هل مزج الهيدروجين، والغاز الطبيعي المتجدد (RNG) مشكوك فيه باعتباره حلول مناخية؟
في جميع أنحاء الولايات المتحدة، تواجه مرافق الغاز مستقبلًا صعبًا مع تحول الدول نحو بناء الكهربة. وردًا على ذلك، فإنهم يروجون للتقنيات – مزج الهيدروجين والغاز الطبيعي المتجدد – التي يقول النقاد إنها عملية باهظة الثمن وغير قابلة للتطبيق.
تكافح مرافق الغاز من أجل صياغة مسارات مستقبلية قابلة للتطبيق حيث تدفع كل من مصلحة المستهلك وسياسة المناخ الاقتصاد الأمريكي بشكل متزايد نحو الكهربة. استجابة لذلك، تعهدت مرافق الغاز بطرح تقنيات مضاربة ومكلفة لإزالة الكربون من شبكات الغاز، مثل مزج الهيدروجين وما يسمى بـ “الغاز الطبيعي المتجدد” (RNG). لكن النقاد يقولون إن أيًا من هاتين التقنيتين غير مجدية اقتصاديًا لتدفئة المباني، مما يترك مستقبل مرافق الغاز موضع شك.
يمكن للمرافق الكهربائية توليد طاقتها من مجموعة متنوعة من المصادر، سواء من الفحم أو الغاز أو الطاقة الشمسية أو الرياح أو الطاقة المائية. لكن المرافق التي تعمل بالغاز فقط، والتي توجد لتوصيل الغاز للتدفئة والطهي، تبيع غاز الميثان فقط. وهذا يضعهم في مأزق. مع تزايد عدد الولايات الأمريكية التي تنفذ أهدافًا إلزامية لخفض الانبعاثات بالنسبة إلى مسببي التلوث الرئيسيين، فإن لدى مرافق الغاز القليل جدًا من الإجابات الجيدة.
يستخدم ما يقرب من 70 مليون منزل أمريكي الغاز للتدفئة والطهي، مما يؤدي إلى إطلاق حوالي 560 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون كل عام، أو عُشر إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة. ولا يشمل هذا كل الميثان الذي يتسرب من الشبكة المتشعبة لخطوط نقل وتوزيع الغاز المنتشرة في جميع أنحاء البلاد. ويصل هذا العدد، بما في ذلك الميثان، إلى حوالي 1 مليار طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
وللحد من الانبعاثات من المباني والتخلص منها في نهاية المطاف، هناك إجماع متزايد على أن المباني الجديدة والقائمة تحتاج إلى كهربة – تجهيز المباني بسخانات المياه الكهربائية، والمضخات الحرارية لتدفئة المساحة، والمواقد الحثية عالية الكفاءة للطهي. باختصار، المنطق بسيط نسبيًا: بناء طاقة متجددة لتنظيف الشبكة، ثم “كهربة كل شيء”، كما تلخصها صرخة حشد شعبية من المدافعين. ويضع عدد متزايد من البلديات والمقاطعات والولايات سياسات لجعل ذلك حقيقة واقعة.
ويطرح هذا أسئلة وجودية على بائعي الغاز. استجابةً لذلك، تعد مرافق توزيع الغاز بإزالة الكربون من إمدادات الوقود عن طريق مزج الهيدروجين الأخضر مع مزيج الغاز، جنبًا إلى جنب مع “الغاز الطبيعي المتجدد”، أو الميثان الذي يُجمّع في مدافن النفايات أو المواقع الزراعية الصناعية، ويُنقل بالأنابيب إلى المستخدمين النهائيين.
تريد SoCalGas، وهي منشأة للغاز في جنوب كاليفورنيا، مزج الهيدروجين في مزيج الغاز الخاص بها ونقله إلى مهاجع الكلية في جامعة كاليفورنيا إيرفين في مشروع تجريبي. لقد واجه هذا الاقتراح مقاومة.
