يبين الدرس كيف تنتج غازات الدفيئة من القطاعات المختلفة، ولماذا يرتبط قطاع الطاقة وحرق الوقود الأحفوري بالنصيب الأكبر من الانبعاثات، ثم ينتقل إلى حساب الانبعاثات ومكافئ ثاني أكسيد الكربون.
آخر تحديث:
تبدأ التجربة الاستهلالية بنموذجين داخل حوضين زجاجيين. في الحوض B ينتج تفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع بيكربونات الصوديوم غاز ثاني أكسيد الكربون، ثم تقارن درجة الحرارة بين الحوضين قبل إضافة الحمض وبعدها. الفكرة واضحة: زيادة تركيز CO2 تجعل النموذج أكثر قدرة على احتجاز الحرارة.
غازات الدفيئة: غازات تمتص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض وتحجز جزءا من الحرارة في الغلاف الجوي.
ارتفع تركيز غازات الدفيئة منذ الثورة الصناعية، وتعد الأنشطة البشرية المصدر الرئيس لها. تشكل هذه الأنشطة نحو 70% من مصادر غازات الدفيئة، وأن أهم الغازات البشرية التأثير في التغير المناخي هي CO2 وCH4 وN2O والغازات المفلورة مثل CFCs وHFCs.
لا تبقى الغازات في الغلاف الجوي المدة نفسها. فثاني أكسيد الكربون قد يمكث من 200 سنة إلى آلاف السنين، بينما يمكث الميثان مدة أقصر تقارب 11.8 سنة. لذلك لا تكفي معرفة كمية الغاز وحدها؛ بل نحتاج أيضا إلى فهم مدة بقائه وقدرته على حجز الحرارة.
تتوزع الانبعاثات على قطاعات متعددة: الطاقة، الزراعة، الصناعة، والنفايات. قطاع الطاقة هو الأكبر بنحو 73.2% ويشمل الطاقة المستخدمة في الصناعة والنقل والأبنية. يليه قطاع الزراعة بنحو 18.4%، ثم الصناعة بنحو 5.2%، ثم النفايات بنحو 3.2%.
قراءة القطاعات: النسبة لا تعني قطاعا واحدا منعزلا دائما؛ فقطاع الطاقة هنا يشمل الطاقة المستخدمة في الصناعة والنقل والأبنية.
اقرأ النسبة مع اسم القطاع: إذا ورد سؤال مقارنة بين الطاقة والزراعة، فاذكر الرقم والنوع العام للغازات: الطاقة ترتبط غالبا بثاني أكسيد الكربون، والزراعة يرتبط بها الميثان بدرجة واضحة.
يستخدم الوقود الأحفوري في قطاعات واسعة لأنه يطلق الطاقة المختزنة فيه بسهولة عند احتراقه. ويشمل ذلك الفحم الحجري والنفط والغاز الطبيعي. والاحتراق في صورته العامة هو اتحاد الأكسجين مع الكربون والهيدروجين في الوقود.
المعادلة العامة هي: وقود أحفوري + أكسجين ← طاقة + بخار ماء + ثاني أكسيد الكربون. لذلك يعد CO2 ناتجا أساسيا من الاحتراق الكامل للوقود الأحفوري.
في محطة الطاقة الحرارية التي تستخدم الفحم الحجري، يحرق الفحم بعد طحنه في فرن التسخين. الحرارة تسخن الماء في الأنابيب، فيتكون بخار يحرك التوربين المتصل بمولد كهربائي. وبعد مرور البخار في التوربين يكثف في المكثف حتى يعود ماء ويعاد استخدامه في دورة التسخين.
لماذا يكثف البخار؟: حتى يعود ماء يمكن استخدامه مرة أخرى في فرن التسخين، فتستمر دورة إنتاج الكهرباء.
تُصنَّف الغازات الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري ضمن ثلاث مجموعات رئيسة. أكاسيد الكربون تشمل CO الناتج من الاحتراق غير الكامل، وهو سام لأنه يتفاعل مع هيموغلوبين الدم، وتشمل CO2 الأكثر شيوعا وغير السام مباشرة لكنه يزيد الحرارة المحتبسة.
