گازهای گلخانه ای و ویژگی های آنها

گازهای گلخانه ‌ای به گازهایی گفته می ‌شود که گرما را در جذب و اتمسفر به دام می اندازند. الزاماً انواع گاز گلخانه ‌ای در گلخانه ها تولید نمی شوند، اما به دلیل اینکه در اثر تجمع، حالتی مانند گلخانه را به وجود می‌آورند به این نام خوانده می شوند.

در این مطلب به طور اختصاصی تصمیم داریم درباره انتشار و حذف گازهای اصلی گلخانه‌ ای در جو و اتمسفر بپردازیم. گازها جزئی از آلاینده های هوا به شمار می‌روند و در کنار ترکیبات کربن دار مورد توجه قرار گرفته‌ اند.

 یکی از مهمترین گازهای گلخانه‌ ای، کربن دی اکسید است. این ترکیب با فرمول CO2 نمایش داده می شود. دی اکسید کربن از طریق سوختن سوخت های فسیلی شامل زغال سنگt گاز طبیعیt مواد زائد جامد سوختن درختان و سایر مواد بیولوژیکی و همچنین در نتیجه برخی از واکنش های شیمیایی وارد جو می شود.

 گاز گلخانه ای کربن دی اکسید به عنوان بخشی از چرخه کربن از طریق گیاهان در یک فرآیند بیولوژیکی جذب می شود. این فرآیند به حذف کربن دی اکسید از اتمسفر کمک می کند.

یکی دیگر از انواع گاز گلخانه ای گاز متان است. متان یک هیدروکربن ساده تک کربنه است که با فرمول CH4 نمایش داده می شود.

گاز متان هنگام تولید یا حمل و نقل زغال سنگ و گاز طبیعی منتشر می‌شود. منابع دیگر تولید گاز متان از دام یا روش های کشاورزی، از بین بردن زباله های آلی در محل دفن زباله جامد شهری حاصل می شود.

 اکسید نیتروژن یکی دیگر از گازهای گلخانه‌ای است که معمولاً با فرمول N2O نمایش داده می شود.

اکسید نیتروژن در حین فعالیت های کشاورزی، فعالیت ‌های صنعتی و احتراق سوخت های فسیلی، دفع ضایعات جامد و تصفیه فاضلاب منتشر می شود.

آخرین گروه از گازهای گلخانه ‌ای که حائز اهمیت هستند به گاز های فلوئوریزه یا گاز فلوئور دار شهرت دارند. ترکیباتی نظیر هیدرو فلوروکربن ها، پرفلوئورکربن ها، هگزا فلوئورید گوگرد و تری فلورید نیتروژن، از جمله گاز گلخانه ‌ای مصنوعی اما قدرتمند هستند که در فرایندهای مختلف صنعتی تولید می‌ شوند.

از گازهای فلوئور شده به عنوان جایگزین مواد تخریب کننده اوزون در استراتوسفر استفاده می شود.

مواد تخریب کننده اوزون در استراتوسفر شامل ترکیبات کلروفلوروکربن ها، هیدروکلروفلوروکربن ها و ترکیبات هالوژن دار هستند. 

اگرچه این گازها در مقادیر کم منتشر می شوند اما از آن جایی که گاز گلخانه‌ ای قوی هستند، به عنوان گازهای اصلی در پدیده گرم شدن جهانی دسته بندی می شوند.

 مقاله پیشنهادی همیار گلخانه: کودهای شیمیایی برای گلخانه ها

 

گازهای گلخانه‌ ای چقدر در اتمسفر باقی می مانند؟

 

غلظت یا فراوانی گازهای گلخانه ‌ای، مقدار یک گاز خاص را در هوا نشان می‌ دهد. هر چه گاز گلخانه‌ای بیشتر در جو منتشر شود، منجر به غلظت بالاتر همان گاز در اتمسفر خواهد شد.

