المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة

نشأ مختبر NETL من عدة منظمات كانت موجودة في أوائل القرن العشرين. ففي عام ١٩١٠، أنشأ مكتب المناجم التابع لوزارة الداخلية الأمريكية محطة بيتسبرغ التجريبية في بروسيتون ، بنسلفانيا، لتدريب عمال مناجم الفحم وإجراء البحوث المتعلقة بمعدات وممارسات السلامة في تعدين الفحم. وبدأت محطة بيتسبرغ التجريبية أبحاث تحويل الفحم إلى سوائل في منتصف عشرينيات القرن العشرين، بعد فترة وجيزة من بدء العديد من الدول الأوروبية أبحاثها في مجال الوقود الاصطناعي القائم على الفحم. وبعد ثماني سنوات فقط، افتتح مكتب المناجم في بارتلسفيل ، أوكلاهوما ، محطة تجارب البترول لتطبيق الأساليب الهندسية والعلمية بشكل منهجي في حفر آبار النفط، مما ساعد صناعة النفط على وضع معايير التشغيل والسلامة. ونتيجة لقانون الوقود السائل الاصطناعي لعام ١٩٤٤، أصبحت محطة بيتسبرغ التجريبية مركز بروسيتون للأبحاث في عام ١٩٤٨. ^{[ ٣ ]}

في عام 1946، أُنشئت محطة تجارب فرع غاز التخليق لأبحاث تغويز الفحم برعاية حكومية، وتحديداً إنتاج غاز التخليق من الفحم، في مرافق جامعة ويست فرجينيا في مورغانتاون ، ويست فرجينيا . وانضمت المحطة إلى مجموعتين أخريين تابعتين لوزارة الداخلية الأمريكية لإنشاء محطة تجارب الأبلاش لإجراء أبحاث الفحم في الموقع الحالي في مورغانتاون عام 1954. ^{[ 3 ]}

أعادت إدارة أبحاث وتطوير الطاقة الأمريكية الجديدة تسمية مواقع وزارة الداخلية السابقة إلى مراكز بارتلسفيل ومورغانتاون وبيتسبرغ لأبحاث الطاقة في عام 1975. وبدأت هذه المراكز بالإشراف على العقود الممولة اتحاديًا لأبحاث وتطوير الطاقة الأحفورية. وفي عام 1977، أصبحت المراكز الثلاثة مراكز لتكنولوجيا الطاقة تحت مظلة وزارة الطاقة الأمريكية المنشأة حديثًا. واحتضنت هذه المراكز أبحاثًا ميدانية في تقنيات الفحم والنفط والغاز، وأدارت عقودًا لأبحاث وتطوير أجرتها الجامعات والقطاع الصناعي ومؤسسات بحثية أخرى. ^{[ 3 ]}

في عام 1983، نُقلت إدارة مركز بارتلسفيل لتكنولوجيا الطاقة إلى معهد إلينوي للتكنولوجيا للأبحاث ، ومقره شيكاغو، وأُنشئ مكتب مشروع بارتلسفيل للإشراف على أنشطة أبحاث البترول. ثم في عام 1996،  دُمج مركزا مورغانتاون وبيتسبرغ لتكنولوجيا الطاقة، واللذان لا يفصل بينهما سوى 105 كيلومترات، تحت إدارة واحدة لتشكيل المركز الفيدرالي لتكنولوجيا الطاقة. وفي عام 1998، أُنشئ المكتب الوطني لتكنولوجيا البترول في تولسا، أوكلاهوما، وأُغلق مكتب مشروع بارتلسفيل. ^{[ 3 ]}

أصبح مركز أبحاث الطاقة في القطب الشمالي (FETC) مختبرًا وطنيًا، هو مختبر الطاقة الوطني (NETL)، في عام 1999، وانضم إليه مكتب تقنيات الطاقة الوطنية (NPTO) في عام 2000. افتتح مختبر الطاقة الوطني (NETL) مكتب طاقة القطب الشمالي في فيربانكس، ألاسكا، في عام 2001 لتعزيز البحث والتطوير ونشر الطاقة في القطب الشمالي.

