دی‌اکسید کربن (CO2) یک ترکیب شیمیایی متشکل از یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن است که فرمول شیمیایی آن CO2 می‌باشد. این گاز به صورت طبیعی در جو زمین وجود دارد و بخشی حیاتی از چرخه کربن است که برای حیات گیاهان از طریق فتوسنتز ضروری است. با این حال، در دهه‌های اخیر، افزایش سریع غلظت دی‌اکسید کربن در اتمسفر، عمدتاً در نتیجه فعالیت‌های انسانی، آن را به یک عامل اصلی در پدیده گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی تبدیل کرده است. درک دی‌اکسید کربن (CO2): چیستی، ساختار شیمیایی و نقش طبیعی آن در جو زمین و همچنین منابع تولید و تأثیرات آن، برای پرداختن به چالش‌های زیست‌محیطی امروز ضروری است. این دانشنامه به بررسی جامع CO2، به‌ویژه در ارتباط با انتشار آن از خودروها، می‌پردازد.
ساختار شیمیایی و نقش طبیعی آن در جو زمین
دی‌اکسید کربن (CO2) در دمای و فشار استاندارد به صورت گازی بی‌رنگ، بی‌بو و غیرقابل اشتعال است. ساختار شیمیایی آن به صورت یک مولکول خطی است که اتم کربن در مرکز و دو اتم اکسیژن در دو طرف آن قرار دارند (O=C=O). این ساختار و نحوه پیوند اتم‌ها، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن را تعیین می‌کند.
CO2 به صورت طبیعی در اتمسفر زمین حضور دارد، هرچند غلظت آن نسبتاً کم است (در حال حاضر حدود ۴۲۰ قسمت در میلیون – ppm). این گاز نقش مهمی در تنظیم دمای کره زمین از طریق پدیده اثر گلخانه‌ای ایفا می‌کند، که برای حفظ حیات در دمای مناسب ضروری است. همچنین، CO2 یک جزء حیاتی در نقش طبیعی آن در جو زمین و چرخه‌های بیوژئوشیمیایی است؛ گیاهان از آن برای فتوسنتز استفاده می‌کنند و موجودات زنده و فرآیندهای طبیعی مانند تجزیه، CO2 تولید می‌کنند. تبادل CO2 بین اتمسفر و اقیانوس‌ها نیز بخش مهمی از چرخه طبیعی کربن است.
منابع اصلی انتشار دی‌اکسید کربن (طبیعی و انسانی) با تمرکز بر احتراق سوخت‌های فسیلی
دی‌اکسید کربن از منابع اصلی مختلفی وارد جو می‌شود که هم طبیعی هستند و هم ناشی از فعالیت انسان. منابع اصلی انتشار دی‌اکسید کربن (طبیعی و انسانی) شامل:
- منابع طبیعی: این منابع بخشی از چرخه طبیعی کربن هستند و شامل تنفس موجودات زنده (انسان، حیوانات، گیاهان)، فرآیندهای تجزیه مواد آلی پس از مرگ موجودات زنده، فعالیت‌های آتشفشانی و تبادل گاز بین اتمسفر و اقیانوس‌ها می‌باشند. در حالت تعادل، میزان CO2 منتشر شده از این منابع تقریباً با میزان جذب شده توسط گیاهان، اقیانوس‌ها و فرآیندهای زمین‌شناسی برابر است.
- منابع ناشی از فعالیت انسان (Anthropogenic Sources): این منابع باعث افزایش غلظت CO2 در جو شده‌اند و اصلی‌ترین عامل گرمایش جهانی هستند. مهم‌ترین این منابع:
- احتراق سوخت‌های فسیلی: سوزاندن زغال سنگ، نفت (شامل بنزین و دیزل) و گاز طبیعی برای تولید انرژی در نیروگاه‌ها، صنایع، ساختمان‌ها و به‌ویژه با تمرکز بر احتراق سوخت‌های فسیلی در بخش حمل و نقل جاده‌ای، ریلی، دریایی و هوایی. این بزرگترین سهم را در انتشار CO2 ناشی از فعالیت انسان دارد.
- جنگل‌زدایی و تغییر کاربری اراضی: قطع درختان و از بین بردن جنگل‌ها (که دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند) و تغییر کاربری زمین‌ها برای کشاورزی یا شهرسازی.
- فرآیندهای صنعتی: مانند تولید سیمان، تولید فولاد و فرآیندهای شیمیایی.
افزایش غلظت CO2 در جو از زمان انقلاب صنعتی به دلیل انتشار حجم عظیمی از این گاز از منابع ناشی از فعالیت انسان، فراتر از توان جذب فرآیندهای طبیعی، رخ داده است.
دی‌اکسید کربن به عنوان گاز گلخانه‌ای: نحوه اثرگذاری بر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی
دی‌اکسید کربن به عنوان یک گاز گلخانه‌ای نقش محوری در تنظیم دمای سیاره زمین ایفا می‌کند. نحوه اثرگذاری آن بر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی بدین صورت است که مولکول‌های CO2 در جو، شفاف نسبت به تابش ورودی خورشید هستند، اما تابش فروسرخ (حرارت) را که از سطح زمین به سمت فضا بازتاب می‌شود، جذب کرده و در تمام جهات، از جمله به سمت زمین، دوباره گسیل می‌دارند. این پدیده، اثر گلخانه‌ای نامیده می‌شود و به طور طبیعی باعث می‌شود دمای زمین گرمتر از حالتی باشد که جو وجود نداشته باشد.
