فناوری گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG) راهبردی در جهت بهبود اقتصاد انرژی کشور

فناوری گاز کردن زیرزمینی زغالسنگ (UCG) راهبردی در جهت بهبود اقتصاد انرژی کشور

سید محمد اسماعیل جلالی^[1]، مریم امامی^[2]، مهدی نجفی^[3]، فاطمه قریب بلوک^[4]

حسن محمدی^[5]، احمد رمضان­زاده^[6]

تاریخ دریافت: 01/09/1393                                                           تاریخ پذیرش: 13/11/1393

چکیده:

با وجود اینکه ایران از نظر برخورداری از منابع زغال‌سنگ در جایگاه دوازدهم جهان قرار دارد اما این منبع عظیم انرژی، تنها یک درصد در سبد انرژی کشور سهم دارد. در ایران، اقتصاد انرژی تحت تاثیر ذخایر نفت و گاز طبیعی قرار دارد و این موضوع سبب شده به منابع دیگر انرژی که سودآوری کلانی دارند، توجه چندانی نشود. فناوری نوین گاز کردن زیرزمینی زغال­سنگ (UCG) روشی برای تبدیل زغال­سنگ به گاز در زیرزمین است که سبب افزایش بازیابی لایه­های زغال­سنگ با ضخامت­های متغیر و در اعماق زیاد خواهد شد. با تزریق گاز سنتزی حاصل از فناوری UCG به شبکه گازی کشور، سبب افزایش امکان بهره­برداری از ظرفیت صادراتی گاز کشور خواهد شد. انتظار می‌رود با بهره‌گیری از فناوری UCG در ایران در جهت تحقق اهداف اسناد بالادستی کشور و اوامر ابلاغی مقام معظــم رهبری در حوزه نفت و گاز، گام بلندی برداشت.

­­­

طبقه­بندیJEL: O13,Q32,Q42

واژه­های کلیدی: گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ، انرژی، فناوری­های نوین، اقتصاد

1- مقدمه

با توجه به نیاز روز افزون به منابع انرژی، تدوین راهبردی جامع برای بهره‌برداری بهتر از انرژی ضرورت دارد. با توجه به پیاده‌سازی قانون هدفمندی یارانه­ها در ایران، فناوری­های نوینی که با هزینه­های کمتر، انرژی ارزان و همچنین پاک را تولید کنند، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. سیاست­های انرژی کشور نیز بر اساس اسناد بالادستی بر پایه کاهش وابستگی به نفت تدوین شده است. با وجود ذخایر عظیم زغال­سنگ در کشور بهره­برداری از این منابع عظیم انرژی با استفاده از فناوری­های جدید در تامین بخشی از تقاضای انرژی و همچنین افزایش پتانسیل آن در جهت صادرات نقش مهمی دارد.

زغال­سنگ به عنوان یکی از قدیمی­ترین سوخت­های فسیلی، از گذشته تا به حال، جایگاه ویژه­ای در تامین انرژی در سطح جهان داشته است. اما در ایران به سبب وجود نفت و گاز کمتر به این ذخیره ارزشمند توجه شده است. در چند سال اخیر با توجه به مشکلاتی که در کشور در زمینه تامین انرژی وجود داشته، استفاده از منابع دیگر انرژی به خصوص زغال­سنگ اهمیت یافته است. ایران از نظر میزان ذخایر زغال­سنگ، در رتبه 12 جهان قرار دارد^[7] (www.nationmaster.com) و حدود 2/1 درصد ذخایر زغال­سنگ دنیا در ایران قرار دارد اما از لحاظ میزان تولید زغال‌سنگ در جایگاه 44 جهان قرار دارد^[8] (www.eia.gov) که نشان­دهنده بی‌توجهی به ذخایر زغال­سنگ است.

روش‌های مرسوم استخراج زغال‌سنگ، برای استخراج لایه‌‌های زغال‌سنگ‌ واقع در اعماق زیاد و دارای ضخامت متغیر، اقتصادی نیست و فقط می‌توان 5 درصد ذخایر زغال‌سنگ دنیا را با این روش‌ها استخراج کرد، امابا استفاده از فناوری UCG ^[9] می­توان قسمت قابل توجهی از این نوع ذخایر را مورد بهره­برداری قرار داد (کواچ[10]،2009). فناوری UCG به دلیل افزایش بازیابی لایه­های زغال­سنگ با ضخامت­های متغیر و در اعماق زیاد، مورد توجه بسیاری از بهره برداران قرار گرفته است. در ایران بخش زیادی از ذخایر زغال‌سنگ در عمق واقع شده و یا دارای ضخامت کمی هستند که برای استحصال و استفاده از این منابع، فناوری UCG می‌تواند به ‌عنوان بهترین گزینه مطرح باشد. با استفاده از این روش، بهره­برداری از بسیاری از ذخایر زغال­سنگ ایران توجیه اقتصادی پیدا خواهد کرد (نجفی و همکاران1393).

فناوری­ UCG، روشی نوین برای بهره­برداری از انرژی زغال­سنگ است که بر پایه آن نیروگاه­های تولید برق احداث می­شود. در فرآیند UCG، لایه­های زغال­سنگ بدون نیاز به عملیات معدن­کاری سنتی، به صورت برجا در زیرزمین به گاز سنتزی تبدیل می­شوند (جلالی و همکاران،1392؛ نجفی و همکاران، 1393). همانطور که در شکل (1) دیده
می­شود، در فرآیند UCG ابتدا چاه­های تزریق^[11] و تولید^[12] تا رسیدن به لایه زغال­سنگ حفاری و به یکدیگر متصل می­شوند. سپس اکسیدان (مشتمل بر ترکیبی از هوا و اکسیژن و بخارآب) به داخل چاه تزریق ارسال می­شود تا باعث سوختن زغال­سنگ و تبدیل آن به گاز شود. بر اثر احتراق، علاوه بر گرما، منواکسید کربن و بعضی گازهای ترکیبی تولید می­شود. گازهای ترکیبی از فضای استخراجی^[13] ایجاد شده در لایه زغال­سنگ به داخل چاه تولید منتقل شده و سپس، به سطح زمین هدایت می­شوند(لطفی آزاد و همکاران،1391؛ نجفی و همکاران،1392).

