سوخت های فسیلی به طور کلی سه دسته اند: زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی. هر سه دسته چندین صد هزار سال قبل، حتی پیش از ظهور دایناسورها، شروع به شکل گیری کرده اند به همین خاطر است که به آن ها سوخت های فسیلی می گویند. دوره ای که این سوخت ها شروع به شکل گیری کردند را دوره ی «کربنی فروس» (Carboniferous) (یعنی ذغال خیز) می گویند که بخشی از دوران پالئوزوییک بوده است. «کربنی فروس» نام خود را از کربن که مهم ترین عنصر تشکیل دهنده ی ذغال سنگ و دیگر سوخت های فسیلی است. 

دوره ی کربنی فروس از حدود 360 تا 286 میلیون سال پیش بوده است. در آن زمان زمین پوشیده از باتلاق هایی بوده که با درختان عظیم، سرخس ها و دیگر گیاهان برگ دار پوشیده بوده است؛ درست شبیه عکس بالا. آب ها و دریاها با جلبک (گیاهی که در آب های راکد شکل می گیرد) پوشیده بوده است.

ذغال سنگ ماده ای سفت، سیاه و سنگ مانند است و از کربن، هیدروژن، اکسیژن ، نیتروژن و مقداری گوگرد تشکیل شده است. سه دسته ی عمده از ذغال سنگ وجود دارد: انتراسیت، قیری و قهوه ای. ذغال سنگ انتراسیت سخت ترین نوع ذغال سنگ است و کربن بیش تری هم دارد که باعث می شود انرژی ذخیره شده در آن هم بیش تر باشد. ذغال قهوه ای، نرم ترین ذغال سنگ است اما بیش ترین اکسیژن و هیدورژن را دارد. ذغال سنگ قیری چیزی بین این دو نوع است. امروزه ماده ی اصلی سازنده ی ذغال سنگ، یعنی پیت، در بسیاری از کشورهای دنیا یافت می شود و حتی به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می گیرد.

اولین بار در چین بود که از ذغال سنگ استفاده کردند. ذغال سنگی که از معدن فو-شون در شمال شرقی چین به دست آمده بوده ، در حدود 3000 سال پیش برای ذوب مس مورد استفاده بوده است. چینی ها به ذغال سنگ به چشم سنگی نگاه می کردند که می تواند آتش بگیرد.

ذغال سنگ در ایالت های جنوبی آمریکا و هم چنین در مناطق مختلف کره ی زمین پیدا می شود. برای استخراج ذغال سنگ از زیر زمین شیوه های مختلفی وجود دارد. بعضی از معادن ذغال سنگ به طور افقی یا عمودی در زمین کنده شده اند و استخراج به وسیله ی بالابرها یا قطارها از اعماق زمین انجام می گیرد. اما در بعضی از مناطق که ذغال سنگ در نزدیکی سطح زمین فراوان است، بیل های مکانیکی غول پیکر برای گود کردن زمین و جمع آوری ذغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرد. بعد از این که ذغال سنگ ها از منطقه تخلیه شد، گودال ایجاد شده را پر می کنند.

در مرحله ی بعد ذغال سنگ در قایق ها و کشتی ها بار می شود و یا از طریق خطوط لوله منتقل می شود. برای انتقال از خطوط لوله، ذغال سنگ را با آب مخلوط می کنند تا چیزی به نام دوغاب به دست آید و بتوانند آن را به کیلومتر ها پمپ کنند. در انتهای دیگر لوله ها، ذغال سنگ از دوغاب گرفته می شود و در نیروگاه های تولید انرژی یا کارخانه ها، مورد استفاده قرار می گیرد.

نفت و گاز طبیعی در زیر زمین بین چین خوردگی های صخره ها، در مناطقی که سنگ های متخلخل وجود دارد و می تواند نفت را در خلخل و فرج خود جا دهد، یافت می شود.

نفت

نفت یکی دیگر از سوخت های فسیلی است که آن هم بیش از 300 میلیون سال پیش شکل گرفته است. بعضی از دانشمندان معتقدند که منشاء نفت، آغازیان بسیار ریز بوده اند. آغازیان موجودات آبزی ای هستند که هر کدام به اندازه ی نوک یک سوزن اند. آن ها می توانند درست شبیه گیاهان عمل کنند یعنی نور خورشید را به انرژی ذخیره شده در خودشان تبدیل کنند.

