يعتبر الوقود الأحفوري أحد أهم مصادر الطاقة في العالم الحديث، حيث يلعب دوراً حيوياً في دعم الاقتصادات، و تشغيل الصناعات، و تلبية احتياجات الحياة اليومية للبشر. يشمل الوقود الأحفوري مجموعة متنوعة من الموارد مثل النفط و الفحم و الغاز الطبيعي، و التي استخدمت على مر العصور لتوليد الطاقة و تشغيل الآلات و تدفئة المنازل.

تعتمد الحياة الحديثة بشكل كبير على الوقود الأحفوري، فهو يوفر الطاقة الضرورية لتشغيل السيارات، و توليد الكهرباء، و تدفئة المنازل، و تشغيل الصناعات الضخمة. إلا أن مع هذه الفوائد الهائلة، تأتي أيضاً التحديات و التأثيرات السلبية على البيئة و الصحة العامة.

في هذا المقال، سنقوم بتسليط الضوء على أهمية الوقود الأحفوري في حياتنا اليومية، و سنستكشف التأثيرات البيئية و الاقتصادية و الاجتماعية لاستخدامه. كما سنناقش التحديات التي تواجهنا في التحول نحو مصادر طاقة بديلة و أكثر استدامة، و الابتكارات التكنولوجية التي قد تساهم في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

من خلال استكشاف هذه الجوانب، نسعى إلى فهم أعمق لدور الوقود الأحفوري في حياتنا اليومية، و التأثيرات المترتبة على استخدامه، و ضرورة السعي نحو حلول بديلة تسهم في تحقيق توازن بين احتياجاتنا الطاقوية و حماية البيئة و المستقبل الاقتصادي و الاجتماعي.

ما هو الوقود الأحفوري؟

الوقود الأحفوري يحتوي على نسب عالية من الكربون و تشمل البترول، الفحم، و الغاز الطبيعي. و تشمل المشتقات يشيع استخدامها من الوقود الأحفوري الكيروسين و البروبان. يتراوح الوقود الأحفوري من مواد متطايرة ذات نسب منخفضة من الكربون إلى الهيدروجين مثل الميثان، إلى المواد غير المتطايرة التي تتكون من كربون نقي تقريبًا، مثل فحم أنثراسيت.  

يمكن العثور على الميثان في حقول الهيدروكربون وحدها، أو المرتبطة بالنفط، أو في شكلكلثرات الميثان. على الرغم من أن الخث يشترك في العديد من الخصائص مع الوقود الأحفوري، بما في ذلك هيكله العضوي المتحلل و انبعاث غازات الاحتباس الحراري عند الاستخدام، إلا أنه يتم مناقشة ما إذا كان يمكن اعتباره وقودًا أحفوريًا حقيقيًا.

اعتبارًا من عام 2018، كانت مصادر الطاقة الأولية الرئيسية في العالم تتكون من البترول (34٪) و الفحم (27٪) و الغاز الطبيعي (24٪)، و هو ما يمثل 85٪ من الوقود الأحفوري في استهلاك الطاقة الأولية في العالم .

 تشمل المصادر غير الأحفورية الطاقة النووية (4.4٪)، و الطاقة الكهرومائية (6.8٪)، و مصادر الطاقة المتجددة الأخرى 4.0٪، بما في ذلك الطاقة الحرارية الأرضية، و الطاقة الشمسية، و المد والجزر، و الرياح، والخشب، و النفايات. بلغت حصة مصادر الطاقة المتجددة بما في ذلك الكتلة الحيوية التقليدية من إجمالي الاستهلاك النهائي للطاقة في العالم 18٪ في عام 2018.

تعود معظم وفيات تلوث الهواء إلى منتجات احتراق الوقود الأحفوري: تشير التقديرات إلى أن هذا التلوث يكلف أكثر من 3٪ من الناتج المحلي الإجمالي العالمي، و أن التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري سينقذ 3.6 مليون شخص كل عام.يتسبب استخدام الوقود الأحفوري في أضرار بيئية خطيرة . 

ينتج حرق الوقود الأحفوري حوالي 35 مليار طن (35 جيجا طن ) من ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) سنويًا.  يمكن للعمليات الطبيعية على الأرض امتصاص جزء صغير فقط من هذه الكمية، و بالتالي هناك زيادة صافية تقدر بعدة مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سنويًا.CO 2 هو غاز الدفيئة أن الزيادات الإشعاعي و يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري و تحمض المحيطات. 

