الوقود الأحفوري مقابل الطاقة البديلة
التكلفة البيئية للبنزين والديزل باهظة، لكن الوقود البديل يمكنه التخفيف من تأثيرها في كوكبنا
أكبر منتج ومستهلك للنفط الخام في العالم.
مع وصول أسعار البترول إلى أعلى مستوياتها على الإطلاق في أجزاء من العالم، يتحول الكثير من الناس إلى مصادر وقود بديلة. فمثلاً، زادت مبيعات السيارات الكهربائية في معظم أنحاء العالم بأكثر من الضعف في العامين الماضيين. ومع ذلك، فالتكاليف المالية لاستهلاك الغاز ليست هي الضائقة الوحيدة التي يشعر بها الناس لأن آثار التغير المناخي صارت متزايدة الوضوح دوماً.
يأتي نحو %25 من انبعاثات غاز الدفيئة في العالم، على شكل ثاني أكسيد الكربون (CO2)، من المركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق. إلى جانب إنتاج غازات الدفيئة الأخرى مثل الميثان وأكسيد النتروجين، تملأ السيارات الهواء بمركبات تسهم في تأثيرات الاحترار العالمي. ويرجع السبب وراء الآثار المدمرة للمركبات على المناخ إلى كونها تعمل بالوقود الأحفوري.
منذ أواخر القرن التاسع عشر ونحن نستخدم البترول في وقود محركات الاحتراق للتنقل. البترول مركب هيدروكربوني، أي أنه يتكون من ذرات الهيدروجين والكربون. نتجت تركيبته الغنية بالكربون عن تسخين المواد العضوية المتحجرة وضغطها على مدى ملايين السنين تحت الأرض لتكوين النفط الخام، وبعد ذلك يقطّر هذا النفط الخام لإنتاج عدة مشتقات منها البترول.
البترول قابل للاحتراق بدرجة عالية، وعند حقنه في محرك الاحتراق الداخلي لسيارة يمكنه أن يولد قوة كافية لتدوير العجلات. إلى جانب دفع السيارة، يطلق البنزين المحترق أيضاً غازات سامة، بما في ذلك غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون. ويرجع ذلك إلى انفصال ذرات الكربون عن ذرات الهيدروجين أثناء الاحتراق وارتباطها بالأكسجين الجوي لتشكيل ثاني أكسيد الكربون. ولكن البترول ليس الوقود الأحفوري الوحيد الذي يُضخ في المركبات. تستخدم نحو 14.8 مليون مركبة حول العالم الغاز الطبيعي المضغوط Compressed natural gas(اختصاراً: الغاز CNG) لتشغيل محركاتها. توجد فوق طبقات النفط والفحم تحت الأرض جيوب من الغازات الهيدروكربونية الطبيعية، تحتوي على الميثان والنتروجين وثاني أكسيد الكربون، والتي يمكن استخدامها مثل البترول في تشغيل السيارات. لجعله مناسباً للاستخدام كمصدر للوقود، يُضغط الغاز الطبيعي إلى أقل من %1 من حجمه في الضغط الجوي العادي.
كثيراً ما يروّج للغاز الطبيعي بأنه بديل أكثر استدامة للبترول ويصفه منتجو الوقود الأحفوري بأنه ”أنظف الهيدروكربونات احتراقاً“. على الرغم من أنه صحيح من الناحية التقنية أن الغاز الطبيعي هو أنظف أنواع الوقود الأحفوري احتراقاً- حيث ينبعث عنه ثاني أكسيد الكربون أقل بنحو 5 إلى %10 من الوقود البترولي- إلا أنه لا يزال أحد أقذر أنواع الوقود على وجه الأرض.
استخراج الغاز
أين يوجد الغاز الطبيعي مدفوناً في أعماق باطن الأرض
1 الغاز الطبيعي التقليدي عادة ما يكون الغاز الطبيعي محتجزاً تحت الصخور المُنفذة Permeable rock وكثيراً ما يوجد أعلى النفط.