در طرح سمت چپ می بینید که آغازیان بعد از مرگ به کف دریا سقوط می کنند (1).

کم کم در زیر لایه های رسوبی و صخره ها مدفون می شوند (2). سنگ ها و صخره ها به این موجودات ریز فشار می آورد و انرژی موجود در بدن آن ها نمی تواند تخلیه شود. کربن به مرور زمان تحت فشار و گرمای شدید تبدیل به نفت می شود. با جابه جایی ها و تغییراتی که در زمین اتفاق افتاد، در زیر زمین بسته های نفت و گاز طبیعی شکل گرفت (3).

نفت بیش از 5000 تا 6000 سال است که مورد استفاده قرار می گیرد. در زمان باستان سومری ها، آشوری ها و بابلی ها از نفت خام و قیر (آسفالت) که در رود فرات از زیر زمین نشت کرده بوده، استفاده می کرده اند. مصری های باستان نفت را به عنوان دارو برای زخم ها و سوخت برای چراغ های روشنایی مصرف می کرده اند.

نام قدیم بحرالمیت - در نزدیکی فلسطین اشغالی- دریاچه ی «آسفالتیتس» بوده است و واژه ی «آسفالت» از نام این دریا گرفته شده چون که آب دریا، نفت های نشت شده در کف دریا را به صورت توده های چسبناکی به ساحل می آورده است.

در شمال آمریکا بومی ها با پتو و رواندازهای شان نفت را از سطح آب های جاری و دریاها جمع آوری می کردند و از آن برای درمان و ضد آب کردن قایق های شان استفاده می کردند. در زمان جنگ های انقلابی آمریکا همه در عجب بودند که نیروهای جرج واشنگتن چطور با نفت به جنگ یخ بندان می رود.

همان طور که زندگی پیشرفت می کرد نیاز مردم به نفت برای روشنایی بیشتر می شد. کم کم نفت خام جایگزین چربی حیوانی در چراغ ها می شد چون قیمت چربی خیلی گران بود. اما روش به دست آوردن نفت هم چنان مثل قدیم و از طریق جمع آوری آن از سطح آب ها بود.

در آگوست 1859 میلادی، ادوین دریک (مردی که سمت راست عکس سیاه و سفید مقابل ایستاده است)، در چاه خود در پنسیلوانیا به نفت برخورد کرد و راهی پیدا کرد که آن را از زیر زمین به بالا پمپ کند. نفت پمپ شده در کانال هایی چوبی جاری می شد. هنوز هم در مناطقی از دنیا که نفت در زیر زمین پیدا شود، از این روش برای استخراج آن استفاده می کنند.

نفت و گاز طبیعی در زیر زمین بین چین خوردگی های صخره ها، در مناطقی که سنگ های متخلخل وجود دارد و می تواند نفت را در خلخل و فرج خود جا دهد، یافت می شود. چین خوردگی های زمین در اثر حرکت لایه های زمین شکل گرفته اند؛ درست شبیه فرشی که در بعضی قسمت ها چین بخورد.

شرکت های نقتی برای رسیدن به نفت و گاز طبیعی، از سطح زمین تا عمق زمین، چاه می زنند و در سکو های نفتی، نفت و گاز را به سطح زمین پمپ می کنند (همان طور که در تصویر مقابل می بینید). مواد نفتی حاصل یا به وسیله ی کشتی یا از طریق لوله منتقل می شوند.

پالایشگاه

نفت تا وقتی که به جاهای مختلف برای استفاده فرستاده نشده در بشکه های بزرگ نگه داری می شود. در پالایشگاه ها، نفت سیاه و سنگین را با گرما دادن به مجموعه ای از محصولات تبدیل می کنند.

از نفت مواد مختلفی به دست می آید مانند کودهای شیمیایی برای زمین های کشاورزی، لباس هایی که می پوشید، مسواکی که استفاده می کنید، نایلون پلاستیکی شیر، خودکار پلاستیکی که با آن می نویسید. همه ی این ها از نفت می آیند. صدها هزار محصول دیگر به جز این ها از نفت به دست می آید. تقریباً تمام پلاستیک ها در اصل از نفت به دست می آیند. فکر کن و ببین چیز دیگری به ذهن ات می رسد که از نفت ساخته شده باشد؟

محصولات پالایشگاه ها شامل گازوییل، سوخت دیزلی، سوخت هواپیما ها و جت، نفت مصرفی در خانه ها، نفت مصرفی کشتی ها و نفتی است که از آن برای تولید برق در نیروگاه ها استفاده می شود.

تقریبا 75 درصد نفت مصرفی ما برای حمل و نقل اختصاص داده می شود یعنی برای اتومبیل ها، هواپیما ها، اتوبوس ها، قطارها و موتورسیکلت ها. در بخش 18 بیش تر به مساله ی حمل و نقل خواهیم پرداخت.

گاز طبیعی

چیزی در حدود دو تا شش هزار سال قبل، اولین کشفیات گاز طبیعی در ایران صورت گرفت. نویسندگان بسیار قدیمی وجود نفت را در خاورمیانه به خصوص در منطقه ی باکو (آذربایجان کنونی)، گزارش داده اند. از این گاز احتمالاً برای روشن نگه داشتن آتش های جاودانی در آتشکده ها استفاده می شده است. (در آن هنگام ایرانی ها به دین زرتشتی ایمان داشتند و آتش آتشکده ها همیشه روشن بود. نمونه ای از این آتش های جاودانی امروز هم در یزد وجود دارد.)

گاز طبیعی از هوا سبک تر است و به طور عمده از گازی به نام متان ساخته شده است. متان ترکیب شیمیایی ساده ای است که از اتم های کربن و هیدروژن ساخته شده و فرمول شیمیایی آن CH4 است. یک اتم کربن به همراه چهار اتم هیدروژن. این گاز شدیداً قابل اشتعال است.

اگر در خانه بویی شبیه به تخم مرغ فاسد حس کردید به اطرافیانتان خبر بدهید و به سرعت از خانه خارج شوید. به هیچ عنوان چراغ یا وسایل الکتریکی را روشن نکنید.

گاز طبیعی اغلب در نزدیکی منابع زیرزمینی نفت پیدا می شود و از زیر زمین به بالا پمپ شده و از طریق لوله های گاز به محل مخازن گاز منتقل می شوند.

گاز طبیعی معمولاً بویی ندارد و قابل دیدن نیست ولی قبل از انتقال آن در لوله های گاز، آن را با مواد شیمیایی ایی که بوی تندی دارد (بویی شبیه تخم مرغ فاسد شده دارد) مخلوط می کنند تا تشخیص نشتی لوله ها ساده تر شود

نکات ایمنی:

اگر در خانه بویی شبیه به تخم مرغ فاسد حس کردید به اطرافیانتان خبر بدهید و به سرعت از خانه خارج شوید. به هیچ عنوان چراغ یا وسایل الکتریکی را روشن نکنید. جرقه ی پریز برق به راحتی می تواند باعث شعله ور شدن گاز شود. به خانه ی همسایه تان بروید و با 125 تماس بگیرید.

صرفه جویی در سوخت های فسیلی

سوخت های فسیلی طی میلیون ها سال شکل گرفته اند. ما از سوخت هایی استفاده می کنیم که بیش تر از 300 میلیون سال پیش، حتی قبل از دایناسورها، شروع به شکل گیری کرده است. اگر این سوخت ها تمام بشوند، برای همیشه تمام شده اند.

پس بهتر است که این سوخت ها را هدر ندهیم چرا که قابل بازگشت نیستند؛ آن ها دوباره تولید نخواهند شد. ما می توانیم با استفاده ی بهینه از انرژی، در مصرف بهینه از انرژی، در مصرف سوخت های فسیلی صرفه جویی کنیم.

