الوقود ( Fuel )
☰ جدول المحتويات
الوَقُودُ مادة تمدنا بطاقة نافعة، ويستخدم الوقود لتدفئة المباني وتبريدها، وطبخ الطعام، وتسيير المحركات وتوليد الكهرباء. ويتكون بعض أنواع الوقود طبيعياً، وينتج بعضها الآخر صناعياً. فالوقود الطبيعي، مثل الفحم الحجري والنفط والغازات الطبيعية، يحصل عليها من المخزون الواقع تحت الأرض الذي تكوّن منذ ملايين السنين من بقايا النباتات والحيوانات. وهذا الوقود الذي يسمى الوقود الأُحْفُوري يساوي حوالي 90 في المائة من مجمل الطّاقة التي يستخدمها الإنسان اليوم.
ويمكن عمل الوقود الصناعي من الوقود الأحفوري، ومن أنواع معينة من الصخور والرمل وكذلك من الكتلة الحيوية، وهي اسم يطلق على المواد العضوية القابلة للاستبدال، مثل الخشب، والنفايات، والسباخ الحيواني الذي يمكن استخدامه لينتِج وقودًا، وبعض أنواع الوقود تصنع من المواد الكيميائية.
وتطلق أغلب أنواع الوقود طاقة بالاحتراق مع الأكسجين في الهواء، ولكن بعضها ـ خاصة الكيميائية التي تستخدم في الصواريخ ـ تحتاج إلى مؤكسدات خاصة حتى تحترق. والمؤكسدات مركبات كيميائية تحتوي على أُكسجين. والوقود النووي لايحترق ولكنه يطلق كميات كبيرة من الطاقة من خلال انشطار (انقسام) أو اندماج (ارتباط) الذرات.
ومنذ سبعينيات القرن العشرين أدى تناقص بعض أنواع الوقود والاهتمام بالآثار البيئية الناتجة من احتراق الوقود، إلى السعي للبحث عن مصادر أخرى للطاقة. وتناقش هذه المقالة خمس مجموعات من الوقود، وهي: 1- الوقود الصلب 2- الوقود السائل 3- الوقود الغازي 4- الوقود الكيميائي 5- الوقود النووي. كما تناقش استخداماتها. ★ تَصَفح: مخزون الطاقة ؛ التلوث البيئي.
الوقود الصلب
الفحم الحجري:
يستخدم بصفة رئيسية في إنتاج الكهرباء. فهو يحرق لإحداث الحرارة التي تحول الماء إلى بخار. ويستخدم البخار في إدارة العنفات (التوربينات). ★ تَصَفح: التوربين. وهــذه بدورهـا تدير المولـدات الكهربائيــة (الآلآت التي تولد الكهرباء) وبعض الفحم الحجري يحول إلى فحم الكوك، وهو فحم نباتي صلب ومادة خام ضرورية في إنتاج الحديد الفولاذ.ويستخدم الفحم الحجري كذلك في تدفئة المباني وفي إمداد الآلآت الصناعية بالطاقة.
وتوجد أربعة أشكال للفحم الحجري 1- اللجنيت أو الفحم البُنِّي 2- الفحم تحت الحُمَّري 3- الفَحْم الحُمَّري 4- فحم الأنتراسيت.
والفحم الحمري هو أكثر أنواع الفحم توافرًا وأهمية، ويستخدم للصناعة، ويحتوي على كربون أكثر، وينتج حرارة أكثر من اللجنيْت ومن الفحم تحت الحُمري وهو أفضل أنواع الفحم الحجري ملاءمة لتصنيع فحم الكوك، أما فحم الأنتراسيت فهو أقل توافرًًا وأصلـب أنواع الفحم، ويحتوي على كربون أكثر، وينتِج حرارة أكثر من أنواع الفحم الأخرى، ولكنه أصعب في الاشتعال، ويحترق ببطء.