2 طفل صفحي غني بالغاز يمكن للطفل الصفحي Shale الدقيق الحبيبات أن يحيط بطبقة من الغاز الطبيعي المحتجز، لكنه غير مُنفذ لدرجة أن الغاز لا يمكنه التسرب عبره.
3 الغاز الطبيعي العميق توجد جيوب الغاز الطبيعي هذه، والمعروفة أيضاً بالغاز غير التقليدي ،Unconventional gas على عمق 4,500 متر على الأقل تحت السطح.
4 الغاز المُحكم تحتجز بعض جيوب الغاز داخل صخور صلبة غير مُنفذة في أعماق الأرض. يستخدم التكسير الهيدروليكي لشق قنوات للغاز عن طريق حقن المياه والمواد الكيميائية في الأرض تحت ضغط عال.
5 ميثان الفحم الحجري يوجد الغاز في طبقات من الفحم. عندما يُستخرج الفحم، يُسحب الغاز ويجمّع.
داخل توربين الرياح
تسخير قوة الطاقة المتجددة
الهيدروجين
اكتُشف الهيدروجين كمصدر محتمل للوقود في أوائل القرن التاسع عشر، لكن لم تستخدم خلايا وقود الهيدروجين في مركبة للدفع إلا في ستينات القرن العشرين. فعلى عكس المنتجات الثانوية لحرق البترول، فإن وقود الهيدروجين لا تنبعث منه أي انبعاثات من أنبوب العادم، فبخار الماء هو المنتج الثانوي الوحيد لاحتراقه. يخزن وقود الهيدروجين إما كغاز مضغوط أو كسائل. يعتبر احتراق وقود الهيدروجين في حد ذاته صديقاً للبيئة، فلا تنتج منه أي غازات دفيئة ضارة. ومع ذلك، مثل الطاقة الكهربائية، تُعزى معظم التأثيرات البيئية الإجمالية للهيدروجين إلى مصدر إنتاجه.
يصنف وقود الهيدروجين عادة حسب اللون للدلالة على أصوله. فمثلاً، يُطلق على الهيدروجين المولّد من مصادر متجددة اسم الهيدروجين الأخضر Green hydrogen ويُنتج من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي ،Electrolysis والتي تتضمن فصل ذرات الهيدروجين والأكسجين المكونة للماء عن بعضها باستخدام تيار كهربائي. يمكن بعد ذلك تخزين ذرات الهيدروجين الحرة الناتجة واستخدامها في بعض المركبات كوقود. لكن وقود الهيدروجين الشائع يأتي من مصادر تستخدم الوقود الأحفوري أو غازات الدفيئة مثل الميثان لاستخراج الهيدروجين كوقود، ومن ثمّ فهي ليست مستدامة تماماً.
الهيدروجين أيضاً ليس أفضل أنواع الوقود المتوفرة كفاءة. فعند إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي، يُفقد ما يصل إلى %35 من الطاقة. في شكله السائل، يلزم تخزين الهيدروجين عند 252-°س لمنعه من التبخر، مما يعني أنه يجب إنفاق طاقة للحفاظ على درجة الحرارة هذه.
الأخضر GREEN
يُنتج بوسائل متجددة، مثل توربينات الرياح. لا يُطلق انبعاثات غازات الدفيئة.
الأزرق BLUE
يُنتج من خلال عملية إعادة التشكيل بالبخار Steam reforming بدمج الماء الساخن مع الغاز الطبيعي. يُلتقط أي ثاني أكسيد كربون موجود.
الرمادي GREY
يُنتج أثناء إعادة تشكيل أبخرة الغاز الطبيعي أو الميثان، لكن لا يُلتقط أي ثاني أكسيد كربون.
