دبیرخانه دائمی طرح دانش آموزی «با کیمیا»

تلفن دفتر روابط عمومی تهران: 66515514 / info@bakimia.ir

برچسب: سوخت فسیلی

روزی که نفت و زغال سنگ تمام شود چه چیزی در انتظار بشر است؟
روزی که نفت و زغال سنگ تمام شود چه چیزی در انتظار بشر است؟

شش نسل دیگر یعنی حدود ۲۰۰ سال دیگر، سوخت های ساخته شده از هیدروکربن مثل امروز به وفور یافت نخواهند شد. این در حالی است که در آن زمان همچنان مردم می خواهند ماشین برانند یا هواپیماهایشان را در آسمان به پرواز در آورند و چراغ خانه هایشان را روشن کنند.
به همین دلیل بسیاری عقیده دارند با به پایان رسیدن دورانی که نفت به سهولت در دسترس است، قیمت سوخت به میزان بسیار زیادی افزایش می یابد و رقابت برسر منابع انرژی به تنازع بقا می انجامد. بنابراین از حالا لازم است درکی از این شرایط وجود داشته باشد تا این تنازع به جنگی داغ بدل نشود. خوشبختانه کشور ما با داشتن منابع عظیم گاز نگرانی های کمتری دارد. ولی به دلایل استراتژیک ناچار است از حالا چشم اندازی از آینده داشته باشد.
رابرت پی لافلین یکی از برندگان جایزه نوبل فیزیک قواعدی را درباره هیدروکربن هایی مثل گاز، نفت و زغال سنگ مطرح می کند. به گفته او موقعی که نفت تمام شود، قیمت گاز نوسان پیدا خواهد کرد. در آن زمان همه ارزان ترین گاز ممکن را می خواهند. اما با فناوری های در حال پیشرفت می توان این شرایط را مدیریت کرد. برای زمانی هم که ذغال سنگ تمام می شود،‌ لازم است ابداعات بیشتری انجام شود تا جوامع ثباتشان را حفظ کنند.
اما با همه اینها چرا از حالا ذغال سنگ کمتر مورد استفاده قرار نمی گیرد؟ لافلین با استناد به نموداری نشان می دهد که در چندین کشور بین سوزاندن کربن با افزایش تولید ناخالص داخلی یا GDP پیوستگی وجود دارد و به همین دلیل است که وقتی صحبت از قطع استفاده از کربن به میان می آید،‌ هیچ کس نمی خواهد اولین باشد.
دلیل دیگر این است که ما هرگز به طور کامل از کربن رهایی نخواهیم یافت. فناوری های موجود و در حال توسعه می توانند بعضی از جنبه های مشکل منابع انرژی را حل کنند، اما قوانین فیزیک سدی را در مقابل بقیه ایجاد می کنند. برای مثال، موقعی که هیدروکربن ها دیگر به طور گسترده در دسترس نیستند ‌انرژی هسته ای، خورشیدی و بادی می توانند چراغ ها را روشن نگه دارند.
روزی که نفت تمام می شود اگر لازم باشد تامدتی می توان ذغال سنگ را به بنزین تبدیل کرد. همان طور که آلمانی ها در طول جنگ جهانی دوم با استفاده از فرایندی که در دهه ۱۹۲۰ به وسیله Franz Fischer و Hans Tropsch توسعه داده شده بود، این کار را انجام دادند. اما در حال حاضر هیچ سوخت دیگری چگالی انرژی ای –انرژی در واحد وزن- را ارایه نمی دهد که برای پرواز هواپیما سوخت جت مهیا کند. به طورکلی امکان ندارد سوخت جت را اصلاح کنیم چراکه قوانین فیزیک را نقض می کند. ما نمی توانیم هواپیما داشته باشیم مگر این که سوخت هیدروکربنی بسازیم.
لافلین می گوید در فرایند Fischer-Tropsch که در آن با عبور دادن مونوکسید کربن و هیدروژن بر روی آهن یا کاتالیزورهای دیگر هیدروکربن های مایع تولید می شود، می توان مواد خام متفاوتی را مورد استفاده قرار داد. در دهه ۱۹۴۰، آلمان ها زغال سنگ را مورد استفاده قرار دادند. امروز، چندین گیاه هست که با آنها می توان فرایند به جاگذاری کربن را به جای ذغال سنگ با گاز طبیعی شروع کرد. در آینده مواد اولیه دیگری مثل مواد گیاهی هم وجود خواهد داشت.
در این زمینه نمی توان بخش کشاورزی را به تنهایی به عنوان منبع در نظر گرفت. اما ترکیبی از منابع را می توان مورد استفاده قرار داد. این منابع می تواند شامل گیاهانی که در آب شور رشد می کنند باشد.
در این صورت روزی که نفت ناپدید می شود،‌ هیچ تغییری در پمپ گاز به وجود نخواهد آمد. چراکه فناوری های لازم در دسترس است. خبر خوب این است که اگر زمانی بتوانید گیاهان Fischer-Tropsch را بسازید، هرچیز دیگری که شامل زباله می شود را هم می توانید برای تبدیل به سوخت بیولوژیکی مورد استفاده قرار دهید. مشکل بزرگ هزینه سرمایه اولیه است. ما می توانیم به مرور زمان امکانات را فراهم کنیم.
لافلین می گوید: «۲۰۰ سال دیگر شرایط امروز ما به صورتی که انرژی نسبتاً گران و کربن ارزان است معکوس خواهد شد. در آن زمان صنعت جدیدی به وجود خواهد آمد که حالا وجود ندارد. ۲۰۰ سال دیگر، کمبود انرژی مسئله نیست. کمبود کربن مسئله است.»
در نهایت لافلین پیش بینی می کند که ما یاد می گیریم چگونه کربن را از هوا بازیافت کنیم. این کربن می تواند ماده اولیه برای فرایند Fischer-Tropsch باشد. این پیشرفت اگر اتفاق بیفتد خبر خوبی است.

از گازهای گلخانه ای چه میدانید؟
از گازهای گلخانه ای چه میدانید؟

گازهای گلخانه‌ای نامی آشنا برای اغلب ماست. اگر از ما بخواهند که نام یکی از این گازها را بر زبان بیاوریم، این نام احتمالا دی‌اکسید کربن خواهد بود.
تقریباً همه کسانی که با اصطلاح “گازهای گلخانه‌ای” آشنا هستند، دی‌اکسید کربن را به عنوان معرف این گروه از گازها می‌شناسند. البته این دیدگاه نادرست هم نیست، اما دی‌اکسید کربن تنها یکی از گازهای گلخانه‌ای است که انسان تولید می‌کند.

گازهای گلخانه‌ای شامل دی‌اکسید کربن، دی‌ نیتروژن اکسید، متان، بخار آب و هستند.

این گازها به این دلیل گازهای گلخانه‌ای نامیده می‌شوند که فضای گلخانه‌ها را در اطراف زمین ایجاد می‌کنند. در گلخانه‌ها نور خورشید وارد محیط می‌شود اما به دلیل جداره شیشه‌ای، بخشی از آن دوباره به درون گلخانه برمی‌گردد. به این ترتیب فضای داخل گلخانه از بیرون گرمتر می‌شود.

در جو زمین هم اتفاق مشابهی روی می‌دهد. وقتی اشعه‌های خورشید به سطح زمین می‌رسند، بخشی از آنها جذب می‌شود و سطح زمین را گرم می‌کند، زیرا سطح زمین بسیار سردتر از خورشید است. در نتیجه امواج را با طول موج بلندتری نسبت به خورشید منتشر می‌کند.

اشعه‌های خورشید هم پس از برخورد با زمین با طول موج بلندتری منتشر می‌شوند. از طرف دیگر جو زمین امواج با طول موج بلندتر را راحت‌تر جذب می‌کند. به این ترتیب این امواج بازگشتی از زمین جذب اتمسفر می‌شود. جذب این امواج سبب گرم شدن جو می‌شود.

این عمل به خودی خود مضر نیست. اما زمانی که گازهای گلخانه‌ای در سر راه این امواج بازگشتی قرار می‌گیرند، مضرات بیشتر می‌شود.
پیش از دخالت انسان در طبیعت، جو زمین همیشه بخشی از امواج خورشید را در خود نگه می‌داشت که سبب می‌شد هوای کره خاکی ما به اندازه مناسبی برای زیست، گرم باشد.

پس از آنکه انسان‌ها وارد ماجرا شدند، با تولید گازهای گلخانه‌ای میزان جذب اشعه‌های خورشید را افزایش دادند.

تحقیقات دانشمندان نشان می‌دهد در طول یکصد سال گذشته میانگین دمای هوا در نزدیکی سطح زمین بین ۰٫۱۸ تا ۰٫۷۴ درجه سانتیگراد افزایش یافته است.

غروب سوخت های فسیلی
غروب سوخت های فسیلی

در چند سال گذشته تهدیدات بی شماری جامعه بشری را تهدید کرده اند؛ تهدیداتی با عوامل انسانی و غیرانسانی که هرکدام می تواند روزی نسل بشر را نابود کند. در این میان، برخی از این تهدیدات ناشی از رفتار نابخردانه بشر با کره زمین است. یکی از این تهدیدات،
آلودگی بیش از حد کره زمین است که هر روز خبرهای بدی از عواقب ناشی از آن به گوش می رسد.

این آلودگی علاوه بر تاثیرات منفی که بر سلامت انسان و دیگر موجودات زنده کره زمین می گذارد،بتدریج باعث گرم تر شدن کره زمین می شود که این مسئله در طولانی مدت باعث نابودی زمین می شود. دلیل اصلی این آلودگی بیش از حد، استفاده بسیار زیاد بشر از سوخت های فسیلی ست که البته نمی توان او را به خاطر چنین عملی سرزنش کرد،
چون شیوه زندگی بشر در طول قرن ها به گونه ای شکل یافته که بدون وجود انرژی نمی تواند به فعالیت هایش ادامه دهد و در حال حاضر بهترین و کم هزینه ترین منبع برای تولید انرژی، سوخت فسیلی ست.

اما در آینده ای نزدیک عواقب منفی ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی به جایی خواهد رسید که دیگر استفاده از این منبع انرژی حتی اگر هیچ هزینه ای در پی نداشته باشد در حکم شلیک تیر خلاص به کالبد جامعه انسانی خواهد بود. محققان از چند دهه پیش، این مسئله را به وضوح می دیدند و به همین خاطر راهکارهای متعددی برای نجات زمین ارائه داده اند که عملی ترین آنها، استفاده از منابع جدید انرژی یا به تعبیری انرژی های نو است.

مسئله مهمی که در اینجا باید بدان اشاره شود، این است که منظور از جدیدبودن انرژی، به نوعی جدیدبودن نحوه استفاده از آنهاست، چون منابعی مانند خورشید، باد و… از آغاز پیدایش انسان با او بوده اند، منتها در تمام نسل های انسانی، این انسان قرن بیستم بود که متوجه شد می تواند از آنها در سطح وسیعی برای تولید انرژی استفاده کند.در بررسی این منابع جدید می توان براحتی دریافت که در میان تمام این منابع، فقط چند منبع محدود هستند که با توجه به اقتصادی بودنشان می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند.به همین خاطر دولت های بسیار زیادی در سراسر دنیا با حمایت از طرح های تحقیقاتی که به مسئله انرژی های نو می پردازند، درصدد دستیابی به منبع مطمئنی از انرژی هستند.

در این بین، کشور ما هم از این قاعده مستثنی نیست و وجود منابع سرشار نفت و گاز که روزی مسلما به پایان خواهند رسید، نمی تواند آینده انرژی ایران را تامین کند.امروزه در جهان از چند منبع جدید سوخت برای تولید انرژی استفاده می شود که اقتصادی بودن و به صرفه بودن آنها، بارزترین ویژگی آنها به شمار می رود. هرچند استفاده از این منابع انرژی آنچنان که انتظار می رود گسترش نیافته است، اما این منابع بالاخره روزی جایگزین نفت خواهند شد. در اینجا با برخی از این منابع و نحوه استفاده از آنها در ایران آشنا می شویم:

۱- انرژی خورشیدی:

خورشید از دیرباز در میان جوامع بشری از جایگاه و ارزش بالایی برخوردار بوده است، به گونه ای که حتی برخی از جوامع آن را مقدس دانسته و پیدایش و ادامه حیات را از او می دانستند.

هرچند نمی توان به صراحت در این مورد اظهارنظر کرد، اما می توان با اطمینان گفت که ادامه حیات در زمین و اگر وجود داشته باشد در کرات دیگر، بستگی به تابش مداوم خورشید دارد. با این حال از خورشید هم می توان برای تولید انرژی استفاده کرد. اولین استفاده های مدرن از انرژی خورشیدی در دنیا به دهه ۱۸۹۰ میلادی در آمریکا بازمی گردد.

