_{تالیف: دکتر سلطانی نژاد}

"بنام خداوند بزرگ"

ردپای محیط زیستی انسان در مصرف انرژی:

در سال 2003 میلادی هر شهروند متوسط امریکائی در حدود 25 بشکه 220 لیتری نفت(معادل 2 . 146 میلیون Btu)، 76000 فوت مکعب(معادل 1.78 میلیون Btu) گاز طبیعی، 4.3 متریک تن ذغال سنگ(معادل 6.75 میلیون Btu) و 3500 کیلو وات ساعت(معادل 12 میلیون Btu) برق تولید شده از نیروگاههای هسته ای و برق آبی را استفاده کرده است.

 

 

"بنام خداوند بزرگ"

ردپای محیط زیستی انسان در مصرف انرژی:

در سال 2003 میلادی هر شهروند متوسط امریکائی در حدود 25 بشکه 220 لیتری نفت(معادل 2.146 میلیون Btu)، 76000 فوت مکعب(معادل 1.78 میلیون Btu) گاز طبیعی، 4.3 متریک تن ذغال سنگ(معادل 6.75 میلیون Btu) و 3500 کیلو وات ساعت(معادل 12 میلیون Btu) برق تولید شده از نیروگاههای هسته ای و برق آبی را استفاده کرده است.

مقادیر انرژی استفاده شده در سال میلادی فوق توسط  هر امریکائی، بسیار فراتر از میزانی است که در همان سال توسط یک شهروند ملت دیگر استفاده شده است.

بعنوان مثال: هر شهروند آلمانی در سال 2003 میلادی، مقدار 12 بشکه نفت (معادل 68 میلیون Btu)، 39000 فوت مکعب (معادل 3.41 میلیون Btu )گاز طبیعی، 3 تن ذغال سنگ (معادل 2.67 میلیون Btu) و 2300 کیلووات ساعت (معادل 4.7 میلیون Btu) برق تولید شده توسط نیروگاههای هسته ای و برق آبی را مورد استفاده قرار داده است.

در صورتیکه در ژاپن(Japan) هر شهروند، در حدود 16 بشکه نفت (معادل 5.92 میلیون Btu)، 24000 فوت مکعب (معادل 6.24 میلیون Btu) گاز طبیعی، 3.1 تن ذغال سنگ (معادل 22 میلیون Btu) و 2700 کیلووات ساعت (معادل 1/9 میلیون Btu) برق تولید  از نیروگاههای هسته ای  و برق آبی را مورد استفاده قرار داده است.

یکی از مهمترین دلایلی که ملتها، انرژی بیشتری را مورد استفاده قرار می دهند، در واقع، داشتن درآمد بالا(high income) است.

البته بالا بودن درآمد همیشه بدین معنی نیست که میزان مصرف انرژی نیز بالاست.

بعنوان مثال در سال 2003 درآمد هر آلمانی و هر ژاپنی در حدود 25 درصد کمتر از درآمد هر آمریکائی بود ولی مصرف انرژی هر آلمانی در همان سال 41 درصد کمتر از مصرف انرژی هر آمریکائی بود و مصرف انرژی هر ژاپنی 51 درصد کمتر از مصرف انرژی هر امریکائی بود.

دلیل دیگر مصرف بالای انرژی در کشور امریکا، در واقع کارائی پائین انرژی است، بعنوان مثال:

خودروهای شاسی بلند امریکائی (SUVs) در هر 15 مایل، یک گالن انرژی(بنزین)مصرف می کنند، و در نتیجه کارائی کلی انرژی ناوگان حمل و نقل این کشور را پائین می آورند.

در صورتیکه این موضوع در کشورهائی همچون آلمان و ژاپن وضعیت بهتری دارد.

