ندرة المصادر الاحفورية

ما هو الوقود الاحفوري؟

يعرف الوقود الأحفوري بأنه: أي فئة من المواد المحتوية على الهيدروكربون ذات الأصل البيولوجي والتي تحدث داخل قشرة الأرض والتي يمكن استخدامها كمصدر للطاقة.

حيث يشمل الوقود الأحفوري على كل من الفحم والبترول والغاز الطبيعي والصخر الزيتي والقار ورمال القطران والزيوت الثقيلة، كما تحتوي جميعها على الكربون، حيث تشكلت نتيجة للعمليات الجيولوجية التي تعمل على بقايا المواد العضوية التي ينتجها التمثيل الضوئي، كما أن معظم المواد الكربونية التي تحدث قبل العصر الديفوني مشتقة من الطحالب والبكتيريا، في حين أن معظم المواد الكربونية التي تحدث أثناء وبعد هذه الفترة مشتقة من النباتات.

ويمكن حرق جميع أنواع الوقود الأحفوري في الهواء أو باستخدام الأكسجين المستخرج من الهواء لتوفير الحرارة، حيث يمكن استخدام هذه الحرارة بشكل مباشر كما هو الحال في الأفران المنزلية أو استخدامها لإنتاج البخار لتشغيل المولدات التي يمكنها توفير الكهرباء، وفي حالات أخرى على سبيل المثال توربينات الغاز المستخدمة في الطائرات النفاثة تعمل الحرارة الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري على زيادة الضغط ودرجة حرارة منتجات الاحتراق لتزويد القوة المحركة.

منذ بداية الثورة الصناعية في بريطانيا العظمى في النصف الثاني من القرن الثامن عشر تم استهلاك الوقود الأحفوري بمعدل متزايد باستمرار وهي توفر اليوم أكثر من 80 في المائة من جميع الطاقة التي تستهلكها الدول الصناعية المتقدمة في العالم على الرغم من استمرار اكتشاف رواسب جديدة ، فإن احتياطيات الوقود الأحفوري الرئيسي المتبقي على الأرض محدودة، أي أنه ومن الصعب تقدير كميات الوقود الأحفوري التي يمكن استردادها اقتصاديًا ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تغير معدلات الاستهلاك والقيمة المستقبلية وكذلك التطورات التكنولوجية.

ساهمت التطورات التكنولوجية مثل: التكسير الهيدروليكي (التكسير) والحفر الدوار والحفر الموجه في استخراج رواسب أصغر التي كان من الصعب الحصول عليها من الوقود الأحفوري بتكلفة معقولة وبالتالي زيادة كمية المواد القابلة للاسترداد، بالإضافة إلى ذلك ومع نضوب الإمدادات القابلة للاسترداد من النفط التقليدي (الخفيف إلى المتوسط)، تحولت بعض الشركات المنتجة للبترول إلى استخراج النفط الثقيل وكذلك البترول السائل المسحوب من رمال القطران والصخر الزيتي.

يعد ثاني أكسيد الكربون (CO2) أحد المنتجات الفرعية الرئيسية لاحتراق الوقود الأحفوري، حيث أن الاستخدام المتزايد للوقود الأحفوري في الصناعة والنقل والبناء ساهم في إضافة كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي للأرض، كما تقلبت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بين 275 و290 جزءًا في المليون من حيث الحجم (جزء في المليون) من الهواء الجاف بين 1000 م وذلك في أواخر القرن الثامن عشر لكنها زادت إلى 316 جزء في المليون بحلول عام 1959 وارتفعت إلى 412 جزء في المليون في عام 2018.

يتصرف ثاني أكسيد الكربون كغازاتٍ دفيئة أي أنها تمتص الأشعة تحت الحمراء (الطاقة الحرارية الصافية) المنبعثة من سطح الأرض وتعيد تشكيلها مرة أخرى إلى السطح وبالتالي فإن الزيادة الكبيرة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي عامل رئيسي يساهم في الاحترار العالمي بفعل الإنسان.

الميثان (CH4) هو غاز آخر من غازات الدفيئة وهو أيضاً المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، حيث ارتفعت تركيزات الميثان في الغلاف الجوي للأرض من 722 جزءًا في المليار(ppb) قبل 1750 إلى 1،859 جزء في المليون بحلول 2018؛ وذلك لمواجهة المخاوف بشأن ارتفاع تركيزات غازات الدفيئة و لتنويع مزيج الطاقة لديها، كما سعت العديد من البلدان إلى تقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري من خلال تطوير مصادر الطاقة المتجددة (مثل الرياح، والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والوقود الحيوي) وفي الوقت نفسه زيادة الكفاءة الميكانيكية للمحركات وغيرها من التقنيات التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

الأنواع الرئيسية للوقود الأحفوري:

