Hydrogen blending amplifies seismic risk to global gas pipelines
تكشف هذه الدراسة أن إعادة توظيف خطوط أنابيب الغاز الطبيعي القائمة لخلط الهيدروجين تضاعف مخاطر الفشل الزلزالي بشكل كبير —بزيادة في الاحتمالية تصل إلى 40 ضعفاً عند التقاطعات الحساسة بسبب الأضرار المادية المتراكمة— مما يستوجب إدراج تقييمات المخاطر الزلزالية في تخطيط البنية التحتية للهيدروجين.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعيش العالم في خضم ثورة طاقة هادئة، حيث ينتقل من الوقود الأحفوري نحو بدائل أنظف لتزويد مستقبلنا بالطاقة. وفي قلب هذا التحول يبرز الهيدروجين، وهو وقود يحترق بشكل نظيف ويمكن إنتاجه من مصادر متجددة مثل الرياح والشمس. ولنقل هذا الوقود عبر القارات، يتطلع المهندسون إلى شبكة ضخمة قائمة بالفعل: مئات الآلاف من الكيلومترات من أنابيب الغاز الطبيعي المدفونة بالفعل تحت الأرض. وتتمثل الفكرة في ببساطة خلط الهيدروجين في الغاز المتدفق عبر هذه الأنابيب، وهي استراتيجية قد توفر مليارات الدولارات وتسرع الانتقال نحو اقتصاد أكثر اخضراراً. ومع ذلك، فقد بُنيت هذه الأنابيب من أجل الميثان، وهو غاز مختلف، وهي تقبع فوق كوكب يتحرك باستمرار. فالأرض تحتها تتحرك، وتتشقق، وتهتز أثناء الزلازل، وهي قوة أمضى المهندسون عقوداً في تعلم كيفية التنبؤ بها ومقاومتها. والسؤال الحاسم هو ما إذا كانت الأنابيب القديمة، التي تحمل الآن وقوداً جديداً وعدوانياً كيميائياً، لا تزال قادرة على الصمود أمام تحركات الأرض العنيفة.
لقد وضع فريق من الباحثين هدفاً للإجابة على هذا السؤال من خلال النظر إلى الصورة العالمية، وفحص كيف يمكن لمزيج الهيدروجين والزلازل أن يهدد البنية التحتية لأنابيب الغاز في العالم. لم يكتفوا بالنظر إلى الأنابيب نفسها، بل نظروا أيضاً إلى الشبكة المعقدة من الاتصالات التي تشكلها والأماكن المحددة التي يُحتمل أن تنكسر فيها الأرض. ومن خلال تحليل البيانات المتعلقة بنحو 2,600 خط أنابيب غاز طبيعي عامل، رسم العلماء خرائط لمواقع عبور هذه الأنابيب للصدوع النشطة في قشرة الأرض. ثم أجروا آلاف عمليات المحاكاة الحاسوبية لمعرفة ما يحدث عندما تتعرض الأنابيب للهيدروجين لفترات طويلة، تتراوح بين عشرة إلى ثلاثين عاماً، مع مواجهة إجهاد الزلزال في الوقت ذاته. وتكشف الدراسة عن خطر خفي تم التغاضي عنه إلى حد كبير: وهو أن وجود الهيدروجين لا يضعف المعدن ببطء بمرور الوقت فحسب، بل يضاعف بشكل كبير من خطر انكسار الأنابيب عندما تهتز الأرض.
وجد الباحثون أن الخطر لا يقتصر على المناطق الأكثر عرضة للزلازل في العالم. وبينما من المعروف أن خطوط الأنابيب في أماكن مثل تشيلي واليابان وتركيا تواجه مخاطر زلزالية عالية، فإن الدراسة تظهر أن إضافة الهيدروجين تغير القواعد تماماً. ففي مواقع محددة حيث يعبر خط أنابيب صدعاً ما، تزداد احتمالية فشل الأنبوب أثناء الزلزال بمقدار أربعين ضعفاً تقريباً إذا كان مزيج الهيدروجين مرتفعاً وفترة التعرض طويلة. ليس هذا بسبب اشتداد الزلازل نفسها، بل لأن الهيدروجين أضعف الفولاذ بهدوء، مما جعله هشاً وأقل قدرة على الانحناء أو التمدد عندما تتحرك الأرض. وتشير الدراسة إلى أن هذا الضرر يتراكم ببطء، مثل الصدأ الذي يأكل قوة المعدن على مدى عقود، حتى لا يعود الأنبوب قادراً على تحمل الهزة المفاجئة لانزلاق الصدع.
ولعل النتيجة الأكثر إثارة للدهشة هي أن هذا الخطر المتزايد ليس موزعاً بشكل متساوٍ. فالخطر يكون في أعلى مستوياته في المناطق التي كانت تُعتبر سابقاً ذات مخاطر زلزالية متوسطة فقط. ففي دول مثل الصين وتركيا وإيران، يمكن أن يؤدي إدخال مزيج الهيدروجين إلى مضاعفة أو حتى ثلاثة أضعاف احتمالية فشل خطوط الأنابيب. وتشير الدراسة إلى أن الخطر مدفوع بالوقت الذي تقضيه الأنابيب في حمل الهيدروجين أكثر من شدة منطقة الزلزال نفسها. وهذا يعني أن خط أنابيب في منطقة ذات تصنيف زلزالي "متوسط" يمكن أن يصبح أكثر خطورة من خط في منطقة ذات تصنيف "عالي" إذا كان لضرر الهيدروجين وقتاً كافياً ليحدث أثره. وقد حسب الباحثون أنه بعد ثلاثين عاماً من التعرض لمزيج بنسبة عشرين بالمائة من الهيدروجين، فإن عدد الدول التي تواجه خطراً كبيراً من فشل خطوط الأنابيب يمكن أن يتضاعف أكثر من مرتين، مما ينشر التهديد من بعض البؤر الساخنة المركزة إلى مشهد عالمي أوسع بكاف.
كما بحثت الدراسة في كيفية تأثير شكل شبكة خطوط الأنابيب على النتيجة عند انكسار أحدها. ووجدوا أن تخطيط الأنابب يهم بقدر أهمية قوة المعدن نفسه. فخطوط الأنابيب التي تمتد في خطوط طويلة ومستقيمة، مثل خيط واحد، هي الأكثر عرضة للخطر. فإذا حدث كسر عند عبور الصدع في خط مستقيم، يتوقف تدفق الغاز بالكامل، ويفقد النظام قدرته على توصيل الطاقة. وفي المقابل، فإن الشبكات المنسوجة معاً مثل الشبكة، والتي تحتوي على العديد من الحلقات والمسارات البديلة، تكون أفضل بكثير في الصمود أمام الكسر. فعندما ينكسر أنبوب في شبكة متشابكة، يمكن للغاز ببساطة أن يتدفق حول الضرر عبر مسارات أخرى. ومع ذلك، حذر الباحثون من أن هذه الشبكات القوية لها حدود أيضاً؛ فإذا قطع صدع زلزالي واحد شبكة الأنابيب في نقاط متعددة في وقت واحد، فإنه يمكن أن يقطع المسارات البديلة في آن واحد، مما يترك النظام دون وسيلة للتعافي. وأظهرت الدراسة أنه بينما تتمتع الشبكات المتشابكة بالقدرة على الصمود، إلا أن وجود الهيدروجين لا يزال يقلل من قدرتها على التعافي، وإن كان هذا الفقد أقل حدة مما هو عليه في الأنظمة ذات الخطوط المستقيمة.
إن تداعيات هذه النتائج عميقة جداً لكيفية تخطيطنا لمستقبل الطاقة. إذ تشير الأبحاث إلى أن مجرد التحقق مما إذا كان خط الأنابيب يقع في منطقة زلزالية لم يعد كافياً. يجب على المهندسين وصناع السياسات الآن مراعاة المدة التي حمل فيها الأنبوب الهيدروجين وكمية الغاز المختلط فيه. فخط الأنابيب الذي كان آمناً للغاز الطبيعي قد يصبح عبئاً عند إعادة استخدامه للهيدروجين، خاصة إذا كان يعبر خط صدع. وتقترح الدراسة ضرورة تحديث تقييمات السلامة لتشمل هذه التأثيرات الكيميائية طويلة المدى، ومعاملة تدهور مادة الأنبوب كجزء حاسم من المخاطر الزلزالية. الأمر لا يتعلق فقط ببناء أنابيب أقوى، بل بفهم أن المادة نفسها تتغير بمرور الوقت، وتصبح أكثر هشاشة وأقل قدرة على تحمل تحركات الكوكب الطبيعية.
في النهاية، ترسم الورقة البحثية صورة لبنية تحتية عالمية أكثر هشاشة مما كان يُعتقد سابقاً. إن الانتقال إلى الهيدروجين أمر ضروري، ولكن لا يمكن القيام بذلك من خلال تجاهل فيزياء المواد المعنية. ويؤكد الباحثون أن الخطر حقيقي وقابل للقياس، مدفوعاً بالضرر التراكمي البطيء الذي يسببه الهيدروجين للفولاذ. وهم يجادلون بأنه قبل أن نلتزم بخلط الهيدروجين في شبكاتنا الحالية على نطاق واسع، يجب علينا تقييم كل خط أنابيب بصرامة لقدرته على الصمود أمام زلزال بعد عقود من التعرض للوقود الجديد. والهدف هو ضمان ألا يؤدي الطريق نحو مستقبل طاقة أنظف إلى إخفاقات كارثية في الأرض تحت أقدامنا، مما يحول حلاً للتغير المناخي إلى مصدر جديد للكوارث.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.