سوخت فسیلی چیست؛‌ آشنایی با منابع و کاربرد انواع آن در زندگی

سوخت‌ فسیلی شامل نفت، گاز طبیعی و زغال‌سنگ است که به‌عنوان پایه و اساس انقلاب صنعتی و توسعه‌ اقتصادی در صده‌های اخیر نام برده می‌شوند. نفش این سوخت‌ها در تأمین انرژی کارخانجات، حمل‌ونقل، ساخت‌وساز و… این سوخت‌‌ها را به بخش جدانشدنی صنعت مدرن تبدیل کرده است. البته پیشرفت سریع و بی‌سابقه‌ صنایع به لطف سوخت‌‌های فسیلی بی دردسر نیز نبود. مشکلات عدیده‌ زیست‌محیطی، اقتصادی و ژئوپولیتیکی از عوارض جانبی استفاده افسار گسیخته از سوخت فسیلی بودند که هنوز هم دامن‌‌گیر بشریت هستند. پیش‌ازاین که به این عوارض جانبی بپردازیم، لازم است بدانیم منشأ این سوخت‌ فسیلی کجاست؟

سوخت‌‌های فسیلی از مواد آلی نشأت می‌گیرند که با پشت سر گذاشتن وقایع زمین‌شناسی طی سالیان دراز به‌صورت این سوخت‌های فسیلی درآمده‌‌اند. گاهی منشأ این سوخت‌ها می‌‌تواند گیاهان یا جانوران باستانی نیز باشد. گیاهان و جانورانی از دوران ماقبل تاریخ که بعد از مرگشان زیر لایه‌های زمین پنهان شدند و گذر زمان همراه گرما و فشار زیاد آنها را به موادی ارزشمند تبدیل کرد تا میلیون‌ها سال بعد به گسترش صنایع کمک کنند.

سوخت‌های فسیلی از کجا نشأت می‌گیرند؟

به‌ویژه درمورد زغال‌سنگ باید گفت زغال‌سنگ عمدتاً از گیاهان کوچکی که در مناطق مرطوب می‌رویند، تشکیل شده است. این گیاهان در مناطقی که اکسیژن کمی دارند، تجمع می‌کنند. در این مناطق، امکان تجزیه‌ مواد آلی این گیاهان بسیار کمتر است؛ همین امر باعث می‌شود این گیاهان به لجنزار تبدیل شوند. با گذر میلیون‌ها سال و با افزودن لایه‌های بالایی بیشتر این لجن‌ها تحت فشار و دمای بالا قرار گرفته و ابتدا به زغال قهوه‌ای تبدیل می‌شوند. این نوع زغال در واقع نوعی پیش‌ساز برای زغال‌سنگ‌های سیاهی است که به‌عنوان منبع سوخت سال‌ها استفاده شده‌اند. با ادامه‌ فشار و دمای بالا، این زغال‌های قهوه‌ای به زغال نرم، سپس زغال سخت تبدیل می‌شوند. این فرایند منجر به ازدست‌دادن تدریجی آب بافت‌‌های گیاهی و افزایش درصد کربنی می‌شود. همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد، زغال‌سنگ یکی از انواع سوخت فسیلی جامد در نظر گرفته می‌شود که قدیمی‌ترین نوع آن نیز هست؛ نوعی سوخت فسیلی که حدوداً 300 میلیون سال پیش در اثر تجمع گیاهان ماقبل تاریخ به دست آمده است. جالب است که بدانید زغال‌سنگ در واقع طیفی از سنگ‌های مختلف است که در محتوای هیدروکربنی خود با یکدیگر تفاوت‌های جدی دارند.

در کنار زغال‌سنگ، نفت‌ها نیز گونه‌‌های دیگری از سوخت‌ فسیلی است که از بقایای جانداران ریز دریایی (در ابعاد میکروسکوپی) به دست آمده‌اند و در بستر دریا مدفون شده‌اند. این جانداران میکروسکوپی که عمدتاً فیتوپلانکتون بوده‌اند، می‌میرند بقایای آنها با لجن‌های کف دریا و اقیانوس‌ها ترکیب شده و با گذر میلیون‌ها سال زیر لایه‌های رسوب کف دریا مدفون شده‌اند. تحت‌تأثیر گرما و فشار بالا، این بقایا در شرایط فقدان اکسیژن قرار گرفته و درنهایت به هیدروکربن تبدیل شده است. دمای لازم برای تبدیل این جانداران به نفت حداقل بین 60 تا 120 درجه‌ سانتی‌‌گراد است. نفت تنها فرم مایع سوخت فسیلی است که عمدتاً نیز از فیتوپلاکتون‌ها و جلبک‌های دریایی تشکیل شده است و می‌تواند به‌جای منبع طیف بسیار گسترده‌ای از مواد پتروشیمیایی در صنایع استفاده شود. ازجمله این مواد می‌توان به گازولین، گازوئیل و سوخت جت اشاره کرد.