در این مقاله به ضرورت توجه به فناوری UCG به عنوان راهبردی جدید در زمینه به کارگیری فناوری‌های نوین برای بهره­برداری از منابع عظیم زغال‌سنگ در کشور  و بهبود وضعیت اقتصاد انرژی پرداخته شده است.

شکل (1)- فرآیند کلی در روش UCG (ساری[14] و همکاران،2004)

2- ضرورت به کارگیری فناوری UCG در ایران

با بهره­گیری از فناوری UCG علاوه بر امکان بهره­برداری از کانسار­های زغال­سنگ واقع در اعماق زیاد و امکان استحصال لایه­هایی با ضخامت کم، تسهیلات دیگری را نیز می­توان فراهم کرد. در این بخش به مهم­ترین آن­ها پرداخته می­شود.

2-1- ایجاد تنوع در سبد انرژی کشور

در حال حاضر در حدود 98 درصد از انرژی مورد نیاز ایران از منابع نفت و گاز تامین می­شود. مقایسه بین سبد انرژی جهان و ایران نشانگر اتکای بیش از حد ایران به منابع نفت و گاز در قیاس با سایر کشورها است. مقایسه مقدار سرانه مصرف انرژی در ایران به تفکیک حامل­های انرژی با مقادیر جهانی نشان می­دهد، سرانه مصرف گاز طبیعی و نفت خام و فرآورده های نفتی به ترتیب 0/6 و 6/1 برابر متوسط مصرف سرانه جهانی است. به نحوی که سایر منابع انرژی اعم از منابع زغال­سنگ، تنها 5/1 درصد از سبد انرژی ایران را دربر گرفته است^[15] (www.eia.gov) (شکل 1). بر اساس اعلام ترازنامه انرژی، مصرف سرانه زغال­سنگ در ایران بسیار پایین­تر از متوسط جهانی است (ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۱).

نمودار (1)- سهم منابع انرژی در سبد مصرفی انرژی در ایران در سال 2012 (www.eia.gov)

دلایل گوناگونی برای شکل­گیری این وابستگی صرف به نفت و گاز در ایران وجود دارد. از مهم­ترین این دلایل، جایگاه ایران به عنوان رتبه چهارم در منابع نفت و رتبه دوم در ذخایر گاز جهان^[16] (www.eia.gov) است. از طرف دیگر در قرن اخیر با توسعه­ی تصاعدی صنایع جهان و وابستگی این صنایع به نفت و گاز و رشد پایدار تقاضای جهانی برای این دو منبع ارزشمند انرژی و در نتیجه رشد چشمگیر قیمت آن در دهه های اخیر، چنان جذابیتی برای استفاده از این دو منبع انرژی به وجود آمده است که کشورهای دارنده نفت و گاز از جمله ایران طی 50 سال گذشته تمامی تلاش خود را برای اکتشاف، استخراج و صدور نفت و گاز معطوف کرده­اند. این رویکرد تا حد زیادی سبب مهجور ماندن سایر منابع انرژی در ایران شده است. اگرچه طی دهه اخیر این رویکرد تا حد زیادی در حال تغییر است به هر حال طرح تحول اقتصادی و طرح هدفمند کردن یارانه­ها به ویژه طرح اصلاح قیمت حامل­های انرژی، توجه بیشتر به سایر منابع انرژی در ایران را اجتناب­ناپذیر
خواهد کرد.

اگر تاکنون نفت و گاز به عنوان یک منبع فوق­العاده ارزان در اختیار صنایع و مصارف خانگی قرار داشت، پس از اجرای طرح تحول اقتصادی دیگر ممکن است نتوان نفت و گاز را به عنوان منابع ارزان انرژی در کشور تلقی کرد. با نزدیک شدن قیمت داخلی نفت و گاز به قیمت­های جهانی به ویژه قیمت­های کشورهای همسایه، سایر منابع انرژی از جمله زغال­سنگ نیز قابلیت رقابت با نفت و گاز در سبد انرژی ایران را پیدا کرده­اند (ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۱).

2-2- آمایش سرزمین

ایران به دلیل شرایط متنوع زمین­شناسی دارای کانسارهای متنوع زغا­ل­سنگ است.  قسمت عمده منابع زغالی ایران در پنج ناحیه کرمان ـ نایبند (طبس)، البرز، شمال شرق خراسان، کاشان- اصفهان و ناحیه مراغه (آذربایجان) واقع شده است (www.ngdir.ir).

در مناطقی‌ که بیشتر زغال­سنگ‌های کشور در آن‌ها واقع شده‌اند، نفت و گاز طبیعی وجود ندارد. گازرسانی به این مناطق، هزینه­ی بسیاری را در بر دارد. برای مثال در شهرستان طبس که یکی از بزرگ­ترین ذخایر زغال­سنگ ایران در آن واقع است، فاصله بسیار دور از مرکز دریافت گاز که پالایشگاه شهید هاشمی نژاد است، موجب شده اجرای پروژه گازرسانی با مشکلات و هزینه بسیاری همراه باشد.