مثال احتراق البنزين هو احتراق الأوكتان:
أكاسيد النيتروجين مثل NO وNO2 وN2O تسهم في التفاعلات التي تقود إلى الضباب الدخاني. أما أكاسيد الكبريت، وأهمها SO2 وSO3، فتنتج من المحطات الحرارية ومصافي البترول ومصانع الورق، وتسهم في تكوين الهطل الحمضي.
CO ليس CO2: CO سام بسبب ارتباطه بهيموغلوبين الدم، أما CO2 فمحور أثره في هذا الدرس هو تراكمه وزيادة الحرارة المحتبسة.
ينتشر استخدام الوقود الأحفوري بسبب سهولة تخزينه ونقله وتحويله من حالة إلى أخرى، ودوره الرئيس في الاقتصاد العالمي. ويستخدم الأردن الغاز الطبيعي والصخر الزيتي في توليد الطاقة الكهربائية، مع اعتماده الكبير على استيراد الوقود الأحفوري واتجاهه إلى زيادة الاعتماد على الطاقة المتجددة.
الوقود الأحفوري غير متجدد؛ لأنه يحتاج ملايين السنين ليتكون. لذلك يؤدي الاستهلاك الكبير، مع النمو السكاني والتطور الصناعي، إلى زيادة الطلب عليه وزيادة احتمال نضوبه.
في نشاط الاستهلاك العالمي يزداد محتوى الطاقة المستهلك من 121,691.136 TWh عام 2010 إلى 136,761.607 TWh عام 2019. وعند تحويل قيمة 2019 إلى واط باستخدام العلاقة 1 TW = 10^12 W، ينتبه الطالب إلى أن وحدة الجدول هي تيراواط.ساعة، لذلك يذكر التحويل كما يطلب السؤال مع الحفاظ على معنى الوحدة الزمنية.
معامل الانبعاث: قيمة عددية تمثل كمية انبعاثات غاز دفيئة محدد ناتجة من نشاط معين، مثل احتراق لتر ديزل أو إنتاج كيلوجرام إسمنت.
تحسب كمية الانبعاثات من العلاقة: حيث E كمية انبعاثات غاز الدفيئة، وEF معامل الانبعاث، وA كمية المادة أو النشاط مصدر الانبعاث.
من أمثلة معاملات الانبعاث في الجدول: احتراق الديزل ينتج 2.68 kg CO2/L، واحتراق البنزين ينتج 2.31 kg CO2/L، واحتراق 1000 L من الغاز الطبيعي ينتج 1.85 kg CO2، والتخلص من المخلفات العضوية ينتج 0.5 kg CH4/kg.
خطوات مسائل E: اكتب القانون أولا، ثم عوض EF وA، ثم ضع وحدة الغاز الناتج. لا تضف GWP إلا إذا طلب السؤال مكافئ ثاني أكسيد الكربون.
لأن مصادر غازات الدفيئة متعددة ووحدات قياسها وآثارها مختلفة، تُستخدم وحدة مكافئ ثاني أكسيد الكربون للتعبير عن تأثير غازات الدفيئة الأخرى على الاحترار العالمي مقارنة بثاني أكسيد الكربون. يبين الدرس كيف تنتج غازات الدفيئة من القطاعات المختلفة، ولماذا يرتبط قطاع الطاقة
مكافئ ثاني أكسيد الكربون: يقاس من العلاقة CO2e = GWP × E، حيث GWP إمكانية إحداث الاحترار العالمي وE كمية انبعاث الغاز.
تبلغ GWP لثاني أكسيد الكربون 1 في الجدول، ولأكسيد النيتروز 273، وللميثان 27. لذلك قد يكون الغاز أقل كمية من CO2 لكنه أكبر أثرا عند ضربه في GWP.
انتبه للغرام والكيلوغرام: في المثال الثالث بقي CO2 بالكيلوجرام، بينما حُولت قيم CH4 وN2O من الغرام إلى الكيلوجرام قبل جمع المكافئات.
قبل مراجعة الدرس: اسأل نفسك: هل المطلوب كمية غاز من نشاط؟ استخدم E = EF × A. هل المطلوب أثر الغاز مقارنة بـ CO2؟ استخدم CO2e = GWP × E.
