct) است که کربن منتشره از قبل را از هوای محیط بیرون می‌کشد.

جذب مستقیم کربن از هوا: دانشمندان برآورد می‌کنند که تا اواسط قرن، جهان باید سالانه میلیاردها تن دی‌اکسیدکربن را از جو حذف کند تا گرمایش جهانی در سطح نسبتاً ایمن ۱.۵ درجه سانتی‌گراد محدود شود. ظرفیت جهانی کنونی در حد هزاران تن است و نیاز است این کار در مقیاس بزرگ انجام شود. در عین حال، به‌کارگیری این فناوری باید هم‌زمان با اقدام‌های کربن‌زدایی در مجموعه اقتصاد کشورها انجام شود. در واقع در حالی‌ که کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن، اولویت اول است، برای دستیابی به اهداف اقلیمی جهان حذف کربن‌های قدیمی واردشده به جو طی بیش از دو قرن گذشته نیز باید انجام شود.

فناوری جذب استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCS) Carbon capture, utilization and storage: این فناوری را می‌توان در تأسیسات نفت، گاز و صنایع سنگین مستقر کرد، اما کاربرد واقعی آن در بخش‌هایی است که انتشار دی‌اکسیدکربن آنها به‌سختی قابل‌ کاهش است. یکی از این بخش‌ها، تولید سیمان است که حدود ۸ درصد از انتشار جهانی را تشکیل می‌دهد، در حالی‌ که بخش‌هایی از فرآیند تولید سیمان را می‌توان برقی کرد، مقداری از انتشار دی‌اکسیدکربن جزئی از فرآیند اصلی تولید است. برخی شرکت‌های دانش‌بنیان در زمینه توسعه روش‌های کربن‌زدایی بخش سیمان‌کار می‌کنند، اما بسیاری از این روش‌ها هنوز برای مرحله تجاری و کاربرد در مقیاس بزرگ آماده نیستند.

فولادسازی یکی دیگر از فرآیندهای صنعتی است که راهکارهای کربن‌زدایی آن محدود است. اگر چه شرکت‌های دانش‌بنیان و شرکت‌های تولید فولاد به‌دنبال توسعه راه‌هایی برای تولید بدون انتشار کربن پرمصرف‌ترین فلز جهان هستند، هزینه‌های این کار بسیار زیاد است و از طرف دیگر، این صنعت باید به‌سرعت انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را کاهش دهد. در برخی موارد ممکن است بازسازی یک کارخانه فولاد جدید با فناوری جذب کربن منطقی‌تر از اجرای راه‌های دیگر مانند برقی‌سازیباشد. کربن‌زدایی در صنعت فولاد می‌تواند سالانه تا ۶۰۰ میلیون تن دی‌اکسیدکربن را تا اواسط قرن کاهش دهد.

در عین حال، نتایج چند کار تحقیقاتی نشان می‌دهد ممکن است استفاده از فناوری CCS اقتصادی نباشد. مؤسسه اقتصاد انرژی و تحلیل مالی که یک نهاد غیرانتفاعی طرفدار گذار از سوخت‌های فسیلی است، طی گزارشی (مارس ۲۰۲۳) نشان داد تولید برق با فناوری CCS می‌تواند قیمت برق تولیدی را در مقایسه با گزینه‌های جایگزین، از جمله انرژی تجدیدپذیر گران‌تر کند. مطالعه دیگری در سال ۲۰۱۹ در نشریه «انرژی نیچر» (Energy Nature) نشان می‌دهد انرژی‌های تجدیدپذیر در مقایسه با استفاده فناوری جذب کربن از نظر هزینه تولید برق رقابتی هستند.

با کربن جذب‌شده، چه باید کرد؟

یک نگرانی رایج درباره جذب کربن این است که این فناوری به‌ جای کمک به کاهش معنادار انتشار دی‌اکسیدکربن یا پرداختن به منابع سرسخت انتشار، به سمت ماندگاری ادامه وضع موجود پیش رود.