در حال حاضر بسیاری از شهرها و روستاها در مناطق طبس، کرمان و سیستان و بلوچستان، خطوط انتقال گاز وجود ندارد و مردم این مناطق از این نعمت محروم هستند. متاسفانه با وجود ذخایر عظیم زغال­سنگ در مناطق طبس و کرمان، گاز مورد نیاز برای نیروگاه‌های برق نیز از سایر مناطق کشور تامین می‌شود. در ایران حتی یک نیروگاه برق زغال‌سوز وجود ندارد. نیروگاه حرارتی طبس با ظرفیت 650 مگاوات که به عنوان اولین نیروگاه زغال‌سوز کشور به شمار می‌آید بر اساس برنامه­ی پیش بینی شده، قرار بود تا سال 1391 به بهره‌برداری برسد اما به دلایل مختلف روند اجرای آن به کندی پیش می‌رود و تاکنون (شهریور93) به بهره‌برداری نرسیده است. در مناطق طبس و کرمان، تاسیس نیروگاه­های تولید برق که از منابع غنی زغال­سنگ استفاده کند،  احتمالا مقرون به صرفه­تر از این است که هزینه­های سنگین برای انتقال خطوط گاز طبیعی صرف شود.

با استفاده از انرژی برق به جای گاز در این مناطق، می­توان از مزایای این انرژی همچون، قابلیت انتقال آسان، پاک بودن و خطرات پایین در حوادث طبیعی استفاده کرد. البته باید توجه داشت که برای تامین سوخت نیروگاه­های زغال سوز‌ باید ابتدا زغال‌سنگ استخراج شود و به محل نیروگاه حمل شود اما با احداث راکتور UCG بسیاری از هزینه‌های استخراج زغال‌سنگ به روش سنتی، کاهش می‌یابد.

2-3- قابلیت تولید محصولات متنوع

گازکردن زیرزمینی زغال­سنگیکی از فناوری­های پاک برای تولید گاز سنتزی از زغال­سنگ برجا است. گاز سنتزی برای تولید برق، تولید مواد شیمیایی، سوخت­های مایع و سوخت هیدروژنی استفاده می­شود (جلالی^[17] و همکاران،2014). عمده مصارف و فرآورده­های حاصل از گاز سنتزی در شکل (2) نشان داده شده است.

شکل (2)- کاربردهای گاز سنتزی حاصل از فرآیند UCG(کواچ،2009)

الف) تولید برق: زغال‌سنگ پس از نفت خام و گاز طبیعی بیشترین سهم را در میان حامل‌های اولیه انرژی جهان به خود اختصاص داده است.اهمیت این حامل انرژی در تولید برق، بیش‌تر دیده می‌شود تا جایی که زغال‌سنگ اصلی‌ترین منبع انرژی نیروگاه‌های برق است و حدود 40 درصد از برق جهان در سال ۲۰13 با استفاده از آن تولید شده است (نمودار (2)) (www.eia.gov).

نمودار (3)- سهم انواع منابع اولیه انرژی در تولید برق در سطح دنیا در سال ۲۰13 [18](www.eia.gov)

بررسی وضعیت تولید برق در ایران نشان می‌دهد که یکی از زمینه‌های آسیب‌پذیری کشور، وابستگی بالای شبکه برق سراسری به گاز طبیعی و نفت خام است. در سال ۹۲ با وجود بهره­برداری از انرژی هسته‌ای در نیروگاه اتمی بوشهر، ۹۲ درصد از برق کشور با استفاده از گاز طبیعی، گازوییل و مازوت تولید شده است (نمودار (3)).

نمودار (4)- سبد تولید برق ایران در سال ۱۳۹۲ (http://ayaronline.ir)

با فرض استفاده از ذخایر قطعی زغال‌سنگ، امکان بهره‌برداری از حداقل ۴ تا ۶ هزار مگاوات نیروگاه زغال‌سنگ‌سوز در کشور وجود دارد و این میزان با احتساب ذخایر احتمالی می‌تواند به ۵۰ هزار مگاوات افزایش یابد. در نتیجه ضروری است نسبت به تنوع بخشی به سبد تولید برق کشور با هدف کاهش وابستگی به نفت و گاز اقدام شود تا بتوان کشور را از مزایای اقتصادی آن بهره‌مند کرد (http://ayaronline.ir).

ب) تولید مواد شیمیایی: گاز سنتزی که از فرایند UCG به دست می­آید به مخلوط‌های گازی اطلاق می­شود که محتوی منوکسیدکربن و هیدروژن به نسبت‌های مختلف باشد. هیدروژن و منوکسیدکربن دو ماده مهم در صنایع شیمیایی محسوب شده و دارای مصارف فراوانی هستند.منوکسیدکربن در تولید رنگ‌ها، پلاستیک‌ها، فوم‌ها، حشره­کش‌ها، علف‌کش‌ها، اسیدها و ... به کار می­رود. از جمله مصارف هیدروژن نیز
 می­توان به تولید آمونیاک، هیدروژناسیون و هیدروکراکینگ اشاره نمود(http://vista.ir). بنابراین گاز سنتزی مادة اولیه بسیار با ارزشی برای تولید مواد شیمیایی متنوع است. عمده موارد مصرف گاز سنتزی زیرا می‌توان در فرآیندهای تهیه­ی متانول، تهیه­ی اتیلن گلایکول، واکنش‌های هیدروفرمیل­دار کردن، سنتز فیشر- تروپش، احیای سنگ آهن مشاهده کرد. از جمله دیگر مصارف گاز سنتزی، می­توان به تهیه الکل‌های سنگین، دی­متیل اتر، استرها، کتون‌ها و انواع هیدروکربورها اشاره کرد (www.cloob.com).