 

محاسبه ردپای محیط زیستی:

برای انجام این مهم استفاده مستقیم از ذغال سنگ، نفت و سایر روغن های گرم کننده، گاز طبیعی و برق را باید محاسبه نمائید، فرض کنید در یک ماه 12 گالن بنزین، 27 گالن انواع سوخت های خانگی نفت و غیره، 7400 فوت مکعب گاز طبیعی و 270 کیلووات ساعت برق خریداری کرده و در طول ماه به مصرف رسانیده اید.

لذا، محاسبه میزان کل انرژی مصرفی شما در طول ماه بقرار ذیل است:

1) Gasoline = 1.5 million Btu = 12 gal × 125000 Btu/gal

2) Heating oil = 3.75 million Btu = 27 gal × 139000 Btu/gal

3) Natural gas = 7.5 million Btu = 7400 ft³ × 1030 Btu/gal

4) Monthly total = 13.65 million Btu

جدول محتوای انرژتیک انواع سوخت

 

 

برای محاسبه مصرف انرژی اولیه (primary energy consumption) خودتان، در ماه می توانید با استفاده از Btu سوخت استفاده شده برای تولید یک کیلووات ساعت انرژی برق که با توجه به سوخت نیروگاه مورد استفاده قرار گرفته است، از جداولی که از وزارت نیرو دریافت می کنید، محاسبات را انجام دهید.

بعنوان مثال: اگر در ماساچوست(massaehusetts) امریکا زندگی می کنید، محاسبه مربوط مقدار سوخت فسیلی اولیه برای تولید 270 کیلووات ساعت انرژی  را بشرح ذیل انجام دهید.

جدول Btuسوخت استفاده شده برای تولید یک کیلووات برق در ماساچوست

 

1- Coal → 1.6 million Btu = 270 kwhrs × 5990 Btu/kwh

2- Oil → 0.8 million Btu = 270 kilowatt – hours × 2803 Btu/kilowatt- hours.

3- Naturol gas → 0.05 million Btu = 270 kilowatt – hours × 184 Btu/kilowatt- hour.

4- Monthly total = 2.45 million Btu.

البته همه انرژی مصرفی شما که در شکل برق استفاده می کنید، ممکن است از سوخت های فسیلی تولید نشده باشد.

لذا، شما مجبورید انرژیهای تولیدی احتمالی از نیروگاههای برق آبی و هسته ای هم اگر در کشورتان موجود است را، محاسبه نمائید.

 

 

 

برای محاسبه استفاده های مستقیم شما از انرژی، باید مقادیر استفاده شده از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی را بصورت مستقیم با هم جمع نمائید.

یعنی مقدار ذغال سنگ، گاز و نفت را که برای تولید برق مصرف کردهاید، جمع نمائید و سپس انرژی ناشی از نیروگاههای هسته ای و برق آبی را اگر استفاده کرده اید به جمع قبلی اضافه نمائید.

بعنوان مثال: حاصل جمع استفاده های ماهانه یک نفر از انرژی در شهر ماساچوست بقرار ذیل است:

m1.5+ 3.75 + 7.5 m + 0.9 m = 13.65 Btu مصرف انرژی ماهانه

13.65 + 2.45Btu  مصرف انرژی اولیه = 16.10m Btu مصرف کل در یک ماه

16000000Btu ÷ 3400 = 4705 ÷ 1000 = 4.705 MWHs.

 

با توجه به محاسبات فوق یک فرد معمولی امریکائی در ماه به میزان 4.705 مگاوات از انرژی محیط زیست را مورد استفاده قرار می دهد.

مهمتر اینکه میزان انرژی فوق شامل انرژیهای استفاده شده برای تولید کالاهای غیر انرژتیک را که شما خریداری کرده اید، نمی شود و برای تخمین این مقدار انرژی، باید ارزش ریالی کالاها و خدمات غیر انرژتیک را در شدت مصرف انرژی همان کالا ضرب نموده و عدد مربوط را بدست آورید.

