الأقمار الصناعية: هل ستغير قواعد اللعبة في الكشف عن تسرب الميثان؟

وعندما درست صور الأقمار الصناعية بمزيد من التفصيل، لاحظت تسربًا هائلاً لغاز الميثان. وبمساعدة GHGSat، وهي خدمة مراقبة انبعاثات الغازات الدفيئة، تمكنت من تتبع التسرب بدقة إلى قسم من أنابيب الغاز، التي تملكها وتديرها شركة Wales and West Utilities في شلتنهام.

اصبحت دواد فضولية و مهتمة على الفور. إيميلي داود هي باحثة في كلية الأرض والبيئة بجامعة ليدز والمركز الوطني لرصد الأرض. كان التسرب أكبر تسرب للميثان رأته على الإطلاق في المملكة المتحدة. لوضعها في سياقها، كانت ضخمة جدًا لدرجة أنه يمكن رؤيتها من الفضاء.

ولكن قبل أن تتمكن من التصرف، كانت داود بحاجة إلى التأكد من صحة النتائج التي توصلت إليها. بعد العمل مع GHGSat، التي أجرت دراسات إضافية عبر الأقمار الصناعية، ومكتب الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة، اتصلت جامعة ليدز بالدكتور جيمس فرانس. و باستخدام مركبة هجينة، سافر الدكتور فرانس، الباحث في جامعة رويال هولواي، والمتخصص في المسوحات الأرضية المتنقلة لغازات الدفيئة، إلى شلتنهام للتحقق من النتائج التي توصلت إليها داود.

يتذكر فرانس قائلاً: “لقد سافرنا في اتجاه الريح للموقع في يومين منفصلين. خلال تلك الفترة، قمنا بقياس تعزيزات كبيرة جدًا لغاز الميثان. تتمتع أجهزة قياس طيف الامتصاص بالليزر لدينا بدقة تبلغ 1 جزء في المليار من الميثان. وهذا معدل اكتشاف منخفض للغاية. لكن عمود الميثان كان كثيفاً للغاية لدرجة أننا كنا قادرين على قياسه دون مثل هذه الأجهزة الدقيقة.

خلال فترة المراقبة، تقول داود أن التدفقات المشتقة من الأقمار الصناعية “تراوحت بين 236-1357 كجم في الساعة” في حين أن التدفقات المشتقة من القياس المحمول “تراوحت بين 886-996 كجم في الساعة”.

تقدر داود متوسط ​​معدل الانبعاثات بـ 754 كجم/ساعة، على مدى 11 أسبوعًا. “كان من الممكن أن يكون الغاز قد تسرب إجمالي 1,393,392 كجم من الـCH4” (حوالي 1,400 طن).

ونظراً لأن احتمالات الانحباس الحراري العالمي الناجمة عن غاز الميثان أعلى بنحو 84 مرة من ثاني أكسيد الكربون، تقول داود إنه “وفقاً لمعايير المملكة المتحدة، كان هذا هروباً كبيراً للغاية من غاز الميثان”.

تسوية أرض الملعب

في حين أن النتائج التي توصلت إليها داود استثنائية، إلا أن بعض خبراء الطاقة ينظرون إليها أيضًا على أنها تغيير عميق لقواعد اللعبة في هذه الصناعة. لقد أدت البيانات المأخوذة من صور الأقمار الصناعية إلى تكافؤ الفرص.

وتقول: “الآن، يمكن لأي شخص اكتشاف وتتبع ومراقبة تسرب غاز الميثان، وليس فقط شركات الطاقة”.

وترى الدكتورة جين هودجكينسون، الخبيرة في تقنيات الاستشعار في جامعة كرانفيلد، أن “هذا يعني أن شركات البتروكيماويات العاملة في البلدان التي تكون فيها اللوائح أقل صرامة قد تقرر جعل عملياتها أكثر نظافة لأنها تعلم أن العالم يراقبها”.

بعد أن عملت سابقًا لدى Advantica، تضيف الدكتورة هودجكينسون، التي انضمت إلى جامعة كرانفيلد قادمًتا من قطاع صناعة الغاز الطبيعي منذ ما يقرب من عقدين من الزمن: “توفر الأقمار الصناعية كشفًا معززًا ومن المحتمل أن تستخدمها في المستقبل الوكالات الحكومية ومجموعات الحملات البيئية ذات الموارد الجيدة لضمان قدر أكبر من الشفافية والامتثال.”

وتتفق داود مع هودجكينسون على أنها لحظة مهمة “لأنها تعني أن تسرب الغاز لم يعد مخفيًا خلف أبواب مغلقة، مما يحسن شفافية التسريبات غير المخطط لها”. ومع ذلك، تفضل داود اتخاذ وجهة نظر أكثر تفاؤلاً. وتقول: “الهدف من GHGSat هو العمل مع قطاع الطاقة كشريك وليس استبعاد المشغلين. إذا انضم منتجو الغاز، فمن الأسهل إيجاد حلول التخفيف.”

المحددات

ولكن وفقًا للدكتور فرانس والدكتورة هودجكينسون، رغم أن تكنولوجيا الأقمار الصناعية مفيدة للغاية، إلا أن لها حدودها. يقول الدكتور فرانس: “الجانب السلبي لهذا النوع من تكنولوجيا الأقمار الصناعية هو أن القائمين على تشغيلها يجب أن يعرفوا بالضبط أين ينظرون لأن منطقة المشاهدة ليست كبيرة جدًا، حوالي 12 كيلومتر مربع. يعد هذا أمرًا ممتازًا بالنسبة للمواقع القائمة حيث من المعروف أن المراقبة مطلوبة، ولكنه ربما لا يكون فعالاً من حيث التكلفة في محاولة العثور على مواقع غير معروفة أو غير محتملة للانبعاثات. عيب آخر هو الطقس. إذا كان الجو غائما، فقد يكون من الصعب الحصول على مصدر القراءات. ثالثا، بما أن الأقمار الصناعية تدور حول الأرض، اعتمادا على النمط المداري، فقد يقتصر العلماء على القياسات الدورية فقط.”

ومع ذلك، حدد الدكتور إيدان فارو، أحد كبار العلماء في مجال تلوث الهواء في مختبرات أبحاث السلام الأخضر وجامعة إكستر، نقطة ضعف أكبر بكثير في تكنولوجيا الأقمار الصناعية كأداة لرصد انبعاثات غاز الميثان. و يقول. “إن انبعاثات الغازات مثل الميثان الكبيرة بما يكفي ليتم اكتشافها من الفضاء ليست سوى جزء من الصورة – فمعظمها أصغر من أن يتم اكتشافها بهذه الطريقة، وبالتالي لا يمكن قياسها بشكل صحيح…”

وهي وجهة نظر لا يشاركه فيها علماء آخرون فحسب، بل العديد من المشغلين المسؤولين في قطاع البتروكيماويات، الذين لا يقع عليهم واجب رعاية موظفيهم والمجتمعات المحلية القريبة من مكان عملياتهم فحسب، بل يلتزمون أيضًا بقواعد صارمة.

القياسات من أعلى إلى أسفل

ومن المقرر أن يقدم الاتحاد الأوروبي قياسات كمية من أعلى إلى أسفل لكل البنية التحتية لمعالجة الميثان بحلول نهاية هذا العام. للامتثال، يجب أن تكون منشآت البتروكيماويات في الاتحاد الأوروبي قادرة على قياس إجمالي الانبعاثات الناتجة عن مصانعها.

المشكلة، كما تقول الدكتورة هودجكينسون، هي أنه “في كثير من الأحيان تقع مصانع البتروكيماويات في مواقع صناعية كبيرة. التحدي الذي قد يواجههم هو التحديد الدقيق للمحطة، أو أي جزء من المحطة، الذي ينبعث منه الغاز، من أجل إصلاح التسرب. لن تخبرك صور الأقمار الصناعية بذلك. سوف يزودك فقط بالصورة الكبيرة.”

ولتقديم صورة للانبعاثات الدقيقة، اعتمدت المصانع تقليديًا على تقنية تصوير الغاز البصري (OGI). ولكن على الرغم من فعالية هذه التكنولوجيا، إلا أنها لا تزال تعاني من نقطة عمياء. توضح الدكتورة هودجكينسون: “عندما يكون الغاز الذي تريد اكتشافه ودرجة حرارة الخلفية التي تريد تصويره على نفس درجة الحرارة، فمن غير الممكن اكتشاف تسرب الغاز.”

تكنولوجيا الاستشعار عن بعد

وهذا عيب تكنولوجي كبير لم يغب عن بيتر شميتز، مدير الصحة والسلامة والبيئة والجودة، الذي يعمل في أحد أكبر المواقع الصناعية في أوروبا.