پ) تولید هیدروژن: یکی از حامل‌های انرژی‌ که باید مورد توجه جدی قرار گیرد، هیدروژن است. هیدروژن امروزه کاربرد گسترده‌ای در پیل‌های سوختی دارد. در حال حاضر بیشتر فرآیندهای تولید هیدروژن بر پایه سوخت‌های فسیلی است. اگر چه سوخت‌های فسیلی منابع تجدیدناپذیر هستند ولی 5 تا 20 سال دیگر از منابع اصلی تولید هیدروژن به شمار خواهند رفت و پیش بینی می‌شود حداقل تا 50 سال دیگر این وضعیت ادامه داشته باشد(جلالی و همکاران، 1392). استفاده از گاز سنتزی حاصل از فرایند UCG یکی از راه­های تولید هیدروژن است. در شکل 6 هزینه تولید هیدروژن از روش‌های مختلف نشان داده شده است (www.uk.reuters.com). با توجه به شکل روشن است تولید هیدروژن از زغال‌سنگ و به خصوص گازکردن زیرزمینی زغال‌سنگ دارای هزینه
پایین­تری نسبت به روش­های دیگر است و تولید هیدروژن از این روش مقرون به صرفه خواهد بود.

نمودار (5)- مقایسه هزینه تولید هیدروژن با روش‌های مختلف (www.uk.reuters.com)

2-4- افزایش سطح رقابت و چانه زنی منطقه­ای برای صادرات گاز

بر اساس مطالعات اکتشافی انجام شده، میزان کل ذخایر قابل استحصال گاز طبیعی ایران به 78/33 تریلیون مترمکعب در سال 2013 رسیده است. بنابراین آمار، ایران با این میزان ذخیره گاز طبیعی در رتبه دوم جهان قرار دارد(www.eia.gov). با این که ایران از لحاظ ذخایر گازی دارای رتبه دوم جهان و رتبه سوم در تولید گاز در جهان است، کمتر از یک درصد از تجارت جهانی گاز طبیعی را در سال 2012 به خود اختصاص داده و دارای رتبه 43 در صادرات گاز است. بنابراین در تعیین قیمت جهانی گاز نیز نقشی ندارد^[19] (www.eia.gov).

عمده مصرف گاز طبیعی ایران در بخش داخلی است و ایران به عنوان یک کشور مصرف کننده گاز محسوب می­شود. طبق آمار با این که ایران سومین تولیدکننده گاز جهان است، در مصرف نیز سومین مصرف کننده­ی بزرگ گاز جهان (http://www.yjc.ir) و در مقایسه با میزان صادرات، دارای واردات مقادیر قابل توجهی گاز از کشورهای همسایه (ترکمنستان و آذربایجان) است (ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۱). طبق آمار تا سال 1390 واردات گاز ایران بیشتر از صادرات آن بوده است. ولی در سال 1391 در پی قطع مکرر گاز وارداتی از ترکمنستان در روزهای سرد سال، واردات گاز کاهش چشمگیر داشته است و به حدود 7/4 میلیارد مترمکعب رسیده است. این درحالی است که صادرات ایران در این سال، 3/9 میلیارد مترمکعب بوده است (ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۱). خالص صادرات گاز ایران در سال 2013 بالغ بر 3/4 میلیارد مترمکعب بوده است. کل رقم صادرات گاز در جهان طی سال 2013 نیز 710 میلیارد مترمکعب اعلام شده است که سهم ایران به عنوان دارنده بزرگترین ذخایر گازی جهان تنها 6/0 درصد بوده است (http://mobile.tasnimnews.com). این درحالی است که کشورهای همسایه نظیر پاکستان و هند نیز برای کاهش واردات گاز طبیعی از ایران بر اساس یک برنامه‌ریزی راهبردی دقیق به دنبال تولید گازسنتزی حاصل از فرایند UCG هستند. بدیهی است افزایش ظرفیت تولید گاز در این کشورها و خود کفایی آن‌ها در زمینه تامین انرژی، بر وضعیت صادرات گاز ایران تاثیر منفی خواهد گذاشت.

 مشکل اساسی در صادرات گاز ایران را می­توان در نوسانات شدید مصرف گاز در ایران جستجو نمود. در ایران میانگین دما بین 10- درجه تا 50+ درجه سانتیگراد در ماه­های سرد و گرم سال متغیر است (آذین و فراش، 1390). به این ترتیب مصرف گاز با نوسانات فصلی شدیدی روبرو است. نمودار (6) نوسانات مصرف گاز طی ماه­های مختلف در
سال­های 1387 و 1392 و رشد نسبی آن در این سال­ها را نشان می­دهد.

نمودار (6)- وضعیت نوسانات فصلی و رشد مصرف گاز طی ماه های مختلف سال­های 1387

 و 1392 در ایران (ترازنامه هیدروکربوری کشور سال 1387و www.tavanir.org.ir)

با توجه به مطالب بیان شده یکی از راه حل­های مناسب برای مهار نوسانات مصرف، افزایش ظرفیت تولید گاز است. تزریق گاز سنتزی حاصل از بکارگیری فناوری UCG به شبکه­ی انتقال گاز کشور به خصوص در فصول سرد می­تواند در جهت کاهش واردات کمک موثری باشد. افزایش ظرفیت گاز تولیدی کشور، تامین پایدار سوخت برای مصارف داخلی کشور را در پی خواهد داشت و میان عرضه و تقاضا در فصل­های گرم و سرد توازن ایجاد خواهد کرد. کاهش هزینه‌های صنعت با توجه به مزایای استفاده از گاز، کاهش هزینه تنظیم رگولاتورهای گاز در مراکز صنعتی در اثر تغییر فشار گاز در فصول زمستان و تابستان و رفع خطراتی نظیر کاهش عرضه، مشکلات فنی پالایشگاه­ها و مشکلات فنی خطوط لوله انتقال که تامین و عرضه گاز را تهدید می‌کند، از دیگر مزایای افزایش ظرفیت گاز تولیدی در کشور از طریق بهره‌برداری از فناوری UCG است.

