الوقود الأحفوري

[Elprof]

إن المصدر الأساسي لثاني أكسيد الكربون في الجو هو إحراق الوقود الأحفوري لإنتاج الطاقة وتأمين النقل، يليه أهمية التغيرات في استخدام الأرض وإزالة الغابات . فالأشجار على سبيل المثال هي بمثابة "مغسلة طبيعية للكربون" لأنها تمتص ثاني أكسيد الكربون وعند إتلافها ينبعث هذا الغاز في الجو . عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الجو، تبقى الكميات الكبيرة منه هناك 200 سنة، أما ما تبقى منه فيبقى في الجو إلى ما لا نهاية .

ما هو الوقود الأحفوري ؟

يتألف الوقود الأحفوري من النفط والفحم الحجري والغاز الطبيعي للاعتقاد السائد بأنها تتكون من بقايا النباتات والحيوانات التي عاشت منذ ملايين السنين . يتكون الوقود الأحفوري من الهيدروكربون ويصدر ثاني أكسيد الكربون عندما يحرق .

يشكل الوقود الأحفوري حالياً المصدر الأساسي لما يقارب 80% من طاقة العالم الصناعية، وهو من الموارد غير المتجددة لذا فسينفد من الوجود في يومٍ من الأيام . وإذا ما أردنا أن نتجنّب التغير المناخي الخطر، جلّ ما يمكننا فعله هو إحراق أقل من ربع المخزون المعروف من النفط والفحم الحجري والغاز لأن إحراق كمية تفوق الربع سيؤدي بشكل شبه مؤكد إلى انبعاث ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لتغيير المناخ بشكلٍ مأساوي .

يعتمد تركيب الوقود الأحفوري على دورة الكربون في الطبيعة، و بهذا يتم تخزين الطاقة ( الشمسية ) عبر العصور القديمة ليتم اليوم استخدام هذه الطاقة . و حسب التقديرات العالمية ستغطي المصادر الأحفورية في عام 2030 حوالي 90% من الحاجة العالمية للطاقة . في عام 2005 بلغت هذه النسبة 81%أما الكتله الحيويه فهي تستخرج من الخشب و من فضلات عضوية مختلفة . و قد قامت الثوره الصناعيه في القرنين الثامن و التاسع عشر تزامنا مع استعمال الطاقة الأحفورية في المجال التقني، و خاصة الفحم الحجري في ذاك الوقت .

أما في يومنا هذا، فيلعب النفط الخام الدور الأكبر في تلبية إحتياجات الطاقة نظرا لسهولة إستخراجه و معالجته و نقله، مما يجعله أزهد ثمنا . و كما سبق، تعتمد مواد الإحتراق الأحفوريةعلى مركبات عنصر الكربون . عند إحتراق الكربون مع غاز الأكسجين تنبعث طاقة على شكل حراره إضافة إلى إنبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون و مواد كيميائيةأخرى
كأكسيد النيتروجين والسخام و كميات من الجسيمات .

.

استخدامات عديدة للوقود الاحفوري

من الذي يحرق الكمية الأكبر من الوقود الأحفوري ؟

إحراق الوقود الأحفوري

الرد بسيط جداً ويتلخص في أن الشعوب الصناعية هي المسؤولة عن النسبة الأكبر من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التراكمي في الجو لأن اقتصادها أكبر وقد أحرقت الوقود الأحفوري لمئات السنوات أو أكثر . هذا لا يمنع من القول أن جميع الشعوب مسؤولة إلى حدٍ ما .

يمكن لهذه الظاهرة، بل ينبغي عليها أن تتغير في المستقبل، وقد بدأ الوضع يتغير اليوم في بعض الدول فبفضل تكنولوجيا الطاقة المتجددة وفعالية الطاقة، لم يعد النجاح الاقتصادي يعني استخدام الوقود الأحفوري .

لكن، من بين الدول التي تتزعم المراكز الاقتصادية الأولى، لا تزال الولايات المتحدة تعتبر الملوث الأول . تضم الولايات المتحدة أقل من 5% من سكان العالم، إلا أنها أول منتج في العالم لغازات الدفيئة، وهي مسؤولة عما يقارب ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم .

إلا أن مراقبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في كل دولة من الدول يضيّق الرؤية . يطرح السؤال نفسه بالنسبة لكل شركة أو كل فرد . فمن يقود سيارة تسرف في إصدار الغاز مثلاً يحرق كمية أكبر من الوقود الأحفوري من شخص يقود سيارة أكثر فعالية . لا شك أنه ينبغي محاسبة الشعوب والشركات، لكن نحن أيضاً كأفراد نتخذ قراراتٍ تؤثر على المناخ .

إن الوقود الأحفوري الواسع الانتشار والاستخدام يعد مثالا على مصادر الطاقة غير المتجددة
.

ويقصد بالطاقة غيرالمتجددة المصدر ( Non-Renewable ) التي تكونت في
الأرض منذ ملايين السنين ولها مخزون محدد سينتهي باستهلاكه،

ولا يمكن تجديدها في فترة زمنيه قصيرة .

يتكون الوقود الأحفوري من ثلاث أنواع رئيسيه هى :

1-الفحم .
2- النفط الخام .

3- الغاز الطبيعي .

تكون هذا النوع من الوقود في العصور الجيولوجيةالقديمة وخاصة في العصر الكربوني ( Carboniferousera ) منذ مايزيد علي200 مليون سنة . ويعتقد أنها تكونت من بقايا الكائنات الحية، النباتية والحيوانية الكبير منها والمجهرية، التي دفنت تحت طبقات القشرة الأرضية وتأحفرت . وساعد عاملا الضغط والحرارة عبر ملايين السنين على تحولها إلى الفحم والنفط والغاز الطبيعي .

ما حاجتنا إلى الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة ؟

أن أهم استخدامات الوقود الأحفوري في جميع أنحاء العالم هي :

- توليد الكهرباء، حيث تستخدم الحرارة الناتجة عن حرق الفحم أو بعض مشتقات النفط أوالغاز الطبيعي في تسخين

الماء لإنتاج البخار الذي يستخدم في إدارة التوربينات الموصلة بمولدات الكهرباء .

- تشغيل وسائل المواصلات المختلفة، حيث تعد مشتقات النفط كالجازولين والديزل والكيروسين الوقود الأكثر استخداما لذلك .

تركيب الوقود الأحفوري وخواصة :

تتركب جميع أنواع هذه الوقود من مركبات مكونة بشكل أساسي من عنصري الكربون والهيدروجين بنسب مختلفة . وقد توجد أيضاً بعض من العناصر الأخرى , ولكن بنسب أقل بكثير مثل الأكسجين والكبريت والنيتروجين .

الفحم" Anthracite"
　

- يتكون الفحم من خليط من المركبات بنسب مختلفة . أما العنصر الأساسي في هذه المركبات فهو الكربون , كما يحتوي على نسب متفاوتة من الهيدروجين والنيتروجين والكبريت والأكسجين . وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من الفحم هي فحم الانثراسيت"Anthracite" وهو أكثر أنواع الفحم صلابة وأعلاها في نسبة الكربون حيث تبلغ 95% وفحم الليجنيت "Lignite" أو الفحم البني ويحتوي 65-70% كربون والفحم الحجري ويحتوي 75-90% من الكربون . وهو أكثر أنواع الفحم الطبيعي استعمالاً .

- أما النفط والغاز الطبيعي فهما خليط من مركبات كثيرة يطلق عليها الهيدروكربونات , وتتركب غالباً من عنصري الهيدروجين والكربون . والنفط خليك كثيف داكن اللون غالباً لا يمكن استخدامه بشكل مناسب إلا بعد أن يفصل إلى مكوناته العديدة في عملية تسمىالتقطير التجزيئي ويتم هذا في أبراج التجزئة . ومن أهم مشتقات النفط الجازولين والكيروسين والديزل وزيوت التشحيم وغيرها .

- أما الغاز الطبيعي فيتكون غالبه من غاز الميثان CH4 وغازات أخرى كالإيثان والبروبان . عند احتراق جميع أنواع الوقود الأحفوري في وجود الأكسجين يتكون غاز ثاني أكسيد الكربون وتنبعث حرارة عالية وقد يتكون الماء أيضاً .