• استخراج النفط، وتحويل الغاز إلى سوائل، وإنتاج ونقل الغاز الطبيعي و
• الطاقة الكهربائية في المناخات القطبية، بما في ذلك الطاقة الأحفورية، وطاقة الرياح، والطاقة الحرارية الأرضية، وخلايا الوقود، ومحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة. ^{[ 3 ]}

في عام ٢٠٠٥، اندمج مركز ألباني للأبحاث (ARC) في ألباني، أوريغون، مع مختبر NETL ليشكل موقعًا ثالثًا للمختبر، موفرًا بذلك خبرةً في أبحاث دورة حياة المواد والمواد المتقدمة لمواجهة تحديات أنظمة الطاقة. تأسس مركز ألباني للأبحاث عام ١٩٤٢ في موقع كلية ألباني السابقة ، وبرز دوره في معالجة الزركونيوم. وفي عام ١٩٨٥، صنّفته الجمعية الأمريكية للمعادن معلمًا تاريخيًا . واليوم، يُعنى الباحثون في المركز بدراسة الآليات والعمليات الأساسية؛ وصهر وصب وتصنيع ما يصل إلى طن من المواد؛ وتوصيف الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد توصيفًا كاملًا؛ ومعالجة النفايات والمنتجات الثانوية لعمليات تصنيع المواد. ^{[ ٣ ]}

انتقل مكتب تولسا، أوكلاهوما، إلى شوجر لاند، تكساس، في عام 2009. ^{[ 4 ]}

تتعاون مبادرة محاكاة احتجاز الكربون (CCSI) مع المختبرات الوطنية والمؤسسات الصناعية والأكاديمية لتطوير ونشر أدوات النمذجة والمحاكاة الحاسوبية التي تسرع من تقنيات احتجاز الكربون من مرحلة الاكتشاف إلى النشر الواسع النطاق في المستقبل في مئات محطات الطاقة. ^{[ 5 ]}

تتعاون NETL مع مختبر لورانس بيركلي الوطني ، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، ومختبر باسيفيك نورث ويست الوطني في هذه المبادرة.

بقيادة مختبر NETL، تدرس الشراكة الوطنية لتقييم المخاطر (NRAP) سلوك الأنظمة الهندسية الطبيعية لتطوير أدوات تقييم المخاطر اللازمة لتخزين ثاني أكسيد الكربون الجيولوجي بشكل آمن ودائم _. وللمساعدة في توصيف المواقع واختيارها وتشغيلها وإدارتها بفعالية، تنظر NRAP في المخاطر المحتملة المرتبطة بالاعتبارات التشغيلية الرئيسية، بالإضافة إلى تلك المرتبطة بالالتزامات طويلة الأجل، مثل حماية المياه الجوفية واستدامة التخزين. وتعمل NRAP على تطوير منهجية لتحديد ملامح المخاطر لأنواع متعددة من مواقع تخزين ثاني أكسيد الكربون لتوجيه عملية صنع القرار وإدارة المخاطر. كما تعمل NRAP على تطوير بروتوكولات الرصد والتخفيف للحد من عدم اليقين في السلوك المتوقع طويل الأجل للموقع. ^{[ 6 ]}

يعتمد برنامج NRAP على الخبرات والموارد من مختبر لورانس بيركلي الوطني ، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، ومختبر باسيفيك نورث ويست الوطني ، وتحالف NETL-Regional University Alliance.

في عام ٢٠٠٣، منحت وزارة الطاقة الأمريكية اتفاقيات تعاون لسبع شراكات إقليمية لعزل الكربون (RCSPs)، وذلك لأن الاختلافات الجغرافية في استخدام الوقود الأحفوري وفرص التخزين الجيولوجي في جميع أنحاء أمريكا الشمالية تفرض مناهج إقليمية لالتقاط وتخزين _ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الدفيئة. وقد وضعت كل شراكة من هذه الشراكات خطة إقليمية لإدارة الكربون لتحديد أنسب استراتيجيات وتقنيات التخزين، والمساعدة في تطوير اللوائح التنظيمية، واقتراح بنية تحتية مناسبة لتسويق تقنية التقاط وتخزين الكربون في مناطقها، وذلك لتخزين ثاني أكسيد الكربون بشكل آمن ودائم _. ويتولى المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة (NETL) إدارة هذه الشراكة والمشاريع.

