ما هي أنواع الوقود الأحفوري؟

Send

يتم طرح مصطلح "الوقود الأحفوري" كثيرًا هذه الأيام. في أغلب الأحيان ، يأتي في سياق القضايا البيئية ، أو تغير المناخ ، أو ما يسمى بـ "أزمة الطاقة". بالإضافة إلى كونها مصدرًا رئيسيًا للتلوث ، فقد أدى اعتماد البشرية على الوقود الأحفوري إلى قدر كبير من القلق في العقود الأخيرة ، وزاد من الطلب على البدائل.

ولكن ما هو الوقود الأحفوري؟ في حين يميل معظم الناس إلى التفكير في البنزين والزيت عندما يسمعون هذه الكلمات ، إلا أنها تنطبق في الواقع على العديد من أنواع مصادر الطاقة المختلفة المستمدة من المواد العضوية المتحللة. كيف أصبحت البشرية تعتمد عليها بشدة ، وما الذي يمكن أن نتطلع إليه من أجل استبدالها ، هي بعض من أكبر المخاوف التي تواجهنا اليوم.

تعريف:

يشير الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة التي تتشكل نتيجة التحلل اللاهوائي للمادة الحية التي تحتوي على الطاقة نتيجة لعملية التمثيل الضوئي القديمة. عادة ، ماتت هذه الكائنات الحية لملايين السنين ، وبعضها يعود إلى فترة البرودة (حوالي 650 مليون سنة).

يحتوي الوقود الأحفوري على نسب عالية من الكربون والطاقة المخزنة في روابطها الكيميائية. يمكن أن تأخذ شكل البترول والفحم والغاز الطبيعي ومركبات هيدروكربونية أخرى قابلة للاحتراق. في حين أن البترول والغاز الطبيعي يتشكلان عن طريق تحلل الكائنات الحية ، فإن الفحم والميثان هما نتاج تحلل النباتات الأرضية.

في حالة الأولى ، يعتقد أن كميات كبيرة من العوالق النباتية والعوالق الحيوانية استقرت في قيعان البحار أو البحيرات قبل ملايين السنين. على مدى ملايين السنين ، اختلطت هذه المادة العضوية بالطين ودُفنت تحت طبقات ثقيلة من الرواسب. تسببت الحرارة والضغط الناتج في تغير المادة العضوية كيميائياً ، مما أدى في النهاية إلى تكوين مركبات الكربون.

في حالة الأخيرة ، كان المصدر عبارة عن مادة نباتية ميتة كانت مغطاة بالرواسب خلال الفترة الكربونية - أي نهاية العصر الديفوني إلى بداية الفترة البرمية (حوالي 300 و 350 مليون سنة مضت). بمرور الوقت ، إما ترسيخ هذه الرواسب أو أصبحت غازية ، وإنشاء حقول الفحم والميثان والغازات الطبيعية.

الاستخدامات الحديثة:

يستخدم الفحم منذ العصور القديمة كوقود ، وغالبًا في الأفران لصهر خامات المعادن. كما تم حرق الزيت غير المعالج وغير المكرر لقرون في المصابيح من أجل الإضاءة ، واستخدمت الهيدروكربونات شبه الصلبة (مثل القطران) للعزل المائي (إلى حد كبير في قيعان القوارب والأرصفة) وللتحنيط.

بدأ استخدام الوقود الأحفوري على نطاق واسع كمصادر للطاقة خلال الثورة الصناعية (القرنين الثامن عشر والتاسع عشر) ، حيث بدأ الفحم والنفط في استبدال المصادر الحيوانية (أي زيت الحوت) لتشغيل المحركات البخارية. وبحلول الثورة الصناعية الثانية (حوالي 1870 - 1914) ، بدأ استخدام النفط والفحم لتشغيل مولدات الكهرباء.