2-5- کاهش اثرات زیست محیطی 

پیامدهای زیست محیطی صنعت زغال­سنگ، از نظر مشکلات استخراج و تبعات معدنکاری آن و عواقب مصرف زغال­سنگ بر طبیعت، حادتر از سایر سوخت‌های فسیلی است. به همین دلیل، قوانین و استانداردهای بالای معدنکاری زغال­سنگ سلامت نیروی انسانی و جلوگیری از تخریب اکوسیستم منطقه معدنی را مدنظر دارند. سوزاندن زغال­سنگ نیز لطمات جبران ناپذیری بر محیط زیست وارد می­کند که تولید دی‌اکسیدکربن، دی‌اکسیدگوگرد، اکسیدهای نیتروژن و فلزات سمی از آن جمله‌اند. مهمترین پیامدهای منفی مصرف زغال­سنگ را می‌توان تولید گازهای سولفوره دانست که عامل ایجاد باران‌های اسیدی است، از این‌رو استخراج بسیاری از معادن به ویژه کانسارهای پرگوگرد به دلیل تمهیدات محیط زیست با مشکلات حقوقی فراوانی مواجه‌اند و لازمه رسیدن به استانداردها و تحقق قوانین تولید و مصرف زغال­سنگ، صرف هزینه‌های جانبی فراوان است که کاهش مطلوبیت اقتصادی معدنکاری زغال­سنگ را در پی داشته است و می‌تواند باعث رکود این صنعت شود (ترازنامه انرژی سال 1387).

یکی از راه­های استفاده بهینه از زغال­سنگ با حداقل آلودگی، تبدیل برجای آن به گاز است که به صورت زیرزمینی و بدون استخراج زغال از معدن و یا با حداقل استخراج صورت می­گیرد. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است میزان آلودگی هوا در نیروگاه­هایی که از روش UCG استفاده می­کنند در مقایسه با نیروگاه­هایی که با سوخت فسیلی کار می­کنند بسیار کمتر است. این روش دارای مزایای زیر از دیدگاه زیست محیطی است (بارتن^[20]،2006):

ü                  به دلیل عدم حمل و نقل زغال­سنگ و باطله همراه آن، اثرات محلی در ارتباط با روبرداری زغال­سنگ و انبار زغال­سنگ کاهش می­یابد.

ü                  مشکل شستشوی زغال‌سنگ و دفع آلاینده‌ها و ذرات در سایت‌های معدنی رفع  می­شود.

ü                  انتشار گازهای گلخانه‌ای 25 درصد کاهش می­یابد و گازهای اکسیدهای نیتروژن (NOx) و اکسیدهای کربن (COx) حذف می­شود.

ü                  تخریب سطح زمین و نشست در مقایسه با معدن‌کاری زغال‌سنگ و عملیات استخراج نفت و گاز کاهش چشمگیر خواهد داشت.

ü                  انتشار متان نسبت به معدن‌کاری مرسوم بسیار کمتر خواهد شد.

ü                  خطر آلودگی آب‌های سطحی که در معدن­کاری زغال رایج است، کاهش می­یابد.

ü                  به دلیل محدودشدن باطله‌های جامد در زیرزمین، مشکل تمیزکاری و بازسازی محیط رفع خواهد شد.

نمودار (7)- مقایسه میزان آلودگی هوا ناشی از نیروگاه­های با سوخت­ فسیلی و مجموعه­های UCG در سال 2012 (www.ergoexergy.com)

2-6-  جایگزین کردن روش­های با فناوری بالا به جای روش­های سنتی

زغال­سنگ یکی از با ارزش­ترین مواد معدنی انرژی­زا در جهان امروز است که از نظر ذخیره بیشترین حجم را در دنیا داراست (اسماعیل­نیا و همکاران، 1389). اما مقایسه رشد تولید زغال­سنگ در سال 2012 با متوسط نرخ رشد سالانه ده ساله اخیر، بیانگر روند نزولی در رشد تولید این حامل انرژی است. از مهم­ترین دلایل این امر، هزینه بالای استخراج زغال­سنگ و حمل آن، کاهش قیمت گاز طبیعی، چالش­های زیست محیطی و عدم توانایی در کنترل انتشار گازهای گلخانه ای است (ترازنامه انرژی سال 1391).

از دیگر مشکلاتی که در راه معدنکاری زغال­سنگ وجود دارد، خطرات و حوادث غیر قابل پیش بینی است که از دیرباز تا کنون در معادن قربانی می­گیرد. معدنکاری به خصوص کار در معادن زغال­سنگ جز کارهای سخت و زیان آور است. سازمان جهانی بهداشت کار، در سال 2012 این شغل را مجددا جزو مشاغل پر مخاطره، خطرناک و زیان آور قرار داده است (www3.irna.ir). به همین دلیل، پژوهشگران و محققان در پی یافتن راهی برای استحصال انرژی از ذخایر زغال­سنگ بدون استخراج آن از زیر زمین بوده­اند.  فناوری UCG راه حلی است که این امکان را فراهم آورده­است و علاقه­مندی کشورهای مختلف جهان نسبت به پیاده سازی آن در حال افزایش است.

در ایران به دلیل ضخامت کم لایه­های زغال و شکستگی­های موجود، برخی مواقع معدنکاران ناچار به استفاده از روش­های سنتی می­شوند که این امر راندمان را کاهش و مخاطرات را افزایش می­دهد. در روش معدنکاری سنتی سهم نیروی انسانی در استخراج زغال­سنگ حدود 70 درصد است که این مهمترین عامل آسیب­های جدی معدنکاران در زمان وقوع حادثه است (www3.irna.ir).