صوّر هذا الجدول وسمِّعه:
| المصطلح/المفهوم | الدلالة |
|---|---|
| غازات الدفيئة (Greenhouse gases) | غازات في الغلاف الجوي تمتص الأشعة تحت الحمراء وتحجز جزءا من الحرارة، ومن أمثلتها |
| معامل الانبعاث (Emission Factor) | قيمة عددية تمثل كمية انبعاثات غاز دفيئة محدد ناتجة من نشاط معين لكل وحدة من ذلك |
| مكافئ ثاني أكسيد الكربون (CO2e) | وحدة تعبر عن تأثير غازات الدفيئة المختلفة في الاحترار العالمي مقارنة بتأثير ثاني |
| إمكانية إحداث الاحترار العالمي (GWP) | قدرة غاز دفيئة على احتجاز حرارة الغلاف الجوي مقارنة بثاني أكسيد الكربون خلال مدة |
غازات تحبس الحرارة في الغلاف الجوي، وتعد الأنشطة البشرية المصدر الرئيس لها، ومن أمثلتها: ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز، والغازات المفلورة.
قيمة عددية تمثل كمية انبعاثات غاز دفيئة محدد ناتج من نشاط معين، مثل حرق أحد أنواع الوقود الأحفوري أو إنتاج الإسمنت.
وحدة قياس تُستخدم للتعبير عن تأثير غازات الدفيئة الأخرى على الاحترار العالمي مقارنة بغاز ثاني أكسيد الكربون.
إمكانية كل غاز دفيئة على احتجاز حرارة الغلاف الجوي مقارنة بإمكانية غاز ثاني أكسيد الكربون في مدة زمنية محددة عادة ما تكون 100 عام.
مصادر طاقة غير متجددة يستغرق تكونها ملايين السنين، مثل الفحم الحجري، والنفط، والغاز الطبيعي، وتعد عملية احتراقها مصدراً رئيساً لانبعاثات غازات الدفيئة.
ظاهرة تنتج عن التفاعلات الكيميائية لأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي، وتؤثر سلباً على جودة الهواء.
ظاهرة تسهم فيها أكاسيد الكبريت (مثل ثاني وثالث أكسيد الكبريت) الناتجة عن المحطات الحرارية ومصافي النفط.
ظاهرة طبيعية تمتص فيها غازات الدفيئة الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن سطح الأرض وتحتجز جزءا من الحرارة في الغلاف الجوي، وتشتد هذه الظاهرة مع ازدياد تركيز غازات الدفيئة الناتجة عن الأنشطة البشرية منذ الثورة الصناعية.
الاحتراق الكامل يحدث بوجود كمية كافية من الأكسجين فينتج ثاني أكسيد الكربون CO2 وبخار الماء، أما الاحتراق غير الكامل فيحدث عند نقص الأكسجين فينتج غاز أول أكسيد الكربون CO السام (لارتباطه بهيموغلوبين الدم) إضافة إلى ثاني أكسيد الكربون.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "غازات الدفيئة والقطاعات المسؤولة"؟
غازات الدفيئة هي غازات في الغلاف الجوي تمتص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من سطح الأرض وتحجز جزءا من هذه الحرارة، مما يرفع درجة حرارة الغلاف الجوي (كما يوضح نموذج التجربة الاستهلالية، إذ يرتفع تركيز CO2 في أحد الحوضين فيصبح أكثر قدرة على احتجاز الحرارة). وقد ارتفع تركيز هذه الغازات ارتفاعا كبيرا منذ الثورة الصناعية، وتُعد الأنشطة البشرية المصدر الرئيس لها، إذ تشكل نحو 70% من مصادرها. وأهم غازات الدفيئة البشرية المصدر المؤثرة في التغير المناخي هي: ثاني أكسيد الكربون CO2، والميثان CH4، وأكسيد النيتروز N2O، والغازات المفلورة مثل CFCs وHFCs، وهي تختلف في المدة التي تبقى فيها في الغلاف الجوي (فثاني أكسيد الكربون يمكث من 200 سنة إلى آلاف السنين، بينما يمكث الميثان نحو 11.8 سنة فقط) وفي قدرتها على احتجاز الحرارة.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "احتراق الوقود الأحفوري والغازات الناتجة"؟