حركة عالمية نحو توليد الكربون المنخفضالطاقة المستدامة جارية للمساعدة في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية.

أصل الوقود الأحفوري

قدم أندرياس ليبافيوس النظرية القائلة بأن الوقود الأحفوري تشكل من بقايا النباتات الميتة المتحجرة عن طريق التعرض للحرارة والضغط في قشرة الأرض على مدى ملايين السنين “في كتابه Alchemia عام 1597” و لاحقًا بواسطة ميخائيل لومونوسوف “في وقت مبكر. 1757 و بالتأكيد بحلول عام 1763”. 

أول استخدام لمصطلح “الوقود الأحفوري” يحدث في عمل الكيميائي الألماني كاسبار نيومان، في الترجمة الانكليزية في عام 1759. 

و قاموس أوكسفورد الإنكليزية الملاحظات التي في عبارة “الوقود الأحفوري” صفة “الأحفوري “تعني” تم الحصول عليها بالحفر؛ وجدت مدفونة في الأرض “،قبل ظهور الاسم الإنجليزي “الحفرية” للإشارة في المقام الأول إلى الكائنات الحية الميتة منذ زمن طويل في أوائل القرن الثامن عشر.

المائية العوالق النباتية و الحيوانية وفاة و الرسوبية بكميات كبيرة تحت نقص الأكسجين الظروف منذ ملايين السنين بدأ تشكيل البترول و الغاز الطبيعي نتيجة التحلل اللاهوائي .

أصبحت هذه المادة العضوية الممزوجة بالطين مدفونة تحت طبقات ثقيلة أخرى من الرواسب غير العضوية. و أدى ارتفاع درجة الحرارة و الضغط تسببت في المواد العضوية إلى كيميائيا المذبح، أولا إلى مادة شمعية المعروفة باسم الكيروجين، و هي موجودة في السجيل النفط، ثم مع زيادة الحرارة في الهيدروكربونات السائلة و الغازية في عملية تعرف باسم التكاثر. 

على الرغم من هذه التحولات المدفوعة بالحرارة و التي تزيد من كثافة الطاقة مقارنة بالمواد العضوية النموذجية عن طريق إزالة ذرات الأكسجين، فإن الطاقة المنبعثة في الاحتراق لا تزال في الأصل عبارة عن عملية التمثيل الضوئي.

تميل النباتات الأرضية إلى تكوين الفحم و الميثان. يعود تاريخ العديد من حقول الفحم إلى الفترة الكربونية من تاريخ الأرض . تشكل النباتات الأرضية أيضًا النوع الثالث من الكيروجين، و هو مصدر للغاز الطبيعي . 

على الرغم من أن الوقود الأحفوري يتشكل باستمرار من خلال العمليات الطبيعية، إلا أنه يُصنف على أنه موارد غير متجددة لأنها تستغرق ملايين السنين في التكوين و يتم استنفاد الاحتياطيات القابلة للحياة المعروفة بشكل أسرع بكثير من إنشاء احتياطيات جديدة.

هناك مجموعة واسعة من المركبات العضوية في أي وقود معين. يعطي المزيج المحدد من الهيدروكربونات الوقود خصائصه المميزة، مثل الكثافة، اللزوجة، نقطة الغليان، نقطة الانصهار، إلخ. بعض أنواع الوقود، مثل الغاز الطبيعي، على سبيل المثال، تحتوي فقط على مكونات غازية منخفضة الغليان. يحتوي البعض الآخر مثل البنزين أو الديزل على مكونات غليان أعلى بكثير.

أهمية الوقود الأحفوري

للوقود الأحفوري أهمية كبيرة لأنه يمكن حرقه ( يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون و الماء)، و ينتج كميات كبيرة من الطاقة لكل وحدة كتلة. إن استخدام الفحم كوقود يسبق التاريخ المسجل. تم استخدام الفحم لتشغيل أفران لل صهر من خامات المعادن. بينما تم حرق الهيدروكربونات شبه الصلبة الناتجة عن التسربات في العصور القديمة، كانت تستخدم في الغالب للعزل المائي و التحنيط .

بدأ الاستغلال التجاري للبترول في القرن التاسع عشر، إلى حد كبير ليحل محل الزيوت من مصادر حيوانية (لا سيما زيت الحوت ) لاستخدامه في مصابيح الزيت .

يعتبر الغاز الطبيعي، الذي كان يتم حرقه كمنتج ثانوي غير ضروري لإنتاج البترول، الآن مورداً قيماً للغاية. رواسب الغاز الطبيعي هي أيضًا المصدر الرئيسي للهيليوم .

بدأ النفط الخام الثقيل، و هو أكثر لزوجة من النفط الخام التقليدي، و الرمال الزيتية، حيث يوجد القار ممزوجًا بالرمل و الطين، في أن يصبح أكثر أهمية كمصادر للوقود الأحفوري في أوائل العقد الأول من القرن الحادي و العشرين.

الصخر الزيتي و المواد المماثلة عبارة عن صخور رسوبية تحتوي على الكيروجين، و هو خليط معقد من المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي، و التي تنتج زيتًا خامًا صناعيًا عند تسخينها (التحلل الحراري). مع المعالجة الإضافية، يمكن استخدامها بدلاً من أنواع الوقود الأحفوري الأخرى. في الآونة الأخيرة، كان هناك سحب للاستثمار من استغلال هذه الموارد بسبب ارتفاع كلفتها الكربونية مقارنة بالاحتياطيات الأكثر سهولة في المعالجة.

قبل النصف الثاني من القرن 18، و طواحين الهواء و طواحين توفير الطاقة اللازمة لعمل مثل طحن الدقيق، نشر الخشب أو ضخ المياه، في حين حرق الخشب أو الجفت توفير الحرارة الداخلية. 

أدى الاستخدام الواسع النطاق للوقود الأحفوري و الفحم في البداية و البترول لاحقًا في المحركات البخارية إلى قيام الثورة الصناعية. في الوقت نفسه، تم استخدام مصابيح الغاز التي تستخدم الغاز الطبيعي أو غاز الفحم على نطاق واسع. 

اختراع محرك الاحتراق الداخلي و استخدامه في السيارات و الشاحنات زيادة كبيرة في الطلب على البنزين و زيت الديزل، سواء المصنوعة من الوقود الأحفوري. أشكال أخرى من وسائل النقل، السكك الحديدية و الطائرات، تتطلب أيضا الوقود الأحفوري. استخدام الرئيسية الأخرى للوقود الأحفوري في توليد الكهرباء و كما المواد الخام لصناعة البتروكيماويات . يستخدم القطران، بقايا استخراج البترول، في بناء الطرق.

التأثيرات البيئية

إن حرق الوقود الأحفوري له عدد من العوامل الخارجية السلبية – تأثيرات بيئية ضارة حيث تمتد الآثار إلى ما وراء الأشخاص الذين يستخدمون الوقود. تعتمد التأثيرات الفعلية على الوقود المعني. جميع أنواع الوقود الأحفوري تطلق ثاني أكسيد الكربون عندما تحترق، و بالتالي تسريع تغير المناخ. حرق الفحم، و النفط بدرجة أقل و مشتقاته، المساهمة في الجسيمات في الغلاف الجوي، الضباب الدخاني و الأمطار الحمضية .

تغير المناخ مدفوع إلى حد كبير بإطلاق غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون 2، حيث يعتبر حرق الوقود الأحفوري المصدر الرئيسي لهذه الانبعاثات. في حين أن تغير المناخ قد يكون له آثار إيجابية في بعض أجزاء العالم، فإنه يحدث بالفعل في أجزاء أخرى تؤثر سلبا على النظم البيئية. 

و هذا يشمل المساهمة في انقراض الأنواع (انظر أيضًا خطر الانقراض من الاحتباس الحراري) و تقليل قدرة الناس على إنتاج الغذاء، مما يزيد من مشكلة الجوع. سيؤدي استمرار الارتفاع في درجات الحرارة العالمية إلى مزيد من الآثار الضارة على كل من النظم البيئية و الناس، حيث ذكرت منظمة الصحة العالمية أن تغير المناخ هو أكبر تهديد لصحة الإنسان في القرن الحادي و العشرين.

احتراق الوقود الأحفوري يولد الكبريتيك و أحماض النتريك، التي تقع على الأرض على شكل أمطار الحمضية، التي تؤثر على كل من المناطق الطبيعية و البيئة المبنية. النصب التذكارية و التماثيل المصنوعة من الرخام و الحجر الجيري معرضة بشكل خاص، حيث أن الأحماض تذوب كربونات الكالسيوم .

تحتوي على الوقود الأحفوري أيضا المواد المشعة، و خاصة اليورانيوم و الثوريوم، و التي تم إصدارها في الغلاف الجوي. في عام 2000، تم إطلاق حوالي 12000 طن من الثوريوم و 5000 طن من اليورانيوم في جميع أنحاء العالم من حرق الفحم.

التقديرات إلى أنه خلال عام 1982، أطلق حرق الفحم في الولايات المتحدة 155 مرة من النشاط الإشعاعي في الغلاف الجوي مثل حادث جزيرة ثري مايل .

حرق الفحم أيضا يولد كميات كبيرة من الرماد السفلي و الرماد المتطاير . تُستخدم هذه المواد في مجموعة متنوعة من التطبيقات، باستخدام، على سبيل المثال، حوالي 40٪ من إنتاج الولايات المتحدة.

بالإضافة إلى الآثار الناتجة عن الحرق، فإن حصاد و معالجة و توزيع الوقود الأحفوري له أيضًا آثار بيئية. تعدين الفحم الطرق، و لا سيما إزالة قمم الجبال و قطاع التعدين، لها آثار بيئية سلبية، و البحري التنقيب عن النفط يشكل خطرا على الكائنات الحية المائية. 

يمكن أن تساهم آبار الوقود الأحفوري في إطلاق غاز الميثان من خلال انبعاثات الغازات المنفلتة. مصافي النفط لها أيضًا تأثيرات بيئية سلبية، بما في ذلك تلوث الهواء و الماء. يتطلب نقل الفحم استخدام قاطرات تعمل بالديزل، بينما يتم نقل النفط الخام عادة بواسطة سفن ناقلة، مما يتطلب احتراق الوقود الأحفوري الإضافي.

نشأت مجموعة متنوعة من جهود التخفيف لمواجهة الآثار السلبية للوقود الأحفوري. وهذا يشمل حركة لاستخدام مصادر الطاقة البديلة، مثل الطاقة المتجددة. 

يستخدم التنظيم البيئي مجموعة متنوعة من الأساليب للحد من هذه الانبعاثات؛ على سبيل المثال، القواعد التي تمنع إطلاق نفايات مثل الرماد المتطاير في الغلاف الجوي. و تشمل الجهود الأخرى الحوافز الاقتصادية، مثل زيادة الضرائب على الوقود الأحفوري، و الإعانات لتقنيات الطاقة البديلة مثل الألواح الشمسية.

في ديسمبر 2020، أصدرت الأمم المتحدة تقريرًا جاء فيه أنه على الرغم من الحاجة إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، فإن العديد من الحكومات “تضاعف” على الوقود الأحفوري، و في بعض الحالات تحول أكثر من 50٪ من تمويل تحفيز التعافي من فيروس كورونا إلى إنتاج الوقود الأحفوري بدلاً من الطاقة البديلة. 

أعلن الأمين العام للأمم المتحدة أنطونيو غوتيريش أن “البشرية تشن حربًا على الطبيعة. هذا هو الانتحار. الطبيعة دائمًا ترد – و هي تفعل ذلك بالفعل بقوة وغضب متزايد”. و مع ذلك، قال جوتيريش أيضًا إنه لا يزال هناك سبب للأمل، متوقعًا خطة جو بايدن للولايات المتحدة للانضمام إلى الدول المصدرة للانبعاثات الكبيرة الأخرى مثل الصين و الاتحاد الأوروبي في تبني أهداف للوصول صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050.

التأثيرات البشرية

يؤثر التلوث البيئي الناجم عن الوقود الأحفوري على البشر لأن الجسيمات و غيرها من تلوث الهواء الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري تسبب المرض و الوفاة عند استنشاقها. 

و تشمل هذه الآثار الصحية الوفاة المبكرة، و أمراض الجهاز التنفسي الحادة، و الربو المتفاقم، و التهاب الشعب الهوائية المزمن، و انخفاض وظائف الرئة. الفقراء، الذين يعانون من سوء التغذية، صغار السن و كبار السن، و الأشخاص المصابون بأمراض الجهاز التنفسي الموجودة مسبقًا و غيرها من الأمراض الصحية هم أكثر عرضة للخطر. إجمالي الوفيات الناجمة عن تلوث الهواء في العالم تصل إلى 7 ملايين سنويًا.

