مقایسه میزان آلایندگی و میزان نابودی اکسیژن هوا توسط گاز طبیعی و بنزین

دانش آموزان رشته هاي تجربي و رياضي در كلاس دهم در درس شيمي مبحث استوكيومتري را مطالعه نموده و مباحث پايه اي زير را خوانده و مسائل مختلفي را در خصوص آن حل نموده و در امتحان نهايي نيز چند سئوال در اين خصوص داشته اند. در كنكور نيز چند پرسش در اين حوزه وجود داشت. اما استوكيومتري چه مي گويد. استوكيومتري بخشي از شيمي است كه به بيان روابط كمي بين واكنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها در يك واكنش شيميايي مي‌پردازد.

حال چند پرسش ساده در اين حوزه را تجزيه و تحليل مي نمائيم كه اگر متصديان حوزه انرژي اعم از كارشناسان و مديران در كلاس دهم اين كار را مي كردند اكنون كشور با بحران ناترازي گاز و آلودگي شديد هواي شهرهاي بزرگ ناشي از مصرف بي رويه گاز مواجه نبودند.

سوختن گاز در بخاري يا موتورخانه ها يا هر محل ديگري به مفهوم واكنش بين گاز طبيعي CH4 و اكسيژن مي باشد كه فرمول آن عبارتست است

CH4 +O2 مي دهد CO2 بعلاوه آب CH4+O2→H2O+CO2 در استوكيومتري با مول سر و كار داريم و مي خواهيم بدانيم يك مول CH4 با چند مول اكسيژن واكنش مي دهد تا چند مولCO2 و چند مول آب توليد كند. 1CH⁴ + 2O² →1CO² +2H²O به اين ترتيب مشخص است كه يك مول متان با دو مول اكسيژن واكنش مي دهد و يك مول CO2 و دو مول آب حاصل خواهد شد. حال مي خواهيم بررسي كنيم كه وزن اتمي ين موازنه چگونه است يعني وقتي مثلا هزار متر مكعب گاز(حدود 72كيلوگرم) را بسوزانيم چقدر اكسيژن نياز است و چقدر CO2 توليد مي شود؟

وزن يك مول متان حدود 16گرم است و وزن دو مول اكسيژن حدود 64گرم و وزن يك مول CO2 حدود 46گرم است لذا بر اساس اين معادله 1CH⁴ + 2O² →1CO² +2H²O با سوزاندن يك مول متان(16گرم) دو مول اكسيژن (64گرم) نياز است و پس از واكنش سوختن يك مول CO2 اسيدكربنيك به وزن 46 گرم توليد مي شود.

به اين ترتيب با يك محاسبه ساده مشخص مي شود كه براي سوخت هزار متر مكعب گاز متان(720كيلوگرم) در بخاري به 2880كيلوگرم معادل 2.8تن اكسيژن نياز است. مفهوم آن اين است كه وقتي برنامه ريزي مي كنيم كل شهر تهران را گاز رساني كنيم و نتيجه آن اين است كه زمستان ها روزانه 120 ميليون متر مكعب گاز در تهران سوزانده شود بنا بر اين روزانه 345 هزار تن اكسيژن موجود در هواي تهران سوزانده و نابود مي شود( حدود 20 ال 21درصد از هوا اكسيژن است) حال بر اساس همين موازنه ساده بررسي مي نمائيم با مصرف روزانه 120 ميليون متر مكعب گاز طبيعي در شهر تهران چه ميزان CO2 توليد مي شود سوخت يك مول 16 گرم متان 46 گرم CO2 مي دهد پس با مصرف 120 ميليون متر مكعب متان روزانه 248هزار تن گاز كربنيكCO2 در هواي شهر تهران منتشر مي شود.

در موازنه فوق براي سوختن يك گرم متان 4گرم اكسيژن نياز بود و 2.75 گاز كربنيكCO2 توليد مي شود

حال بر اساس همان درس هاي شيمي كلاس دهم بررسي مي نمائيم كه كل خودرو هاي بنزين سوز شهر تهران چقدر اكسيژن مصرف مي كنند و چقدر CO2 در هوا منتشر مي نمايند.