الخُث (التُّرْب):
مادة نباتيَّة متحللة جزئيًا توجد في المناقع وتستخدم وقودًا بصفة رئيسية في المناطق التي يندر فيها الفحم أو الزيت. وفي أيرلندا وأسكتلندا، على سبيل المثال، تقطع هذه المادة وتشكل في كتل ثم تجفف ثم تحرق هذه الكتل الجافة بعد ذلك، وتستخدم في تدفئة المنازل.البيوماس :
(الكُتْلة الحيويَّة). استخدم الخشب وقودًا منذ أزمنة ما قبل التاريخ لمدة أطول من مدة استخدام أي مادة أخرى. وهو اليوم وقود مهم بصفة رئيسية في الدول النامية، حيث يستخدم في الطبخ والتدفئة. أما في أغلب البلاد الصناعية، فهو ليس مصدرًا رئيسيًا للطاقة. ولكن بعض مصانع الورق وعجينة الورق التي تصنع منتجات الخشب، تحصل على الطاقة لأجل عمليات التصنيع بحرق قلف الشجر ونشارة الخشب وبقايا الخشب، كما يستخدم الخشب أيضًا في صنع الفحم النباتي.وتستخدم مواد البيوماس خلاف الخشب أيضًا وقودًا، فعلى سبيل المثال، فإن الحرارة الناتجة عن إحراق قشر البندق والأَرز والشوفان وكذلك المنتجات الثانوية الأخرى لعمليات تصنيع الطعام تستخدم غالبًا لتشغيل معدات المصانع.
الوقود السَّائل
يصنع الوقود السائل بصفة رئيسية من النفط ولكن يُنْتَجُ أيضًا بعض الوقود السائل الصناعي. والوقود السائل سهل التخزين والنقل وهو مصدر الطاقة الرئيسي للسيارات والطائرات ووسائل النقل الأخرى. كما يستخدم لتدفئة المباني.
النفْط:
ويسمى الزَّيْت الخام، يتدرج من الزيوت البُنية الصفراء إلى القار السميك الأسود. ويحرق بعض النفط وقودًا للمواقد الصغيرة والغلايات دون إعداد، ومع ذلك فأغلب أنواع النفط يكرر لإنتاج وقود مثل البترول وزيت الديزل والبرافين. ويستخدم البترول في أغلب محركات وسائل النقل والطائرات ذات المحرك المكبسي، وزيت الديزل يزود بالطاقة أغلب القطارات والسفن وعربات النقل الكبيرة. والبرافين يزود الطائرات النفاثة بالطاقة.ويحصل على زيوت الوقود الأخرى بتكرير النفط، وتشمل الزيوت المقطرة والزيوت الفضالة. والزيوت المقطرة زيوت خفيفة، وتستخدم بصفة رئيسية لتدفئة المنازل والمباني الصغيرة، أما الزيوت الفضالة فهي زيوت ثقيلة وثخينة، وتمد بالطاقة المرافق والمصانع والسفن الكبيرة، وتستخدم أيضًا لتدفئة المباني الكبيرة.
الوقود السائل الصناعي:
يشمل الوقود المنتج من الفحم الحجري والغاز الطبيعي والبيوماس (الكتلة الحيوية) وصخر الزيت (صخرة تحتوي على زيت ) والرمال القارية (رمال تحتوي على مادة يمكن الحصول منها على زيت). ويعالج الوقود أساسًا في المناطق التي يوجد فيها نوع واحد منه، في حين تندر فيها الأنواع الأخرى. وعلى سبيل المثال، يوجد بجنوب إفريقيا بضع وحدات صناعية كبيرة تنتج البترول من الفحم الحجري. وبهذه الطريقة فإن جنوب إفريقيا التي يتوافر بها الفحم الحجري ويندر وجود النفط، قادرة على توفير الوقود لمحركاتها الخاصة. وفي مقاطعة ألبرتا الكندية تعالج الرمال القارية المتوافرة لإنتاج الزيت، وفي البرازيل تستخدم الكتلة الحيوية مثل لباب قصب السكر ونبات المنيهوت لإنتاج وقود السيارات. ويستعمل بعض سائقي السيارات في الولايات المتحدة وقودًا مماثلاً يسمى البترول الكحولي، والبترول الكحولي يتكوَّن من خليط من البترول والكُحُول. وينتج الكحول المستخدم غالبًا من الحبوب، كالقمح والذرة.الوقود الغازي
يشمل الغازات الطبيعية والمصنعة. ومثل هذا الوقود يتدفق بسهولة خلال الأنابيب، ويستخدم لتزويد المنازل والأعمال والصناعات بالطاقة. وفي كثير من البلاد شبكات واسعة من خطوط الأنابيب تنقل وقود الغاز إلى ملايين المستهلكين.