البنى BROWN
يُنتج عن طريق تحويل مادة غنية بالكربون مثل الفحم إلى هيدروجين، في عملية تسمى التغويز .Gasification
الزهري PINK
يولّد باستخدام البخار المنطلق كمنتج ثانوي لإنتاج الطاقة النووية.
الأصفر YELLOW
لا يُنتج الهيدروجين الأصفر إلا بالتحليل الكهربائي للماء باستخدام الطاقة الشمسية.
الفيروزي TURQUOISE
يتولد عن طريق شطر ذرات الهيدروجين الموجودة في الميثان إلى هيدروجين وكربون صلب، من دون ثاني أكسيد الكربون.
الأبيض WHITE
يُستخرج غاز الهيدروجين الطبيعي عن طريق التكسير الهيدروليكي .Fracking
الطاقة الكهربائية
يسير أكثر من 16 مليون سيارة كهربائية على الطرق في معظم أنحاء العالم، والتي تستهلك مجتمعة نحو 30 تيراوات ساعة Terawatt hours من الكهرباء سنوياً. كوقود للمركبات، لا شك في أن الكهرباء هي الأكثر ملاءمة للبيئة، حيث لا تنبعث منها أي غازات دفيئة تقليدية كتلك التي تنبعث من المركبات، والمعروفة بانبعاثات العادم Tailpipe emissions.
ومع ذلك، لا يزال هناك جانب بيئي سلبي يتعلق بالوقود الكهربائي: مصدره. على الرغم من أن المركبات التي تعمل بالكهرباء تمثل بوضوح طريق المستقبل في معالجة الانبعاثات من السيارات، فإن الإمداد الأولي للكهرباء للمركبات الكهربائية ينبع إلى حد كبير من الطاقة القذرة. ويظل الفحم والغاز أكبر مصدرين لتوليد الكهرباء على مستوى العالم. في الولايات المتحدة، مثلاً، تبلغ انبعاثات الكربون السنوية للسيارة الكهربائية بالكامل نحو 1.7 طن بسبب مصادر الكهرباء، على الرغم من أن كل سيارة لا تصدر أي غازات بحد ذاتها.
يأتي نحو 30% فقط من طاقة العالم من مصادر متجددة مثل مزارع الرياح والألواح الشمسية. مع تحول العالم إلى مصادر الطاقة الأكثر تجدداً، ستصبح الطاقة الكهربائية أكثر اخضراراً وأكثر ملاءمة للبيئة، على عكس بدائل الوقود الأحفوري.
وقود من النباتات
الديزل الحيوي Biodiesel هو وقود بديل يعمل بطريقة مشابهة للبترول. في حين أن الوقود البترولي يأتي من الاحتياطيات النفطية الجوفية المتكونة من المواد المتحللة للنباتات والحيوانات، يأتي وقود الديزل الحيوي من الزيوت النباتية والحيوانية التي لا تزال على السطح. عادة ما يُستخلص زيت الديزل الحيوي من النباتات، بما في ذلك بذور اللفت والنخيل وفول الصويا، والدهون الحيوانية أو الشحم. وعن طريق عملية تعرف بالأسترة التحويلية ،Transesterification تحوّل هذه الزيوت إلى مصدر للوقود عبر عدة تفاعلات كيميائية.
وبعد ذلك، يُحرق وقود الديزل الحيوي في المحركات بطريقة حرق البترول نفسها، مما يُطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وإن كان بمستوى أقل بكثير. لكن ثاني أكسيد الكربون المنبعث عن وقود الديزل الحيوي يُعوّض في معظمه بكمية ثاني أكسيد الكربون التي تمتصها محاصيل الديزل الحيوي أثناء عملية البناء الضوئي .Photosynthesis
على الرغم من أن الديزل الحيوي أكثر ملاءمة للبيئة من حيث تقليل إنتاج غازات الدفيئة، إلا أن إنتاجه ينطوي على العديد من التحديات، مثل تلوث الأراضي الناجم عن الأسمدة وتآكل التربة واحتكار استخدام الأراضي- لتلبية متطلبات الوقود الحالية للولايات المتحدة، ستكون هناك حاجة إلى 563,000 ميل2 من الأراضي لزراعة ما يكفي من محاصيل الوقود الحيوي.