با افزایش غلظت دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای (مانند متان و بخار آب) در اثر فعالیت‌های انسانی، میزان بیشتری از حرارت بازتاب شده زمین در جو محبوس شده و باعث تشدید اثر گلخانه‌ای می‌گردد. این امر منجر به افزایش میانگین دمای جهانی زمین، یعنی گرمایش جهانی می‌شود. تأثیر این پدیده بر تغییرات اقلیمی شامل پیامدهایی مانند ذوب شدن یخ‌های قطبی و یخچال‌ها، بالا آمدن سطح دریاها، تغییر الگوهای آب و هوایی، افزایش شدت و فراوانی رویدادهای آب و هوایی شدید (مانند موج گرما، خشکسالی، سیل) و اسیدی شدن اقیانوس‌ها است.
انتشار CO2 از اگزوز خودروها: سهم حمل و نقل جاده‌ای در انتشار گازهای گلخانه‌ای
احتراق سوخت‌های فسیلی در موتور خودروها، به خصوص موتورهای بنزینی و دیزلی، یکی از منابع مهم انتشار CO2 ناشی از فعالیت انسان است. در فرآیند سوختن کامل سوخت، کربن موجود در آن با اکسیژن هوا ترکیب شده و دی‌اکسید کربن تولید می‌کند. انتشار CO2 از اگزوز خودروها به طور مستقیم به میزان سوخت مصرفی بستگی دارد؛ هر لیتر بنزین سوزانده شده تقریباً ۲.۳ کیلوگرم CO2 تولید می‌کند.
بخش حمل و نقل، به خصوص حمل و نقل جاده‌ای، یکی از بزرگترین و در بسیاری مناطق، در حال رشدترین سهم در انتشار گازهای گلخانه‌ای کلی یک کشور یا منطقه را دارد. این موضوع باعث شده است که کاهش انتشار CO2 از اگزوز خودروها به یک اولویت اصلی در سیاست‌های زیست‌محیطی دولت‌ها و استراتژی‌های توسعه خودروسازان تبدیل شود.
راهکارها و فناوری‌ها برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در بخش خودرو (استانداردها، راندمان، خودروهای برقی)
برای مقابله با تأثیر انتشار CO2 از اگزوز خودروها بر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی، راهکارها و فناوری‌ها برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در بخش خودرو متعددی در حال پیگیری است:
- استانداردهای آلایندگی سخت‌گیرانه‌تر: دولت‌ها در سراسر جهان، استانداردهای انتشار CO2 را برای خودروهای نو به تدریج سخت‌گیرانه‌تر می‌کنند (مانند استانداردهای یورو در اروپا یا CAFE در آمریکا) تا خودروسازان را مجبور به تولید خودروهای با راندمان بهتر کنند.
- بهبود راندمان خودروهای با موتور احتراق داخلی: از طریق فناوری‌هایی مانند موتورهای با تزریق مستقیم، توربوشارژ، سیستم استارت-استاپ، کاهش وزن خودرو و بهبود آیرودینامیک.
- ترویج خودروهای هیبریدی: خودروهای هیبریدی با ترکیب موتور بنزینی و الکتریکی و استفاده از ترمز احیاکننده، مصرف سوخت و انتشار CO2 کمتری نسبت به خودروهای بنزینی مشابه دارند.
- گذار به خودروهای با آلایندگی صفر (ZEVs): اصلی‌ترین و مؤثرترین راهکار در بلندمدت. این شامل:
- خودروهای تمام برقی (BEVs): که در نقطه استفاده هیچگونه CO2 منتشر نمی‌کنند. فناوری‌های خودروهای برقی و توسعه زیرساخت شارژ نقش محوری در این گذار دارند.
- خودروهای پیل سوختی (FCEVs): که در نقطه استفاده تنها آب منتشر می‌کنند (اگرچه تولید هیدروژن می‌تواند منجر به انتشار CO2 شود اگر از منابع پاک نباشد).
- استفاده از سوخت‌های جایگزین: مانند بیوسوخت‌ها (اگر تولید آن‌ها پایدار باشد) یا سوخت‌های مصنوعی (E-fuels) تولید شده با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و CO2 جذب شده از جو.
آینده حمل و نقل به سمت استفاده گسترده از وسایل نقلیه با انتشار CO2 بسیار پایین یا صفر در نقطه استفاده پیش می‌رود تا سهم بخش خودرو در انتشار گازهای گلخانه‌ای به طور چشمگیری کاهش یابد.
نتیجه‌گیری
دی‌اکسید کربن (CO2) یک گاز حیاتی طبیعی است، اما افزایش غلظت آن در جو، که عمدتاً ناشی از منابع اصلی انتشار دی‌اکسید کربن (طبیعی و انسانی) با تمرکز بر احتراق سوخت‌های فسیلی است، آن را به یک گاز گلخانه‌ای اصلی و عامل کلیدی در گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی تبدیل کرده است. انتشار CO2 از اگزوز خودروها یکی از منابع مهم انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل و نقل جاده‌ای است که سهم حمل و نقل جاده‌ای در انتشار گازهای گلخانه‌ای را بالا برده است. برای مقابله با این چالش جهانی، راهکارها و فناوری‌ها برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در بخش خودرو (استانداردها، راندمان، خودروهای برقی) به طور فعال در حال توسعه و پیاده‌سازی هستند و آینده حمل و نقل به سمت استفاده گسترده از خودروهای با آلایندگی صفر پیش می‌رود تا انتشار دی‌اکسید کربن در این بخش به طور چشمگیری کاهش یابد و به ساخت آینده‌ای پایدارتر کمک شود.