أدى اختراع محرك الاحتراق الداخلي (أي السيارات) إلى زيادة الطلب على النفط بشكل كبير ، وكذلك تطور الطائرات. ظهرت صناعة البتروكيماويات في وقت واحد ، مع استخدام النفط لتصنيع منتجات تتراوح من البلاستيك إلى المواد الخام. بالإضافة إلى ذلك ، أصبح القطران (منتج متبقي من استخراج النفط) يستخدم على نطاق واسع في بناء الطرق والطرق السريعة.

أصبح الوقود الأحفوري محوريًا في التصنيع والصناعة والنقل الحديث نظرًا لكيفية إنتاجه كميات كبيرة من الطاقة لكل وحدة كتلة. اعتبارًا من عام 2015 ، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA) ، لا تزال احتياجات الطاقة في العالم يتم توفيرها بشكل أساسي من مصادر مثل الفحم (41.3٪) والغاز الطبيعي (21.7٪) ، على الرغم من انخفاض النفط إلى 4.4٪ فقط.

كما تمثل صناعة الوقود الأحفوري حصة كبيرة من الاقتصاد العالمي. في عام 2014 ، تجاوز الاستهلاك العالمي للفحم 3.8 مليار طن متري ، وشكل عائدات بقيمة 46 مليار دولار في الولايات المتحدة وحدها. في عام 2012 ، بلغ إنتاج النفط والغاز العالمي أكثر من 75 مليون برميل يوميًا ، في حين بلغت الإيرادات العالمية الناتجة عن الصناعة حوالي 1.247 تريليون دولار أمريكي.

تتمتع صناعة الوقود الأحفوري أيضًا بقدر كبير من الحماية والحوافز الحكومية في جميع أنحاء العالم. أشار تقرير عام 2014 من وكالة الطاقة الدولية إلى أن صناعة الوقود الأحفوري تجمع 550 مليار دولار سنويًا من الإعانات الحكومية العالمية. ومع ذلك ، أشارت دراسة أجريت عام 2015 من قبل صندوق النقد الدولي (IMF) إلى أن التكلفة الحقيقية لهذه الإعانات للحكومات في جميع أنحاء العالم تبلغ حوالي 5.3 تريليون دولار أمريكي (أو 6.5 ٪ من الناتج المحلي الإجمالي العالمي).

تأثيرات بيئيه:

اتضحت العلاقة بين الوقود الأحفوري وتلوث الهواء في الدول الصناعية والمدن الكبرى منذ الثورة الصناعية. تشمل الملوثات الناتجة عن حرق الفحم والنفط ثاني أكسيد الكربون ، وأول أكسيد الكربون ، وأكاسيد النيتروجين ، وثاني أكسيد الكبريت ، والمركبات العضوية المتطايرة والمعادن الثقيلة ، وكلها مرتبطة بأمراض الجهاز التنفسي وزيادة مخاطر الإصابة بالأمراض.

إن حرق الوقود الأحفوري من قبل البشر هو أيضًا أكبر مصدر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون (حوالي 90 ٪) في جميع أنحاء العالم ، وهو أحد غازات الدفيئة الرئيسية التي تسمح بإحداث تأثير إشعاعي (المعروف أيضًا باسم تأثير الدفيئة) ، ويساهم في الاحتباس الحرارى.

في عام 2013 ، أعلنت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي أن مستويات CO² في الغلاف الجوي العلوي وصلت إلى 400 جزء في المليون (ppm) للمرة الأولى منذ بدء القياسات في القرن التاسع عشر. بناءً على المعدل الحالي الذي تتزايد فيه الانبعاثات ، تقدر وكالة ناسا أن مستويات الكربون يمكن أن تصل إلى ما بين 550 إلى 800 جزء في المليون في القرن القادم.