اقترحت شركة NW Natural، وهي منشأة للغاز في ولاية أوريغون، مشروعًا تجريبيًا مشابهًا في مدينة يوجين، والذي كان سيشهد مزيجًا بنسبة 5 في المائة من الهيدروجين مع مزيج الغاز. ولكن في مواجهة معارضة بعد مخاوف بشأن السلامة وانتقادات بشأن الفوائد المناخية الهزيلة، ألغت لمنشأة الفكرة.
على الرغم من العوائق، تستمر العديد من المنشآت في الترويج للهيدروجين كحل مناخي للغاز المستخدم في المباني. لدى CenterPoint Energy في مينيسوتا مشروع هيدروجين أخضر صغير تم وضعه في الخدمة العام الماضي.
تستكشف National Grid، وهي شركة مقرها المملكة المتحدة ولديها عمليات أمريكية في نيويورك وجزء كبير من نيو إنجلاند، مزيجًا من الهيدروجين بنسبة 5 إلى 20 بالمائة.
وأبلغ مات كاسبر، نائب المدير في معهد الطاقة والسياسة، وهو مرفق مجموعة المراقبة، Gas Outlook في رسالة بريد إلكتروني قائلًا، “نلاحظ أن مرافق الكهرباء والغاز في كل منطقة من البلاد تدّعي أن الهيدروجين سيكون جزءًا أساسيًا من استراتيجياتها الصفرية و/أو خطط أعمالها”، “لن أتفاجأ، من ناحية توزيع الغاز، إذا قالت كل منشأة إن الهيدروجين و / أو الغاز الطبيعي المتجدد (RNG) سيكونان جزءًا من أعمالها أثناء محادثات الكهرباء”.
ولكن يرى العديد من الخبراء أن هذه الحلول تشكّل عوامل تشتيت باهظة الثمن.
وجدت دراسة حديثة تبحث في الاتحاد الأوروبي والمملكة المتحدة أن استخدام الهيدروجين الأخضر لتدفئة المباني سيكون أغلى بمرتين إلى ثلاث مرات على الأقل من استخدام مضخات الحرارة الكهربائية. وسيتطلب استخدام الهيدروجين الأخضر خمسة إلى ستة أضعاف الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أكثر من استخدام المضخات الحرارية، مما يؤدي إلى تفكيك الطاقة النظيفة اللازمة للشبكة الكهربائية. وبالإضافة إلى ذلك، يتسبب الهيدروجين في هشاشة خطوط الأنابيب، مما يثير مخاوفًا تتعلق بالسلامة.
الهيدروجين أقل كثافة بكثير من غاز الميثان، ولذلك حتى لو كان من الممكن نظريًا إضافة الهيدروجين إلى مزيج الغاز للتدفئة المنزلية، فلن يكون بديلاً فرديًا. على سبيل المثال، سيوفّر مزج نسبة 5 في المائة من الهيدروجين مساهمةً بأقل من 2 في المائة من الطاقة، ولذلك ستكون الفائدة المناخية طفيفة.
ذكر تقرير صادر عن تحالف إزالة الكربون من المباني، وهو مجموعة من المنظمات غير الحكومية وأعضاء الشركات التي تروج للكهرباء: “سيكون هذا مكلفًا ومزعجًا للغاية مع تقديم قيمة جديدة قليلة لمعظم العملاء”.
ويقول خبراء مستقلون، مجتمعين، إنه لا يوجد مستقبل للهيدروجين في تدفئة المباني السكنية والتجارية.
وجدت ورقة بحثية تمت مراجعتها من الأقران نظرت في 32 دراسة مستقلة أنه لم تتوصل دراسة واحدة إلى استنتاج مفاده أن الهيدروجين سيلعب دورًا في تدفئة المباني.
يوافق المسؤولون الفيدراليون الأمريكيون.
“تقول [وزارة الطاقة] بحزم إن هذا لن يحدث أبدًا. وقال جيجار شاه، مدير مكتب برنامج لبقروض في وزارة الطاقة الأمريكية، في تدوين صوتي (بودكاست) أًذيع مؤخرًا، “إن فكرة أننا سنقوم بتدفئة منازلنا باستخدام الهيدروجين القادم عبر الأنابيب – ولن يحدث هذا أبدًا.