در این سالها مردم آبگرمکن هایی را روی سقف خانه نصب می کردند که در طول روز با تابش نور آفتاب بر آن، گرم می شد. با این کار مردم در مصرف ذغال و گاز طبیعی صرفه جویی می کردند. استفاده از این آبگرمکن ها در حال حاضر هم طرفداران بسیار زیادی در سرتاسر دنیا دارد، اما عمده ترین استفاده از انرژی خورشید، تولید برق از آن است.
برای این کار چند روش وجود دارد؛ یکی از آنها نیروگاه حرارت خورشیدی ست. اساس کار این نیروگاه بر آینه های بسیار خمیده ای که به نام طشتک سهمی شکل معروف هستند، قرار دارد. این آینه ها نور خورشید را روی لوله ای که به طرف نقطه مرکزی در بالای خمیدگی آینه ادامه می یابد، متمرکز می کنند. آینه، نور خورشید را روی لوله متمرکز کرده و آن را آنقدر گرم می کند که می تواند باعث جوشش آب به صورت بخار شود.

این بخار می تواند توربین ها را به حرکت درآورده و باعث تولید برق شود. بزرگترین مشکل و ایراد وارده بر این نیروگاه ها این است که آنها فقط در روزهای آفتابی می توانند فعالیت کنند
و در شب ها و روزهای ابری عملا کارایی ندارند. نوع دیگری از نیروگاه های خورشیدی برای تولید برق، نیروگاه برج مرکزی ست. روش کار این نوع نیروگاه ها اینگونه است که روی نوک برج آنها تعداد بسیار زیادی آینه تعبیه می شود. این آینه ها متحرک بوده و در تمام روز در جهت تابش نور خورشید تغییر وضعیت می دهند تا نور خورشید مستقیما بر سطح آنها بتابد.

تابش خورشید بر این آینه ها باعث گرم شدن ماده سیالی که در مرکز آینه قرار دارد می شود که این ماده سیال می تواند باعث جوشش آب و گردش توربین و تولید برق شود. اما جدیدترین و پیشرفته ترین روش تولید برق از انرژی خورشید، استفاده از سلول های خورشیدی ست. این سلول ها را همچنین سلول های فتوولتائیک هم می گویند.

در این سلول ها به روش های شیمیایی خاصی نور خورشید به برق تبدیل می شود. از این انرژی می توان استفاده های فراوانی برد، اما یکی از عملی ترین آنها، استفاده از صفحات خورشیدی (سلول های فتوولتائیک) در فضاپیماهاست. در ایران هم تحقیقاتی در مورد استفاده از انرژی خورشیدی انجام گرفته است.

طرح نیروگاه خورشیدی ۲۵۰ کیلوواتی شیراز که از نوع نیروگاه های حرارتی ست، از اولین طرح های مربوط در این زمینه به شمار می رود. این نیروگاه، ۲۵۰ کیلووات ظرفیت تولید دارد و ساخت آن از سال ۱۳۷۴ توسط دانشگاه شیراز شروع شد. استفاده از سلول های فتوولتائیک هم در چند سال گذشته در ایران در دستور کار قرار گرفته است. در همین زمینه در سال ۱۳۸۱ طرحی با عنوان نصب پایه های خورشیدی در ادارات برق منطقه ای استان ها آغاز شد که تابه حال این طرح در اداره برق زنجان، توزیع زنجان، اداره برق قزوین و همچنین اداره برق آذربایجان به مرحله اجرا درآمده است.

۲- انرژی باد:

انرژی باد هم همانند خورشید از آغاز تاریخ، همراه بشر بوده است. البته باید به این نکته بسیار مهم اشاره کرد که باد هم همانند تمام موجودات و پدیده های کره زمین، هستی خود را از خورشید دارد. در مورد باد باید گفت که تابش خورشید باعث گرم تر شدن هوای بالای مناطق خشکی زمین می شود. این منطقه هوای گرم جای خود را به هوایی که روی مناطق دریایی قرار دارد، می دهد و این چرخه متناوب باعث ایجاد باد می شود.

بدون شک یکی از اولین استفاده های بشر از انرژی باد، اختراع بادبان کشتی ها بوده است. پس از آن، با مطالعه تاریخ مشاهده می کنیم که انسان از باد در آسیاب های بادی برای آسیاب کردن بذرهای خود استفاده کرد. در سال ۱۹۲۰ با استفاده از آسیاب های کوچک برای تولید برق روستاهای کوچک، اولین گام برای تولید برق به وسیله باد برداشته شد.

امروزه مزارع بادی بسیار پیشرفته ای در سراسر جهان وجود دارند که مقادیر بسیار زیادی الکتریسیته تولید می کنند. شیوه کار آنها به زبان ساده اینگونه است:
باد باعث چرخش پره ها می شود. این حرکت پره ها محور یا میله اصلی را می چرخاند و این محور هم یک مولد برق را می چرخاند و بدین ترتیب الکتریسیته تولید می شود.