 

 

جدول شدت انرژی کالاها و خدمات غیر انرژتیک بر حسب 1000 بی تی یو برای هر دلار

 

بعنوان مثال: اگر شما یک کفش به ارزش تقریبی 30 دلار خریداری نموده اید، این کفش در طبقه کالاهای مصرفی کم دوام قرار گرفته و از انرژی مخصوصی برخوردار است.

طبق جدول  فوق هر دلار صرف شده برای تهیه این کالا بشرح ذیل محاسبه می گردد.

30 × 6.11 × 1000 ÷ 3400 ÷ 1000 = 0.053نفت و سایر مواد نفتی

30 × 2.52 × 1000 ÷ 3400 ÷ 1000 = 0.022 mwh/ گاز طبیعی

30 × 5.65 × 1000 ÷ 3400 ÷ 1000 = 0.049 mwh / برق

جمعاً به میزان 167 کیلووات ساعت انرژی نیز برای سایر مصارف ماهانه در ارتباط خریدهای موردی نیز مصرف می گردد.

 

تفسیر ردپای محیط زیستی در مصرف انرژی:

با توجه به محاسبه فوق ، مصرف ماهانه انرژی یک نفر  در ماساچوست امریکا 4.705 مگاوات ساعت برآورد شده است و مصرف سالانه یک فرد در سیاره زمین .

مصرف معادل 56 مگاوات انرژی در سال برای یک فرد با درآمد بالا در کشور امریکا، نشانگر چنگ اندازی وسیع بر دارائیهای انرژتیک محیط زیست است، مسلماً افراد متوسط سیاره زمین و کسانیکه از فقر رنج می برند، از این مقدار استفاده بی بهره اند و لذا، خطر بسیار مهمی که منابع انرژی سیاره زمین را تهدید می کند، مصارف بیش از حد، افراد ثروتمند از انرژی است.

برای اینکه عدالت اکولوژیکی و محیط زیستی در ارتباط مصرف انرژی در سیاره زمین برقرار گردد، لازم است با تدوین قوانین محکم،مصرف بهینه انرژی هر فرد در سیاره زمین با توجه به عملیات حفاظت پایدار از محیط زیستِ، تعیین گردد و متخلفین از میزان تعیین شده مصرف، بشدت مجازات و برای حفاظت پایدار انرژی، عدم دست رسی به انرژی بی حد و حصر، یکی از مکانیزمهای بازدارنده مصرف، محسوب گردد.

البته کشورهای زیادی وجود دارند که در مصرف انرژی بسیار خوب ظاهر گشته اند، بعنوان مثال: چین که کشوری در حال توسعه است، در سال 2003 میلادی هر شهروند چینی در حدود 105 بشکه نفت معادل 9.5 میلیون بی تی یو، 993 فوت مکعب معادل 0.9 میلیون Btuگاز طبیعی، 105 متریک تن (23 میلیون Btu) ذغال سنگ و 244 کیلووات ساعت(0.8 میلیونBtu) برق، استفاده نمود.

اعداد فوق در مقایسه با مصرف یک ژاپنی و یا یک امریکائی و آلمانی، فوق العاده پائین است، این موضوع بدین معنی است که شهروندان کشورها با سیاست های معقول و محیط زیستی دولت مردانشان می توانند، مصرف انرژی را بطرز شگفت آوری کاهش دهند.

آنچه در این قضیه مسلم است، ارتقاء آگاهیهای محیط زیستی شهروندان در خصوص اهمیت مصرف درست و به هنگام انرژی می باشد.

در صورتیکه ساکنان انسانی سیاره زمین، ردپای محیط زیستی خود را در مصرف انرژِی کاهش دهند، این سیاره می تواند برای مدتی نامعلوم به حیات پایدار خود ادامه دهد و در غیر این صورت انقراض زودرس در انتظار آن خواهد بود.

ردپای محیط زیستی انسان در انرژیهای تجدید پذیر:

در مبحث مربوط ردپای محیط زیستی انسان در مصرف سوخت های فسیلی غیر قابل تجدید توضیح دادیم که مقدار ماهانه این مصرف چقدر است و از آنجائیکه سوخت های فسیلی تمام شدنی هستند، لذا با پیشرفت زمان این نوع انرژِی، پس رفت خواهد داشت و در آینده نزدیک به اتمام می رسد.