“الغاز الطبيعي المتجدد”
ما يسمى بـ “الغاز الطبيعي المتجدد” أو RNG، هو حل آخر مقترح طرحته مرافق الغاز. تنبع الفوائد المناخية المفترضة من حقيقة احتمال أن هذا الميثان – الذي يتم تجميعه من مدافن النفايات والمرافق الزراعية – سيتسرب إلى الغلاف الجوي.
ولكن لا يخلُ الغاز الطبيعي المتجدد (RNG) من العيوب أيضًا. الإمدادات محدودة ولا يزال حرقه يؤدي إلى انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
ومن المحتمل أيضًا أن يكون الغاز الطبيعي المتجددد باهظ التكلفة. في حين تم تداول أسعار الغاز الطبيعي الرئيسية في الولايات المتحدة بين 3.5 دولار و5 دولارات لكل مليون وحدة حرارية بريطانية (Btu) بين عامي 2016 و2021، على سبيل المثال، فستتراوح الأسعار المتوقعة للغاز الطبيعي المتجدد في نيويورك بين 10 دولارات و50 دولارًا لكل مليون وحدة حرارية بريطانية، وفقًا لتقرير تحالف إزالة الكربون من البناء.
قال مايك والش، الشريك المؤسس لشركة Groundwork Data، وهي شركة استشارية في مجال نقل الطاقة لـ Gas Outlook، إن مصادر الغاز الطبيعي المتجدد “محدودة للغاية” و”ليست بالضرورة قابلة للتطوير”. كان مؤلفًا مشاركًا في تقرير تحالف إزالة الكربون من البناء.
قال وولش: “إذا أردت أن تستبدل أساسًا استخدام الغاز السكني والتجاري في نيويورك بالغاز الطبيعي المتجدد، فستحتاج إلى مساحة من الأراضي الزراعية تعادل ضعف أراضي المحاصيل الحالية في ولاية نيويورك”. “نحن نستخدم [تلك الأرض] لجميع أنواع الأشياء المختلفة التي تعد استخدامات أفضل بكثير من استخدامات الغاز الطبيعي المتجدد.”
حتى المديرين التنفيذيين في الصناعة يعترفون بوجود سقف للغاز الطبيعي المتجدد كحل محتمل.
قال ستيفن كالدويل، المدير التنفيذي في National Grid، إن بإمكان الغاز الطبيعي المتجدد أن يلعب دورًا مهمًا في المستقبل، ولكنه سيقترن بـ “خفض كبير للطلب حتى منتصف القرن”، وذلك خلال حديث له في مؤتمر CERAWeek في هيوستن في أوائل مارس، وفقًا لـ Natural Gas Intelligence.
واعترف بأن كهربة المباني ستؤدي إلى تقليص حجم نظام الغاز.
“في نهاية هذه المحفظة يأتي الغاز الطبيعي المتجدد والهيدروجين. ستكون هناك كمية متبقية من الطلب الحراري على تدفئة المباني والاستخدامات الأخرى التي سيكون من الصعب حقًا كهربتها لعدد من الأسباب. وكما قال كالدويل: “هذا هو المكان الذي نرى فيه القدرة على تبديل جزيئات الغاز الأحفوري والمبادلة في الجزيئات النظيفة”.
لم يوافق بريان هلافينكا، المسؤول التنفيذي في شركات ويليامز، وهي شركة خطوط أنابيب كبيرة، على تقييم صناعة المرافق باحتمال أن يحل الغاز الطبيعي المتجدد محل الغاز الأحفوري. وعندما سُئل عما إذا كان ذلك ممكنًا، قال ببساطة: “لا”.