وتوضح المعادلتان التاليتان احتراق كل من الفحم وغاز الميثان :

2C ( s ) + 2O2 ( g ) ==>2CO2 ( g ) + Energy
CH4 ( g ) + 2O2 ( g ) ==>CO2 ( g ) + 2H2O ( 1 ) + Energy

وللوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة عدة مميزات أهمها :

- متوافر حالياً بكميات كبيرة .
- يحترق بسهولة منتجاً كمية كبيرة من الطاقة الحرارية التي يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء وأغراض مهمة أخرى كالطهي والتدفئة .
- سهل النقل وعلى الرغم من كثرة مزاياه إلا أن لاستخدامه سلبيات عديدة منها
- ينطلق عن احتراقه كثير من الغازات مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون التي تؤدي إلى ارتفاع حرارة الأرض ( Global Warming ) وتكون المطر الحمضي والتسبب في كثير من أمراض الرئة .
- أسعاره وتوافره يرتبط بالظروف السياسية لمناطق إنتاجة .

الإحتياطات

إستنادا إلى الأساليب الحالية المتبعة لتقدير إحتياطات الوقود الأحفوري التي يمكن إستخراجها بشكل ذو مردود مادّي، يبلغأمد استخدام الفحم الحجري 150 عاما، و الغاز 60 عاما، و النفط الخام حوالي 40 عاما،مع إعتبارنا أن كمية الإستهلاك للطاقة بقيت ثابتة .

. مدى ثابت لتقدير الإحتياط النفطي ) و بلغ المدى الثابت للإحتياطات النفطية فيعام 1919 حوالي 20 سنة فقط . بينما يصل اليوم إلى 35-40 سنة، و ذلك نظرا إلى الإيجادالمستمر لإحتياطات جديدة، و بفضل طرق و أساليب جديدة و محسّنة تسهّل اليوم استخراج الوقود عما كانت عليه في أوائل القرن العشرين .

　
الخث و الفحم

تولّد الفحم من بقايا النباتات التي انقطععنها الهواء - مثلا في المستنفعات - و التي لم تتمكن من التحلل و تعرضت لاحقا لضغط كبير و حرارة خارجية . أما الماء و الشوائب، فقد تطايرت مع الوقت ليكون الخث و الفحمبدرجات مختلفة من حيث الخليط و النقاوة و الكثافة .

يعتبر الفحم الحجري أكثر أنواع الفحم قيمة وذلك لنقاوته العالية وكثافته الكبيرة، مما يعني أنه يتكون من عنصر الكربون بشكل أساسي . و بهذه المواصفات يمتلك الفحم الحجري على قدرة إحتراق وسعرات حراريه ) عالية القيمة .
اما الليغنايت و هو من أنواع الفحم الحجري، فهو بني اللون، و يعتبرأقل جودة نظرا لكثافته الأقل و لوجود شوائب من الكبريت فيه . و تكون قدرته الحرارية أقل منها للفحم الحجريالصافي .

عوامل توافر الطاقة الأحفورية .

حجم الإحتياط
فعالية استخدام الطاقة
مجال الإستهلاك
بعدها عن الطاقات المتجددة

المصطلح المقابل للطاقة الأحفورية

هو الطاقة المتجددة حيث أن الطاقة المتجددة لا تنضب خلال فترة طويلة من الزمن عند إستعمالها، كالطاقة الشمسيه وطاقة الرياح وطاقة المياه الجارية وطاقة الحرارة الجوفيه والطاقه النوويه وطاقة المواد العضويه وطاقه خلية الهيدروجين

بل تتجدد بإستمرار . بينما الطاقة الإحفورية تفقد قدرتها على توليد الطاقة حالما احترقت، و بهذا تكون غيرمتجددة .

حسنات و سيئات الطاقة الأحفورية

1- يتميز الوقود الإحفوري

بإمتلاكه كثافه طاقه عاليه و بسهولة نقله و تخزينه . و بمعالجة الوقود الأحفوري بتروكيميائيا، يمكن الإستحصال على أنواع مختلفة منه، و خاصة من الوقود الأحفورية السائلة و الغازية، حيث يتم استخراج وقود منها و ذلك للإستعمالات المختلفه في المحركات و الطائرات و السفن بعد المعالجة البتروكيميائية اللازمة .

2- من سيئات استخدام الطاقة الأحفورية

هو إحتراق الوقود الأحفورية الذي يعدّ من العوامل الرئيسية لتلويث الهواء و التسبب في الاحتباس الحراري الناتج بدوره عن غازات تغلّف المجال الجوي وتمنع الإنعكاس الحراري الصادر من الأرض من إنتقاله إلى خارج الكوكب، مما يسبب إرتفاعا في درجات حرارة الأرض، و يزيد التصحر والجفاف .