16.4: عواقب الوقود الأحفوري
- Page ID
- 169277
فوائد استخدام الوقود الأحفوري
يعتمد العالم بشكل كبير على الوقود الأحفوري، وتسهل البنية التحتية والتقنيات الحالية استخدامه المستمر. من مزايا استخدام الفحم للكهرباء أنه وفير وغير مكلف، خاصة في الولايات المتحدة، التي لديها احتياطيات فحم أكبر من أي دولة أخرى. علاوة على ذلك، يعد تعدين الفحم مصدرًا للوظائف والدخل الضريبي. ومع ذلك، فإن الميزة الاقتصادية للفحم تتضاءل، حيث تصبح التقنيات المرتبطة بمصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، أكثر كفاءة وأقل تكلفة. قارنت إدارة معلومات الطاقة الأمريكية التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) للتقنيات التي ستبدأ استخدامها في عام 2023، وتجاوزت تكلفة الكهرباء المولدة بالفحم تكلفة العديد من المصادر المتجددة (الشكل\(\PageIndex{a}\)). تحسب LCOE تكاليف بناء وتشغيل محطات الطاقة والألواح الشمسية وتوربينات الرياح وما إلى ذلك.
يستمر النفط والغاز الطبيعي في تلبية احتياجات الطاقة العالمية. على الرغم من التوسعات في استخدام الطاقة المتجددة، لا يوجد مصدر طاقة بديل كافٍ حاليًا لاستبدال النفط والغاز الطبيعي. (يمكن الجمع بين مصادر متجددة مختلفة في المستقبل.) في حين تعتمد الولايات المتحدة على النفط المستورد، فإنها تواصل إنتاج بعض النفط والغاز الطبيعي (غالبًا من خلال التكسير الهيدروليكي)، مما يعزز استقلال الولايات المتحدة في مجال الطاقة. تعتمد الاقتصادات المحلية والولائية في المناطق الغنية بالنفط والاحتياطيات الطبيعية على الاستخراج المستمر لهذا الوقود الأحفوري.
في حين أن جميع أضرار الوقود الأحفوري تسبب درجة معينة من الضرر البيئي، فإن الغاز الطبيعي هو الوقود الأحفوري المفضل لتوليد الكهرباء عند النظر في آثاره البيئية. عند الاحتراق، ينبعث الفحم ما يقرب من ضعف ثاني أكسيد الكربون الذي ينبعث منه الغاز الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك، تنبعث كميات أقل بكثير من أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت (كلاهما من ملوثات الهواء) من حرق الغاز الطبيعي. كما أنها لا تنتج الرماد كما يفعل الفحم (انظر أدناه).
التأثيرات الصحية والبيئية
تبدأ الآثار السلبية لاستخدام الوقود الأحفوري باستخراج المورد. غالبًا ما يقع الوقود الأحفوري بعيدًا عن مكان استخدامه، لذا يجب نقله عن طريق خطوط الأنابيب أو الناقلات أو السكك الحديدية أو الشاحنات. هذه كلها تمثل احتمالية وقوع حوادث وتسرب وانسكابات. ترتبط الآثار السلبية الإضافية بالمعالجة وتوليد الكهرباء والتخلص من النفايات الناتجة.
تعدين الفحم واستخدامه
يؤدي التعدين السطحي للفحم إلى تعطيل النظم البيئية المحلية فوق رواسب الفحم حيث تتم إزالة العبء الزائد للوصول إليها (الشكل\(\PageIndex{b}\)). عند إزالة قمم الجبال، يتم إلقاء كمية كبيرة من العبء الزائد فوق الموائل القريبة، مما يتسبب في مزيد من الدمار (الشكل\(\PageIndex{c}\)). أثرت إزالة قمم الجبال على مناطق واسعة من جبال الأبلاش في فيرجينيا الغربية وكنتاكي. يؤدي فقدان الموائل من تعدين الفحم إلى تقليل التنوع البيولوجي، مما يؤدي إلى فقدان خدمات النظام البيئي. يكشف كل من التعدين السطحي والجوفي عن الصخور التي يمكن أن تحتوي على ملوثات، مثل المعادن الثقيلة أو الكبريتات، والتي تتسرب إلى تيارات أو مسطحات مائية أخرى. هذا لا يضر بالحياة المائية فحسب، بل يعطل أيضًا دورة المغذيات. قد يكون أحد أكبر الآثار البيئية للتعدين تحت سطح الأرض هو غاز الميثان الذي يجب تفريغه من المناجم لجعل المناجم مكانًا آمنًا للعمل. غاز الميثان هو أحد غازات الاحتباس الحراري القوية ويساهم في تغير المناخ. أخيرًا، تؤدي عملية التعدين في النهاية إلى ضغط التربة. ويؤدي ذلك، إلى جانب فقدان الأشجار، الذي يبطئ تدفق الجريان السطحي ويعزز التسرب، إلى زيادة خطر الفيضانات.
