هنگامی که سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ را می‌سوزانیم، کربن دی اکسید وارد اتمسفر می‌شود. رد پای کربن معیاری برای اندازه گیری انت شار دی اکسید کربن از فعالیت‌های مختلف در دوره زمانی مشخص است.

در این مقاله قصد داریم به بررسی ردپای کربنی در سیستم‌های حفاظت کاتدی مبتنی بر بسترآندی چاه عمیق بپردازیم و در نهایت آن را با ردپای کربنی یک خودروی سواری معمولی مقایسه کنیم.

سیستم‌های آند عمیق

استفاده از بسترآندی چاه عمیق یکی از روش‌های متداول در سیستم‌های حفاظت کاتدی است که معمولاً برای تزریق جریان‌های بالا به منظور محافظت از خطوط لوله در فواصل طولانی یا حفاظت از سطح وسیعی از سازه‌های فلزی واقع در یک منطقه محدود استفاده می‌شود.

در میان مجموعه تجهیزات مورد استفاده به منظور احداث بسترهای چاهی عمیق، استفاده از لوله ونت به عنوان یکی از اجزای متداول این سیستم‌ها شناخته می‌شود.

لوله ونت در بسترهای آندی چاهی عمیق دو عملکرد مهم مرتبط با هم را انجام می‌دهد :

• جلوگیری از انسداد گاز که سبب اختلال در عملکرد بستر آندی می شود
• جلوگیری از تجمع کلر در مکان‌هایی که کلرید وجود دارد

هر دو عملکرد فوق ارتباط مستقیمی با واکنش‌های الکتروشیمیایی که در فصل ‌مشترک آند با پشت‌بند کک و همچنین فصل‌مشترک پشت‌بند کک با زمین رخ می‌دهند، دارند.

بطور کلی آندهای مورد استفاده در بسترهای چاهی سیستم‌های حفاظت کاتدی به دو گروه اصلی، شامل آندهای "مصرف‌شدنی" و آندهای با "ابعاد پایدار" تقسیم‌بندی می‌گردند. در آندهای مصرف‌شدنی ، از قبیل آند چدن پرسیلیس، جرم آند در حین کارکرد سیستم حفاظت کاتدی و در اثر واکنش الکتروشیمایی مصرف می‌شود و بنابراین جرم آنها در تعیین عمر سیستم اهمیت زیادی دارد. در آندهای با ابعاد پایدار، که از جنس فلز پایه تیتانیم با پوششی از ترکیب چند اکسید فلزی مربوط به گروه فلزات قیمتی ساخته می‌شوند، آند در واقع نقش و ماهیت کاتالیزوری دارد و در واکنش آندی مصرف نمی‌شود.

واکنش‌های حفاظت کاتدی

در تمام واکنش‌های اصلی حفاظت کاتدی گاز تولید می‌شود:

گازهایی که در یک بستر آندی سیستم حفاظت کاتدی با عملکرد مناسب تولید می‌شوند عمدتاً مونوکسید کربن و دی اکسید کربن هستند. در صورت وجود کلرید، مقداری گاز کلر نیز تولید می‌شود.

اهمیت ونت‌گذاری در بستر آندی عمیق

گازهای تولیدشده در ستون کک پشت‌بند ریخته شده در چاه معمولاً نمی‌توانند به سرعت به داخل زمین اطراف ستون کک نفوذ کنند و بنابراین در اطراف آند جمع می‌شوند. این گازها رسانای الکتریکی نیستند و هنگامی که بیشتر از حد مشخصی در اطراف آند جمع شود، آند دیگر نمی‌تواند به طور مؤثر جریان را از خود عبور دهد. این پدیده‌ به عنوان انسداد گاز شناخته می‌شود.

در صورت وجود ترکیبات کلریدی، گاز کلر با آب واکنش می‌دهد منجر به تولید اسید کلریدریک(HCl) و اسید هیپوکلریک (HOCl)می‌شود. این اسیدها می‌توانند باعث خوردگی عایق کابل و در نتیجه ایجاد آسیب دائمی به آن شوند. به همین دلیل است که تخلیه مناسب این گازها، که بخشی از واکنش‌های الکتروشیمیایی حین کارکرد سیستم حفاظت کاتدی هستند، از اهمیت زیادی برخوردار است.

ردپای کربنی چیست؟

با توجه به اینکه بسترهای آندی عمیق گاز تولید می‌کنند، یک سؤال جالب، و البته نه چندان متداول، این است که یک بستر آندی عمیق معمولی چقدر دی اکسید کربن تولید می‌کند.به عبارت دیگر، ردپای کربنی یک بستر آندی در سیستم حفاظت کاتدی چقدر است؟

با انجام تحلیلی مبتنی بر بدترین حالت‌ و همچنین انجام یک تحلیل شیمی استوکیومتری می‌توانیم به این سؤال پاسخ دهیم. با فرض اینکه در تمام واکنش‌ها دی اکسید کربن تولید می‌شود و تولید اکسیژن وجود ندارد، به ازای هر 4 الکترون تولیدشده، یک مولکول CO2 تولید می‌شود.

یک آمپر سال برابر با 107×3.1536 آمپر ثانیه یا کولن است. یک فارادی یا 96.487 کولن برابر با یک مول الکترون است. بنابراین، یک آمپر سال برابر با 326.84 مول الکترون است. نسبت 4 به 1 الکترون به CO2 به این معنی است که برای هر مول الکترون، 0.25 مول CO2 تولید می‌شود. جرم مولی CO2 44.01 گرم بر مول است، بنابر این برای هر آمپر سال، در مجموع 3596 گرم CO2 تولید می‌شود.

برای یک سیستم آند 50 آمپر، اگر CO2 تنها گاز تولید شده باشد، حداکثر 180 کیلوگرم CO2 در سال تولید می‌شود.

180 کیلوگرم CO2 در سال چقدر است؟

طبق تخمین سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) ، خودروهای مسافربری معمولی سالانه 4600 کیلوگرم CO2 تولید می‌کنند. (مرجع) بنابراین، میزان تولید سالانه CO2 در یک بستر آندی 50 آمپری حدود 4% (یا یک بیست و پنجم) تولید سالانه CO2 از یک خودر وی سواری معمولی است.