يقول شميتز، الذي يشغل منصب مدير الصحة والسلامة والبيئة والجودة في شركة Fibrant B.V، وهي شركة مواد كيميائية كبيرة تقع في مجمع كيميلوت الصناعي في هولندا: “بالنسبة لموقع مثل موقعنا، الذي يقع بجوار مركز سكاني كبير، لا يمكننا الاعتماد على أجهزة استشعار OGI. ومن أجل الحفاظ على سلامة موظفينا والمجتمع المحلي أيضًا، نستخدم تقنية الاستشعار عن بعد لتحليل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) المتقدمة، والتي تمنحنا القدرة على الكشف والمراقبة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع و365 يومًا في السنة.

إنها التقنية الحديثة مثل هذه، والتي توفرها شركة Grandperspective GmbH في برلين، هي التي يعتقد شميتز أنها تمثل مستقبل حلول مراقبة انبعاثات الغاز.

وتقوم هذه التقنية التي تجمع بين كاميرا مراقبة فائقة القوة والقوة التحليلية لمقياس الطيف المختبري، بتحليل الإشعاع بنفس الطريقة التي تحدد بها تقنية اكتشاف بصمات الأصابع هوية الفرد.

يقول شميتز: “هذا يعني أنه للمرة الأولى، لا يمكننا تحديد عدد كبير من المواد الكيميائية المختلفة فحسب، بل يمكننا تحديد مكانها بدقة بإلإضافة الى كمية الغاز الموجودة في الهواء”.

يقول شميتز إن شركة Fibrant يمكنها تركيب مجموعة كبيرة من كاميرات OGI التي من شأنها أن توفر لها إمكانية الرؤية في الوقت الفعلي. “ولكن، على الرغم من التكنولوجيا العالية التي تتمتع بها هذه الكاميرات، إلا أنها غير قادرة على التمييز بشكل موثوق بين الميثان وبخار الماء. كما أنهم ليسوا قادرين دائمًا على اكتشاف المواد الخطرة وقياسها بدقة مثل الإيثيلين والأمونيا. لذا، فهي غير مناسبة لأغراض المراقبة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. وفي المقابل، نحتاج فقط إلى جهاز استشعار واحد عن بعد مزود بمطياف FTIR، لتقديم قياسات دقيقة للغاية على مسافات تصل إلى كيلومتر واحد.

قبل اختيار الاستثمار في تكنولوجيا تسرب الغاز من الجيل التالي، أجرى شميتز وفريقه تجارب ميدانية قوية وصارمة، والتي أثبتت تجريبيًا أن أجهزة الاستشعار لا يمكنها اكتشاف تسرب الغاز على مستوى الأرض فحسب، بل يمكنها أيضًا اكتشاف تسربات الغاز التي تقع خارج نطاق عمل أجهزة الاستشعار الأرضية التقليدية.

ويقول شميتز: “إن هذه التكنولوجيا ستغير قواعد اللعبة بالنسبة للصناعة الكيميائية. وعلى عكس أنظمة الاستشعار التقليدية، فإن التحليل الطيفي FTIR، الذي يحدد مصدر التسرب، مع قياس المدة والخسارة الإجمالية بدقة، سيتيح مراقبة أكثر دقة وفورية بكثير مما هو ممكن تقليديًا.

المستقبل

لذا، هل ستحل التقنيات الرائدة مثل التحليل الطيفي FTIR محل التقنيات القديمة في مصانع البتروكيماويات في المستقبل؟ وقال الدكتور فرانس إنه “في حين أن هناك قيمة كبيرة للأجهزة التي يمكنها اكتشاف غازات متعددة في بيئات معقدة، خاصة عند إسناد و أخذ القياسات من أعلى إلى أسفل، فإن حالات الاستخدام الفردي والسيناريوهات المختلفة والتنظيم المختلف للكشف عن الغاز، ستحدد التكنولوجيا التي سيتم استخدامها على أفضل وجه”.

ويقول إن هذا يعني أنه لن تهيمن أي تكنولوجيا على حدها. “لا يوجد حل واحد يناسب الجميع. من المؤكد أن أجهزة استشعار OGI لن تختفي. وأتوقع أيضًا أن يكون هناك طلب كبير على التحليل الطيفي بالليزر.

لكن شميتز اتخذ قراره بالفعل. ويقول: “إن أنظمة مراقبة الغاز التقليدية غير قادرة على الاستجابة في نفس الإطار الزمني، أو بدقة أنظمة التحليل الطيفي FTIR”. “إنهم أنظمة جيدة جدًا بحيث لا يمكن عدم استخدامه.”