بعضی از منابع ذغال سنگ در زمان دایناسورها وجود داشته است. مثلاً لایه های نازک کربن از اواخر دوره ی کرتاسه (یکی از دوره های زمین شناسی در حدود 65 میلیون سال پیش) دوره ای که در آن تیراناسوروس رکس زندگی می کرد. اما اصلی ترین منابع سوخت های فسیلی مربوط به همان دوران کربنی فروس است.

همان طور که درخت ها و گیاهان می مردند، در اعماق اقیانوس ها غرق و به تدریج دفن می شدند و لایه ای اسفنجی به نام «پیت» تشکیل می شد. بعد از گذشت صد ها سال، پیت با شن و خاک رس و مواد معدنی دیگر پوشیده می شود این مواد معدنی به مرور زمان به نوعی صخره  رسوبی تبدیل می شوند

انرژی های سوخت فسیلی

در مطلب (سوخت های فسیلی) ما در مورد منابع سوخت فسیلی مانند نفت، ذغال سنگ و گاز طبیعی بحث کردیم و این که چطور می شود که با استفاده مستمر، این منابع تحلیل می روند. منابع سوخت فسیلی تجدید پذیر نیستند. به این معنی که دوباره نمی توان آن ها را تولید کرد. وقتی که تمام بشوند، دیگر تمام شده اند.

از مطلب)انرژی گرمایی زمین( به بعد نیز، آموختیم که هیچ گونه محدودیتی در انرژی های تجدید پذیر مانند خورشید، باد، آب و حتی چیزهایی که ممکن است در نظر اول، زباله به نظر بیایند مانند درختان خشک شده، شاخه های بریده شده درختان، خاک اره، کود و چیز های دیگری که به زیست توده معروفند وجود ندارد.

مقدار انرژی ای که خورشید در طول یک روز به کشوری مثل ایالات متحده می تاباند دو برابر کل انرژی ای است که در طول سال  مصرف می کند. یا این که ایالت کالیفرنیای آمریکا به قدری بادخیز است که به تنهایی می تواند 11 درصد الکتریسیته ای که از طریق باد در دنیا تولید می شود را تقبل نماید. منابع انرژی پاک می توانند برای تولید الکتریسیته، حرارت، سوخت و ترکیبات ارزشمند شیمیایی که ضرر کمتری برای محیط دارند استفاده شوند.

در مقابل، اگزوز ماشین های بنزینی و پسماند کارخانه ها و وسایل دیگری که از مشتقات نفت استفاده می نمایند، محیط زندگی ما را آلوده می نماید. این آلودگی های هوا به گازهای گلخانه ای معروفند. حدود 81% از گازهای گلخانه ای دی اکسید کربن است که از سوختن سوخت های فسیلی تولید می شود.

توسعه استفاده از منابع تجدید پذیر شغل های جدیدی را ایجاد کرده است. همچنین کشورهایی که منابع نفتی کمتری دارند اگر از این منابع جدید استفاده کنند کمک بزرگی به اقتصادشان خواهند کرد.

تحقیقات مستمر، استفاده از انرژی تجدید پذیر را برای ما بسیار مهیاتر از 25 سال پیش کرده است. هزینه انرژی باد از 40 سنت در هر کیلووات به حدود 5 کیلووات کاهش یافته است. هزینه الکتریسیته ای که از خورشید به ما می رسد – و به الکتریسیته نوری معروف است - از حدود یک دلار در هر کیلووات ساعت در سال 1980 به حدود 20 سنت در هر کیلووات ساعت تبدیل شده است و قیمت اتانول هم ازحدود 4 دلار در گالن در اوایل دهه 80 به 1.20 دلار در گالن کاهش پیدا کرده است.

ولی هنوز هم موانعی در راه استفاده از انرژِی تجدید پذیر وجود دارد.

به عنوان مثال، انرژی خورشیدی از مجموعه اشعه های تابیده به زمین بدست می آید و این کار از طریق نصب آینه های بسیار عظیم امکان پذیر است و نصب چنین آینه هایی هم نیاز به یک زمین وسیع دارند و این ساکنان قدیمی آن منطقه، اعم از حیوانات و گیاهان، را به خطر می اندازد. همچنین تأسیسات، ساختمان ها، ترانسفورماتورها و خطوط انتقالی که به تبع آن می آیند هم محیط را تحت تأثیر قرار خواهند داد. سوختی که هنگام تولید انرژی گرمایی خورشیدی استفاده می شود هم سمی است و ممکن است که محیط را آلوده کند.

سلول های خورشیدی از جنس همان سیلیکون هایی هستند که در مدارهای کامپیوتر هم مورد استفاده قرار می گیرند. در تولید این مواد از ترکیبات سمی استفاده می شود. این ترکیبات سمی در ساخت برخی باطری ها هم به کار می روند. این باطری ها قرار است انرژی خورشیدی را ذخیره کنند تا در طول شب و روزهای ابری مورد استفاده قرار بگیرد. ساخت چنین باطری هایی هم به محیط آسیب زیادی می رساند.

در ضمن، اگر همین الان بخواهیم از انرژی خورشیدی برای انجام کارهایمان بهره ببریم، بازهم با مشکل مواجه خواهیم بود چرا که تمام تجهیزات موجود تنها امکان تولید 350 مگاوات برق را دارند که تنها برای اداره یک شهر با حدود 300000 نفر جمعیت کافی است. که خیلی از نیاز ما کمتر است. به عنوان مثال در کالیفرنیای آمریکا به تنهایی در روزهای گرم تابستان به 55000 مگاوات برق نیاز دارد و هزینه تولید چنین مقدار انرژی ای تقریباً 4 برابر همین انرژی است، در حالتی که از طریق گاز طبیعی حاصل شود.

در نتیجه با این که استفاده از این انرژی، محیط را آلوده نمی کند و سوخت را هم بیهوده به مصرف نمی رساند، ولی تأثیرات خودش را خواهد گذاشت.

در استفاده از انرژی باد، زمین محفوظ می ماند. برای راه انداختن یک مزرعه آسیاب بادی در حدود 68796/55914 متر مربع فضا می خواهیم که بتواند 1 مگاوات برق تولید کند. مقداری که برای روشن نگاه داشتن بین 750 تا 1000 خانه کافی است. اما دام و کشاورزی ما می تواند هم زمان در همان فضا برقرار باشد.

در مناطق کویری مزارع آسیاب بادی می تواند باعث فرسایش بشود ضمناً این آسیاب ها منظره را هم خراب می کنند چرا که محل قرار گرفتنشان در امتداد یال کوه است. در ضمن برخورد پرنده ها با این آسیاب ها و همچنین با سیم های برق باعث کشته شدنشان می شود. و این خود می تواند موضوع یک تحقیق باشد.

تولید الکتریسیته از حرارت زمین هم تنها در نواحی خاصی امکان پذیر است. یعنی تجهیزات باید در جایی نصب شوند که در آن ذخایر فراوانی از انرژی وجود داشته باشد. چند منطقه مناسب برای این منظور  وجود دارد. به عنوان مثال چشمه های

آب گرم شمال سانفرانسیسکو یک نمونه تولید انرژی از حرارت زمین است. گاهی این مواد خاصیت قلیایی از خود نشان می دهند که باعث استهلاک لوله ها می شود. ضمناً در بسیاری از مواقع هم تهیه این انرژی بسیار گران است چرا که همیشه باید هزینه حفاری و نصب تجهیزات پیچیده مرتبط را هم در نظر گرفت.

شرایط محیطی برای بهره گرفتن از انرژی سدها هم همیشه باید مورد توجه قرار بگیرد. مردم و مزارع و جنگل هایی که در قسمت بالایی سد در اثر سیل به زیر آب می روند. در پایین سد هم ساختار فیزیکی، شیمیایی و بیوفیزیکی زمین تغییر خواهد کرد.

بر خلاف سوخت های فسیلی، که هوا را آلوده می کنند، انرژی های برگشت پذیر محیط را پاک نگه می دارند. اما موانعی هم در راه استفاده سهل و آسان از آن ها وجود دارد. که بیشتر آن در رابطه با تأثیر بر روی موجودات بومی ناحیه و نمای عمومی منطقه است. اما در مقابل این انرژی ها به اشتغال و کاهش واردات سوخت کمک زیادی خواهند کرد