يواجه عمال مناجم الفحم مخاطر صحية مثل الانفجارات وانهيار المناجم والتعرض للأبخنة السامة. مرض الرئة السوداء هو حالة تنفسية تتميز بالسعال وضيق التنفس الذي يحدث في عمال المناجم المعرضين للكثير من غبار الفحم. كما يتعرض السكان بالقرب من المناجم لخطر التعرض لغبار الفحم والسموم الجوفية بعد الانفجارات. نتيجة التعرض للسموم، فإن العيوب الخلقية والمشاكل الصحية الأخرى شائعة بين السكان بالقرب من المناجم.
يعتبر الفحم مصدر الطاقة «الأكثر قذارة» لأن احتراقه يؤدي إلى معظم تلوث الهواء. تنبعث من محطات توليد الطاقة بالفحم مجموعة متنوعة من ملوثات الهواء بما في ذلك ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين والمعادن الثقيلة. يعد ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين من مصادر الأمطار الحمضية (ترسب الحمض) والضباب الدخاني والمشاكل الصحية. تسبب المعادن الثقيلة مشاكل عصبية وتنموية لدى البشر والحيوانات الأخرى. ينتج عن حرق الفحم جسيمات وكميات أعلى من ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة طاقة مقارنة باستخدام النفط أو الغاز الطبيعي. ثاني أكسيد الكربون هو أكثر غازات الاحتباس الحراري إطلاقًا ويسبب تغير المناخ. في عام 2018، كان توليد الكهرباء مسؤولاً عن 27٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة، وانبعث الكثير من هذا من محطات توليد الطاقة بالفحم. يعتمد نقل الفحم عادة على الوقود الأحفوري، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من التلوث.
الرماد (بما في ذلك الرماد المتطاير ورماد القاع) هو بقايا تنشأ عند حرق الفحم في محطات الطاقة. في الماضي، كان الرماد المتطاير ينبعث في الهواء من خلال كومة الدخان، حيث سيساهم في تلوث الهواء بالجسيمات. تتطلب القوانين الآن أن يتم التقاط الكثير من الرماد المتطاير الآن بواسطة أجهزة التحكم في التلوث، مثل أجهزة تنقية الغاز. في الولايات المتحدة، يتم تخزين الرماد المتطاير بشكل عام في محطات توليد الطاقة بالفحم أو وضعه في مدافن النفايات. يمكن أن يتسرب الرماد من التخزين أو مدافن النفايات أو يتسرب إلى المياه الجوفية، مما يؤدي إلى تلوث المياه.
استخراج النفط والغاز الطبيعي التقليدي
استكشاف وحفر موائل الأراضي والمحيطات المتدهورة للنفط. على الأرض، هناك حاجة إلى بنية تحتية واسعة مثل شبكات الطرق وخطوط أنابيب النقل والإسكان للعمال لدعم عملية حفر واسعة النطاق. يمكن أن تلوث هذه التربة والمياه وتشظي الموائل وتعكر صفو الحياة البرية. يعد استخراج النفط والغاز الطبيعي أيضًا خطرًا على العمال، الذين يعانون من ارتفاع معدل الإصابة بالسرطان وأمراض القلب.
إن الانسكابات النفطية التي يسببها الإنسان في الأنهار والمحيطات تضر بالنظم البيئية. من منظور اقتصادي، تتسبب الانسكابات النفطية في تعطيل صناعة صيد الأسماك والسياحة. تعتبر الانسكابات النفطية في البحر بشكل عام أكثر ضررًا بكثير من تلك الموجودة على الأرض، حيث يمكن أن تنتشر لمئات الأميال البحرية في بقعة زيتية رقيقة يمكن أن تغطي الشواطئ بطبقة رقيقة من الزيت. يمكن أن يقتل هذا الطيور البحرية والثدييات والمحار والكائنات الحية الأخرى التي تغطيها. يمكن احتواء الانسكابات النفطية على الأرض بسهولة أكبر إذا أمكن تجريف سد أرضي مؤقت بسرعة حول موقع التسرب قبل تسرب معظم النفط، ويمكن للحيوانات البرية تجنب النفط بسهولة أكبر.
