مصادر الطاقة غير المتجددة - علوم متكاملة - أولي ثانوي - الترم الثاني

مقدمة

تدير الطاقة عجلة الحياة، ونستخدم كلمة "طاقة" في سياقات مختلفة يوميًا. فالرياضيون يتحدثون عن الطاقة أثناء التمارين، وتعرض الإعلانات بعض الأغذية كمصادر للطاقة، كما تزودنا شركات الطاقة بالكهرباء والغاز والوقود.

لكن في العلم، تعرّف الطاقة بأنها القدرة على بذل شغل أو إحداث تغيير، وهي لا تفنى ولا تُستحدث من عدم، بل تتحول من شكل إلى آخر.

تعتمد الحياة الحديثة على مصادر الطاقة لتدفئة المنازل وتشغيل السيارات وتوفير الكهرباء. معظم هذه الطاقة تأتي من مصادر غير متجددة مثل الفحم، النفط، والغاز الطبيعي. لكن ماذا يحدث عند استخدامها بكثرة؟ وما آثارها البيئية؟

في هذا الدرس، سنستكشف أنواع الوقود الأحفوري، كيفية إنتاج الطاقة منها، وتأثيراتها البيئية.

صور الطاقة

توجد الطاقة في عدة صور، منها:

• الطاقة الحرارية: مثل حرارة الشمس.
• الطاقة الكيميائية: مثل الطاقة المختزنة في الوقود.
• الطاقة النووية: مثل الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي.
• الطاقة الكهربائية: المستخدمة في تشغيل الأجهزة.
• الطاقة الميكانيكية: مثل الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.

مصادر الطاقة غير المتجددة

هي مصادر تستخرج من الأرض وتستغرق ملايين السنين لتتشكل، مما يعني أن استخدامها يتم بشكل أسرع من قدرتها على التجدد، ومن أبرز أنواعها:

1. النفط (البترول)

• مزيج من الهيدروكربونات يُستخرج من باطن الأرض.
• يُستخدم في تشغيل المركبات والطائرات والمصانع.
• يُساهم احتراقه في انبعاث غازات دفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى الاحتباس الحراري.
• مثال: تسرب النفط من الناقلات يُهدد الحياة البحرية.

2. الفحم الحجري

• يتكون من بقايا النباتات المتحللة منذ ملايين السنين.
• يُستخدم في توليد الكهرباء وتشغيل المصانع.
• يُعد من أكثر مصادر الطاقة تلوثًا، حيث يُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون والكبريت، مما يساهم في تغير المناخ وتلوث الهواء.
• مثال: مناجم الفحم المفتوحة تدمر المواطن الطبيعية.

3. الغاز الطبيعي

• مزيج من الغازات القابلة للاشتعال يُستخرج من الأرض.
• يُستخدم في الطهي، وتدفئة المنازل، وتوليد الكهرباء.
• أقل تلوثًا من النفط والفحم لكنه لا يزال يسبب انبعاثات كربونية.
• مثال: تسرب الغاز قد يؤدي إلى انفجارات خطيرة.

الملوثات الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري

1. ثاني أكسيد الكربون (CO₂)

• ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري.
• يُسبب الاحتباس الحراري.
• مثال: احتراق الميثان.

2. أول أكسيد الكربون (CO)

• غاز سام عديم اللون والرائحة.
• ينتج عن الاحتراق غير الكامل للوقود.
• يُؤثر على قدرة الدم على نقل الأكسجين.

3. أكاسيد النيتروجين (NOₓ)

• تتشكل عند احتراق الوقود في درجات حرارة عالية.
• تُسبب أمراض الجهاز التنفسي.

4. أكاسيد الكبريت (SOₓ)

• تنتج عن احتراق الوقود المحتوي على شوائب كبريتية.
• تتفاعل مع الماء مكونة الأمطار الحمضية.

إنتاج الطاقة من الوقود الأحفوري

تعتمد محطات توليد الطاقة الكهربائية على تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في الوقود إلى طاقة كهربائية عبر المراحل التالية:

1. احتراق الوقود لتسخين الماء وإنتاج البخار.
2. دفع البخار للتوربينات، مما يُحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
3. تدوير المولدات الكهربائية، وتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

لكن هذه العملية تُسبب فقدان كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة وانبعاثات ضارة.

نشاط عملي: تأثير احتراق الوقود على البيئة

الأدوات:

• شموع صغيرة
• قطع فحم
• أعواد كبريت
• صفيحة معدنية
• مرآة صغيرة أو شريحة زجاجية
• أنبوب اختبار

الخطوات:

1. اختر مكانًا جيد التهوية واتبع إجراءات السلامة.
2. ضع الشموع والفحم على الصفيحة المعدنية.
3. أشعل الشموع وراقب الدخان والسخام الناتج.
4. كرر العملية مع الفحم ولاحظ الفرق.

النتائج:

• احتراق الشموع يُنتج دخانًا خفيفًا وسخامًا على الزجاج.
• احتراق الفحم يُنتج دخانًا كثيفًا وسخامًا أكبر، بالإضافة إلى رائحة قوية إذا كان الفحم يحتوي على الكبريت.

الأسئلة التقويمية

1. ما هو الغاز الرئيسي الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري؟

   • أ) الأكسجين (O₂)
   • ب) ثاني أكسيد الكربون (CO₂)
   • ج) النيتروجين (N₂)
   • د) الهيدروجين (H₂)

2. أي من المركبات التالية يُساهم في تكوين الأمطار الحمضية؟

   • أ) الميثان (CH₄)
   • ب) أول أكسيد الكربون (CO)
   • ج) ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)
   • د) الأوزون (O₃)

3. ما هي الظروف التي تؤدي إلى تكوين أكاسيد النيتروجين أثناء احتراق الوقود؟

   • أ) احتراق عند درجات حرارة منخفضة
   • ب) احتراق في غياب الأكسجين
   • ج) احتراق عند درجات حرارة عالية
   • د) احتراق في وجود كميات كبيرة من الماء

4. ما هي الآثار البيئية لإطلاق أكاسيد الكبريت؟

   • أ) زيادة نسبة الأوزون في الغلاف الجوي
   • ب) تكوين الأمطار الحمضية
   • ج) زيادة نسبة الأكسجين في الهواء
   • د) تقليل الاحتباس الحراري

الإجابة الصحيحة: 1- ب، 2- ج، 3- ج، 4- ب

---