به طور متداول، غلظت گاز گلخانه ‌ای بر حسب قسمت در میلیون اندازه‌ گیری می‌شود که آن را با واحد ppm  نشان می دهند. معیار دیگری برای سنجش مقدار گاز گلخانه ای در جو شامل قسمت در بیلیون است که آن را با واحد ppb نشان می دهند.

عوامل مختلفی، غلظت گاز گلخانه ای در اتمسفر را کاهش یا افزایش می دهند. پرداختن به غلظت این گازها به یک بحث جدا نیاز دارد و آن را در مقالات آینده بررسی خواهیم کرد.

یکی از مهمترین سوالاتی که در مورد گازهای گلخانه ای وجود دارد این است که غلظت کم یا زیاد گازها چقدر در جو باقی می‌ ماند؟! این مسئله به یکی از مسائل مهم زیست محیطی تبدیل شده است.

هر یک از انواع گاز گلخانه ‌ای برای مدت متفاوتی در اتمسفر باقی می مانند. این مدت می‌تواند از چند سال تا چند هزار سال طول بکشد. یک گاز گلخانه‌ای به اندازه کافی در جو باقی می ماند تا با سایر گازها مخلوط شود. این شرایط، بسته به منبع تولید گاز آلاینده، متفاوت خواهد بود.

با توجه به توضیح فوق، ممکن است در یک منطقه، غلظت و تراکم گاز گلخانه ‌ای بسیار زیاد باشد اما در منطقه دیگر به دلیل رقیق بودن هوا، انتشار گازها کمتر اتفاق بیفتد.

به طور کلی، انتشار گاز گلخانه ‌ای، اثر منفی بر جو و اتمسفر زمین دارد. برخی از گازها در گرم تر شدن کره زمین موثرترند؛ به عبارت ساده تر، یک لایه ضخیم تر را در بالای جو به وجود می‌آورند.

 برای هر کدام از انواع گازهای گلخانه ‌ای یک معیار با نام پتانسیل گرم شدن کره زمین محاسبه شده که آن را با نام اختصاری GWP نمایش می دهند. این پارامتر نشان می دهد به طور متوسط، گاز گلخانه‌ای چه مدت در جو باقی مانده است و چقدر انرژی را به خود جذب کرده است.

گازهایی که عدد GWP بالاتری داشته باشند، یعنی انرژی بیشتری را جذب می کنند، بنابراین در گرم شدن زمین نقش بسزایی دارند.

 

 آشنایی با مهمترین گازهای گلخانه‌ای

 

1-  گاز کربن دی اکسید

پتانسیل گرم شدن کره زمین (100 ساله): GWP = 1

دی اکسید کربن (CO2)، گاز اصلی گلخانه ای است که از طریق فعالیت های انسانی منتشر می شود. در سال 2019، دی اکسید کربن حدود 80 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده را از فعالیت های انسانی به خود اختصاص داده است.گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

دی اکسید کربن به عنوان بخشی از چرخه کربن در زمین (گردش طبیعی کربن در میان جو، اقیانوس ها، خاک، گیاهان و حیوانات) به طور طبیعی در جو وجود دارد. فعالیت های انسانی با افزودن دی اکسید کربن بیشتر به جو، در حال تغییر چرخه کربن است.

در حالی که انتشار دی اکسید کربن از منابع طبیعی مختلف حاصل می شود، تولید آن مربوط به انسان مسئول افزایش فزاینده ای است که از زمان انقلاب صنعتی در جو رخ داده است.

اصلی ترین فعالیت انسانی که دی اکسید کربن منتشر می کند، احتراق سوخت های فسیلی (ذغال سنگ، گاز طبیعی و نفت) برای انرژی و حمل و نقل است. اگرچه برخی فرآیندهای صنعتی و تغییرات کاربری زمین نیز این گاز را منتشر می کند.

احتراق سوخت های فسیلی مانند بنزین و گازوئیل برای حمل و نقل مردم و کالاها بزرگترین منبع انتشار دی اکسید کربن در سال 2019 بود که حدود 35 درصد از کل انتشار این گاز را در ایالات متحده و 28 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده را تشکیل می دهد.