گاز طبیعی نیز دسته‌ دیگری از سوخت فسیلی است که عمدتاً همراه نفت از اعماق زمین بیرون کشیده می‌شود. البته گاهی نیز می‌توان منابع گاز طبیعی را مستقل از نفت پیدا کرد. گاز طبیعی پاک‌ترین سوخت فسیلی نیز در نظر گرفته می‌شود؛ زیرا کمترین مقدار گاز کربی دی اکسید را از خود آزاد می‌کند. فرایند شکل‌گیری گاز طبیعی تا حدود بسیار زیادی شبیه نفت است؛ زیرا هر 2 این منابع از بقایای جانداران آب‌زی به دست آمده‌اند. تنها تفاوت در شکل‌گیری این 2 نوع سوخت فسیلی دمای موردنیاز برای شکل‌گیری آنهاست. درصورتی‌که بقایای فیتوپلانکتون‌ها تحت‌تأثیر دماهای بالاتر از 120 درجه‌‌ سانتی‌گراد قرار بگیرند، می‌توانند به گاز طبیعی تبدیل شوند. این دمای بالا همچنین باعث می‌شود هیدروکربن‌های کوچک‌تر (که انحلال‌پذیری کمتری نسبت به هیدروکربن‌های بزرگ دارند) از حالت محلول در نفت خارج شوند و لایه‌ای از گاز را ایجاد کنند که عمدتاً از متان تشکیل شده؛ به همین دلیل در اغلب مواد گازهای طبیعی در بالای لایه‌های نفت تجمع پیدا می‌کنند و برای دست‌یابی به نفت به اجبار باید ابتدا گاز طبیعی را استخراج کرد.

استخراج سوخت‎های فسیلی

سؤال اینجاست که این منابع ارزشمند چگونه از دل مادر زمین بیرون کشیده می‌شوند تا آرزوها دورودراز بشر جاه‌طلب را برآورده کند؟
روش‌های استخراج این منابع تفاوت‌های جدی دارد. به‌طورکلی، استخراج زغال‌سنگ راحت‌ترین روش استخراج بین سوخت‌های فسیلی است و استخراج نفت و گاز طبیعی پیچیدگی‌های بیشتری دارد. در توضیح روش‌های استخراج این منابع خدادادی باید گفت، به‌ویژه برای استخراج زغال‌سنگ باید در سطح زمین حفاری کرد.

این حفاری‌ها معمولاً در سطحی هستند که فقط لایه‌های خاک و سنگ بالایی پوسته‌ زمین را کنار می‌زنند تا به معدن اصلی راه پیدا کنند. در برخی موارد، برای رسیدن به زغال‍سنگ باید حفاری‌های عمیق‌تری در دل کوه انجام داد که بی خطر نیست. برخلاف نفت و گاز طبیعی، این حفاری‌ها عمدتاً عمیق و عمودی نیستند، بلکه افقی و در اعماق کم انجام می‌شوند تا اتاقک‌های کوچکی را زیر زمین شکل دهند. حفاری این معادن خطرناک‌ترین شغل دنیاست. این سختی و خطر بیشتر مربوط به ریزش دیواره‌های اتاقک‌ها می‌شود. علاوه‌برآن کارگران معادن برای ساعات طولانی در معرض هیدروکربن‌های سنگین قرار می‌گیرند که احتمال ابتلا به سراطان ریه را تصاعدی بالا می‌برد. نوموکونیوسیس یکی از بیماری‌های متداول میان کارگران معدن است که به بیماری ریه‌ سیاه نیز معروف است.

پیچیدگی‌های فرایند استخراج نفت از استخراج زغال‌سنگ بیشتر است. برای استخراج نفت در گام اول نیاز به شناسایی چاه‌های نفت است که ژئولوژیست انجام می‌دهد. در گام بعدی، نیاز به حفاری چاه‌های بسیار عمیق است تا دسترسی به این ذخایر ارزشمند فراهم شود. گاهی حفاری این چاه‌ها، به‌صورت سنتی، عمودی انجام می‌شود و گاهی نیاز است این حفاری‌ها افقی، یا حتی مورب انجام شود. این حفاری‌ها همیشه راحت نیست. گاهی نزدیکی ذخایر نفتی خاک به‌قدری چسبنده می‌شود که ادامه‌ حفاری غیرممکن می‌شود. در این مواقع، با افزودن پلیمرهای خاص یا استفاده از دستگاه‌های حفاری پیشرفته، حفاری ادامه پیدا می‌کند. فرایند مهندسی حفاری از شاخه‌های پیشرفته علوم شیمی نفت محسوب می‌شود. بعد از این حفاری‌ها لازم است با کمک لوله‌های قطور این چاه‌ها تثبیت شوند تا فرایند استحصال نفت با کمک این لوله‌ها انجام شود.

بعد از اینکه استخراج نفت با کمک این لوله‌‌ها انجام شد و قسمت زیادی از نفت موجود در چاه بیرون کشیده شد، باید تدبیری برای استخراج باقی‌مانده‌ نفت موجود در چاه اندیشیده شود. یکی از کارهایی که می‌توان برای دستیابی به این مقدار انجام داد، استفاده از بخار آب داغ است که با فشار بالا به چاه تزریق شود. تزریق حجم بالای بخار آب منجر به خروج نفت خواهد شد. علاوه‌بر بخار آب، می‌توان از حجم بالای گاز کربن دی اکسید نیز برای فشار به نفت باقی‌مانده و هدایت آن به مسیر لوله‌ها بهره برد. تزریق سورفاکتانت‌ها یا پلیمرهای مایع نیز از دیگر روش‌های متداول استخراج نفت باقی‌مانده در اعماق چاه است.

دستیابی به منابع گاز طبیعی فرایندی است که با حفاری چاه‌های عمیق انجام می‌شود. در بسیاری از موارد، استخراج نفت و گاز با هم انجام می‌شود اما گاهی نیز چاه‌های گاز مستقل از چاه‌های نفت هستند. از روش‌های استخراج گاز طبیعی تزریق پرفشار آب، پلیمر یا شن‌های داغ هستند.

خطرات

بااینکه بسیاری از پیشرفت‌های بشریت مدیون سوخت‌های فسیلی است، هیچ‌چیزی بیشتر از مصرف سوخت‌های فسیلی به زمین آسیب نزده است. بنابر منابع علمی، می‌توان گفت کره‌ زمین به مثابه‌ سیستمی طبیعی است که استخراج یا افزودن مواد مختلف به آن منجر به تغییرات غیرقابل‌برگشتی می‌شود. استفاده از سوخت‌های فسیلی نیز منجر به همین تغییرات می‌شود؛ زیرا با استخراج آنها حجم زیادی از منابع زمینی مصرف می‌شود و به‌صورت گازهای گلخانه‌ای به جو زمین بازمی‌گردد.

بزرگ‌ترین این آسیب‌ها آلودگی هواست. سوخت فسیلی گستره‌ عظیمی از مواد مختلف را در اتمسفر آزاد می‌کند که از این میان گازهای کربن دی اکسید، سولفور دی اکسید و نیتروژن اکسید بالاترین سهم را دارند. تنفس این گازهای خطرناک کیفیت هوا را به‌شدت کاهش داده، منجر به شیوع بیماری‌های تنفسی می‌شود همچنین با ایجاد پدیده‌های، همچون باران اسیدی، تعادل اکوسیستم را به هم می‌ریزد. گازهای ناشی از سوختن سوخت‌های فسیلی بالاترین سهم از گازهای گلخانه‌ای را تشکیل می‌دهند؛ به‌خصوص گاز دی اکسید کربن. افزایش حجم این گازها گرمای زمین و تغییرات اقلیمی را به دنبال دارد.

آلودگی‌های ناشی از سوخت‌های فسیلی به آلودگی هوا محدود نمی‌شود و تا اقیانوس‌ها ادامه پیدا می‌کند؛ برای مثال، در جریان حفاری‌های نفت و گاز در بستر دریا ممکن است به‌علت مشکلات فنی نشت اتفاق بیفتد و این ترکیبات پیچیده‌ هیدروکربنی به طبیعت راه پیدا کنند. نشت نفت و گاز از مشکلاتی است که در سال‌های اخیر تغییرات برگشت‌ناپذیری در اکوسیستم ایجاد کرده است. این ترکیبات ناشی از نشت سوخت‌های فسیلی نه‌فقط چرخه‌ اکوسیستم را بر هم می‌زند، بلکه می‌تواند به چرخه‌ غذایی انسان نیر راه پیدا کند و باعث بیماری‌های عدیده‌ای ازجمله سرطان شود.

علاوه‌بر اینها، استخراج منابع زغال‌سنگ نیز منجر به ازبین‌رفتن جنگل‌ها شده است؛ زیرا بیشتر این منابع در جنگل‌ها قرار دارند. نابودی جنگل‌ها مساوی است با نابودی محل زندگی گونه‌های مختلف گیاهی و جانوری، نابودی خاک باکیفیت و نابودی یکپارچگی اکوسیستم طبیعت.