إذا كان السيناريو السابق هو الحال ، تتوقع وكالة ناسا ارتفاعًا بمقدار 2.5 درجة مئوية (4.5 درجة فهرنهايت) في متوسط درجات الحرارة العالمية ، وهو ما سيكون مستدامًا. ومع ذلك ، إذا ثبت أن السيناريو الأخير هو الحال ، فسترتفع درجات الحرارة العالمية بمتوسط 4.5 درجة مئوية (8 درجات فهرنهايت) ، مما يجعل الحياة لا يمكن الدفاع عنها في أجزاء كثيرة من الكوكب. لهذا السبب ، يتم البحث عن بدائل للتطوير والتبني التجاري الواسع النطاق.

البدائل:

نظرًا للآثار طويلة المدى لاستخدام الوقود الأحفوري ، قام العلماء والباحثون بتطوير بدائل لأكثر من قرن. وتشمل هذه المفاهيم مثل الطاقة الكهرومائية - التي كانت موجودة منذ أواخر القرن التاسع عشر - حيث يتم استخدام المياه المتساقطة لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.

منذ النصف الأخير من القرن العشرين ، تم النظر إلى الطاقة النووية أيضًا كبديل للفحم والبترول. هنا ، يتم استخدام المفاعلات البطيئة الانشطار (التي تعتمد على اليورانيوم أو الاضمحلال الإشعاعي للعناصر الثقيلة الأخرى) لتسخين المياه ، والتي تولد بدورها البخار لتدوير التوربينات.

منذ منتصف القرن الثاني ، تم اقتراح العديد من الأساليب التي تتراوح من البسيطة إلى المعقدة للغاية. وتشمل هذه طاقة الرياح ، حيث تدفع التغيرات في تدفق الهواء التوربينات ؛ الطاقة الشمسية ، حيث تحول الخلايا الكهروضوئية طاقة الشمس (وأحيانًا الحرارة) إلى كهرباء ؛ الطاقة الحرارية الجوفية ، التي تعتمد على البخار المستخرج من قشرة الأرض لتدوير التوربينات ؛ وقوة المد والجزر ، حيث تدفع التغيرات في المد والجزر توربينات.

كما يتم اشتقاق الوقود البديل من مصادر بيولوجية ، حيث يتم استخدام المصادر النباتية والبيولوجية لتحل محل البنزين. كما يتم تطوير الهيدروجين كمصدر للطاقة ، بدءًا من خلايا وقود الهيدروجين إلى الماء المستخدم لتشغيل الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية. كما يتم تطوير طاقة الاندماج ، حيث يتم دمج ذرات الهيدروجين داخل المفاعلات لتوليد طاقة نظيفة وفيرة.

بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين ، من المتوقع أن يصبح الوقود الأحفوري عفا عليه الزمن ، أو على الأقل انخفض بشكل كبير من حيث استخدامه. ولكن من وجهة نظر تاريخية ، فقد ارتبطوا بأكبر وأطول انفجارات في النمو البشري. ما إذا كانت البشرية ستنجو من الآثار طويلة المدى لهذا النمو - والتي تضمنت كمية كبيرة من حرق الوقود الأحفوري وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري - لا يزال يتعين رؤيته.

لقد كتبنا العديد من المقالات حول الوقود الأحفوري لمجلة الفضاء. إليك ما هو تأثير الاحتباس الحراري المحسن؟ ، الغازات في الغلاف الجوي ، ما الذي يسبب تلوث الهواء؟ ، ماذا لو حرقنا كل شيء؟ ، ما هي الطاقة البديلة ؟، و "تغير المناخ أصبح الآن أكثر من أي وقت مضى" ، يقول تقرير جديد

إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول الوقود الأحفوري ، فراجع مرصد الأرض التابع لناسا. وإليك رابط لمقالة وكالة ناسا حول حماية الغلاف الجوي.

يحتوي Cast Astronomy Cast أيضًا على بعض الحلقات ذات الصلة بالموضوع. إليك الحلقة 51: الأرض والحلقة 308: تغير المناخ.

مصادر: