الانبعاثات الكربونية وأضرارها البيئية؟ الأسباب وطرق الحد منها

يعد الكربون هو المكون الأساسي للكائنات الحية، فهو موجود في أجسام الحيوانات، النباتات وكذلك الإنسان، وهو المكون الرئيسي أيضاً للوقود الأحفوري مثل الفحم ،النفط، والغاز الطبيعي.

لا يعتبر الكربون تهديداً في حد ذاته؛ فهو يدخل في تكوين الكثير من المواد الغذائية مثل الكربوهيدرات، الفيتامينات، وكذلك الأحماض الأمينية فهو جزء من كيمياء الحياة للكائنات.

لكن التهديد الحقيقي من الكربون هو الانبعاثات الناتجة عن حرق المواد الكربونية مثل الوقود الأحفوري والأخشاب، فحرق هذه المواد ينتج عنه كميات كبيرة من الملوثات البيئية الضارة.

فما هي تلك الملوثات وأنوعها؟ وكيف نقلل نسبتها في البيئة؟

ما هي الانبعاثات الكربونية؟

يُقصد بالانبعاثات الكربونية؛ الملوثات الناتجة من إحتراق المواد الكربونية مثل الوقود الأحفوري والأخشاب، ولا يقتصر الأمر على هذه المصادر فقط، بل إن عملية التنفس الخلوي داخل خلايا الكائنات الحية تُنتج كميات ضئيلة من هذه الملوثات.

وتختلف هذه الملوثات ما بين أكاسيد الكربون مثل أول وثاني أكسيد الكربون، وأكاسيد بعض المركبات الأخرى مثل أكسيد النيتروجين، وأكسيد الكبريت، ومواد أخرى مثل الجسيمات العالقة في الهواء.

يُعتبر ثاني أكسيد الكربون أخطر هذه الملوثات وأكثرها تواجداً، فهو الناتج النهائي لعملية الاحتراق، وأحد الغازات الدفيئة التي تسبب احتباس الحرارة في الغلاف الجوي، والذي يترتب عليه ارتفاع درجات الحرارة العالمية.

 الاحترار الناجم عن زيادة الملوثات له عواقب وخيمة بعيدة المدى على المناخ، كذوبان القمم الجليدية القطبية، وارتفاع منسوب مياه البحر، وبعض الظواهر الجوية.

يفتح ذوبان الجليد في المناطق القطبية لعدة دول أرض جديدة مليئة بالموارد الطبيعية التي ما زالت نقية للحصول على منابع جديدة من الغاز والمعادن.

والجدير بالذكر أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تجاوز عتبة 421 جزءًا في المليون (ppm) في مايو2022 حسب ما أفاده مرصد (Mauna Loa Atmospheric Baseline) التابع لـ (NOAA).

أنواع انبعاثات الكربون

1. ثاني أكسيد الكربون

نجم الإحتباس الحراري وتغير المناخ، يعد ثاني أكسيد الكربون من أكبر الملوثات في الغلاف الجوي، حيث ينبعث عند احتراق معظم الأنواع المختلفة من الوقود الأحفوري بمعدلات متفاوتة.

ولا يقتصر انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون على حرق الوقود الأحفوري فقط، وإنما تساهم أعمال وصناعات أخرى بنسب من الانبعاث.

أظهرت الدراسات أن تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون قد ازداد بنسبة 30% عما كان عليه في عصر ما قبل الثورة الصناعية، وارتبط ذلك النمو بالزيادة في استهلاك الطاقة غير النظيفة وإجراء الكثير من التجارب النووية التي ساهمت بصورة كبيرة في الاحتباس الحراري وتغيرات المناخ.

طبيعة التلوث بغاز ثاني أكسيد الكربون ذات أبعاد دولية، وتساهم العديد من الدول الصناعية بإحداث هذا التلوث بشكل رئيسي لأنها تستهلك أكثر من 80% من الطاقة في العالم.

وقد ساهمت عدة دول في كل من أوروبا وأمريكا الشمالية بنسبة تعادل 53% من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون العالمية في عام 1995، بينما تساهم باقي دول العالم بالنسبة المتبقية.

2. أول أكسيد الكربون

هو غاز عديم اللون والرائحة شديد السمية لما له من قدرة على التفاعل السريع مع الهيموجلوبين في الدم، إذ يتحد معه مكونًا كربوكسي هيموجلوبين مما يعوق نقل الأكسجين إلى الدم، ويسبب الأنيميا الحادة وبعض الأمراض الأخرى.

يُنتَج غاز أول أكسيد الكربون من الاحتراق غير الكامل للكربون والمواد المحتوية عليه.

كما يُنتج هذا الغاز من حرق الوقود في السيارات والمركبات عمومًا، وينبعث من عدة مصادر منها حرائق الغابات، تحلل المواد العضوية، وحرق النفايات.

ومن الثابت أن أكثر من نصف كمية غاز أول أكسيد الكربون الموجود في جو المدن ناتجة من تراكم أدخنة السيارات، لذلك يزداد تركيزه على الطرق العامة وفي الازدحام المروري.

لذلك من المهم امتلاك الدولة لبنية تحتية قوية من الطرق والكباري لمنع زحام السيارات وتسهيل حياة الناس في التنقل بسلاسة لتقليل استهلاك الوقود وبالتالي تقليل أول أكسيد الكربون.

3. الجسيمات العالقة في الهواء

يحتوي الهواء الملوث على دقائق ناعمة من الغبار الصلب أو أجزاء متناهية الصغر من العوادم المختلفة، ونظرًا لضآلة حجم هذه الدقائق، فإنها تتحرك وتنتقل بسهولة مع الهواء.

وتخرج هذه المواد العالقة في الهواء من حرق الوقود أو بفعل عوامل الحك والتآكل، وعمليات الطحن، وغيرها.

يتلوث الهواء بخليط من هذه الجسيمات الضئيلة والكبيرة منها والتي يتباين منشأها وتركيبها الكيميائي.

عادة تشتمل الجسيمات الأكبر حجما على الدخان والغبار الناتج من العمليات الزراعية، الصناعية، الإنشاءات، المرور البري، كذلك لقاح النباتات وغيرها من المصادر الطبيعية.

أما الجسيمات الأصغر (تلك التي يقل نصف قطرها عن 2,5 مايكرو) فمصدرها عادة من احتراق الوقود الأحفوري.

ويعد أكبر مصدر للجسيمات الدقيقة هو محطات الطاقة الكهربائية العاملة بالفحم، بالإضافة لعوادم السيارات والديزل والتي تعتبر أيضًا من العوامل الأساسية لاسيما على طرق النقل المكتظة.

4. ثاني أكسيد الكبريت

ينبعث غاز ثاني أكسيد الكبريت من احتراق الفحم، النفط (الذي به نسبة مرتفعة من الكبريت) ووقود الديزل، فنحو 80٪ من غاز ثاني أكسيد الكبريت قادمة من أكسدة غاز كبريتيد الهيدروجين، الذي تطلقه بعض المصانع في الجو.

وعلى الرغم من إنخفاض تركيز ثاني أكسيد الكبريت في الهواء في مدن عديدة من العالم (أوروبا الغربية وأمريكا الشمالية) إلا أن النسبة ما زالت مرتفعة في عدد من مدن أوروبا (الشرقية)، آسيا وأمريكا الجنوبية.

حيث لا يزال استخدام الفحم في المنازل أو الصناعات أمرًا شائعًا مع كثافة حركة مرور المركبات التي تستخدم وقود الديزل.

5. أكاسيد النيتروجين

يعتبر النيتروجين مصدر للكثير من الأكاسيد عند اتحاده مع الأكسجين، ولكن أكبر تلك الأكاسيد تلويثًا للهواء هما أول وثاني أكسيد النيتروجين.

تخرج أكاسيد النيتروجين من أكسدة المواد النيتروجينية أثناء احتراق الوقود في درجات حرارة عالية جدًا، كذلك حرق الزيت، الغاز والجازولين في محركات الاحتراق الداخلي.

بالإضافة إلى ما تطلقه مصانع حمض النيتريك، مصانع الحديد، الفولاذ ومصانع السماد النيتروجيني.

كما تتكون أكاسيد النيتروجين المختلفة في الهواء من تفاعلات أول أكسيد النيتروجين (No) الذي يلعب دورًا أساسيًا في التفاعلات الضوئيةالكيمائية؛ حيث يتأكسد ويتحول إلى ثاني أكسيد النيتروجين.

يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين مع الهيدروكربونات في وجود الأشعة الشمسية مكونًا الضباب، ويتفاعل أيضًا مع الهيدروكسيل OH مكونًا حمض النيتريك مسببًا بذلك الأمطار الحمضية.

أضرار الانبعاثات الكربونية

هناك العديد من التأثيرات السلبية لانبعاثات الكربون، والتي تضاعفت نسبتها في العقود الأخيرة لإعتماد الإنسان على توليد الطاقة باستخدام محركات الاحتراق الداخلي والتي ينتج عنها كميات كبيرة من الملوثات.