فرمول شيميايي بنزين C8H12 است. موازنه واكنش شيميايي بنزين با اكسيژن عبارتست از

2C8H18 + 25O2 =16CO2 + 18H2O

بر اساس اين موازنه براي سوختن يك گرم بنزين، 3.5 گرم اكسيژن مصرف مي شود از طرف ديگر براي سوختن يك گرم گاز متان 4 گرم اكسيژن مصرف مي شود

با سوختن يك گرم گاز طبيعي(متان) 2.75 گرم گاز CO2 توليد مي شود اما با سوختن يك گرم بنزين حدود 3 گرم CO2 توليد مي گردد. به اين ترتيب مصرف گاز متان حجم زيادتري از اكسيژن موجود در هوا را نابود مي كند اما ميزان توليد CO2 ناشي از بنزين كمي بيشتر از گاز متان است.

با تحليل فوق مي توان ارزيابي نمود كه در مجموع گاز متان عوارض بيشتري نسبت به بنزين براي ساكنين شهر تهران و با لحاظ موقعيت جغرافيايي اين شهر واقع بين كوه ها دارد زير مصرف گاز متان دز روزهاي سرد سال 120 ميليون متر مكعب حدود 90هزار تن و جمع مصرف بنزين و گازوئيل حدود 30 هزار تن در روز است.

گاز رساني به كلان شهرها خصوصا تهران اشتباه بزرگي بود. ادامه اين اشتباه مي تواند خسارتهاي جبران ناپذيري به دنبال داشته باشد ضرورت دارد طي حداكثر 5 سال انرژي برق جايگزين گاز شود و از گاز صرفا براي پخت و پز استفاده گردد هر چند با اجاق هاي برقي نيز مي توان پخت و پز انجام داد.

در شرایط فرضی چنانچه در يك روز سرد زمستان حتي چند ساعت سطح هواي فشرده در تهران پائين بيايد و جابجايي هوا صورت نگيرد و مصرف گاز و بنزين شهر به همين منوال باشد احتمالا سطح اكسيژن هوا به زير 18 درصد مي رسد و تعداد بسيار زيادي از مردم خفه خواهند شد. اگر اكسيژن به زير 18 درصد برسد مرگ به سراغ انسان خواهد آمد. علاج واقعه قبل از وقوع بايد كرد.

پیش نیاز آزادسازی قیمت بنزین و گازوئیل

روزانه 200 میلیون لیتر و سالانه 73میلیارد لیتر بنزین و گازوئیل در ایران مصرف می شود که ارزش آن حداقل معادل 50میلیارد دلار است. اخیرا موضوع جراحی بزرگ و آزادسازی قیمت بنزین و گازوئیل مطرح شده است. قطعا هیچ گریزی از آزاد سازی قیمت این دو فرآورده وجود ندارد اما چنین تصمیم بزرگی می بایست با نهایت تدبیر و درایت انجام پذیرد. پیش نیاز های آزاد سازی مدبرانه قیمت بنزین و گازوئیل عبارتند از:

1- راه اندازی قطار سریع السیر از مشهد تا اصفهان و شیراز

2- اجرای هر چه سریعتر پروژه های ریلی با میانگین سرعت 120 کیلومتر بر ساعت.

3- اجرای سریع همه خطوط متروی تهران خصوصا خطوط 10 و 6 متروی تهران

4- تکمیل خطوط مترو در سایر کلان شهرها

5- تامین بیش از ده هزار اتوبوس مورد نیاز تهران و سایر شهرها

6- تامین حدود سه هزار واگن های مورد نیاز مترو تهران و کلان شهرها از طریق خرید واگن از داخل و خارج و اجاره واگن از چین و اروپا و سایر کشورها

7- تامین صدها هواپیمای مورد نیاز شرکتهای حمل ونقل هوایی(تعداد 200میلیون مسافر توسط خطوط هوایی ترکیه جابجا می شوند در حالی که کل خطوط هوایی ایران سالانه حدود 30 میلیون مسافر جابجا می کنند. هواپیمازمان سفر را بسیار کوتاه می کند امنیت بالا دارد و در مسیر هزار کیلومتری کمتر از نصف خودرو دو نفره بنزین مصرف می کند. )

برنامه های فوق می بایست با برنامه ریزی دقیق طی مدت پنج سال اجرائی شوند.

کل هزینه اقدامات فوق حدود 20 تا 30 میلیارد دلار خواهد بود اما اجرای این اقدامات مواهب بی نظیر زیر را به دنبال دارد:

1- بستر برای آزاد سازی قیمت بنزین و گازوئیل مهیا می گردد.

2- از کشته شدن سالانه 20 هزار نفر در سفرهای جاده ای جلوگیری می شود.

3- از قطع عضو و قطع نخاع ده ها هزار نفر در سفرهای جاده ای جلوگیری می شود.

4- از ترافیک و آلودگی هوا در شهرها جلوگیری می شود.

5- از مبتلا شدن ده ها هزار نفر به انواع بیماری های ناشی از آلودگی هوا جلوگیری می شود.

6- رضایت مندی مردم از حکومت افزایش چشمگیری خواهد یافت.

محل تامین سرمایه مورد نیاز:

1- از محل صادرات نفت و پیش فروش برخی محصولات دارای مشتری

2- از محل حذف بودجه واردات بنزین و گازوئیل

3- از محل ایجاد جذابیت و تضامین لازم برای سرمایه گذاران داخلی و خارجی

4- از محل فروش دارایی های مازاد دولت

5- از محل فروش اوراق پروژه ها با تضمین بانک مرکزی به مردم و سرمایه گذاران داخلی و خارجی

6- وام از صندوق بین المللی پول و بانک جهانی بابت پروژه هایی که منجر به کاهش آلودگی محیط زیست جهانی می شوند.

7- از محل فروش سهام شرکتهای تحت مدیریت و مالکیت دولت و حاکمیت

8- از محل پیش فروش بنزین و گازوئیل حاصل از آزاد سازی قیمت ها (سه یا پنج سال پس از اجرایی شدن پروژه های ذکر شده امکان صادرات صدها میلیون لیتر بنزین و گازوئیل وجود خواهد داشت )

9- از محل کاهش هزینه های سرسام آور دولت و کوچک کردن دولت چاق، کم تحرک و پر هزینه

10- از محل مالیات و عوارض

تحلیل علمی ریشه های آلودگی هوای تهران

بیشترین آلودگی هوای تهران مربوط به ماه های سرد سال است. دلیل چیست؟ در ماه های سرد سال روزانه صد میلیون متر مکعب گاز در تهران مصرف می شود. در شهر کرج نیز روزانه حدود 35 میلیون متر مکعب گاز مصرف می شود و باد تهران که اغلب از غرب به شرق است دود و آلودگی ناشی از سوختن گاز و سوختن بنزین و گازوئیل خودروها را به سمت تهران حرکت می دهد. روزانه حدود 35میلیون لیتر بنزین و گازوئیل در شهر تهران مصرف می شود.

میزان گازکربنیک co2 ناشی از سوختن 100میلیون متر مکعب گاز طبیعی در ساختمان های تهران در ماه های سرد حدود 200هزار تن در شبانه روز است. کل خودروهای بنزین سوز و گازوئیل سوز نیز حدود70هزار تن گاز کربنیک در هوای تهران منتشر می نمایند. به این میزان آلودگی، آلوگی که از غرب تهران به سمت تهران حرکت می کند را نیز اضافه نمائید. گاز طبیعی در ماه های سرد سال عامل اصلی آلودگی هوای تهران است. موقعیت جغرافیایی تهران با استامبول و بسیاری از شهرهای بزرگ جهان متفاوت است این شهر در حاشیه کوه های بلندقرار دارد و هوا پس از برخورد با کوه ها به سمت مرکز و شرق حرکت می کند در حالی که شهرهایی چون کراچی و استامبول و شانگهای و بسیاری از شهرهای بزرگ جهان هوا از چهار طرف شهر در تردد است و محدودیت مشابه تهران ندارند.

بر اساس محاسبات استوکیومتری با سوختن هر متر مکعب گاز متان اکسیژن بسیار زیادی از هوا جدا شده و نابود می گردد.

CH4+202=CO2+2H2O بر اساس این معادله برای سوختن هر متر مکعب گاز متان(720گرم) حدود 2.8کیلوگرم اکسیژن مورد نیاز است. لذا با سوختن 100میلیون متر مکعب گاز متان درهر شبانه روز میزان 280هزار تن اکسیژن از هوای تهران جذب و در مقابل گاز co2 حاصل از سوختن وارد هوای شهر می شود.

مساحت شهر تهران حدود 800میلیون متر مربع است فرض گیریم ارتفای هوای قابل استفاده در ماه های سرد نیز 100 متر باشد به این ترتیب کل هوای قابل استفاده شهر تهران 80میلیارد متر مکعب است. حدود 21 درصد از هوا اکسیژن است یعنی 16میلیارد متر مکعب از این هوا اکسیژن است. چنانچه 5 ماه از سال را ماه های سرد لحاظ نمائیم با لحاظ میزان اکسیژنی که هر روز می سوزانیم طی پنج ماه 42میلیون تن(حدود40 میلیارد متر مکعب) از اکسیژن هوا سوخته می شود. چنانچه اکسیژن هوا از 18 درصد کمتر شود انسانها دچار خفگی و مرگ می شوند لذا چنانچه هوای تهران مدت طولانی سرد و یخبندان باشد و باد مناسبی نوزد تا جابجایی هوا داشته باشیم ممکن است ساکنین برخی مناطق تهران با خطر کمبود اکسیژن مواجه شوند.

با توجه به توضیحات فوق مصرف گاز طبیعی و مصرف شدید بنزین و گازوئیل در شهر تهران یک مشکل معمولی نیست بلکه مشکلی است که می تواند به بحران بسیار بزرگ تبدیل شود و چنانچه هر چه سریعتر اقدامات لازم انجام نگیرد این مشکل به یکی از پر چالش ترین بحران های امنیت ملی تبدیل خواهد شد.

راهکارهای پیشنهادی:

1- طی 5 سال آینده مصرف گاز جز برای پخت و پز در تهران محدود شود

2- طی 5 سال آینده حداقل 60 درصد انرژی گرمایشی تهران از طریق برق تامین شود.

3- طی یکسال آتی بین 20 تا 30درصد مصرف انرژی گرمایشی تهران از طریق برق با گاز جایگزین شود.

4- با لحاظ توضیحات ذکر شده و همچنین نظر به اینکه تا 20 سال آینده با افت فشار میادین نفت و گاز امکان تامین گاز مورد نیاز کل کشور وجود ندارد هر چه سریعتر طی بخشنامه یا قانون مصوب مجلس، دادن انشعاب جدید گاز برای ساختمان های مسکونی تهران و همه شهره های کشور ممنوع شود.

5- پروژه های مترو خصوصا خطوط 10 و 6 تکمیل و مناطق پر جمعیت تهران طی یکسال آینده به خطوط مترو متصل شوند.(این یک الزام امنیت ملی است نه یک پیشنهاد عمرانی و توسعه ای)

6- به سرعت 1500 واگن مورد نیاز مترو تامین شود از طریق ترکیبی از خرید خارج، خرید از واگن سازان داخلی و اجاره واگن از چین و اروپا و سایر کشورها

7- به سرعت سه هزار اتوبوس مورد نیاز تهران تامین شوند و جذابیت های لازم جهت سرمایه گذاری بخش خصوصی در این خصوص فراهم گردد.

8- حتی المقدور نیروگاه های CCHP با راندمان حدود 98درصد جهت تولید برق و حرارت و سرما در مجتمع های بزرگ مسکونی و صنعتی و تجاری خصوصا ساختمان های جدید در حال ساخت مورد استفاده قرار گیرد. امتیاز این نیروگاه ها عبارت است از: راندمان حدود 50درصد در تولید برق. نیروگاه یک مگاواتی CCHP توان تامین گرمایش 120 واحد مسکونی 100 متری وسرمایش 90 واحد مسکونی را دارد. CO2 ناشی از سوختن گاز در این نیروگاه ها قابل جمع آوری است تا در محیط زیست منتشر نشوند.صدای حاصله نیز در محدوده صدا گیر قابل کنترل است. این نیروگاه ها چون در مراکز شهر نصب می شوند ضمن تامین نیاز شهر، به دلیل تولید در محل هدری روی در شبکه توزیع ندارند.

9- طی 5 سال آینده عمده انرژی گرمایشی در ماه های سرد از طریق برق تامین گردد و نیروگاه های گازی جدید در حاشیه دریا خصوصا استان های خوزستان و بوشهر نصب شوند تا از CO2 تولیدی جهت تزریق به میادین نفت و گاز آن استانها و ازدیاد برداشت استفاده شود. راندمان نیروگاه های حاشیه دریا به دلیل اختلاف فشار حدود ده درصد بالاتر از نیروگاه های مناطق مرکزی کشور است. میزان هدر رفت در خطوط انتقال برق فشار قوی در هر هزار کیلومتر بین یک تا 1.5درصد است و موضوع اصلی اتلاف برق در شبکه درون شهری می باشد. می بایست بیست نیروگاه برق در حاشیه دریا احداث و ضمن جایگزینی با نیروگاه های فرسوده برق مورد نیاز کشور را تامین و برای ده ها هزار نفر در حاشیه دریا اشتغال مولد ایجاد و توسعه دریا محور در عمل محقق گردد.

دادن انشعاب جديد گاز در تهران و كلان شهرها ممنوع شود

در زمستان روزانه 100 الي 120هزار تن گاز طبيعي در بخاري هاي گازي و موتورخانه ها و اجاق هاي گاز و غيره مصرف مي شود كه منجر به انتشار 200 تا 250هزار تن co2 در هواي شهر مي شود در حالي كه آلايندگي كل خودروهاي بنزين سوز و گازوئيل سوز به ۵۰تا۶۰هزار تن نمي رسد.

در زمستان روزانه 100 الي 120هزار تن گاز طبيعي در بخاري هاي گازي و موتورخانه ها و اجاق هاي گاز و غيره مصرف مي شود كه منجر به انتشار 200 تا 250هزار تن co2 در هواي شهر مي شود در حالي كه آلايندگي كل خودروهاي بنزين سوز و گازوئيل سوز به 60 هزار تن نمي رسد. بخاطر سلامتي خود و فرزندانمان در زمستان ها گاز كمتري مصرف كنيم در خانه لباس گرم بپوشيم و از هيتر برقي بجاي گاز استفاده كنيم

مي بايست هر چه سريعتر طي بخشنامه اي دادن انشعاب جديد گاز در تهران و شهرهاي بزرگ اكيدا ممنوع شود و ساختمان هاي جديد صرفا از برق براي تامين انرژي گرمايي و سرما استفاده نمايند. تنها كشور جهان كه به شدت به انرژي گاز وابسته شده ايران است. در گام بعدي مي بايست سهم گاز در تامين گرمايش خانه ها به مرور كاهش و به كمتر از 40 درصد برسد. گاز بايد در نيروگاه ها به برق تبديل شود و برق عامل تامين انرژي در شهرهاي بزرگ باشد. نيروگاه هاي راندمان بالاي CCHP مي بايست جايگزين موتورخانه ها جهت تامين سرمايش و گرمايش شود اين نيروگاه ها قادر به جذب CO2 و عدم انتشار آن در محيط مي باشند.

وزارت نفت مي بايست به سرعت بخشنامه ممنوعيت اعطاي انشعاب جديد گاز در تهران و ساير شهرهاي بزرگ را تهيه و در دولت محترم مصوب نمايد اين مصوبه مي بايست با قاطعيت اجرائي گردد.

نيروگاه هاي كشور ظرفيت توليد 90 هزار مگاوات برق را دارند اما در ماه هاي سرد سال حدود 35هزار مگاوات توليد مي كنند زيرا نيروگاه ها در زمستان با كمبود گاز مواجه هستند. چنانچه مصرف گاز خانگي كاهش يابد نيروگاه ها در ماه هاي سرد سال قادرند با راندمان 20درصد بالاتر نسبت به ماه هاي گرم برق توليد نمايند و اين فرصت ارزشمندي است كه ما در زمستانها به سادگي اين فرصت ارزشمند را از دست مي دهيم