سوخت‌های فسیلی و اثر آنها بر صنعت

گسترش استفاده از این سوخت‌ها منجر به توسعه‌ کارخانجات شد و مشاغل زیادی به وجود آورد. استخراج سوخت فسیلی زنجیره‌ای طولانی دارد که در تمام قسمت‌های این زنجیره نیاز به نیروهای متخصص و غیرمتخصص وجود دارد؛ از کارگرهای چاه‌های نفت و معادن زغال‌سنگ گرفته، تا مهندسین اکتشاف چاه‌ها، مهندسین پتروشیمی و مسئولین صادرات و فروش این محصولات. همین گستره از مشاغل سرمایه‌های زیادی جذب این صنعت کرد و رونق بیشتری به این بازار بخشید.

سوخت‌های فسیلی آنقدر بر ارزش اقتصاد کشورها تأثیرگذار بودند و قدرت ژئوپولیتیک کشورها را تعیین کردند. کشورهایی که به چنین منابع ارزشمندی دست یافته بودند، رشد تصاعدی اقتصادی را تجربه کرده و توانستند در بازار جهانی نیز نقش ایفا کنند.

باوجود همه‌ تأثیرات عمیقی که سوخت‌های فسیلی بر کشورهای مختلف گذاشتند، این تأثیر همیشگی نبود. با پیشرفت علم و تکنولوژی، آشکار شدن تأثیر سوء گازهای گلخانه‌ای بر گرمایش زمین و با نرخ چشم‌گیر‌‌‌ افزایش جمعیت، به‌تدریج و تا حدود زیادی انرژی‌های تجدیدپذیر نیز جای خود را در بازار انرژی پیدا کردند. البته نتوانستند جایگزین کامل سوخت فسیلی باشند. آمارها نشان می‌دهد سال 2035 همچنان درخواست برای انرژی‌‌های فسیلی 33 درصد افزایش داشته باشد که این افزایش منجر به آزادسازی 87 گیگاتنی گاز کربن‌ دی اکسید در جو خواهد شد. شوربختانه حتی منابع طبیعی و جنگل‌ها که ریه‌‌های کره‌ زمین محسوب می‌شوند، توان پاک‌سازی این حجم از آلودگی را ندارند. آزادسازی حجم‌ سرسام‌آور گازهای گلخانه‌ای ناشی از سوختن سوخت فسیلی باعث گرمایش زمین خواهد شد. مطالعات نشان می‌دهند دمای کره‌ زمین به‌ازای هر یک‌تریلیون گاز گلخانه‌ای 2 درجه‌ سانتی‌گراد افزایش خواهد یافت.

کشورهایی که از نعمت منابع سوخت‌های فسیلی بی‌بهره بودند، با سرمایه‌گذاری و تمرکز بر انرژی‌های تجدید‌پذیر فرصت ایجاد بازار جدیدی برای خود فراهم کردند و سیاست‌هایشان را بر مبنای حفظ محیط‌زیست بنا نهادند. بهره‌برداری از ‌انرژی‌هایی مانند انرژی باد، نور خورشید، هیدروالکتریک، بیواتانول و بیودیزل رشته‌های دانشگاهی جدید، مراکز تحقیقاتی نوین و نیروهای متخصص تازه در نظر گرفته شد و مشاغل جدیدی پدید آمد.

باید گفت سوخت‌های فسیلی مانند هر منبع دیگری مزایا و معایب خود را دارند. بشر انقلاب صنعتی و بخش اعظم پیشرفت خود در علم و تکنولوژی را مدیون سوخت‌های فسیلی است اما امروز مجبور است با ردپای سیاه سوخت‌ فسیلی در طبیعت رو به رو شود؛ به همین دلیل گفته می‌شود استفاده از این سوخت‌ها نیازمند تفکر دقیق و علمی و سنجش تمامی جوانب است.

جمع‌بندی

سوخت فسیلی به منابع انرژی طبیعی گفته می‌شود که از بقایای موجودات زنده‌ای که میلیون‌ها سال پیش در شرایط خاص دفن شده‌اند، تشکیل شده‌اند. این منابع شامل نفت، گاز طبیعی و زغال‌سنگ هستند. سوخت فسیلی به‌دلیل سهولت در استخراج و هزینه نسبتاً پایین، مدتی طولانی به‌عنوان اصلی‌ترین منبع انرژی در جهان استفاده شده‌اند اما به‌دلیل آلایندگی‌های شدید مانند تولید گازهای گلخانه‌ای و تأثیرات منفی بر تغییرات اقلیمی، به‌تدریج از سوخت فسیلی انتقاد شده و تلاش‌ها برای جایگزینی آنها با منابع انرژی تجدیدپذیر و پاک‌تر افزایش یافته است.