وقود مخمّر
يعمل الإيثانول الحيوي Bioethanol وفقاً لمبدأ مماثل للديزل الحيوي، وهو استخدام المحاصيل المنتجة زراعياً لإنتاج وقود مستدام. ولكن بدلاً من استخراج الزيوت، فإن إنتاج الإيثانول الحيوي ينطوي على تخمير الغطاء النباتي وتقطيره إلى كحول مركّز وقابل للاشتعال.
يستخدم الإيثانول الحيوي في محطات البنزين بالفعل. عند تعبئة سياراتهم في المملكة المتحدة، عادة ما يستخدم السائقون بنزين E10، وهو مزيج من %90 من البنزين و10% من الإيثانول- ومن هنا اشتُق اسم E10. هناك أيضاً وقود E85 المكون من %85 من الإيثانول، مما يقلل من كمية البنزين المستخدم ومن ثمّ انبعاثات العادم، بما في ذلك التلوث بأكسيد النتروجين. ولكن أحد العوائق الرئيسية للوقود المحتوي على نسبة عالية من الإيثانول الحيوي هو قدرته على تكوين أوزون ضار على مستوى الأرض، إضافة إلى زيادة انبعاثات مادة كيميائية يُحتمل أن تكون مسرطنة، وهي الأسيتالديهيد .Acetaldehyde
الوقود الأحفوري مقابل الطاقة البديلة
التكلفة البيئية للبنزين والديزل باهظة، لكن الوقود البديل يمكنه التخفيف من تأثيرها في كوكبنا
إنتاج ثاني أكسيد الكربون CARBON DIOXIDE
الهيدروجين: 0
الوقود الكهربائي: 0*
الغاز الطبيعي: 1.95 كغم/ م3
الديزل الحيوي: 0.7 كغم/لتر
البترول: 2.3 كغم/ لتر
* الانبعاثات المباشرة
إنتاج أكسيدالميثان والنتروجين METHANE AND NITROGEN OXIDE
الهيدروجين: 0
الوقود الكهربائي: 0
الغاز الطبيعي: 6.8 غم/ميل
الإيثانول الحيوي :(E85)
4.0 غم/ميل
البترول:1.9 غم/ميل
الوقت حتى نفاد الوقود الأحفوري TIME UNTIL FOSSIL FUELS RUN OUT
البترول: 50 سنة
الغاز الطبيعي: 53سنة
الفحم اللازم لإنتاج الكهرباء: 114 سنة
عدد الأميال لكل نوع من الوقود في الخزان المتوسط MILEAGE FOREACH FUEL INANAVERAGE TANK
الغاز الطبيعي: 175 ميلا
البترول: 200 ميل
الهيدروجين: 255 ميلا
الكهرباء: 325 ميلا
أكثر أنواع الوقود شيوعاً في السيارات الجديدة** MOST POPULAR FUEL TYPE IN NEW CARS**
الغاز الطبيعي: %0.4
أنواع الوقود الأخرى، بما في ذلك الوقود الحيوي: %2.3
البترول:59.6%
السيارات الهجينة العاملة بالكهرباء والبنزين: %37.6
** أوروبا فقط
يعادل البترول %90 من متطلبات النقل في العالم
سيارة ركاب نموذجية تبث نحو 4.6 طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً
%95 من الهيدروجين المنتج في الولايات المتحدة مصنوع من الغاز الطبيعي
تولّد الكهرباء اللازمة لتشغيل المركبات الكهربائية كمية أقل
بنحو %30 من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالبترول
في عام 2021، سكبت الناقلات النفطية 10,000 طن من النفط في المحيطات
