يتكون الوقود الأحفوري من ثلاث أنواع رئيسيه هى :
1-الفحم.
2- النفط الخام.
3- الغاز الطبيعي.
كيف يتكون الوقود الأحفورى :
تكون هذا النوع من الوقود في العصور الجيولوجيةالقديمة وخاصة في العصر الكربوني(Carboniferous era ) منذ مايزيد على200 مليون سنة. ويعتقد أنها تكونت من بقايا الكائنات الحية،النباتية والحيوانية الكبير منها والمجهرية، التي دفنت تحت طبقات القشرة الأرضية وتأحفرت. وساعد عاملا الضغط والحرارة عبر ملايين السنين على تحولها إلى الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
وبشكل عام يتكون الوقود الأحفورى :
1- نباتات أوكائنات حية مجهرية ماتت وسقطت فى قيعان البحار والمحيطات أو المستنقعات .
2- مواد مترسبة غطت البقايا من هذه المواد فى الصخور الرسوبية .
3- تحللت المواد ونتيجة الحرارة العالية والضغط المرتفع تحولت إلى وقود أحفورى .
ما حاجتنا إلى الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة؟
أن أهم استخدامات الوقود الأحفوري في جميع أنحاء العالم هي:
- توليد الكهرباء، حيث تستخدم الحرارة الناتجة عن حرق الفحم أو بعض مشتقات النفط أوالغاز الطبيعي في تسخين
الماء لإنتاج البخار الذي يستخدم في إدارة التوربينات الموصلة بمولدات الكهرباء.
- تشغيل وسائل المواصلات المختلفة، حيث تعد مشتقات النفط كالجازولين والديزل والكيروسين الوقود الأكثر استخداما لذلك.
* تركيب الوقود الأحفوري وخواصة:
تتركب جميع أنواع هذه الوقود من مركبات مكونة بشكل أساسي من عنصري الكربون والهيدروجين بنسب مختلفة .
وقد توجد أيضاً بعض من العناصر الأخرى , ولكن بنسب أقل بكثير مثل الأكسجين والكبريت والنيتروجين .
مميزات : الوقود الأحفورى :
1- يطلق بسهولة كميات كبيرة من الطاقة عند احتراقه .
2- الفحم الحجرى يصنع منه الفولاذ .
3- النفط يستخدم فى صنع البتروكيميائيات : وهذه المواد يصنع منها الكثير من السلع : كالأدوية ومواد التجميل والدهانات والبلاستيك.
الفحم الحجري:
الفحم الحجري صخر أسود أو بني اللون قابل للاشتعال والاحتراق. وعند احتراق الفحم الحجري فإنه يعطي طاقة على شكل حرارة. ويمكن استعمال الحرارة الصادرة عن احتراق الفحم الحجري في تدفئة المنازل، وكوقود للقاطرات في بداية عهد اختراع الآلة البخارية. والاستخدام الأساسي اليوم لهذه الطاقة هو في إنتاج الكهرباء. وتعطي محطات إنتاج الكهرباء باحتراق الفحم الحجري ثلثي الكهرباء المستهلكة في العالم. ويستعمل الفحم الحجري كذلك في إنتاج فحم الكوك وهو مادة خام أساسية في صناعة الحديد والفولاذ. وتنتج مواد أخرى عن عملية إنتاج فحم الكوك، يمكن استعمالها في صناعة الأدوية والأصباغ والأسمدة.
وكان الفحم الحجري في فترة ماضية المصدر الرئيسي للطاقة في جميع البلدان الصناعية. وقد أنتجت المحركات البخارية التي تعمل بالفحم الحجري، معظم القدرة اللازمة لهذه البلدان منذ بداية القرن التاسع عشر وحتى القرن العشرين. ومنذ بداية القرن العشرين، أصبح النفط والغاز الطبيعي المصدرين الرائدين للطاقة في معظم أرجاء العالم. وعلى نقيض الفحم الحجري ؛ فإن النفط يمكن تحويله إلى بنزين وديزل ومواد أخرى لازمة لتشغيل وسائل المواصلات الحديثة. وقد حل استعمال الغاز الطبيعي محل الفحم الحجري لتوليد الطاقة الحرارية، ولكن الاستهلاك الحالي لموارد العالم من النفط والغاز الطبيعي يجري بسرعة. وإذا استمر الاستهلاك العالي على المستوى الحالي فإن موارد النفط ستستهلك وتنضب خلال النصف الأول من القرن الحادي والعشرين. كما أن موارد الغاز الطبيعي ستنضب بدورها في أواسط القرن الحادي والعشرين. أما مصادر العالم من الفحم الحجري فهي باقية وتكفي لحوالي 220 سنة مقبلة، وذلك وفق معدلات الاستهلاك الحالية.
