ليس هناك شك أن العالم الآن يخطو بسرعة كبيرة نحو أزمة في الطاقة، تأتي كتفًا بكتف مع ندرة مستودعات الوقود الأحفوري. والوسيلة الوحيدة لتخطي تلك الأزمة هي اللجوء إلى الطاقة المتجددة وباستخدام البدائل الاصطناعية للوقود الأحفوري؛ فمعًا سيؤمنان حاجة العالم من الطاقة. وعلى قمة تلك البدائل الاصطناعية ما يسمى بالغاز الاصطناعي.
والغاز الاصطناعي هو خليط من أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، والهيدروجين؛ فينتج عن طريق تحويل الكربون الذي يحتوي على الوقود إلى منتج غازي ذي قيمة حرارية. يشتق اسم "الغاز الاصطناعي" من استخدامه بصفته وسيطًا لتوليد غاز طبيعي اصطناعي، وكذلك لعمل الأمونيا والميثانول.
والوقود الاصطناعي هو وقود سائل، وأحيانًا غازي، ينتج من الغاز الاصطناعي – أول أكسيد الكربون والهيدروجين؛ حيث يشتق الغاز الاصطناعي من تحويل المواد الخام الصلبة مثل الفحم والكتلة الحيوية إلى غاز، أو تحسين الغاز الطبيعي.
لإنتاج الغاز الطبيعي للاستخدام كمادة خام في إنتاج الوقود عن طريق تحويل الفحم أو المخلفات إلى غاز، يتم عمل سلسلة من التفاعلات الكيميائية. في هذه التفاعلات يتحد الكربون مع الماء أو الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، والهيدروجين.
ولاستخدام الغاز الاصطناعي كوسيط في تصنيع الأمونيا والسماد، يتم القيام بعملية تسمى "تحسين البخار". وفي هذه العملية يتحد الميثان من الغاز الطبيعي مع الماء لتوليد أول أكسيد الكربون والهيدروجين.
والمواد الخام المستخدمة بصفة عامة في عملية التحويل إلى الغاز هي الفحم، والمشتقات البترولية، والمواد الأخرى التي يتم لفظها واعتبارها مخلفات. فيتم تحضير المادة الخام من تلك المواد، ومن ثم يتم إدخالها في محول الغاز في صورة جافة أو طينية. داخل محول الغاز تتفاعل المادة الخام في بيئة محرومة من الأكسجين، وفي بخار شديد الحرارة تحت ضغط كبير، فيتكون الغاز الاصطناعي الناتج من 85% أول أكسيد الكربون وهيدروجين، وكميات ضئيلة من الميثان وثاني أكسيد الكربون.
قد يحتوي الغاز الاصطناعي على بعض آثار من الشوائب، التي يتم نزعها من خلال عمليات معالجة أخرى؛ حيث يتم استعادتها مرة أخرى أو إعادة توجيهها إلى محول الغاز. فعلى سبيل المثال، يتم استعادة الكبريت لصورته الأولى أو في صورة حامض الكبريتيك، وكلاهما يمكن إعادة تسويقهما.
إذا احتوى الغاز الاصطناعي على كمية كبيرة من النيتروجين، يجب فصله لتفادي إنتاج أكسيدات النيتريك، التي تعتبر من الملوثات وتتسبب في الأمطار الحمضية. ولأول أكسيد الكربون والنيتروجين درجات غليان متشابهة؛ لذا يستلزم لحصد أول أكسيد الكربون النقي إجراء عملية تجميد، وهي عملية صعبة جدًّا.
وإذا كان الغاز الاصطناعي يخضع للاستخدام في توليد الكهرباء، فإنه عادة ما يستخدم بصفته وقودًا في تكوين لتوليد الطاقة يطلق عليه "دورة التغويز المتكاملة" (IGCC). من ثم تستخدم الطاقة المتولدة من قبل المصنع الذي أنتج الغاز الاصطناعي أصلاً؛ الأمر الذي يقلل من تكلفة التشغيل.
فتتراوح اقتصاديات تصنيع الوقود الاصطناعي بشكل كبير حسب المادة الخام المستخدمة، والعملية المستخدمة، ومواصفات الموقع – مثل تكلفة المادة الخام والنقل – بالإضافة إلى تكلفة الأجهزة الإضافية اللازمة للتحكم في الانبعاثات.
ومن الاعتبارات المحورية لتطوير الوقود الاصطناعي إمكانية تأمين إمدادات الوقود المحلي من الكتلة الحيوية والفحم المحليين. فتستطيع الدول الغنية بالكتلة الحيوية والفحم استخدام الوقود الاصطناعي لتعويض استخدامهم للوقود البترولي والبترول المستورد.
كما تتراوح البصمة البيئية لوقود اصطناعي ما بشكل كبير حسب العملية المستخدمة لإنتاجه، والمادة الخام المستخدمة، ووسائل التحكم في التلوث المستخدمة، ومسافة النقل ووسيلته بالنسبة لكلٍّ من جلب المادة الخام وتوزيع المنتج النهائي. ففي مواقع كثيرة لا يمكن تطوير المشروعات جرَّاء القيود المحتملة إذا كان تصميم العملية الذي وقع عليها الاختيار لا يناسب المتطلبات المحلية من الهواء النظيف، والماء، وبصفة متزايدة دورة حياة انبعاثات الكربون.
المراجع
clarke-energy.com
biofuel.org.uk