این گروه شامل منابع حمل و نقل مانند وسایل نقلیه بزرگراهی و مسافری، سفر هوایی، حمل و نقل دریایی و ریلی است.

برق، منبع قابل توجهی از انرژی در کشورها است و برای تأمین انرژی خانه ها، مشاغل و صنایع استفاده می شود. در سال 2019، احتراق سوخت های فسیلی برای تولید برق، دومین منبع بزرگ انتشار دی اکسید کربن در کشور بود که حدود 31 درصد از کل انتشار CO2 ایالات متحده و 24 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای را تشکیل می داد.

انواع سوخت های فسیلی مورد استفاده برای تولید برق مقادیر مختلف کربن دی اکسید را از خود ساطع می کنند. برای تولید مقدار مشخصی برق، سوختن ذغال سنگ، دی اکسید کربن بیشتر از گاز طبیعی یا روغن تولید می کند.

بسیاری از فرایندهای صنعتی از طریق مصرف سوخت فسیلی، دی اکسید کربن منتشر می کنند. چندین فرآیند از طریق واکنش های شیمیایی که شامل احتراق نیستند، این گاز گلخانه ای را تولید می کنند.گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

از جمله این موارد می توان به تولید محصولات معدنی مانند سیمان، تولید فلزاتی مانند آهن و فولاد و تولید مواد شیمیایی اشاره کرد.

احتراق سوخت فسیلی حاصل از فرآیندهای مختلف صنعتی حدود 16 درصد از کل انتشار CO2 در ایالات متحده و 13 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده در سال 2019 را تشکیل می دهد.

بسیاری از فرآیندهای صنعتی نیز از برق استفاده می کنند و بنابراین به طور غیر مستقیم منجر به انتشار دی اکسید کربن از تولید برق می شوند.

دی اکسید کربن به طور مداوم در میان جو، اقیانوس و سطح زمین رد و بدل می شود، زیرا توسط بسیاری از میکروارگانیسم ها، گیاهان و حیوانات تولید و جذب می شود.

از زمان آغاز انقلاب صنعتی در حدود سال 1750، فعالیت های انسانی با افزودن دی اکسید کربن و سایر گازهای گرماگیر به جو، به طور قابل ملاحظه ای به تغییرات آب و هوایی کمک کرده است.گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

 

2- گاز متان

طول عمر در جو: 12 سال

پتانسیل گرم شدن کره زمین (100 ساله): GWP = 251

در سال 2019، متان حدود 10 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده از فعالیت های انسانی را به خود اختصاص داده است.

فعالیت های انسانی منتشر کننده متان شامل نشتی از سیستم های گاز طبیعی و پرورش دام می باشد. همچنین متان توسط منابع طبیعی مانند تالاب های طبیعی تولید می شود.

علاوه بر این، فرآیندهای طبیعی در خاک و واکنش های شیمیایی موجود در جو به حذف متان از جو کمک می کند. طول عمر متان در جو بسیار کمتر از دی اکسید کربن است، اما متان در به دام انداختن تابش نسبت به کربن دی اکسید، کارآمدتر است.

در سطح جهان، 50-65 درصد از کل انتشار گاز متان، از فعالیت های انسانی حاصل می شود.

دام های اهلی مانند گاو، گوسفند و بز، متان را به عنوان بخشی از روند هضم طبیعی تولید می کنند. همچنین وقتی کود حیوانی در تالاب ها یا مخازن نگهداری شده ذخیره یا مدیریت شود، متان تولید می شود.

هنگامی که فعالیت های دام و کود دامی ترکیب می شود، بخش کشاورزی، بزرگترین منبع انتشار متان در ایالات متحده به شمار می رود.