وقد يسدُّ الاستعمال المتنامي للفحم الحجري في إنتاج الكهرباء النقص المتزايد لكل من الغاز والنفط. ومع ذلك، فإن استعمال الفحم الحجري يحمل في طياته مشاكل من نوع آخر إذ إن احتراقه سببًا رئيسيًا لتلوث الهواء وزيادة تسبة ثاني أكسيد الكربون. وقد طُوِّرت وسائل عديدة للتقليل من التلوث ولكنها مكلفة ولم تثبت جدواها حتى الآن. ولابد من تحسين هذه الطرق والأساليب قبل التوسع الكبير في استعمال الفحم الحجري. وبالإضافة لهذا فإن بعض الفحم الحجري يوجد في طبقات عميقة تحت سطح الأرض، حيث يصعب استخراجه.
تولّد الفحم من بقايا النباتات التي انقطع عنها الهواء - مثلا في المستنفعات - والتي لم تتمكن من التحلل وتعرضت لاحقا لضغط كبير وحرارة خارجية. أما الماء والشوائب، فقد تطايرت مع الوقت ليكون الخث والفحم بدرجات مختلفة من حيث الخليط والنقاوة والكثافة.
- يتكون الفحم من خليط من المركبات بنسب مختلفة . أما العنصر الأساسي في هذه المركبات فهو الكربون ,كما يحتوي على نسب متفاوتة من الهيدروجين والنيتروجين والكبريت والأكسجين . وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من الفحم
هي فحم الانثراسيت"Anthracite" وهو أكثر أنواع الفحم صلابة وأعلاها في نسبة الكربون حيث تبلغ 95%
وفحم الليجنيت "Lignite" أو الفحم البني ويحتوي 65-70% كربون
والفحم الحجري( فحم حجري بتيوميني) ويحتوي 75-90% من الكربون وهو أكثر أنواع الفحم الطبيعي استعمالاً.
يعتبر الانثراسايت أكثر أنواع الفحم قيمة وذلك لنقاوته العالية وكثافته الكبيرة، مما يعني أنه يتكون من عنصر الكربون بشكل أساسي. وبهذه المواصفات يمتلك الفحم الحجري على قدرة احتراق و(سعرات حرارية) عالية القيمة.
أما اللّيجنيت وهو من أنواع الفحم الحجري، فهو بني اللون، ويعتبر أقل جودة نظرا لكثافته الأقل ولوجود شوائب من الكبريت فيه. وتكون قدرته الحرارية أقل منها للفحم الحجري الصافي.
مراحل تكون الفحم الحجري
مراحل تكون الفحم الحجري يشتمل تكون الفحم الحجري على ثلاث مراحل رئيسية:
1- تحول وتبدل بقايا النباتات الميتة إلى مادة تسمى الخث
2- دفن الخث
3- وقوع الخث المدفون تحت ضغط شديد لمدة آلاف أو ملايين السنين يتحول بعدها إلى فحم حجري. والأشكال التالية توضح كلا من المراحل الثلاث.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
- أما النفط والغاز الطبيعي فهما خليط من مركبات كثيرة يطلق عليها الهيدروكربونات , وتتركب غالباً من عنصري الهيدروجين والكربون .والنفط خليك كثيف داكن اللون غالباً لا يمكن استخدامه بشكل مناسب إلا بعد أن يفصل إلى مكوناته العديدة في
عملية تسمىالتقطير التجزيئي ويتم هذا في أبراج التجزئة .