يمكن أن تنجم التسربات النفطية عن حوادث الناقلات العملاقة مثل إكسون فالديز في عام 1989، التي سكبت 10 ملايين غالون من النفط إلى النظام البيئي الغني في ألاسكا الساحلية وقتلت أعدادًا هائلة من الحيوانات. بدأ أكبر تسرب نفطي بحري في أبريل 2010 عندما حدث انفجار للغاز الطبيعي في بئر نفط على بعد 65 كم من ساحل لويزيانا في Deepwater Horizon Oil Rig. قتل 11 موظفًا وتدفق لمدة 3 أشهر في عام 2010، مما أدى إلى إطلاق ما يقدر بـ 200 مليون جالون من النفط (الشكل\(\PageIndex{d}\)). تأثرت الحياة البرية والنظم البيئية وسبل عيش الناس سلبًا. تم إنفاق الكثير من المال وكميات هائلة من الطاقة على جهود التنظيف الفورية. لا تزال التأثيرات طويلة المدى غير معروفة. تم إنشاء اللجنة الوطنية لتسرب النفط في Deepwater Horizon والحفر البحري لدراسة الخطأ الذي حدث. حدث أسوأ تسرب نفطي على الإطلاق خلال حرب الخليج الفارسي عام 1991، عندما عمد العراق إلى إلقاء ما يقرب من 200 مليون غالون من النفط في عرض البحر في الكويت وأضرم أكثر من 700 حريق في آبار النفط أطلقت سحبًا هائلة من الدخان والأمطار الحمضية لأكثر من تسعة أشهر.
أثناء تسرب الزيت على الماء، يطفو الزيت على السطح لأنه أقل كثافة من الماء، وتتبخر الهيدروكربونات الأخف وزنًا، مما يقلل من حجم التسرب ولكنه يلوث الهواء. ثم تبدأ البكتيريا في تحلل الزيت المتبقي، في عملية قد تستغرق سنوات عديدة. بعد عدة أشهر، قد يتبقى حوالي 15٪ فقط من الحجم الأصلي، ولكنه في كتل إسفلتية سميكة، وهو شكل ضار بشكل خاص للطيور والأسماك والمحار. يمكن أن تتضمن عمليات التنظيف مجموعة متنوعة من المكونات، ولكن لكل منها إيجابيات وسلبيات. تعمل المقشدة على تفريغ الزيت من سطح الماء، ولكنها فعالة فقط في حالات التسربات الصغيرة. لا يعمل الحرق المتحكم فيه إلا في المراحل المبكرة قبل أن يتبخر الجزء الضوئي القابل للاشتعال، ولكن هذا أيضًا يلوث الهواء. المشتتات عبارة عن منظفات تقوم بتفكيك الزيت لتسريع تحلله، ولكن بعض المشتتات قد تكون سامة للنظام البيئي. تشير المعالجة الحيوية إلى إضافة الكائنات الحية الدقيقة التي تتخصص في تحلل الزيت بسرعة، ولكن هذا يمكن أن يعطل النظام البيئي الطبيعي.
الاستخراج غير التقليدي للنفط والغاز الطبيعي
يتسبب التكسير الهيدروليكي في أضرار بيئية أكثر من الاستخراج التقليدي. قد يؤثر الاستخدام الكبير للمياه (الشكل\(\PageIndex{e}\)) على توافر المياه للاستخدامات الأخرى في بعض المناطق، وهذا يمكن أن يؤثر على الموائل المائية. في الواقع، يستهلك التكسير الهيدروليكي كميات أكبر من المياه مقارنة باستخدام الطاقة النووية أو الفحم أو النفط التقليدي والغاز الطبيعي. في حالة سوء الإدارة، يمكن إطلاق سائل التكسير الهيدروليكي عن طريق التسربات أو التسربات أو مسارات التعرض الأخرى المختلفة التي تلوث الأرض والمياه الجوفية (الشكل\(\PageIndex{f}\)). لا يحتوي تدفق سائل التكسير الهيدروليكي - السائل الذي يتم ضخه من البئر وفصله عن النفط والغاز - على الإضافات الكيميائية المستخدمة في عملية الحفر فحسب، بل يحتوي أيضًا على المعادن الثقيلة والمواد المشعة (التي تطلق الإشعاع) والمركبات العضوية المتطايرة والبنزين (مادة مسرطنة) والتولوين وإيثيل البنزين والزيلين وغيرها من ملوثات الهواء السامة. يمكن للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) أن تتفاعل مع الغلاف الجوي لتكوين الأوزون على مستوى الأرض، والذي يرتبط بأمراض الجهاز التنفسي. يمكن أن يسبب التولين الدوخة والارتباك والصداع والإجهاض. إيثيل بنزين هو مادة مسرطنة محتملة تسبب أيضًا الدوخة وتهيج العين وفقدان السمع. يسبب الزيلين أيضًا الدوخة والصداع، علاوة على ذلك يمكن أن يكون مميتًا عند التركيزات العالية. في بعض الحالات، يتم إرسال هذه المياه الملوثة إلى محطات معالجة المياه غير المجهزة للتعامل مع بعض فئات التلوث هذه. أخيرًا، يمكن أن يؤدي حقن مياه الصرف الصحي للتخلص منها إلى حدوث زلازل.
يمكن للمصادر الأخرى غير التقليدية للوقود الأحفوري أن تضر بالبيئة أيضًا. يتطلب التعدين السطحي لرمال القطران أو الصخر الزيتي إزالة جميع النباتات ويترك الملوثات وراءه، مما يتسبب في فقدان الموائل (الشكل\(\PageIndex{g}\)).
النقل والمصافي والاحتراق
يتم إطلاق الغاز الطبيعي في الغلاف الجوي من مناجم الفحم وآبار النفط والغاز وخزانات الغاز الطبيعي وخطوط الأنابيب ومصانع المعالجة. هذه التسريبات هي مصدر حوالي 25٪ من إجمالي انبعاثات الميثان في الولايات المتحدة، وهو ما يترجم إلى ثلاثة بالمائة من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة، مما يساهم في تغير المناخ. عندما يتم إنتاج الغاز الطبيعي ولكن لا يمكن التقاطه ونقله اقتصاديًا، يتم «إشعاله» أو حرقه في مواقع الآبار، مما يحوله إلى ثاني أكسيد الكربون. يعتبر هذا أكثر أمانًا وأفضل من إطلاق الميثان في الغلاف الجوي لأن ثاني أكسيد الكربون هو غاز دفيئة أقل قوة من الميثان. ومع ذلك، عندما يتم حرق الغاز الطبيعي بتركيزات عالية من كبريتيد الهيدروجين للغاز السام، فإنه ينتج ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والعديد من المركبات الأخرى (انظر تلوث الهواء لمزيد من التفاصيل).
تحدث التسريبات أيضًا عندما نستخدم البتروكيماويات على الأرض. على سبيل المثال، يقطر البنزين أحيانًا على الأرض عندما يملأ الناس خزانات الغاز الخاصة بهم، أو عندما يتم التخلص من زيت المحرك بعد تغيير الزيت، أو عندما يهرب الوقود من خزان التخزين المتسرب. عندما تمطر، يتم غسل البتروكيماويات المنسكبة في الحضيض وتتدفق في النهاية إلى الأنهار وإلى المحيط. الطريقة الأخرى التي يدخل بها الزيت أحيانًا إلى الماء هي عندما يتسرب الوقود من الزوارق البخارية والزلاجات النفاثة. عند حدوث تسرب في خزان التخزين أو خط الأنابيب، يمكن أن تدخل البتروكيماويات أيضًا إلى الأرض، ويجب تنظيف الأرض. لمنع التسرب من صهاريج التخزين تحت الأرض، من المفترض أن يتم استبدال جميع الخزانات المدفونة بخزانات ذات بطانة مزدوجة.
تنبعث من تكرير النفط مجموعة متنوعة من السموم وهي أكبر مصدر للبنزين (الشكل\(\PageIndex{g}\)). ونتيجة لذلك، يعاني السكان الذين يعيشون بالقرب من مصافي النفط من ارتفاع معدلات الإصابة بالسرطان والربو والعيوب الخلقية. عندما يتم حرق البتروكيماويات مثل البنزين أو الديزل، فإنها تطلق مجموعة متنوعة من ملوثات الهواء، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون (سبب تغير المناخ) وثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروز والمركبات العضوية المتطايرة (VOC) والجسيمات والرصاص (انظر تلوث الهواء لمزيد من التفاصيل). يتطلب نقل النفط عن طريق السفن أو الجذع أيضًا طاقة في شكل وقود أحفوري، مما يولد المزيد من الملوثات. بالمقارنة مع النفط والفحم، فإن حرق الغاز الطبيعي يطلق أقل عدد من الملوثات وغازات الاحتباس الحراري.