اگرچه نشان داده نشده و از اهمیت کمتری برخوردار است، تولید گازهای گلخانه ای متان همچنین در نتیجه کاربری اراضی و فعالیت های مدیریت اراضی در بخش استفاده از زمین، تغییر کاربری زمین و بخش جنگلداری اتفاق می افتد (= به عنوان مثال، آتش سوزی در جنگل ها و مراتع، تجزیه مواد آلی در تالاب های ساحلی و غیره).

انرژی و صنعت، سیستم های گاز طبیعی و نفت، دومین منبع بزرگ تولید گازهای گلخانه ای در ایالات متحده هستند. متان جزء اصلی گاز طبیعی است.

در هنگام تولید، فرآوری، ذخیره سازی، انتقال و توزیع گاز طبیعی و تولید، تصفیه، حمل و نقل و ذخیره سازی نفت خام، متان به جو منتقل می شود. استخراج زغال سنگ همچنین منبع انتشار متان است.

با تجزیه زباله و تصفیه فاضلاب، متان در محل های دفن زباله تولید می شود. محل دفن زباله ،سومین منبع بزرگ انتشار گازهای متان در ایالات متحده است. متان همچنین از تصفیه فاضلاب خانگی و صنعتی و از کمپوست و هضم بی هوازی تولید می شود.

همچنین متان از تعدادی از منابع طبیعی نیز منتشر می شود. تالاب های طبیعی بزرگ ترین منبع هستند که متان را از باکتری هایی که در غیاب اکسیژن، مواد آلی را تجزیه می کنند، منتشر می کنند. منابع کوچکتر شامل فعالیت موریانه ها، اقیانوس ها، رسوبات، آتشفشان ها و آتش سوزی است.

 

3- گاز اکسید نیتروژن

طول عمر در جو: 114 سال

پتانسیل گرم شدن کره زمین (100 ساله): GWP= 2981

در سال 2019، اکسید نیتروژن حدود 7 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده را از فعالیت های انسانی تشکیل می دهد.

فعالیتهای انسانی مانند کشاورزی، احتراق سوخت، مدیریت فاضلاب و فرآیندهای صنعتی باعث افزایش مقدار اکسید نیتروژن در جو می شود.

اکسید نیتروژن نیز به عنوان بخشی از چرخه نیتروژن زمین به طور طبیعی در جو وجود دارد و دارای منابع طبیعی متنوعی است. مولکول های اکسید نیتروژن به طور متوسط ​​114 سال در جو باقی می مانند قبل از اینکه خارج شوند یا در اثر واکنش های شیمیایی تخریب شوند.

در سطح جهان، حدود 40 درصد از کل اکسید نیتروژن منتشر شده، از فعالیت های انسانی حاصل می شود. اکسید نیتروژن از کشاورزی، کاربری زمین، حمل و نقل، صنعت و سایر فعالیت ها منتشر می شود که در زیر شرح داده شده است.

اکسید نیتروژن می تواند از فعالیت های مختلف مدیریت خاک کشاورزی، مانند استفاده از کودهای مصنوعی و آلی و سایر روش های زراعی، مدیریت کود، یا سوزاندن پسماند کشاورزی حاصل شود.

مدیریت خاک کشاورزی بزرگترین منبع انتشار اکسید نیتروژن در ایالات متحده است که حدود 75 درصد از کل انتشار اکسید نیتروژن را در سال 2019 تشکیل می دهد.

اگرچه نشان داده نشده و کمتر قابل توجه است، انتشار اکسید نیتروژن نیز در نتیجه استفاده از زمین و فعالیت های مدیریت زمین رخ می دهد.

در بخش استفاده از زمین، تغییر کاربری زمین و جنگلداری (به عنوان مثال آتش سوزی در جنگل ها و زمین های چمنزار، استفاده از کودهای ازت مصنوعی در خاک های شهری (به عنوان مثال، چمن ها، زمین های گلف) و زمین های جنگلی و غیره، باعث انتشار این گاز می شوند.