هناك عدة مجموعات رئيسية من الوقود الأحفوري، بما في ذلك:

• الفحم: عبارة عن قطع سوداء أو بنية من الصخور الرسوبية تتراوح بين الفتات إلى الصلبة نسبياً، بدأ الفحم يتشكل خلال الفترة الكربونية منذ حوالي 300 إلى 360 مليون سنة عندما استقرت الطحالب والحطام من النباتات في غابات المستنقعات بشكل أعمق وأعمق تحت طبقات من الطين، يتم استخراج الفحم بطرق سطحية أو تحت الأرض ويوفر إمدادات ثلث الطاقة في جميع أنحاء العالم مع أكبر مستهلكين ومنتجين للفحم في عام 2018 وهم الصين والهند والولايات المتحدة، كما يصنف الفحم إلى أربع فئات لرئيسية وهي الأنثراسايت والبيتومين والبيتومين والليجنيت وذلك اعتمادًا على محتواه من الكربون.
  تمثل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن حرق الفحم 44 في المائة من الإجمالي العالمي وهي أكبر مصدر منفرد لارتفاع درجة الحرارة فوق مستويات العصر الصناعي، ساهمت العواقب الصحية والبيئية لاستخدام الفحم إلى جانب المنافسة من الغاز الطبيعي الرخيص في انخفاضه في الولايات المتحدة وفي أماكن أخرى مثل الهند، ومن المتوقع أن يرتفع الطلب حتى عام 2023.
  
• النفط: أو ما يسمى بالنفط الخام وهو سائل يتكون بشكل رئيسي من الكربون والهيدروجين، غالبًا ما يكون أسود ولكنه موجود في مجموعة متنوعة من الألوان واللزوجة اعتمادًا على تركيبه الكيميائي، إذ تشكل الكثير منها خلال فترة الميزوزوي بين 252 و 66 مليون سنة مضت حيث غرقت العوالق والطحالب والمواد الأخرى في قاع البحار القديمة ودُفنت في نهاية المطاف.
  يتم استخراج النفط الخام المستخرج من الآبار البرية والبحرية إلى مجموعة متنوعة من المنتجات البترولية بما في ذلك البنزين والديزل وزيت التدفئة، حيث أن أكبر الدول المنتجة للنفط هي الولايات المتحدة والمملكة العربية السعودية وروسيا والتي تمثل مجتمعة ما يقرب من 40 في المائة من المعروض العالمي.
  يمثل استخدام البترول ما يقرب من نصف انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة وحوالي ثلث الإجمالي العالمي، بالإضافة إلى تلوث الهواء الناتج عن حرق النفط، حيث أدى الحفر والنقل إلى العديد من الحوادث الكبرى مثل انسكاب إكسون فالديز في عام 1989 وكارثة ديب ووتر هورايزون في عام 2010 وانحراف قطار لاك ميجانتيك المدمر في عام 2013 والآلاف من حوادث خطوط الأنابيب، ومع ذلك يستمر الطلب على النفط في الارتفاع ليس فقط بسبب تعطشنا للتنقل ولكن للعديد من المنتجات بما في ذلك البلاستيك المصنوعة باستخدام البتروكيماويات المشتقة بشكل عام من النفط والغاز.
  
• الغاز الطبيعي: غاز عديم الرائحة يتألف بشكل أساسي من غاز الميثان وغالبًا ما يكمن الغاز الطبيعي في رواسب مثل تلك الموجودة في الفحم والنفط، تشكلت منذ ملايين السنين من المواد النباتية المتحللة والكائنات الحية،ارتفع إنتاج الغاز الطبيعي والنفط في الولايات المتحدة على مدى العقدين الماضيين بسبب التقدم في تقنية الحفر التي يعرفها معظم الناس باسم التكسير.
  من خلال الجمع بين التكسير مع الحفر الأفقي والابتكارات الأخرى تمكنت صناعة الوقود الأحفوري من استخراج الموارد التي كانت في السابق مكلفة للغاية بهدف الوصول إليها، ونتيجة لذلك تجاوز الغاز الطبيعي الفحم ليصبح الوقود الأعلى لإنتاج الكهرباء في الولايات المتحدة، كما تتصدر الولايات المتحدة العالم في إنتاج الغاز الطبيعي، تليها روسيا وإيران.
  الغاز الطبيعي أنظف من الفحم والنفط من حيث الانبعاثات ولكن مع ذلك يمثل خمس إجمالي العالم، لا يُحسب ما يسمى الانبعاثات الهاربة التي تهرب من الصناعة والتي يمكن أن تكون كبيرة لا يتم استخراج جميع مصادر الغاز الطبيعي في العالم بنشاط هيدرات الميثان تحت سطح البحر، حيث يتم حجز الغاز في المياه المجمدة، كما يتم النظر إليها كمورد غاز محتمل.