در حال حاضر در بیشتر معادن ایران روش‌های معدنکاری سنتی رایج است، یعنی کارگر در بدترین شرایط کاری با پیکور کار استخراج را انجام می‌دهد. تنها معدن مکانیزه، معدن طبس است که مدتی با مشکلاتی در مورد ماشین‌آلات مواجه بوده است. به هر حال، در حال حاضر در ایران از فناوری روز دنیا در بخش‌های اکتشاف، استخراج و فرآوری استفاده نمی‌شود. در معدنکاری روز دنیا در خصوص زغال­سنگ، به ازای هر نفر در هر شیفت، حدود 95 تن زغال­سنگ تولید می‌شود که این رقم در ایران در بهترین شرایط حدود یک تن به ازای هر نفر در هر شیفت است. در آمریکا به ازای هر نفر در هر ساعت، حدود 6 تن زغال­سنگ تولید می‌شود که این رقم در ایران کمتر از 03/0 تن است. البته معادن ایران نسبت به معادن دیگر دنیا، در وضعیت بدتری قرار دارند چون لایه‌های
زغال­سنگ ایران اغلب شیب­دار است. ضخامت لایه‌ها نیز یکنواخت نیست و کم و زیاد می‌شود (عطایی، 1391).

با این اوصاف در مقابل مشکلات و خطراتی که در معدنکاری زغال­سنگ به روش سنتی روباز و یا زیرزمینی وجود دارد استفاده از فناوری UCG که روشی پیشرفته است،  بسیاری از مشکلات را حل خواهد کرد. این روش بهره­برداری از زغال­سنگ، علاوه بر مزایای محیط زیستی و کاهش خطرات برای معدنکاران، از روش­های دیگر استخراج زغال­سنگ، اقتصادی­تر است. مزایای این روش به شرح زیر است:

صرف هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی پایین‌تر نسبت به معدن‌کاری سنتی به منظور استخراج زغال‌سنگ و تبدیل آن به برق و سوخت مایع (نمودار (8))

ü                  استفاده از گاز ترکیبی تولیدی در فرآیندهای صنعتی مختلف از جمله تولیدات شیمیایی

ü                  انتقال گاز سنتزی تولید شده به طور مستقیم به مصرف کننده و حذف نیاز به جاده و ریل

ü                  شرایط ایمنی و بهداشتی مناسب (عدم حضور معدنچی در زیرزمین)

ü                  پالایش آسان­تر گاز به علت باقی ماندن خاکستر زغال­سنگ در زیرزمین

ü                  تولید گازهای گلخانه­ای کمتر و امکان جداسازی و ذخیره سازی زیرزمینی دی اکسید کربن

شکل (8)- هزینه تولید برق با استفاده از فناوری UCG در مقایسه با سایر روش­ها در سال 2010 (www.ucgassociation.org)

2-7- کارآفرینی و اشتغال­زایی

ایجاد زیرساخت­های نوین معدن­کاری (همچون UCG)، علاوه بر ایجاد اشتغال، مزایای اقتصادی و سودآوری کلانی را در پی خواهد داشت. این فناوری با بکار گرفتن ظرفیت­های نیروی انسانی در مشاغل مختلف به صورت مستقیم و غیر مستقیم و با توجه به قابلیت­های بالقوه معدنی به خصوص در مناطق محروم در جهت کاهش مشکل بیکاری و پیامدهای آن بسیار موثر خواهد بود. با ورود صنعتUCG  به ایران، همچنین بازارکار مهمی برای فارغ التحصیلان دانشگاهی بیکار در بخش­های تخصصی ایجاد خواهد شد که در خصوص کاهش نرخ فرار مغزها نیز ممکن است گام موثری به شمار آید.

3- بررسی ظرفیت‌های قانونی استفاده از UCG با توجه به قوانین مادر

ورود فناوری UCG به ایران، راهبردی برای دستیابی به برخی از اهداف متعالی نظام است که با توجه به اسناد بالادستی اهتمام برای دستیابی به این فناوری، ضروری به نظر می­رسد.

3-1- قانون برنامه پنجم توسعه جمهوری اسلامی ایران

تولید انرژی پاک با استفاده از گاز کردن زیر­زمینی زغال­سنگ راهکاری برای اجرای بخش­هایی از قانون برنامه پنجم توسعه و نیز دست آویزی برای بهره­برداری از ظرفیت­های پیش بینی شده در این قانون خواهد بود که برخی از مواد آن در زیر مورد بررسی قرار گرفته است:

ü            فناوری UCG می­تواند  به علت  «ایجاد اشتغال پایدار، توسعه کارآفرینی و مشاغل نو و ایجاد زمینه مساعد برای صادرات انرژی غیر نفتی» از حمایت دولت و معافیت­های مالیات و عوارض طبق ماده 80  قانون برنامه پنجم توسعه برخوردار باشد.

ü            با استفاده از فناوری UCG امکان تولید برق و «ایجاد تنوع در عرضه انرژی کشور» وجود دارد و مطابق ماده۱۳۳ قانون برنامه پنجم، «شرکت توانیر و شرکت‌های وابسته و تابعه وزارت نیرو اجازه دارند نسبت به انعقاد قراردادهای بلندمدت خرید تضمینی برق تولیدی اقدام نمایند.» این ظرفیت قانونی می­تواند، موجب علاقه­مندی بخش خصوصی برای ورود به عرصه تولید برق از طریق UCG شود.

ü            سرمایه­گذاری در UCG، سرمایه­گذاری در صنایع نوین محسوب می­شود و دولت طبق ماده ۱۵۱ قانون برنامه پنجم، سیاست­هایی برای «حمایت از صنایع نوین» به ویژه اعطای تسهیلات درنظر گرفته است.

ü            روش UCG راه حلی مناسب برای کاهش اثرات مخرب زیست محیطی نسبت به روش­های سنتی است و بنابراین بر اساس ماده 192 قانون برنامه پنجم که اشعار می­دارد طرح­ها باید «براساس ضوابط مصوب شورای عالی حفاظت محیط زیست» تدوین شوند، می­تواند باعث کاهش عوامل آلوده کننده شود.