ومن أهم مشتقات النفط الجازولين والكيروسين والديزل وزيوت التشحيم وغيرها .
مكامن (مصائد) النفط:
يوجد بين حبيبات الصخور فراغات تسمى المسامات، وقد تكون هذه المسامات غزيرة وكثيرة، في بعض الصخور مثل الصخر الرملي والطيني ومثل هذه الصخور يقال أنها ذات مسامية عالية أما الصخور التي تحتوي على مسامات قليلة فانها تعتبر ذات مسامية منخفضة ومثال ذلك صخور الغرانيت وقد تكون المسامات في الصخور متصلة تشكل فنوات لذلك تعتبر هذه الصخور منفذة أي تسمح للموائع مثل (النفط والماء، والغاز) بالحركة خلالها بسبب اتصال مساماتها ومثال ذلك الحجر الرملي والحصى حيث تعتبر هذه الصخور ذات نفاذية عالية . أما الصخور التي لا تسمح للسوائل بالمرور خلالها لأن مساماتها صغيرة وغير متصلة فتوصف بأنها صخور كتيمة أي غير منفذة ، وقد يكون الصخر ذات مسامية عالية ونفاذيته قليلة بسبب صغر حجم الفراغات والمسامات بين الحبيبات وعدم اتصالها ومثال ذلك الحجر الطيني إذ يعتبر من الصخور الكتيمة (غير المنفذة) على الرغم من مساميته العالية .
مصاقد النفط : هي طبقة صخرية ذات مسامية ونفاذية عالية تكون محصورة بين طبقتين من الصخور الكتيمة في الأعلى والأسفل وتخزن النفط بداخلها .
شروط تكون النفط:
1- أن لا يكون الماء عميقاً لأن الأكسجين الذائب في الماء يتفاعل مع المادة العضوية المكونة لأجسام العوالق البحرية ويحولها إلى( H2O,CO2 ) .
2- أن تكون نسبة المادة العضوية مرتفعة نسبياً في الصخر الرسوبي الذي اختلطت به وأقل ذلك أن تكون في حدود 1% من الصخر الرسوبي .
3- أن يكون صخر لمصدر عميقاً في جوف الأرض على الأقل بعمق (3000م) .
مراحل تكون النفط:
بعد موت العوالق البحرية -- تترسب في القاع -- تدفن مع الرسوبيات -- تتكون صخور المصدر -- وباستمرار الترسبيب -- تتراكم الطبقات الرسوبية -- يتولد ضغط وحرارة -- تنضج المادة العضوية -- فيتكون النفط -- غالباً ما يهاجر النفط -- يتجمع في صخور أخرى تسمى (مصائد النفط) -- تحفر آبار لاستخراجه من المكان -- يرسل إلى محطات التكرير .
- أما الغاز الطبيعي فيتكون غالبه من غاز الميثان CH4 وغازات أخرى كالإيثان والبروبان .
عند احتراق جميع أنواع الوقود الأحفوري في وجود الأكسجين يتكون غاز ثاني أكسيد الكربون وتنبعث حرارة عالية وقد يتكون الماء أيضاً.
وتوضح المعادلتان التاليتان احتراق كل من الفحم وغاز الميثان :
2C(s) + 2O2 (g) ==>2CO2(g) + Energy
CH4(g) + 2O2 (g) ==>CO2 (g) + 2H2O(1) + Energy
وللوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة عدة مميزات أهمها :
- متوافر حالياً بكميات كبيرة.
- يحترق بسهولة منتجاً كمية كبيرة من الطاقة الحرارية
التي يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء وأغراض مهمة أخرى
كالطهي والتدفئة .
- سهل النقل
وعلى الرغم من كثرة مزاياه إلا أن لاستخدامه سلبيات عديدة منها
- ينطلق عن احتراقه كثير من الغازات مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون التي تؤدي إلى ارتفاع
حرارة الأرض (Global Warming) وتكون المطر الحمضي والتسبب في كثير من أمراض الرئة.
- أسعاره وتوافره يرتبط بالظروف السياسية لمناطق إنتاجة.