وكما قال أمام لجنة CERAWeek “لذا، فإن 0.2% من تركيبة الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة هي من الغاز الطبيعي المتجدد”. حتى عند تلك المستويات الضئيلة، قال إن الاهتمام المتزايد يؤدي إلى ارتفاع أسعار أصول الغاز الطبيعي المتجدد، مما يؤدي إلى تضخم أسعار الأصول الذي لا يختلف كثيرًا عن التدافع على مساحة النفط الصخري في العقد الماضي، مما أدى إلى ارتفاع تكاليف الأراضي في مناطق النفط والغاز.
وقال والش إنه “من المشكوك فيه ما إذا كان ينبغي استخدام [الغاز الطبيعي المتجدد] على الإطلاق” لتدفئة المباني. يجب حجز الكميات الصغيرة من الغاز الطبيعي المتجدد المتاحة لقطاعات الاقتصاد التي يصعب إمدادها بالكهرباء، وليس لتدفئة المنازل والشركات.
مرافق الغاز تواجه مستقبلًا صعبًا
حتى في الوقت الذي تروج فيه المرافق لمزج الغاز الطبيعي المتجدد والهيدروجين، فإنها تحارب بقوة سياسات الكهربة. لقد أنشأوا مجموعة من المجموعات الأمامية، بتمويل من أموال المرافق، والتي تدير الإعلانات وتعارض معايير كفاءة الأجهزة وقوانين البناء والسياسات الأخرى التي تعزز الكهربة.
حتى أن المرافق ومجموعاتها التجارية مولت الأبحاث التي توصلت إلى استنتاجات مواتية لاستخدام سياساتها المفضلة. في أحد الأمثلة البارزة، أوصت دراسة من جامعة ماساتشوستس لويل أن تستكشف ولاية ماساتشوستس استخدام الهيدروجين للتدفئة المنزلية، وكانت الدراسة تهدف إلى إرساء الأساس للتشريع في مبنى الكابيتول بالولاية. لكن التمويل جاء من اتحاد تجاري تأثر بشدة بمرافق الغاز، وقد تم تحرير الصحيفة من قبل إحدى جماعات الضغط في المجموعة، كما ذكرت صحيفة بوسطن غلوب. ساهمت مرافق الغاز وشركات خطوط الأنابيب، بما في ذلك National Grid وEversource وEnbridge، بأموال في الدراسة.
في الوقت نفسه الذي تروج فيه المرافق لحلول مناخية مشكوك فيها، فإنها تنفق أيضًا بكثافة لتنمية شبكاتها للبنية التحتية للغاز. لدى 16 من أكبر المرافق المملوكة للمستثمرين خطط لإنفاق 94 مليار دولار مجتمعة على مدى السنوات الخمس المقبلة على توسيع وصيانة البنية التحتية للغاز، وفقًا للسجلات التي جمعها معهد الطاقة والسياسة.
ولكن في بعض النواحي، لا مفر من الاتجاه نحو الكهرباء. وقال والش إن صيانة نظام الغاز ستصبح باهظة التكلفة بشكل متزايد مع تقدمه في العمر، وسيتعين على العدد المتضائل من العملاء أن يلتقط علامة التبويب، الأمر الذي سيرفع الفواتير أكثر.
إن الأفكار التي تفضلها المرافق العامة لإزالة الكربون – مزج الهيدروجين والغاز الطبيعي المتجدد – لن تؤدي إلا إلى تفاقم هذه المشكلة. قال والش: “لا يمكننا الاعتماد على الغاز الطبيعي المتجدد لوقف هذا المستوى من الاستنزاف بشكل فعال”. “ستزيد وتيرة الاستنزاف هذه … لأنها ستزداد تكلفة”.
أو قال بصراحة: “مستقبل الغاز مكلف”.
“ويُعدّ هذا أحد أكبر التحديات في مجال إزالة الكربون – كيف يمكننا كهربة مبانينا بشكل فعال من حيث التكلفة ونفصل أنفسنا عن نظام الغاز؟” قال والش. “ولكن في الوقت نفسه، نعلم أن التحدي الأكبر هو الحفاظ على اعتمادنا على الغاز وتحقيق أهدافنا الكربونية، والقيام بذلك بطريقة منخفضة المخاطر – سيكون هذا تحديًا أكبر بكثير”.