طبق تحقیقات مؤسسه «بلومبرگ‌ان‌ئی‌اف» (BloombergNEF)، در حالی‌ که اکثر پروژه‌های اعلام‌شده جذب مستقیم هوا قصد دارند، کربن را زیر زمین ذخیره کنند، ۱۹ درصد به‌عنوان ماده اولیه برای تولید سوخت پایدار هوانوردی (SAF) استفاده می‌شود. بخش هوانوردی مسئول حدود ۲ درصد از انتشار جهانی است که تقریباً برابر با انتشار ژاپن یا آلمان است. گزینه‌های کربن‌زدایی در این بخش بسیار اندک است و استفاده از دی‌اکسیدکربن جذب‌شده برای تولید سوخت می‌تواند منطقی باشد. به اعتقاد برخی کارشناسان استفاده از آن برای تولید سوخت پایدار هوانوردی در مقایسه با ذخیره‌سازی آن در زیر زمین می‌تواند به «سود دو برابری» منجر شود.

صنعت سوخت‌های فسیلی طرح‌های مختلفی برای کربن جذب شده دارد. این صنعت می‌خواهد آن را با تزریق در میدان‌های قدیمی، نفت باقیمانده آنها را استخراج کند، فرآیندی که به‌عنوان ازدیاد برداشت نفت شناخته می‌شود. روش های تولید نفت از میادین نفتی عمدتا به سه دسته تولید اولیه (Primary recovery)، تولید ثانویه (Secondary recovery) و ازدیاد برداشت (Tertiary recovery or EOR) تقسیم بندی می شوند. این روش از دهه ۱۹۷۰ مورداستفاده قرار گرفته است، اما اکنون تعدادی از شرکت‌های نفتی می‌خواهند آن را گسترش دهند.

یکی از بزرگ‌ترین حامیان جذب مستقیم کربن از هوا، شرکت اکسیدنتال پترولیوم اعلام کرده است در بعضی از پروژه‌ها از دی‌اکسیدکربن جذب‌شده برای افزایش تولید نفت استفاده می‌شود. طبق برآورد مؤسسه «بلومبرگ‌ان‌ئی‌اف»، حدود ۸ درصد دی‌اکسیدکربن جذب‌شده برای ازدیاد برداشت نفت استفاده خواهد شد. صنعت نفت و گاز از بزرگ‌ترین حامیان توسعه فناوری (CCS) carbon capure and storage است و شرکت‌های متعددی به دنبال تجهیز نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌ها به این فناوری هستند. انجام این کار تاکنون برای صنعت نفت چالش‌برانگیز بوده است، اما مشوق‌های مالیاتی قانون کاهش تورم آمریکا علاقه و انگیزه بیشتری را برای شرکت‌های نفتی ایجاد کرده است.

مقام‌های وزارت انرژی آمریکا معتقدند مواردی وجود دارد که می‌توان از CCS در نیروگاه‌های سوخت فسیلی موجود به‌طور مسئولانه استفاده کرد. برای مثال نیروگاه‌های جدید گاز طبیعی در سال ۲۰۲۲ نزدیک به ۵.۷ گیگاوات به ظرفیت جدید تولید برق در ایالات متحده اضافه کرد. گاز طبیعی سال ۲۰۱۶ از زغال‌ سنگ به‌عنوان بزرگ‌ترین منبع انرژی تولید برق ایالات متحده آمریکا پیشی گرفت و اکنون تقریباً ۴۴ درصد از منابع انرژی مورد استفاده در تولید برق این کشور را تشکیل می‌دهد.

در عین حال برخی شرکت‌های دانش‌بنیان فعال در توسعه فناوری جذب کربن در آمریکا از جمله شرکت «کلایم ورکس» Climeworks و شرکت «هیرلوم» (Heirloom) استفاده از دی‌اکسیدکربن جذب‌شده برای تولید سوخت‌های فسیلی بیشتر را خط‌ قرمز خود می‌دانند و بر مدیریت مسئولانه کربن جذب‌شده تأکید دارند.

آموزش واقعیت افزوده و واقعیت مجازی برخی از شرکت ها همچنین از واقعیت افزوده (augmented reality (AR) و واقعیت مجازی (virtual reality برای آموزش کارمندان در مورد عملکرد تجهیزات و رویه های جدید، استفاده می کنند. این رویکرد با نفی خطر احتمالی آسیب در حین آموزش، ایمنی کارکنان را افزایش می دهد، در حالی که به طور همزمان زمان و هزینه آموزش را کاهش می دهد.

واقعیت افزوده و واقعیت مجازی راه‌حل‌های نوآورانه‌ای را برای چالش‌های آموزشی ارائه می‌کنند و تجربیات یادگیری همه جانبه و تعاملی را ارائه می‌دهند. این فناوری‌ها مشارکت کارکنان را در یادگیری عملکرد سیستم‌های جدید به شیوه‌ای قابل درک‌تر و مؤثرتر تسهیل می‌کنند. استفاده از اتوماسیون و رباتیک برای کارهای تکراری و پرخطر: کارهای تکراری، مانند بررسی تجهیزات بصری قبل و در حین عملیات حفاری، می تواند زمان بر و پرهزینه باشد. در مواجهه با کسالت این وظایف ضروری، اپراتورها ممکن است وسوسه شوند که برای صرفه جویی در زمان، گوشه ها را کاهش دهند، که به طور بالقوه ایمنی را به خطر می اندازد و منجر به صدمات می شود.

امروزه بیشتر شرکت‌های صنعت O&G/P به سمت اتوماسیون، رباتیک و سیستم‌های نظارت الکترونیکی برای کارهای خطرناک یا پیش پا افتاده برای کاهش خطرات آسیب و افزایش بهره‌وری تمایل دارند. استفاده از رباتیک برای نظارت و نگهداری ۲۴ ساعته برای اطمینان از ایمنی کارکنان به طور فزاینده ای رایج شده است.
کنترل محصولات در صنعت نفت و گاز، صنعت نفت و گاز امروزه قلب تامین انرژی جهان است.

سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ کارآمد و دقیق در هر مرحله از تولید نفت و گاز از اکتشاف و توسعه، حفاری و تولید تا حمل و نقل و فرآوری سوخت مهم هستند. این کاربردها هنوز هم برخی از خطرناک ترین و پر تقاضاترین کاربردهای هر صنعت هستند و برای اطمینان از وجود ایمنی و کارایی به محصولات با قابلیت اطمینان و قوی نیاز دارند. طبق استاندارد NEC (استاندارد ملی برق آمریکا)، سه ناحیه خطرناک وجود دارد که بر اساس کلاس طبقه بندی می شوند: کلاس I (گازها، بخارات و مایعات)، کلاس II (ذرات ریز معلق) و کلاس III (الیاف ریز معلق). بخش ۱ به معنای حضور مواد قابل انفجار و خطرناک به صورت نرمال در محیط می‌باشد در حالیکه بخش ۲ به معنای حضور تصادفی مواد آتش زا و قابل انفجار در محیط است. کلاس ۱ مستقیماً به کاربردهای صنایع نفت و گاز اطلاق می‌شود.

مثل پالایشگاه‌های نفتی، تأسیسات ذخیره بنزین، مناطق توزیع و کارخانه های گازرسانی. گازها و بخارات مکان‌های کلاس ۱ با توجه به دمای احتراق ماده، فشار انفجار آن و سایر خصوصیات قابل اشتعال به کدهای A ،B ،C و D تقسیم می‌شوند. کلاس‌های دما همچنین برای تعیین درجه حرارت مجاز سطح تجهیزات الکتریکی مورد نیاز برای انجام فعالیت‌های عادی در محیط‌های خاص وجود دارد.

نفت و گاز برای تبدیل شدن از یک منبع انرژی در زمین به محصولات قابل فروش، سه مرحله اولیه را طی می کنند: بالادستی، میانی و پایین دستی. هر یک از این مراحل شامل کنترل های الکتریکی و تابلوهای کنترل برای انجام ایمن عملیات است. این سیستم‌های کنترلی برای نظارت بر طیف وسیعی از فرآیندها، از حفاری گرفته تا برنامه‌ریزی حمل و نقل دقیق نفت خام، تا عملیات پالایش محصولات مختلف به کار می‌روند. همانطور که صنعت O&G/P پیش می رود، هر مرحله تولید به کنترل های الکتریکی پیچیده تری برای اجرای بهبود نیاز دارد. c3controls برای پشتیبانی از این صنعت در حال توسعه با محصولات کنترل الکتریکی درجه یک لازم برای تولید گاز، نفت و انواع محصولات پتروشیمی آماده و تجهیز شده است.