ü                  استفاده از UCG با کاهش انتشار ذرات و گازهای آلاینده و گازهای گلخانه­ای برای تحقق اهداف ماده ۱۹۳ قانون برنامه پنجم مبنی بر «کاهش آلودگی هوا تا حد استانداردهای جهانی (کنترل و کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای)» زمینه مناسبی را فراهم خواهد آورد.

ü            به علت مزایای بیان شده در استفاده از فناوری UCG و هزینه­های سرمایه­ای و عملیاتی کمتر نسبت به روش­های سنتی، این فناوری سبب «رشد تولید ناخالص داخلی و کاهش وابستگی به درآمدهای نفتی و ایجاد اشتغال» خواهد شد. تحقق این اهداف در ماده 234 از وظایف دولت است و فناوری UCG کمک موثری به دولت در این راستا خواهد بود.

3-2- سند چشم انداز 20 ساله ^[21]

از جمله سیاست­های کلی برنامه چهارم توسعه جمهوری اسلامی ایران که در سند
چشمانداز پیش بینی شده، "کسب فناوری، به ویژه فناوری­های نو" است. بکارگیری فناوری UCG، در واقع استفاده از فناوری­های بالا به جای روش­های سنتی است که هم سو با تحقق اهداف این سند خواهد بود.

در مقوله آمایش سرزمینی در سند چشم انداز به «کارآیی و بازدهی اقتصادی«، «حفاظت محیط زیست و احیای منابع طبیعی»، «تسهیل و تنظیم روابط درونی و بیرونی اقتصاد کشور« و «رفع محرومیت‌ها، خصوصاً در مناطق روستایی کشور»  اشاره شده است. بر این اساس، استفاده از ذخایر زغال­سنگ با روش UCG در مناطق کرمان و طبس، سبب رفع محرومیت در روستاهای این مناطق خواهد شد. در این مناطق می­توان از گاز سنتزی، نیروگاه­های تولید برق تاسیس کرد. برق، انرژی فوق العاده پاکی است که فاقد اثرات مخرب زیست محیطی است. علاوه بر این، مزیت ارزان بودن این منبع انرژی، سبب رونق اقتصادی این مناطق خواهد شد.

با توجه به سند چشم انداز 20 ساله کشور «فراهم نمودن زمینه های لازم برای تحقق رقابت­پذیری کالاها و خدمات کشور در سطح بازارهای داخلی و خارجی و ایجاد ساز و کارهای مناسب برای رفع موانع توسعه صادرات غیر نفتی» در آینده ایران ضروری است.  استفاده از فناوری UCG سبب تولید گاز سنتزی با قیمت نازل­تر خواهد شد که در صورت استفاده در تامین انرژی برای صنایع تولیدی سبب کاهش قیمت نهایی محصولات، کالاها و خدمات خواهد شد و به طور غیر مستقیم زمینه­های صادرات غیر نفتی را فراهم می­آورد.  

بر طبق این سند، سبد جدیدی از انرژی با «به کارگیری دانش فنی و سرمایه انسانی و فناوری های نوین« در ایران ایجاد خواهد شد و از این طریق می­توان در جهت «تبدیل درآمد نفت و گاز با دارایی­های مولد به منظور پایدار سازی فرآیند توسعه و تخصیص و بهره برداری بهینه از منابع» حرکت کرد. 

سرمایه­گذاری در فناوری UCG به جای صرف هزینه­های عظیم برای استخراج
زغال­سنگ، سبب «رشد بهره­وری عوامل تولید» خواهد شد به این ترتیب که با به کارگیری انرژی، سرمایه و نیروی کار حداقلی، بازدهی حداکثری از زغال­سنگ به دست خواهد آمد. همچنین «گسترش فعالیت­های اقتصادی در زمینه­ی صنعت و معدن» که از دیگر آرمان­های سند چشم انداز است از طریق پیاده­سازی کارگاه­های استخراج UCG محقق می‌شود.

3-3- نقشه جامع علمی کشور

نقشه جامع علمی کشور مجموعه‌ای، هماهنگ و پویا از اهداف، سیاست‌ها، ساختارها، الزامات برنامه‌ریزی تحول راهبردی علم، فناوری و نوآوری مبتنی بر ارزش‌های اسلامی ایرانی و آینده‌‌نگر برای دستیابی به اهداف چشم‌انداز بیست ساله کشور است. این سند با تاکید مقام معظم رهبری به عنوان مهم­ترین نیاز کشور در جهت دستیابی به سطوح بالای دانش روز و جهش علمی، پس از مدت 4 سال تلاش متخصصین، در تاریخ 14 دی 1389 در شورای عالی انقلاب فرهنگی، تصویب شد. پس از تصویب سند توسط رییس جمهور وقت و رییس شورای عالی انقلاب فرهنگی در تاریخ 24 اردیبهشت 1390 به تمام
دستگاه­ها ابلاغ شد.

از جمله اهداف کلان نظام علم و فناوری کشور که در نقشه جامع علمی کشور آورده شده است، می­توان به موارد زیر اشاره کرد :

* «دستیابی به توسعه علوم و فناوری­های نوین و نافع، متناسب با اولویت­ها و نیازها و مزیت­های نسبی کشور، انتشار و به کارگیری آن­ها در نهادهای مختلف آموزشی و صنعتی و خدماتی»

* «افزایش سهم تولید محصولات و خدمات مبتی بر دانش و فناوری داخلی به بیش از 50 درصد تولید ناخالص داخلی کشور»

اکتشاف و استخراج مواد معدنی از جمله اولویت‌های نقشه جامع علمی کشور است و از جمله راهبردهای کلان مطرح شده در آن، جهت دادن به چرخه علم و فناوری و نوآوری برای ایفای نقش موثرتر در اقتصاد است. همانطور که در بخش­های قبل به تفصیل آورده شده است فناوری UCG روشی برای استفاده بهینه از ذخایر زغال­سنگ است و بکارگیری آن، برای بهره­برداری از ذخایر عظیم زغال­سنگ کشور، با صرفه اقتصادی همراه است. قابلیت تولید محصولات متنوع از جمله برق، هیدروژن و مواد شیمیایی از جمله مزیت­های این روش است که با ورود این دانش و فناوری به ایران، تولید ناخالص داخلی افزایش قابل توجه خواهد داشت و راه رسیدن به اهداف نقشه جامع علمی کشور هموارتر خواهد شد.