الغاز الطبيعي:
يستخدم في تدفئة المباني، وطبخ الطعام، وتزويد الصناعة بالطاقة، ويتكون بصفة رئيسية من الميثان، وهو غاز عديم اللون والرائحة. ويكون الغاز الطبيعي عادة مخلوطًا مع مركبات الكبريت ذي الرائحة الكريهة، وبذلك يسهل اكتشاف تسرب الغاز.والبيوتان والبروبان اللذان يكوِّنان جزءًا صغيرًا من الغاز الطبيعي، يصبحان سائلين عند وضعهما تحت ضغط عال، وعندما ينخفض الضغط يعودان ثانية إلى الحالة الغازية. ومثل هذا الوقود المسمى غالبًا غاز النفط المسال، أو الغاز الطبيعي المُسال يسهل تخزينه وشحنه على هيئة سوائل. وهو يستخدم وقودًا في البيوت المتنقلة، ويمكن استخدامه وقودًا للناس الذين يعيشون بعيدًا عن خطوط أنابيب الغاز الطبيعي.
الغاز المُصَنَّع:
مثل الوقود السائل الصناعي، يستخدم بصفة رئيسيَّة حيث تتوافر أنواع معينة من الوقود وتندر أنواع أخرى.ويمكن تحويل الفحم الحجري والنفط والبيوماس إلى غاز عن طريق التسخين، أو بالمعالجات الكيميائية، ويمكن كذلك إنتاج الغاز بمعالجة البيوماس والسماد الحيواني بالبكتيريا المسماة اللاهوائيات، فالبكتيريا تطلق الميثان أثناء هضم المخلفات.
الوقود الكيميائي
ينتج في شكل صلب أو سائلٍ، ويعطي كميات كبيرة من الحرارة والقدرة، ويستخدم بصفة رئيسية في محركات الصواريخ. والوقود الدفعي الكيميائي للصاروخ يتكوَّن من كل من الوقود والمؤكسد. ووقود الصاروخ العادي هو الهيدرازين الكيميائي، أمَّا المُؤَكْسد فهو مادة مثل رابع أُكسيد النيتروجين الذي يحتوي على أكسجين. وعندما يشتعل الوقود الدفعي فإن المؤكسد يزود الوقود بالأكسجين الذي يحتاجه للاشتعال، ويستخدم الوقود الكيميائي أيضًا في بعض سيارات السباق.
الوقود النووي
يزود بالطاقة من خلال انشطار ذراته أو اندماجها. واليورانيوم هو الأكثر استخدامًا كوقود نووي عادة ؛ رغم أن البلوتونيوم يعطي أيضًا طاقة نووية. وعندما تتعرض ذرات هذه العناصر للانشطار فإنها تطلق كميات كبيرة جدًا من الحرارة. ويستخدم الوقود النووي بصفة رئيسية لتوليد الكهرباء. ويزود الوقود النووي بعض الغواصات والسفن بالقدرة. ومن الممكن أيضًا إنتاج الطاقة النووية من اندماج ذرات الهيدروجين، ولكن العلماء، لم يتوصلوا بعد للتقنية اللازمة للسيطرة على مثل هذه الطاقة.