يستخدم الوقود الأحفوري (الفحم الحجري والنفط والغاز الطبيعي) على نطاق واسع لأنه يطلق الطاقة المختزنة فيه بسهولة عند احتراقه، والاحتراق هو اتحاد الأكسجين مع الكربون والهيدروجين في الوقود وفق المعادلة العامة: وقود أحفوري + أكسجين ← طاقة + بخار ماء + ثاني أكسيد الكربون. ففي محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم الحجري، يُحرق الفحم بعد طحنه في فرن التسخين فتسخن الحرارة الماء في الأنابيب وتحوله بخارا يدير التوربين المتصل بمولد كهربائي، ثم يكثف البخار بعد مروره في التوربين ليعود ماء يُستخدم من جديد في دورة التسخين. وينتج عن احتراق الوقود الأحفوري ثلاث مجموعات رئيسة من الغازات: أكاسيد الكربون (CO الناتج من الاحتراق غير الكامل وهو غاز سام لأنه يتفاعل مع هيموغلوبين الدم، وCO2 الناتج الأكثر شيوعا من الاحتراق الكامل)، وأكاسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "استهلاك الوقود الأحفوري وحساب الانبعاثات"؟
ينتشر استخدام الوقود الأحفوري بسبب سهولة تخزينه ونقله وتحويله من حالة إلى أخرى، ودوره الرئيس في الاقتصاد العالمي؛ فالأردن مثلا يستخدم الغاز الطبيعي والصخر الزيتي في توليد الطاقة الكهربائية، مع اعتماده الكبير على استيراد الوقود الأحفوري واتجاهه تدريجيا إلى زيادة الاعتماد على الطاقة المتجددة. والوقود الأحفوري مصدر طاقة غير متجدد؛ لأنه يحتاج ملايين السنين ليتكون، لذلك يؤدي الاستهلاك الكبير المتزايد مع النمو السكاني والتطور الصناعي إلى زيادة الطلب عليه وزيادة احتمال نضوبه. ولحساب كمية انبعاثات غازات الدفيئة الناتجة من هذا الاستهلاك تُستخدم العلاقة: E = EF × A، حيث E كمية الانبعاثات، وEF معامل الانبعاث (كمية الغاز الناتجة من وحدة النشاط)، وA مقدار النشاط.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "مكافئ ثاني أكسيد الكربون والتدريب"؟
لأن مصادر غازات الدفيئة متعددة ووحدات قياسها وآثارها مختلفة، تُستخدم وحدة مكافئ ثاني أكسيد الكربون للتعبير عن تأثير غازات الدفيئة الأخرى على الاحترار العالمي مقارنة بثاني أكسيد الكربون. يقاس من العلاقة CO2e = GWP × E، حيث GWP إمكانية إحداث الاحترار العالمي وE كمية انبعاث الغاز. تبلغ GWP لثاني أكسيد الكربون 1 في الجدول، ولأكسيد النيتروز 273، وللميثان 21 في جدول المطالعة. لذلك قد يكون الغاز أقل كمية من CO2 لكنه أكبر أثرا عند ضربه في GWP.
ما خطوات الحل أو الفكرة التي يوضحها مثال "مثال 1: انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الديزل"؟
القانون: E = EF × A. 2. التعويض: E = 2.68 × 1000. 3. الناتج: E = 2680 kg من CO2.
بطاقات مهمة
غازات في الغلاف الجوي تحبس الحرارة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان، وتؤثر في التغير المناخي.
قيمة عددية تمثل كمية انبعاثات غاز دفيئة محدد ناتج من نشاط معين لكل وحدة من النشاط.
وحدة قياس تُستخدم للتعبير عن تأثير غازات الدفيئة المختلفة على الاحترار العالمي مقارنة بغاز ثاني أكسيد الكربون.
مقياس لقدرة غاز دفيئة معين على احتجاز الحرارة في الغلاف الجوي مقارنة بثاني أكسيد الكربون خلال فترة زمنية محددة (عادة 100 عام).
نصائح للمراجعة