مزایا و معایب سوخت های فسیلی
مزایا و معایب سوخت های فسیلی

سوخت‌های فسیلی بقایای گیاهان و حیوانات ما قبل تاریخ است که اکنون به زنجیره‌های هیدروکربنی کاهش یافته است. این هیدروکربن‌ها به شکل جامد یا مایع است.
سوخت‌های فسیلی دارای سرعت احتراق بسیار بالایی است و انرژی بسیار زیادی آزاد می‌کند. بیشتر نیاز ما به انرژی و سوخت از طریق سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود. جالب این است که نیاز دنیا به سوخت‌های فسیلی هر بیست سال دو برابر می‌شود ولی هنوز هم منابع سوخت‌های فسیلی برای برآورده کردن این نیاز کافی است.
ولی مصرف بیش از حد سوخت‌های فسیلی در قرن بیستم باعث تخلیه‌ی این منابع شده است. در کنار این، سوخت‌های فسیلی میزان آلودگی محیطی را بسیار افزایش داده است و این تبدیل به مسئله‌ای جدی شده است. در این مقاله، به بررسی اجمالی مزایا و معایب سوخت‌های فسیلی پرداخته شده است.

مزایا

سوخت‌های فسیلی نسبت به منابع انرژی دیگر دارای چندین مزیت است.
به همین خاطر است که آن‌ها هنوز هم به عنوان منبع اصلی تأمین کننده‌ی انرژی به شمار می‌رود. مزایای سوخت‌های فسیلی عبارت است از:

• سوخت‌های فسیلی دارای انرژی گرمایی بالایی است.
سوزاندن ۱ گرم سوخت فسیلی مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. مقدار انرژی تولید شده توسط سوخت‌های فسیلی بیشتر از انرژی تولید شده توسط همان مقدار از منابع انرژی دیگر است.

• بهره‌برداری از مخازن سوخت‌های فسیلی به کمک تجهیزات پیشرفته بسیار آسان است.

• ذغال سنگ سوخت فسیلی است که به وفور یافت می‌شود. از ذغال سنگ در بسیاری از نیروگاه‌ها استفاده می‌شود زیرا هزینه‌ی تولید را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

• حمل و نقل سوخت‌های فسیلی که به شکل مایع یا گاز است بسیار آسان است. آن‌ها را به سادگی از طریق لوله انتقال می‌دهند.

• ساخت و ساز نیروگاه‌هایی که با سوخت فسیلی کار می‌کنند نیز آسان است.

• نفت برجسته‌ترین شکل سوخت‌های فسیلی است که در انواع وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• استخراج و فرآوری سوخت‌های فسیلی آسان‌تر بوده و از اینرو، ارزان‌تر از منابع انرژی دیگر است.

معایب

اگر چه سوخت‌های فسیلی تا همین اواخر به منابع انرژی دیگر ترجیح داده می‌شد
ولی مصرف بیش از حد آن‌ها و برخی خواص غیر مطلوب باعث ایجاد برخی مسائل مهم شده است. معایب سوخت‌های فسیلی عبارت است از:

• اگر چه نفت ، گاز طبیعی و ذغال سنگ به فور در طبیعت یافت می‌شود ولی مصرف بیش از حد باعث تخلیه‌ی قابل توجه مخارن آن‌ها شده است. در کنار این، جایگزینی منابع غیر ممکن است زیرا، میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا زنجیره‌های هیدروکربنی تشکیل شود.

• هیدروکربن‌های حاضر در سوخت‌های فسیلی گازهای گلخانه‌ای مانند متان و دی اکسید کربن آزاد می‌کند که باعث سوراخ شدن لایه‌ی اوزون می‌شود.
• در کنار این، گازهای مضر دیگر مانند کربن مونوکسید و دی اکسید گوگرد باعث ایجاد باران‌های اسیدی می‌شود.

• استخراج سوخت‌های فسیلی تعادل زیست محیطی را در برخی نواحی در معرض خطر قرار داده است. به علاوه، معدن کاری ذغال سنگ جان کارگران معدن بسیاری را گرفته است.

• کاهش مخازن باعث افزایش هزینه‌های استخراج سوخت‌های فسیلی شده است. این قیمت سوخت را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد.

• نشت برخی سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی و نفت خام می‌تواند خطرات جدی را به دنبال داشته باشد. از اینرو، حمل و نقل این سوخت‌ها خطرناک است.

• سوخت‌های فسیلی باعث گرمایش جهانی می‌شود، مسئله‌ای که سرتاسر جهان با آن مواجه است.