ومن الأمثلة على هذه التأثيرات ما يلي:

1. تلوث الوقود الأحفوري

يؤدي احتراق الوقود الأحفوري إلى إطلاق جزيئات ضارة وغازات دفيئة في الغلاف الجوي، تُؤثر هذه الجزيئات بدورها على الإنسان والأرض ككل.

حرق الفحم -على سبيل المثال- يطلق جزيئات سامة مثل: ثاني أكسيد الكبريت ومعادن ثقيلة مثل: الرصاص في الغلاف الجوي.

هذه المركبات تسبب العديد من الآثار الجانبية الخطيرة مثل: المطر الحمضي وتلف الجهاز التنفسي لدى البشر.

وقد ربطت العديد من الدراسات العلمية بين الملوثات الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري وبعض الأمراض مثل السرطان والربو.

أما في الغلاف الجوي فتدخل مركبات مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان الغلاف وتحبس حرارة الشمس فيه مما يؤدي إلى ارتفاع مستمر في متوسط ​​درجات الحرارة العالمية.

2. الضباب الدخاني

يعتبر الضباب الدخاني من الظواهر الخطيرة على الحياة والأنشطة البشرية، حيث يتكون فوق المدن والمناطق الصناعية، وهو أحد ملوثات الهواء، وتسببه الانبعاثات والعوادم الصادرة من المصانع، السيارات ومحطات توليد الكهرباء.

طقس العرب

الضباب الدخاني: هو خليط ينتج من اتحاد أكاسيد النيتروجين مع جزيئات بخار الماء المتكاثف في ظروف جوية مستقرة تقل فيها حركة الرياح، مما يساعد على ركود الملوثات.

يؤدي تكون الضباب الدخاني إلى تدني مدى الرؤية، وحدوث صعوبة في التنفس، وتهيج العيون كما يؤثر على الجلد. 

3. الترسيب الحمضي (الأمطار الحمضية)

الترسب الحمضي أو المطر الحمضي هو مصطلح واسع يشمل أي شكل من أشكال ترسيب المكونات الحمضية، مثل حمض الكبريتيك أو حمض النيتريك الذي يسقط على الأرض من الغلاف الجوي في شكل رطب أو جاف.

أسباب المطر الحمضي:

يَنتُج المطر الحمضي من تفاعل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين المختلفة (NO _X) الموجودة في الغلاف الجوي مع الماء والأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى لتكوين أحماض الكبريتيك والنتريك.

ثم تنتقل هذه الأحماض بواسطة الرياح وتيارات الهواء لتختلط مع الماء والمواد الأخرى قبل سقوطها على الأرض.

أنواع الترسيب الحمضي:

الترسيب الرطب:

هو تساقط المطر، الثلج، الضباب أو البرد الممزوج بأحماض الكبريتيك والنتريك المتكونة في الغلاف الجوي.  

الترسيب الجاف:

هو ترسب الجسيمات والغازات الحمضية من الغلاف الجوي في حالة عدم وجود الرطوبة.

تعتمد كمية الحموضة في الغلاف الجوي (التي تترسب على الأرض في صورة ترسيب جاف) على كمية الأمطار التي تتلقاها المنطقة.

على سبيل المثال في المناطق الصحراوية تكون نسبة الترسيب الجاف إلى الرطب أعلى من منطقة هطول المطر كل عام.

4. الاحتباس الحراري

يحدث الاحتباس الحراري عندما يتراكم غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، حيث يُنتج غاز أول أكسيد الكربون عن طريق الاحتراق غير الكامل للوقود الأحفوري ويتحول إلى ثاني أكسيد الكربون.

تزداد درجة حرارة سطح الأرض نتيجة لذلك، وينتج عنه الطقس القاسي، الجفاف، الفيضانات، التغيرات الحادة في درجات الحرارة، موجات الحر، وحرائق الغابات.

كما تتوسع المناطق الاستوائية بسبب هذا الاحترار مما يسمح للحشرات حاملة للأمراض بتوسيع نطاق انتشارها.

5. ارتفاع مستويات البحر

 يؤثر الاحترار العالمي الناجم عن استخدام الوقود الأحفوري إلى ارتفاع مستويات سطح البحر.

فبسبب ذوبان الجليد في القطبين والأنهار الجليدية يزداد ارتفاع المحيطات مما يؤثر على كل من النظم البيئية والمستوطنات البشرية في المناطق المنخفضة.

ولأن الثلج يعكس نسبة كبيرة من ضوء الشمس ويمتصه الماء فإن ذوبان الجليد يزيد من درجة الحرارة مما يتسبب بتسريع الاحترار العالمي.

بعض الطرق للحد من الانبعاثات الضارة

تشكل الانبعاثات الكربونية مشكلة كبيرة تحاول العديد من الدول حلها.

تأتي معظم الانبعاثات من استخدام الوقود بأنواعة المختلفة؛ لذلك تتمثل الخطوة الأولى باستخدام مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة.

 بالإضافة إلى استخدام كميات أقل من البنزين والغاز والسيارات والشاحنات التي تعمل بالكهرباء وأنواع الوقود البديلة.

تتولد الكهرباء في معظم المحطات عن طريق حرق أنواع الوقود المختلفة لتحريك التوربينات، ولكن الملوثات التي تنبعث من هذا الوقود ضاره جدًا.

لذلك لابد من تقليل انبعاثات الناتجة من توليد الكهرباء عن طرق استخدام طرق اخرا لتوليده مثل:

1. الطاقة المتجددة: تنتج الطاقة المتجددة الكهرباء من الرياح، الشمس، الماء، المد والجزر وغيرها، لا ينتج عنها أي ملوثات أو انبعاثات ضارة.
2. الطاقة النووية: توفر الطاقة النووية حوالي 20٪ من الكهرباء دون انبعاثات، لكن الطاقة النووية لها سلبيات أخرى مثل: النفايات النووية وتكلفة إنتاجها المرتفعة.

تقنية التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون:

تعد تقنية التقاط الكربون وتخزينه (CCS) من أنجح طرق تقليل انبعاثات الكربون الضارة حيث تلتقط ثاني أكسيد الكربون المنبعث من مداخن المصانع ومحطات الطاقة وتخزنه تحت الأرض.

يمكن لهذه التقنية التقاط ما يصل إلى 90٪ من انبعاثات الكربون من المنشأة.

ولا يقتصر الأمر على التقاط الانبعاثات في شكل دخان فقط، بل تقوم بالتقاط جميع أشكال الانبعاثات سواء كانت في صورتها الصلبة أو الغازية.

تقليل انبعاثات الكربون في النقل:

تعد وسائل النقل مثل السيارات والشاحنات التي تحرق البنزين ووقود الديزل أكبر مصدر لإنبعاثات الكربون.

يمكن تقليل الانبعاثات الناتجة من وسائل النقل من خلل ما يلي:

1. ضبط معايير استهلاك الوقود: تهدف المعايير المتفق عليها في الصناعة إلى رفع متوسط الاقتصاد في استهلاك الوقود لسيارات الركاب إلى 54.5 ميلًا للجالون بحلول عام 2025.
2. استخدام السيارات الكهربائية: لا تستهلك هذه الأنواع من المركبات الوقود الاحفوري، ولكن يمكن شحنها في المنزل أو في محطات الشحن العامة، وتعمل هذه المركبات على نفس الكهرباء التي توفرها محطات الطاقة المحلية وهي أنظف من البنزين أو الديزل.
3. استخدام خليط الوقود الحيوي: يعمل مزج الوقود الحيوي مثل المولاس مع البنزين على تقليل الانبعاثات بنسبة تتروح بين 10-24٪.
4. استخدام المحركات الهجينة المتقدمة: تستخدم المحركات الهجينة نوعًا مختلفًا من الوقود، فهي تعمل على تحسين استهلاك الوقود بشكل كبير، كما يمكن للمركبات الهجينة التي تعمل بالديزل أن تقلل من الانبعاثات بنسبة تصل إلى 65٪ لكل ميل.
5. استخدام وقود الهيدروجين: يعتبر وقود الهيدروجين من أفضل أنوع الوقود فهو يحترق مع الأكسجين ليكون الماء دون وجود أي انبعاثات، ومن التطبيقات علية خلايا وقود الهيدروجين.

تعتبر خلايا وقود الهيدروجين مكونًا مهمًا لبرنامج الفضاء لأنها تجمع بين الأكسجين والهيدروجين لإنتاج الطاقة في أنبوب الذيل الذي يطلق بخار الماء والذي يحرك الصاروخ.

تسعير الكربون

منذ ما يزيد على عقدين وجد مبدأ متداول وهو أن يدفع الملوِّثون ثمن الأضرار التي ألحقوها بالبيئة.