حلول
يمكن أن يخفف الاستصلاح من أضرار الموائل الناتجة عن التعدين أو استخراج الوقود الأحفوري. وهي تنطوي على استعادة الأرض إلى حد ما بعد اكتمال التعدين أو الاستخراج. يمكن أن يستلزم ذلك إعادة الأراضي النازحة وتغطيتها بالتربة العلوية، مما يحمي الكائنات الحية من المعادن الثقيلة والمواد المشعة وغيرها من السموم الجوفية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحييد الأحماض، التي تتكون غالبًا من ارتشاح الكبريتات من الصخور الجوفية. ثم يتم زرع الغطاء النباتي، ويتم استعادة تدفق المياه في حالة تعطله إلى حد ما. بالطبع، لا يمكن إعادة إنشاء التضاريس المعقدة وشبكة الجداول والنباتات الناضجة (مثل الأشجار الكبيرة في الغابة) التي ربما كانت موجودة قبل التعدين، ولكن الاستصلاح يجعل من السهل على الأنواع المحلية البدء في إعادة استعمار المنطقة.
يمكن لتقنيات الفحم النظيفة أن تحد من تلوث الهواء المنبعث عند حرق الفحم. تقوم بعض هذه التقنيات بإزالة السموم من الفحم قبل حرقه بينما يلتقط البعض الآخر السموم التي يتم إطلاقها أثناء حرق الفحم. على سبيل المثال، تقوم أجهزة غسل المداخن في محطات الطاقة بتنظيف ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروز والجسيمات والزئبق من الدخان قبل إطلاقه. يتضمن احتجاز الكربون وعزله التقاط ثاني أكسيد الكربون المنبعث وتخزينه، ولكنه يتطلب طاقة أكثر بنسبة 25-40٪، مما يقلل من كفاءة الفحم (الشكل\(\PageIndex{h}\)). في هذه العملية، يتم تمرير الدخان من محطة توليد الطاقة بالفحم عبر مذيب لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون، ولكن لا تزال غازات النفايات الأخرى تنطلق في الدخان. ثم يتم فصل ثاني أكسيد الكربون عن المذيب. يمكن استخدام بعضها في الصناعة (مثل المشروبات الغازية أو الاستخلاص الثالث للنفط)، ويتم عزل الباقي (تخزينه) تحت الأرض. لاحظ أن تقنيات الفحم النظيف يمكن أن تقلل من مساهمة الفحم في تغير المناخ وتقلل من كمية السموم التي يتم إطلاقها، ولكنها لا تمنع تمامًا تلوث الهواء الناتج عن الفحم (الشكل\(\PageIndex{i}\)).
نظرًا لأن الوقود الأحفوري غير قابل للتجديد، فسوف تستنفد الاحتياطيات في النهاية، وسيحتاج العالم إلى الاعتماد بشكل كامل على مصادر الطاقة الأخرى. أولئك الذين يشعرون بالقلق إزاء العواقب البيئية والصحية للوقود الأحفوري يدعون إلى إجراء هذا التحول في أقرب وقت ممكن. وذلك لأن التقنيات والممارسات التي تمت مناقشتها أعلاه لا تمنع الوقود الأحفوري تمامًا من التسبب في أضرار بيئية والتسبب في مخاطر صحية للعمال وعامة الناس. يناقش الفصلان التاليان الطاقة النووية والطاقة المتجددة، وهي بدائل للوقود الأحفوري. نظرًا لأن هذه البدائل لها عيوبها، فإن الحفاظ على الطاقة (استخدام الطاقة بشكل أكثر كفاءة والحد من استخدام الطاقة غير الضروري) أمر بالغ الأهمية أيضًا.
الإسناد
تم تعديله بواسطة Melissa Ha من المصادر التالية:
- تحديات وتأثيرات استخدام الطاقة ومصادر الطاقة غير المتجددة وتلوث المياه من البيولوجيا البيئية بقلم ماثيو آر فيشر (مرخص بموجب CC-BY)
- الوقود الأحفوري من مقدمة للجيولوجيا بقلم جونسون وآخرون. (مرخص بموجب CC-BY-NC-SA)
- الفصل 4: الطاقة غير المتجددة من مقدمة إلى العلوم البيئية: الطبعة الثانية (2018) الكتب المدرسية المفتوحة للعلوم البيولوجية من تأليف زيندر، كارالين؛ مانويلوف، كالينا؛ موتي، صموئيل؛ موتي، كريستين؛ فانديفورت، أليسون؛ وبينيت، دونا (مرخص بموجب CC-BY-NC-SA) .