في حين أن جميع مصادر الطاقة بطبيعتها لها آثار ضارة، تظهر البيانات أن الوقود الأحفوري يسبب أعلى مستويات انبعاثات غازات الاحتباس الحراري و هو الأكثر خطورة على صحة الإنسان. في المقابل، يبدو أن مصادر الطاقة المتجددة الحديثة أكثر أمانًا لصحة الإنسان و أنظف. معدل الوفيات من الحوادث و تلوث الهواء في الاتحاد الأوروبي على النحو التالي لكل تيراواط / ساعة: الفحم (24.6 حالة وفاة)، النفط (18.4 حالة وفاة)، الغاز الطبيعي (2.8 حالة وفاة)، الكتلة الحيوية (4.6 حالة وفاة)، الطاقة المائية (0.02 حالة وفاة)، الطاقة النووية (0.07 حالة وفاة)، و الرياح (0.04 حالة وفاة)، و الطاقة الشمسية (0.02 حالة وفاة). 

انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من كل مصدر للطاقة هي كما يلي، مقاسة بالأطنان: الفحم (820 طنًا)، النفط (720 طنًا)، الغاز الطبيعي (490 طنًا)، الكتلة الحيوية (78-230 طنًا)، الطاقة الكهرومائية (34 طنًا)، الطاقة النووية الطاقة (3 أطنان)، طاقة الرياح (4 أطنان)، و الطاقة الشمسية (5 أطنان).

كما تظهر البيانات، يتسبب الفحم و النفط و الغاز الطبيعي و الكتلة الحيوية في ارتفاع معدلات الوفيات ومستويات أعلى من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري مقارنة بالطاقة الكهرومائية و الطاقة النووية وطاقة الرياح و الطاقة الشمسية. يقترح العلماء أنه تم إنقاذ 1.8 مليون شخص من خلال استبدال مصادر الوقود الأحفوري بالطاقة النووية.

السياسات و التحديات

يتمثل أحد الآثار الرئيسية للدعم الحكومي لإنتاج البتروكيماويات في زيادة الاستخراج، بما في ذلك زيادة الاستثمار في الآبار الجديدة. و بتقدير سعر النفط عند 50 دولارًا للبرميل، فإن التفضيلات الضريبية و الإعانات الحكومية الأخرى جعلت ما يقرب من نصف الاستثمار في إنتاج النفط الجديد مربحًا. من المقدر أن يؤدي هذا الدعم الحكومي الأمريكي إلى زيادة إنتاج النفط الأمريكي بمقدار 17 مليار برميل خلال العقود القليلة القادمة.

هذه الزيادة في استخدام النفط تعادل 6 مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون، وتشكل ما يصل إلى 20٪ من إنتاج النفط الأمريكي (الوقود الأحفوري) حتى عام 2050، بافتراض أن ميزانية الكربون الإجمالية تحد من متوسط ​​الاحترار العالمي إلى 2 درجة مئوية.

خاتمة

باعتبار الوقود الأحفوري عموداً فقرياً للاقتصاد العالمي و حياة البشرية اليومية، يجب علينا أن ندرك الأثر الكبير الذي يترتب على استخدامه، سواء كان ذلك من جانب الفوائد الاقتصادية و التقنية أو التحديات البيئية و الصحية. بالرغم من أهميته الكبيرة، فإن الوقود الأحفوري يواجه تحديات جسيمة تتعلق بالتلوث و تغير المناخ و الاعتماد الكبير عليه، مما يستدعي منا اتخاذ إجراءات فورية و جادة للتحول نحو مصادر طاقة بديلة و نظام طاقة أكثر استدامة.

يظهر التقدم التكنولوجي و الابتكار في مجالات الطاقة المتجددة و التكنولوجيا النظيفة أن هناك فرصًا كبيرة لتحقيق التنمية المستدامة و المحافظة على البيئة. يجب علينا دعم هذه الابتكارات و التقنيات الجديدة و تعزيز الاستثمار فيها لتحقيق توازن بين احتياجاتنا الطاقوية و حماية كوكبنا.

لذا، فإن تحولنا نحو استخدام مصادر الطاقة البديلة و المستدامة ليس مجرد خيار، بل هو ضرورة ملحة إذا أردنا الحفاظ على كوكبنا و ضمان استمرارية الحياة عليه. إن التصدي لتحديات الوقود الأحفوري يتطلب جهوداً مشتركة و تعاوناً دولياً لتحقيق تنمية مستدامة و مستقبل أفضل للأجيال القادمة.