انسان ناگزیر است ، جایگزینی مناسب برای آن پیدا کند، لذا، انرژیهای تجدید پذیر، از جایگاه بسیار با ارزشی برای جایگزینی برخوردارند.

انرژی های تجدید پذیر علاوه بر اینکه از آلودگی های بیش از حد محیط زیستی جلوگیری می کنند، دست رسی به منابع آنها نیز سهل الوصول تر است، بعنوان مثال:

اتانول(Ethanol) می تواند جایگزین بسیار مناسبی برای سوخت های مایع باشد.

برای تهیه اتانول، زمین کشاورزی حاصل خیز برای رشد و تولید بیوماس قابل تبدیل به اتانول زیر کشت رفته و محصول برداشتی تبدیل به روغن گیاهی قابل سوخت می گردد.

برای محاسبه ردپای محیط زیستی در تهیه مقدار اتانول مورد نیاز، ابتدا مقدار مصرف ماهانه سوخت های مایع را بدست می آوریم و سپس آنرا تبدیل به Btu می نمائیم.

فرض کنید یک شهروند متوسط در یکی از کشورهای اروپائی ماهانه 27 گالن مواد نفتی که معادل 1.5 میلیون Btu است را مصرف می نماید. لذا داریم:

1) 27 × 139000 = 1.5 Btu با توجه به اینکه یک گالن بنزین معادل 139000 بی تی یو است.

2) 1.5 × 1 gallon ÷ 130000 Btu = 11.5 gallonبنزین

یک گالن بنزین معادل 130000بی تی یو معادل یک گالن اتانول معادل 76000 بی تی یو است.

3) گالن اتانول مود نیاز = 11.5 gall petrol × 1.64 gal ethanol ÷ gal petral = 19 gallonاتانول برای جایگزین) 11.5( بنزین نیاز است.

برای تهیه 19 گالن اتانول از ذرت با توجه به اینکه هر پیمانه ذرت معادل 2.5 گالن اتانول تولید می کند داریم: 47.5 = 2.5 × 19

لذا احتیاج به 47.5 پیمانه ذرت برای تهیه 19 گالن اتانول داریم.

 

برای تبدیل مقدار ذرت استفاده شده برای تولید اتانول به چند متر مربع زمین کشاورزی نیاز داریم.

با توجه به اینکه در هر آکر(acre) 110 پیمانه ذرت بدست می آید، لذا داریم:

زمین کشاورزی مورد نیاز = 110 × 0.0091 = 1.001 acre = 0.405 hectares.

لذا برای جایگزین کردن 11.5 گالن بنزین برای سوخت فسیلی نیاز به کشت 110  پیمانه  ذرت و به مقدار نیم هکتار زمین کشاورزی که 19 گالن اتانول تولید می کند را داریم.

مواد نفتی بر پایه گیاه، علی رغم اینکه هزینه بر می باشد، دارای مزیتهای فراوانی نیز است، عدم آلودگی ، حفظ محیط زیست و  سلامتی ساکنان کره زمین را بهمراه دارد.

بعنوان نمونه، برای تبدیل مواد نفتی و سایر اشکال انرژی به استفاده از سرزمین این سئوال مطرح می شود که اگر بخواهیم سوخت های فسیلی غیر قابل تجدید را با یک سوخت تجدید پذیر از قبیل توده زنده جایگزین نمائیم به چند متر مربع زمین برای تولید محصولات روغنی احتیاج داریم.

بعنوان مثال: بر اساس محاسباتی که در خصوص انرژی انجام دادیم، کل انرژی محاسبه شده را که به Btu بدست آوردیم با ضرب به 0.25 آنرا به کیلو کالری تبدیل می کنیم.

مصرف انرژی ماهانه یک فرد اروپائی 16000000 Btu × 0.25 kcals = 4000000 kcals/month ÷ 3.6 = 1000000 kcal/gram of carbon ÷ 701.92 = 1424 m² زمین مورد نیاز برای تولید انرژی

)1 million gram carbon/701.92 gram carbon/m²/year(

برای محاسبه زمین کشاورزی مورد نیاز برای حذف دی اکسید کربن(CO₂) انتشار یافته در اتمسفر، نیز با یاد آوری اینکه تولید خالص اولیه(NPP) مقدار اضافی فتوسنتز را نسبت به تنفس سلولی و بر اساس معادلات ذیل:

1) 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

2) C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energy

 

محاسبه میگردد، لذا بر طبق معادلات فوق تولید اولیه خالص(NPP) مقدار دی اکسید کربن حذف شده را توسط گیاهان ازاتمسفر نشان می دهد.

اگر مقدار کل دی اکسید کربن انتشار یافته در اتمسفر را بر میزان تولید اولیه خالص زیست بوم  محلی خودمان تقسیم نمائید، مقدار زمین کشاورزی مورد نیاز برای حذف دی اکسید کربن ناشی از سوخت های فسیلی که در اتمسفر انتشار یافته است، بدست می آید.

بعنوان مثال: در سال 2005 هر امریکائی در حدود 20 متریک تن دی اکسید کربن در فضا انتشار داد.

از تناژ فوق 27% آن کربن است(وزن اتمی کربن در حدود 12 است و وزن اتمی اکسیژن 16 می باشد).

لذا یک مولکول دی اکسید کربن وزن اتمی 44 را بخود اختصاص می دهد، (12+16+16=44) که از این 44 تا 12 آن کربن است. لذا داریم:

(CO₂) 20 metric tone × 0.27 = 5.5 tone carbon

بدین ترتیب انتشار سالیانه 5.5 تن کربن معادل5.5 میلیون گرم کربن است(1000 گرم یک کیلوگرم و 1000 کیلوگرم معادل یک تن)

بر اساس محاسبات قبلی یک زیست بوم جنگل نواحی معتدل، تولید اولیه خالصی برابر با701.92 grams carbon/m²/year دارد.

جنگل نواحی معتدل 5.5 million gram carbon ÷ 701.92 grams carbon =7836 m²

بدین ترتیب برای حذف مقدار 5.5 تن کربن جمعاً به میزان 7836 متر مربع زیست بوم جنگل نواحی معتدل نیاز است تا در طول یک سال گاز گلخانه CO₂ انتشار یافته، جذب گردد.

تفسیر ردپای اکولوژیکی/ اثر انسان بر محیط زیست:

متراژ زمین مورد استفاده برای تولید اولیه خالص، زمین کشاورزی برای تولید انرژی جایگزین و نهایتاً متراژ زمین های جنگل برای جدب گاز دی اکسید کربن همگی از واقعیتی برخوردارند و آن اینکه، مجموعه اثرات فعالیت های انسانی را بر محیط زیست آشکار می سازند.

بخوبی میزان زمین های حاصل خیز کشاورزی را برای تولید اولیه خالص همراه با اعداد و ارقام مربوط به هر زیست بوم معین می نمایند.

لذا برای بهره وری کامل از هر زیست بوم باید با توجه به عملیات حفاظت پایدار، اقدامات لازم را انجام داد و برای جایگزین کردن انرژی بر پایه کشاورزی، شاید این موضوع از نظر محیط زیستی، از معنی کاملی برخوردار نباشد، ولی برای رهائی از یک وحشت بزرگ (تمام شدن سوخت های فسیلی) می تواند بصورت مقطعی کارساز باشد.

 

در خصوص حفظ جنگل ها برای جذب CO2 نیز اهمیت  موضوع بر کسی پوشیده نیست، لذا تجدید حیات جنگل در تعادل گرمائی سیاره زمین بسیار مهم تلقی می گردد.