تضمّ شبكات الشراكة الإقليمية للأمن السيبراني أكثر من 400 منظمة تغطي 43 ولاية وأربع مقاطعات كندية، وتشمل ممثلين عن وكالات حكومية محلية وإقليمية، وجامعات إقليمية، ومختبرات وطنية، ومنظمات غير حكومية، ووكالات حكومية أجنبية، وشركات هندسية وبحثية، وشركات كهرباء، وشركات نفط وغاز، وشركاء صناعيين آخرين. وفيما يلي الشبكات السبع للشراكة الإقليمية للأمن السيبراني:

• شراكة بيج سكاي لعزل الكربون
• اتحاد الغرب الأوسط للعزل الجيولوجي
• شراكة عزل الكربون الإقليمية في الغرب الأوسط
• شراكة الحد من _ثاني أكسيد الكربون في السهول
• شراكة جنوب شرق الولايات المتحدة الإقليمية لعزل الكربون
• الشراكة الإقليمية الجنوبية الغربية بشأن احتجاز الكربون
• شراكة الساحل الغربي الإقليمية لعزل الكربون

يُعالج مختبر NETL تحديات البحث والتطوير الحاسمة لإنتاج الطاقة من الفحم بانبعاثات شبه معدومة. ويُمكن استمرار استخدام الطاقة الكهربائية المُولدة من الفحم من خلال أبحاث NETL وتطويرها وتجريبها، وفي نهاية المطاف، نشر أنظمة وتقنيات متطورة تزيد من كفاءة المحطات بشكل عام مع تقليل الانبعاثات مثل ثاني أكسيد الكربون ( _CO2 ) وأكاسيد النيتروجين ( NOx ₎ . وتُعد المشاريع ضمن برنامج الفحم جزءًا من برنامج أبحاث الفحم النظيف التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. ويهدف البرنامج إلى تحسين تقنيات احتجاز وتخزين _ثاني أكسيد الكربون ، وتطوير أنظمة طاقة متقدمة، بالإضافة إلى أنظمة استشعار وتحكم متقدمة في العمليات. كما يبحث برنامج الفحم في NETL مجموعة من التطورات في تقنيات الاحتراق والتغويز والتوربينات والوقود وخلايا الوقود التي يُمكنها زيادة كفاءة محطات الطاقة، وتحسين جدواها الاقتصادية، وتقليل كمية _ثاني أكسيد الكربون الناتج كمنتج ثانوي لكل وحدة كهرباء مُولدة. ويهدف تطوير هذه الأنظمة إلى تمكين الاستخدام المستمر لموارد الوقود الأحفوري الكبيرة في الولايات المتحدة كمساهم رئيسي في مزيج الطاقة الوطني.

تهدف أبحاث مختبر NETL في مجال أنظمة الطاقة المتقدمة إلى تطوير جيل جديد من أنظمة تحويل الطاقة النظيفة التي تعمل بالفحم ، والقادرة على إنتاج طاقة كهربائية بأسعار تنافسية مع تقليل انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون وغيرها من الانبعاثات، وتحسين الكفاءة، وزيادة جاهزية المحطات، وتقليل متطلبات مياه التبريد. تشمل الجوانب الرئيسية لهذا البحث تحسين الكفاءة الحرارية الإجمالية للنظام ، وخفض التكاليف الرأسمالية والتشغيلية، وتمكين احتجاز ثاني أكسيد الكربون بتكلفة معقولة _. تشمل مجالات البحث التكنولوجي أنظمة التغويز، وأنظمة الاحتراق المتقدمة، والتوربينات المتقدمة، وخلايا الوقود الصلبة، واحتجاز الكربون، وتخزين الكربون، والبحوث الشاملة.

يدير برنامج الفحم التابع للمختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة (NETL) أيضًا محفظة مشاريع برنامج أبحاث الفحم النظيف، والتي تضم مشاريع تجريبية واسعة النطاق لاختبار التقنيات المتقدمة التي طورها البرنامج على نطاق كامل في مرافق متكاملة. ويتم التغلب على التحديات التقنية والبيئية والمالية النهائية المرتبطة بتقنيات الفحم المتقدمة الجديدة خلال الاختبارات واسعة النطاق، لتكون هذه التقنيات جاهزة للتطبيق التجاري. وتندرج التقنيات التي تم اختبارها ضمن أربعة مسارات لالتقاط _ثاني أكسيد الكربون ، يتبع كل منها تخزين _ثاني أكسيد الكربون : ما قبل الاحتراق، وما بعد الاحتراق، والاحتراق بالأكسجين، والتقاط الكربون وتخزينه على المستوى الصناعي. ^{[ 7 ]}

يُساهم مختبر NETL في تطوير تقنيات تدعم استغلال موارد النفط والغاز المحلية غير التقليدية بكفاءة وبطريقة صديقة للبيئة. تُساعد مشاريع البحث التي يُجريها المختبر في تسريع تطوير هذه التقنيات الجديدة، وتوفير بيانات موضوعية تُساعد في تحديد المخاطر البيئية ومخاطر السلامة المرتبطة بتطوير النفط والغاز، وتوصيف موارد الطاقة الناشئة مثل هيدرات الميثان أو إنتاج الغاز الصخري. يركز البرنامج على تقنيات المياه العميقة، واستخلاص النفط المُعزز ، وهيدرات الميثان. تشمل أبحاث NETL في مجال النفط والغاز غير التقليدي جهودًا لتحسين أسمنت الآبار المستخدم لتثبيت الآبار في عمليات الحفر في المياه العميقة؛ وبعثات استكشافية لتحديد وجود وحجم هيدرات الميثان على طول السواحل؛ وتطوير أدوات جمع بيانات التكسير الهيدروليكي لتحسين التقارير البيئية والرصد والحماية؛ وتحليلات لتحديد مصادر بديلة للمياه العذبة لتطوير النفط والغاز، بالإضافة إلى العديد من مجالات الخبرة الأخرى.

يقوم مختبر NETL بتقييم الاتجاهات قصيرة المدى في صناعة الطاقة والاقتصادات الأمريكية والعالمية التي قد تؤثر على إنتاج الطاقة واستخدامها، والاتجاهات طويلة المدى التي قد تعدل الطلب على الطاقة وتؤثر على اختيار أنواع الوقود وتقنيات إنتاج الطاقة بعد عام 2025. كما يقوم المختبر بتطوير سيناريوهات لاستخدامها في أنشطة تخطيط التكنولوجيا والتي تساعد أيضًا في تحديد فوائد محفظة أبحاث المختبر.

يقدم مختبر NETL خدمات فنية وإدارية وخدمات إدارة مشاريع لعملائه داخل وزارة الطاقة الأمريكية وغيرها من الوكالات الفيدرالية. ويتولى NETL بشكل أساسي إدارة أنشطة البحث والتطوير والتجريب والنشر لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (EERE) ومكتب توصيل الكهرباء وموثوقية الطاقة (OE) التابعين لوزارة الطاقة الأمريكية. وتتعلق هذه المشاريع والأنشطة بكفاءة الطاقة في المركبات والمباني ومرافق التصنيع، فضلاً عن تحسين أمن وموثوقية أنظمة نقل وتوزيع الكهرباء والغاز الطبيعي في الولايات المتحدة. كما يدير NETL الأنشطة نيابةً عن مكتب تقنيات المركبات التابع لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة، ولا سيما جهود المكتب الرامية إلى تطوير ونشر تقنيات المركبات المتقدمة، بما في ذلك المركبات الكهربائية وكفاءة المحركات والمواد خفيفة الوزن.

بالإضافة إلى ذلك، يدعم مختبر NETL إدارة برنامج المدن النظيفة ، الذي يهدف إلى زيادة استخدام أنواع الوقود البديلة في قطاع النقل من خلال بناء تحالفات بين الحكومات المحلية وحكومات الولايات، والقطاع الخاص، والمنظمات غير الربحية، ومديري أساطيل المركبات. وبالنسبة لمكتب تقنيات المباني التابع لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (EERE)، يدعم NETL مبادرة الإضاءة ذات الحالة الصلبة، التي تسعى إلى تطوير تقنيات إضاءة من الجيل التالي ستحل في نهاية المطاف محل المصابيح المتوهجة التقليدية. كما يدير NETL أنشطة مشاريع التوليد المشترك للحرارة والطاقة والتوليد الموزع نيابةً عن مكتب التصنيع المتقدم التابع لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة. وبالنسبة لوزارة الطاقة الأمريكية، يشارك NETL بنشاط في استجابة الوزارة للاضطرابات التي قد تطرأ على البنية التحتية للطاقة في البلاد، مثل الأعاصير والكوارث الطبيعية الأخرى، ويعمل على وضع الأسس اللازمة لتحديث شبكة الكهرباء الوطنية.