وقد تبنَّت أكثر من 50 دولة ما يُعرف الآن بتسعير الكربون في جميع أنحاء العالم، إذ يُعدُّ هذا النهج بمثابة طريقة فعَّالة لإبطاء الاحتباس الحراري وللحد من الانبعاثات الكربونية.

ويحدث ذلك إما من خلال فرض ضريبة على كل طنٍّ متري من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من المصانع، أو من خلال إنشاء سوق لتجارة تصاريح التلوُّث.

كيف يُسعَّر الكربون؟

تحدد الحكومات أو الأسواق أسعار الكربون، مع تركيز معظم الرسوم على المرافق التي تنتج الكهرباء، إذ أن هذه المرافق تنتج النسبة الأكبر من الانبعاثات.

أما في السوق فيُعيَّن حدٌ لإجمالي حجم الانبعاثات المسموح بها، ثم تُخصَّص التصاريح، أو يشتريها الملوِّثون.

ويمكن بعد ذلك شراء الاعتمادات وبيعها، وهو نظام يُعرف باسم الغطاء والتجارة أو مقايضة الانبعاثات الكربونية.

هل تسعير الكربون مؤثر؟

تعد أسعار الكربون التي تبلغ 40 دولارًا أو أكثر للطن حاسمة إذا أراد العالم تحقيق أهداف خفض الغازات الدفيئة التي حددتها اتفاقية باريس لوقف تغيُّر المناخ.

ومع ذلك فقد شجعت الضرائب على مزيد من التحول إلى الغاز الطبيعي الأنظف، وبدأت تكلفته تتسلل إلى أسعار الكهرباء في جميع أنحاء العالم.

صافي الانبعاثات الصفري

صافي الانبعاثات الصفرية هو خفض انبعاثات الغازات الضارة إلى أقرب مستوى ممكن من الصفر، مع إعادة امتصاص أي انبعاثات متبقية من الغلاف الجوي، عن طريق المحيطات والغابات.

من أجل تجنب تغير المناخ والحفاظ على كوكب صالح للعيش يجب أن تقتصر زيادة درجة الحرارة العالمية على 1.5 درجة مئوية.

حاليًا أصبحت الأرض أكثر دفئًا بنحو 1.1 درجة مئوية مما كانت عليه في أواخر القرن التاسع عشر، مع استمرار الانبعاثات في الارتفاع.

لإبقاء درجة الحرارة العالمية عند الحد المناسب على النحو المطلوب في اتفاق باريس يجب خفض الانبعاثات بنسبة 45٪ بحلول عام 2030 والوصول إلى صافي انبعاثات صفري بحلول عام 2050.

الخلاصة

• يُقصد بالانبعاثات الكربونية؛ الملوثات الناتجة من حرق المواد الكربونية مثل الوقود الأحفوري، الأخشاب، وكذلك عملية التنفس الخلوي داخل خلايا الكائنات الحية تنتج كميات صغيرة من هذه الملوثات.
• أنواع الانبعاثات الناتجة عن حرق المواد الكربونية تنحصر بين أول وثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكبريت، أكسيد النيتروجين والجسيمات العالقة في الهواء.
• يُعتبر ثاني أكسيد الكربون أخطر الملوثات وأكثرها انتاجًا، وهو أحد الغازات الدفيئة التي تسبب احتباس الحرارة في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة العالمية.
• تُأثر الانبعاثات الكربونية على البيئة بشكل ضار وتشكل هذه التأثيرات بعض الظواهر مثل: ١. الضباب الدخاني، 2. الأمطار الحمضي، 3. الاحتباس الحراري، 4. تلوث الوقود الأحفوري، 5. ارتفاع مستويات البحر.
• التعرف على بعض الطرق للحد من الانبعاثات الضارة مثل: تقنية التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون، تقليل انبعاثات الكربون في النقل، تسعير الكربون، صافي الانبعاثات الصفري.

المصادر:

1. التغيّر المناخي والاحتباس الحراري، من موقع مركز الدراسات البيئية المبنية، أُطلع علية بتاريخ 10-2-2023.
2. ما يجب معرفته عن وقف صافي الانبعاثات الكربونية، من موقع albankaldawli.org، أُطلع عليها بتاريخ 7-2-2023.
3. CARBON FOOTPRINT، من موقع carbonfootprin.com، أُطلع عليها بتاريخ 6-2-2023.
4. What are Carbon Emissions (and why do they matter?)، من موقعearthhero.com، أُطلع عليها بتاريخ 5-2-2023.