4- جمع­بندی

در مقابل مشکلات متعدد استخراج زغال­سنگ، روش گاز کردن زیرزمینی زغال­سنگ با کاهش هزینه در استفاده بهینه از منابع زغال­سنگ، کاهش قابل توجه در آلودگی
محیط زیست و تخریب سطح زمین، جایگاه ویژه­ای در سراسر جهان دارد. با به کارگیری فناوری نوین UCG در ایران، از طریق افزایش ظرفیت تولید گاز کشور و تولید برق از گاز سنتزی حاصل از UCG می­توان اقتصاد انرژی کشور را بهبود بخشید و در جهت تحقق اهداف اسناد بالادستی کشور و اوامر ابلاغی مقام معظــم رهبری در حوزه نفت و گاز، گام بلندی برداشت. فناوری UCG سبب تنوع بخشــی به سبد سوخت کشــور و امنیت انرژی در کشور خواهد شد و  می­توان زمینه صادرات گاز و سایر محصولات به اقصی نقاط جهــان را فراهم خواهد کرد.

6- منابع

الف) فارسی

1- آذین، رضا و داود فراش (1390)، «نقش ذخیره سازی زیر زمینی در تعدیل زنجیره عرضه گاز طبیعی»، اولین کنفرانس مجازی ذخیره سازی زیرزمینی مواد هیدروکربوری.

2- اسماعیل­نیا، علی­اصغر و عباس حمزه خانی (1389)، «بررسی اقتصادی استفاده از زغال­سنگ برای تولید برق در ایران»، مجله اقتصاد انرژی، شماره 132-131.

3- جلالی، سید محمد اسماعیل، مهدی نجفی و رضا خالوکاکایی (1392)، «امکان‌سنجی کاربرد روش گازکردن زیرزمینی زغال‌سنگ (UCG) برای تولید برق، مطالعه موردی: منطقه زغالی تخت»، مجله نظام مهندسی معدن، شماره 19

4- جلالی، سید محمد اسماعیل، مهدی نجفی و رضا خالوکاکایی (1392)، «امکان‌سنجی تولید هیدروژن از کانسارهای زغال‌سنگ ایران»، پژوهشکده دانشجویی دانشگاه صنعتی شاهرود.

5- عطایی، محمد (1391)، «زغال سنگ قربانی نفت و گاز»، روزنامه دنیای اقتصاد، شماره۲۸۵۰، مورخ ۱۳۹۱/۱۱/۱۶.

6- گروه مدیریت انرژی (1388)، ترازنامه هیدروکربوری کشور سال 1387، مؤسسه مطالعات بین المللی انرژی.

7- لطفی آزاد، علی اصغر، سید محمد اسماعیل جلالی و احمد رمضان زاده (1391)، «تدوین پارامترهای طراحی فرآیند گاز کردن زیر زمینی زغالسنگ (UCG)»، اولین کنگره ملی زغال سنگ.

8-  معاونت امور برق و انرژی (1392)، ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۱.

9- معاونت امور برق و انرژی (1388)، ترازنامه انرژی سال 1387.

10- نجفی، مهدی؛ سید محمد اسماعیل جلالی و رضا خالوکاکایی (1393)، «برآورد توزیع دما در ازراف پهنه های استخراجی در روش گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG) »، نشریه علمی پژوهشی مهندسی معدن.

11- نجفی، مهدی، سید محمد اسماعیل جلالی و رضا خالوکاکایی (1393)، «برآورد عرض مناسب فضای استخراجی در روش تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغال‌‌سنگ (UCG)»، مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده در نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی.

12- نجفی، مهدی، سید محمد اسماعیل جلالی، رضا خالوکاکایی و علی اصغر لطفی آزاد (1392)، «انتخاب لایه امید بخش برای استخراج به روش گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG)، مطالعه موردی منطقه زغالی مزینوی طبس»، فصلنامه علمی پژوهشی زمین شناسی محیط زیست، سال هفتم، شماره 25.

ب) انگلیسی

1- Burton, E.; J. Friedmann & R. Upadhye (2006), “Best Practices in Underground Coal Gasification”, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA.

2- Couch, G. R (2009), Underground Coal Gasification.  IEA Clean Coal Center, International Energy Agency.

3- Jalali, Seyed Mohammad Esmaiel; M. Najafi and R. Khalokakaei (2014), “Ranking of coal seams for Underground Coal Gasification (UCG) in Mazino Coal Deposit, Tabas Coal Field, Iran”, Geology and Mining Research Journal.

4- Sury, Martin; White Matthew, Jenny Kirton and Peter Carr (2004), “Review of Environmental Issues of Underground Coal Gasification”, Report No. COAL R272 DTI/Pub, URN, 1880/04 APENDIX G.

5- www.nationmaster.com

6- www.eia.gov

7- www.ngdir.ir

8- http://nigc-nigtc.ir

9- http://ayaronline.ir

10- http://vista.ir

11- www.cloob.com

12- www.uk.reuters.com

13- www.yjc.ir

14- http://mobile.tasnimnews.com

15- www.tavanir.org.ir

16- www.ergoexergy.com

17- www.eghtesadonline.com

18- www3.irna.ir

19- www.ucgassociation.org