احتراق سوخت، اکسید نیتروژن تولید می کند. مقدار اکسید نیتروژن ساطع شده از سوختن سوخت ها به نوع فن آوری سوخت و احتراق، نگهداری و عملکرد آن بستگی دارد.

اکسید نیتروژن به عنوان یک محصول جانبی در طی تولید مواد شیمیایی مانند اسید نیتریک که برای تولید کود تجاری مصنوعی استفاده می شود، تولید می گردد. این ترکیب در تولید اسید آدیپیک که برای ساخت الیاف مانند نایلون و سایر محصولات مصنوعی استفاده می شود، کاربرد دارد.

اکسید نیتروژن همچنین از تصفیه فاضلاب خانگی در حین نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون نیتروژن موجود، معمولاً به صورت اوره، آمونیاک و پروتئین ها تولید می شود.

انتشار اکسید نیتروژن به طور طبیعی از طریق بسیاری از منابع مرتبط با چرخه نیتروژن که گردش طبیعی نیتروژن در جو، گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم هایی است که در خاک و آب زندگی می کنند، رخ می دهد.

نیتروژن در طول چرخه نیتروژن انواع مختلف شیمیایی از جمله اکسید نیتروژن را جذب می کند. انتشار طبیعی اکسید نیتروژن عمدتاً از باکتری های تجزیه کننده نیتروژن در خاک و اقیانوس ها است.

اکسید نیتروژن وقتی از جو خارج می شود که توسط انواع خاصی از باکتری ها جذب شده یا توسط اشعه ماورا بنفش یا واکنش های شیمیایی از بین برود.

گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

4- انتشار گازهای فلوئوره شده

HFC ، PFC ، NF3، SF6

Hydrofluorocarbons, perfluorocarbons, sulfur hexafluoride, nitrogen trifluoride

طول عمر در جو:

• HFC: تا 270 سال
• PFC:  تا 2،600-50،000 سال
• NF3: تا 740 سال
• SF6: تا 3200 سال

پتانسیل گرم شدن کره زمین (100 ساله): GWP = 1

• HFC: حداکثر 14،800
• PFC: حداکثر تا 12200
• NF3: حداکثر 172000
• SF6: حداکثر 22800

برخلاف بسیاری از گازهای گلخانه ای دیگر، گازهای فلوئوره، منبع طبیعی ندارند و فقط از فعالیت های مربوط به انسان ناشی می شوند.

آنها از طریق استفاده به عنوان جایگزین مواد تخریب کننده ازن (به عنوان مثال مبرد) و از طریق انواع فرآیندهای صنعتی مانند تولید آلومینیوم و نیمه هادی ها منتشر می شوند.

بسیاری از گازهای فلوئوره نسبت به سایر گازهای گلخانه ای دارای پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) بسیار بالایی هستند، بنابراین غلظت های کم در جو می تواند تأثیرات نامتناسب زیادی بر دمای کره زمین داشته باشد.

آنها همچنین می توانند طول عمر طولانی داشته باشند؛ در بعضی موارد، هزاران سال طول می کشد تا از بین بروند. مانند سایر گازهای گلخانه ای با عمر طولانی، اکثر گازهای فلوئوره در جو به خوبی مخلوط شده و پس از انتشار در سراسر جهان پخش می شوند.

بسیاری از گازهای فلوئوره شده فقط هنگامی از اتمسفر خارج می شوند که در اثر تابش نور خورشید در فضای فوقانی جو از بین بروند.

به طور کلی، گازهای فلوئوره، قوی ترین و با دوام ترین نوع گازهای گلخانه ای هستند که توسط فعالیت های انسانی تولید می شوند.

چهار دسته اصلی گازهای فلوئوریزه وجود دارد: هیدروفلوروکربن (HFC)، پرفلوئورکربن (PFC)، هگزا فلوراید گوگرد (SF6) و تری فلوئورید نیتروژن (NF3).

در بخش زیر، بزرگ ترین منابع انتشار گازهای فلوئور شده شرح داده شده است.

