الغاز من المصادر غير التقليدية: ميثان مناجم الفحم (1 من 2)

إن مصطلح مصادر الغاز الطبيعي غير التقليدية يطلق عادة لوصف تجمعات الغاز الطبيعي الموجودة في التكوينات الصخرية واطئة النفاذية جدا أو عديمة النفاذية Impermeable Rock Formation مثل الغاز المتواجد في طبقات الرمال المتراصة أو المحكمة Tight Sands، في طبقات السجيل الغازي، ميثان الطبقة الفحمية (Coal Bed Methane-CBM) وميثان مناجم الفحم Coal Mine Methane-CMM.

يطلق مصطلح ميثان الطبقة الفحمية CBM على غاز الميثان المتواجد طبيعيا في طبقات الفحم الحجري الواطئة النفاذية والذي ينتج بصورة مباشرة عن طريق تقنيات حفر وإكمال مشابهة لحفر الآبار النفطية والغازية، في حين يطلق مصطلح ميثان مناجم الفحم CMM على غاز الميثان المصاحب لعمليات تعدين واستخلاص الفحم من المناجم ويعتبر ناتج عرضي لعمليات التعدين، في كثير من الأحيان يتم استثماره لتوليد الطاقة الكهربائية. لقد تم التطرق إلى النوع الأول CBM في مقالات سابقة، لتنامي أهمية CMM جراء تطوير تقنيات حديثة لاستخدامه كمصدر للطاقة، سوف يتم التعرف في هذا المقال على هذا النوع من إنتاج الميثان المصاحب لعمليات التعدين الاعتيادية.

يمكن العثور على غاز الميثان في أي مكان تقريبا يتواجد فيه الفحم الحجري. ما يقرب من 70 دولة في العالم يوجد فيها تجمعات من الفحم الحجري. الميثان كان يعتبر مصدر تحدٍ وخطورة في صناعة التعدين. لكن التطورات الأخيرة في مجال السلامة وتقنيات الاستخلاص لعبت دورا كبيرا في تسخير هذه الموارد غير التقليدية لخدمة البشرية. مناجم الفحم ترغب في تصريف الميثان إلى الخارج من مواقع العمل في المناجم؛ لأنه قابل للانفجار، لكن شركات المناجم تاريخيا لم تعتبر الميثان كمصدر فعلي للطاقة.

إن الميثان الذي بتم تجميعه من المناجم خلال عمليات التعدين يطلق عليه ميثان مناجم الفحم CMM. يوجد دافعان رئيسان وراء تجميع غاز الميثان المصاحب لعمليات التعدين هما، سلامة المناجم والعاملين وللتخفيف من كميات انبعاث غاز الميثان الكبيرة الناجمة عن أنشطة تعدين الفحم. هناك أيضا احتمال قوي للاستفادة من الميثان لإنتاج الطاقة.

ينبعث غاز الميثان من المناجم في مرحلة رئيسة، هي: يتم تحرير غاز الميثان نتيجة مباشرة لعمليات تعدين واستخراج الفحم، حيث إن التقنيات التي تستخدم لاستخراج الفحم الحجري ينتج منها تحرير غاز الميثان المحصور في عروق وطبقات الفحم إلى مجاري الهواء الخاصة بالمنجم. كما ينبعث غاز الميثان نتيجة انهيار طبقات الصخور المحيطة بالفحم بعد أن يتم استخراج طبقات الفحم ومن وإزالة السقف والجدار الاصطناعي الذي يدعم المنجم وذلك للتقدم لتعدين جزء آخر.

تقنيات استخلاص ميثان مناجم الفحم تختلف لكل من مرحلتي الانبعاث. الميثان المنبعث إلى مجاري الهواء نتيجة عمليات التعدين، التي تشمل قشط وجه طبقات الفحم، يتم تخفيفه ومن ثم إزالته بواسطة أنظمة تهوية كبيرة مصممة لنقل كميات كبيرة من الهواء خلال المنجم. حيث تقوم هذه الأنظمة بتخفيف تركيز غاز الميثان داخل المنجم إلى تركيز أقل من مدى التركيزات القابلة للانفجار والتي تتراوح بين 5 و15 في المائة، حيث تهدف هذه الأنظمة إلى تخفيف تركيز الميثان إلى أقل من واحد في المائة. ثم تقوم بعد ذلك نظم التهوية بنقل غاز الميثان المخفف خارج مناطق العمل في المنجم من خلال مجاري مؤدية إلى السطح. ويعرف هذا الأسلوب بتهوية هواء الميثان Ventilation Air Methane. إن هذا الأسلوب لديه أدنى مستوى من تركيز غاز الميثان من بين جميع أشكال طرق استخلاص الميثان من طبقات الفحم بسبب تعرضه لكميات عالية من الهواء؛ في كثير من الأحيان تكون مستويات تركيز الغاز المزاحة بين 0.05 و0.8 في المائة.

لمنع انبعاث غاز الميثان بعد انهيار المنجم من جراء إزالة السقف والجدار الاصطناعي الذي يدعم المنجم للتقدم لتعدين جزء آخر، من الممكن حفر آبار عمودية إلى عروق الفحم والطبقات المحيطة بها مباشرة قبل بدأ أنشطة التعدين خلال ذلك الجزء. يمكن لهذه الآبار المحفورة مسبقا إزالة تجمعات الغاز بعد أن ينهار جزء المنجم الذي اكتمال تعدينه، وبالتالي تجنب انبعاث الميثان في المنجم مباشرة، حيث يمكن بعد ذلك جمع الغاز والاستفادة/التخلص منه عن طريق الآبار، بدلا من السماح بتحريره مباشرة إلى الغلاف الجوي للمنجم.

بعد تجميع غاز ميثان منجم الفحم بأحد الطرق الأنفة الذكر يتم الاستفادة/التخلص منه عن طريق خيارين رئيسين:

الخيار الأول عن طريق استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية إذا كانت المشاريع مصممة للاستفادة من الفوائد التي يمكن أن يوفرها غاز ميثان منجم الفحم كمصدر للطاقة، خلاف ذلك يتم التخلص منه عن طرق حرقه في أنظمة حرق الغاز التقليدية.

على الرغم من أن كلا من أسلوب تهوية هواء الميثان Ventilation Air Methane وحفر آبار عمودية لجمع الميثان من المناجم توفران تركيزات من غاز الميثان أقل بكثير جدا من غاز الميثان الذي ينتج عادة من ميثان الطبقة الفحمية CBM، أي من طبقات الفحم التي لم يجر عليها عمليات تعدين، توجد هناك تقنيات لتوليد الطاقة متاحة اليوم يمكنها الاستفادة من غاز ميثان مناجم الفحم CMM لإنتاج الطاقة الكهربائية. إن الغاز المستخلص بأسلوب تهوية هواء الميثان لا يستخدم فقط لأغراض تخفيف شدة الاحتراق والتبريد للتوربين، بل يستخدم أيضا كوقود رئيس في عدد من أنظمة توربين الغاز الضعيفة الاحتراق. ويمكن لهذه الأنظمة استخدام تركيزات منخفضة من الميثان تصل إلى واحد في المائة، وبالتالي يمكن الاستفادة من الطاقة الكامنة من الكميات الكبيرة من غاز الميثان الذي يجمع من مناجم الفحم العاملة بأسلوب تهوية هواء الميثان.