جایگزین مواد از بین برنده ازن: هیدروفلوروکربن ها به عنوان مبرد، پیشران های آئروسل، عوامل دمنده کف، حلال ها و بازدارنده های آتش استفاده می شوند.

منبع اصلی انتشار این ترکیبات استفاده از آنها به عنوان مبرد است. به عنوان مثال، در سیستم های تهویه هوا در وسایل نقلیه و ساختمان ها.

این مواد شیمیایی به عنوان جایگزینی برای کلروفلوئوروکربن ها (CFC ها) و هیدروکلرو فلوروکربن ها (HCFC ها) ساخته شده اند، زیرا لایه ازن استراتوسفر را تخلیه نمی کنند.

کلروفلوئوروکربن ها و HCFC ها تحت یک توافق نامه بین المللی، به نام پروتکل مونترال، از رده خارج می شوند. HFC ها گازهای گلخانه ای قوی با GWP بالا هستند و طی فرآیندهای تولید و از طریق نشت، سرویس و دفع تجهیزات مورد استفاده در جو آزاد می شوند.

هیدروفلوئورو اولفین های تازه توسعه یافته (HFO) زیرمجموعه ای از HFC ها هستند و با عمر کوتاه جوی و GWP پایین تر مشخص می شوند.

HFO ها در حال حاضر به عنوان مبردها، پیشرانه های آئروسل و عوامل دمنده کف معرفی می شوند.

پرفلوروکربن ها به عنوان محصول جانبی تولید آلومینیوم تولید می شوند و در ساخت نیمه هادی ها مورد استفاده قرار می گیرند.

PFC ها عموماً دارای طول عمر طولانی در جو و GWP نزدیک به 10000 هستند. از هگزافلوراید گوگرد در فرآوری منیزیم و ساخت نیمه هادی و همچنین از یک گاز ردیاب برای تشخیص نشت استفاده می شود. 23 HFC- به عنوان محصول جانبی تولید 22 HCFC- تولید می شود و در ساخت نیمه هادی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

از هگزافلوراید گوگرد به عنوان گاز عایق در تجهیزات انتقال برق از جمله قطع کننده های مدار استفاده می شود.

گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

گازهای گلخانه ای و اثرات آنها

سوالات متداول درباره “گازهای گلخانه ای و اثرات آنها”:

1- مهم ترین گازهای گلخانه ای چیست؟

متان – کربن دی اکسید – گازهای فلوئوره – اکسید نیتروژن

2- منبع تولید گاز متان در جو چیست؟

فعالیت های دامی – کودها – سوخت های فسیلی – تالاب ها – فعالیت های زیستی اقیانوس ها یا جانداران

3-مضرترین آلاینده های هوا از گازهای گلخانه ای کدام ترکیبات هستند؟

چهار دسته اصلی گازهای فلوئوریزه وجود دارد: هیدروفلوروکربن (HFC)، پرفلوئورکربن (PFC)، هگزا فلوراید گوگرد (SF6) و تری فلوئورید نیتروژن (NF3).

4- غلظت گاز گلخانه ای را با چه معیاری اندازه گیری می کنند؟

به طور متداول، غلظت گاز گلخانه ‌ای بر حسب قسمت در میلیون اندازه‌ گیری می‌شود که آن را با واحد ppm  نشان می دهند. معیار دیگری برای سنجش مقدار گاز گلخانه ای در جو شامل قسمت در بیلیون است که آن را با واحد ppb نشان می دهند.

5- معیار GWP در مورد گاز گلخانه ای چیست؟

برای هر کدام از انواع گازهای گلخانه ‌ای یک معیار با نام پتانسیل گرم شدن کره زمین محاسبه شده که آن را با نام اختصاری GWP نمایش می دهند. این پارامتر نشان می دهد به طور متوسط، گاز گلخانه‌ای چه مدت در جو باقی مانده است و چقدر انرژی را به خود جذب کرده است.

ترجمه تخصصی: همیار گلخانه

منبع:

https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases