إن تلوث الهواء المحلي المتفشي في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية في المدن الكبيرة ينتج من التفاعل الكيميائي المباشر مع نواتج الاحتراق ومن تشكل أوزون على مستوى سطح الأرض. تتضمن نواتج الاحتراق غاز أول أكسيد الكربون CO، ثاني أكسيد الكبريت ₂SO، أكاسيد الآزوت _xNO، المركبات الكربوهيدراتية غير المحترقة، وأخيراً ثاني أكسيد الكربون ₂CO الذي هو بشكل رئيس الشغل الشاغل عالمياً. يعتبر أول أكسيد الكربون غازاً ساماً يتشكل عادةً بتركيز صغير في المحارق والمراجل المُعايرة بشكل جيد أو في محركات الاحتراق الداخلي المُعايرة أيضاً، لكن يمكن أن يتم بمستويات أعلى إذا لم يوجد هواء كاف من أجل الاحتراق التام ينتج تشكله

هذا الغاز بشكل رئيس من عادم محرك السيارة في المناطق المدينية، على الرغم من تخفيضه بشكل كبير بواسطة الاستخدام الواسع الانتشار للمبادلات الحفزية أو الوسيطية (Catalytic Converters) في أنظمة عادم السيارة. ذلك، نادراً ما يُشكل الآن هذا وحده تهديداً مع على الصحة البشرية. إذ يتشكل أكسيد الكبريت خلال عملية احتراق الوقود المحتوي على الكبريت وهذه العملية محددة الآن وبشكل رئيس عند استخدام فحم حجري ذي نسبة كبريت عالية، أو في بعض الحالات عند استخدام بنزين وديزل منخفض الجودة يحتوي على مستويات عالية من الكبريت عندما يُطلق غاز SO₂ إلى الغلاف الجوي من مداخن محطات الطاقة الكهربائية أو عوادم السيارات، يمكن لهذا الغاز أن يتفاعل مع بخار الماء ليشكل حمض الكبريت الذي يعتبر أحد أهم عناصر المطر الحمضي". وبتركيز كاف، يمكن للمطر الحمضي أن يكون مؤذياً لأنسجة الرئتين البشرية، بالإضافة إلى الأبنية والنباتات والبيئة بشكل عام. تم في السنوات الأخيرة تخفيض انبعاث غاز SO₂ من محطات الطاقة التي تعمل على الفحم الحجري، وبالتالي تخفيض تشكل المطر الحمضي اللاحق بشكل كبير، وذلك بواسطة حرق فحم ذي نسبة كبريت منخفضة، وبتركيب تجهيزات لتنقية غازات المداخن من مُركّبات الكبريت. كذلك تم تخفيض الانبعاثات من عوادم السيارة بالتركيب المتواصل لتجهيزات إزالة الكبريت في مصافي النفط لكي تُزيل الكبريت من كلا وقودي البنزين والديزل خلال عملية التكرير.

تشكل أكاسيد الآزوت NO و ₂NO ، التي توصف مجتمعة بالرمز _xNO مع المركبات الكربوهيدراتية غير المحترقة، مصدر قلق رئيساً بسبب إمكانية تشكل أوزون 20 على مستوى سطح الأرض. يتشكل غاز أول أكسيد الآزوت NO خلال احتراق الوقود الأحفوري بوجود الآزوت في الهواء إما في محركات السيارات أو المحطات الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية، أو في الأفران والمراجل المستخدمة لتدفئة المنازل والأبنية التجارية. يتحوّل غاز NO ، الذي تشكل خلال عملية الاحتراق، بسرعة إلى NO₂ بسبب وجود الأكسجين الزائد عندما يتم إطلاقه في الغلاف الجوي بشكل طبيعي، وبوجود أشعة الشمس يمكن لغاز ₂NO أن ينفصل لاحقاً، مؤدّياً إلى ذرّات أكسجين حرة تتفاعل مع جزيئات ₂O لتشكل مستويات عالية من الأوزون ذي المستوى الأرضي. يعتبر الأوزون مُؤكسداً ذا تفاعلية عالية جداً، إذ يمكن أن يُسبب تهيجاً للأعين والرئات ويستطيع أيضاً أن يهلك النباتات بالإضافة إلى اتلافه المواد الصناعية مثل المطاط والبلاستيك الصناعيين. وبتراكيز عالية موجودة بشكل رئيس في المراكز المدينية الكبيرة ذات المستويات العالية من الإشعاع الشمسي والمواد الكربوهيدراتية غير المحترقة، يصبح هذا الغاز «ضباباً دخانيا» برائحته المميزة ولونه البني المميز. يحتوي الضباب الدخاني على تركيز عال من جذور كربوهيدراتية ذات تفاعلية عالية ولا يؤدي ذلك إلى مشكلة الرؤية فقط، ولكن يمكن أن يؤدّي أيضاً إلى مشاكل صحية خطيرة، بشكل خاص لدى الناس الذين يعانون الربو أو عللاً رئوية أخرى. وقد تم تطوير تقنيات لتخفيض انبعاثات غازات _xNO من تجهيزات الاحتراق الثابتة مثل المراجل والأفران الكبيرة استجابةً إلى تشريعات بيئية في أجزاء عديدة من العالم. يتعلق إنتاج غازات _xNO مباشرة بدرجة حرارة الاحتراق، وقد ركزت شركات كثيرة على تخفيض درجات حرارة الاحتراق وبالتالي تخفيض تشكل غازات _xNO. وقد أدى ذلك إلى تطوير الحراقات «منخفضة _xNO التي تستخدم احتراقاً، متعدد المراحل أو تكنولوجيا (Lean-burn)(*) التي يُستخدم فيها هواء زائد لتخفيض درجات حرارة الاحتراق. وحيثما تكون القوانين صارمة بشكل خاص، يمكن تحقيق تخفيض أكبر في مستويات انبعاث غازات _xNO بواسطة اختزال حفزي انتقائي (Selective Catalytic Reduction الذي يتفاعل فيه وسيط الأمونيا المرجع مع غاز NO لينتج الآزوت والماء. أما بالنسبة إلى السيارات، فإن تطوّر المبادلات الحفزيّة الكيميائية من نوع الطرق - الثلاث (three-way catalytic converters) ذات المقدرة على أكسدة المركبات الكربوهيدراتية غير المحترقة وغاز CO وعلى تخفيض انبعاث غازات NO، كان له أثر بارز في جعل السيارات الحديثة أقل تلويثاً بكثير مما كان ممكناً سابقاً. وقد خَفّض إدخال المُبادلات الحفزية الكيميائية على سيارات البنزين انبعاث غازات _xNO بأكثر من 90 في المئة مقارنة بسيارات غير مجهزة بهذه المبادلات.

بالإضافة إلى التأثيرات الكيميائية للأوزون وتشكل الضباب الدخاني، يوجد اهتمام متزايد بالتأثيرات الصحية للانبعاثات الهبابية التي تعتبر بشكل رئيس ميزة لما يصدر من احتراق الفحم الحجري ومن عادم محرك الديزل تتشكل الجسيمات عبر عملية معقدة تتضمن مركبات كربوهيدراتية غير مُحترقة وغاز ثاني أكسيد الكبريت وغازات _xNO بشكل رئيس في اللهب الغني بالوقود كالذي نجده في محركات الديزل وأنظمة احتراق الفحم المسحوق المستخدمة في محطات توليد الطاقة الكهربائية. تمتلك الجسيمات المتشكلة مجالاً واسعاً من الأحجام، لكن الجسيمات التي اندرجت تحت التدقيق لأسباب صحية، وما زالت موضوع تشريعات بيئية للحد من إنتاجها، هي ذات أحجام بأقطار أقل من 10 ميكرون (micron = 103 mm 1) . تستطيع هذه الجسيمات المسماة PM أن تدخل عميقاً في الرئة.

وهناك إجماع علمي متزايد بأن هذه الجسيمات تستطيع أن تسبب تداعيات قلبية ورئوية خطيرة مثل الربو والتهاب القصبات الهوائية، وحتى سرطان الرئة والموت المبكر. وقد برز مؤخراً، اهتمام متزايد حول الجسيمات الأكثر صغراً PM2.5 ، أو الجسيمات ذات القطر أقل من 2.5 ميكرون. وتبيّن بعض الدلائل بأنه يمكن لهذه الجزيئات أن تكون مصدر قلق مساوياً أو أكبر مما هو بالنسبة إلى الجسيمات الأكبر حجماً من ناحية أن لديها المقدرة حتى على التغلغل بعمق أكثر في الرئتين ما زال يتم التحكم بالانبعاثات الجسيمية من محطات الطاقة التي تعمل على الفحم الحجري، والتي تحوي كمية معتبرة من الرماد المتطاير مصدرها مرسبات كهروستاتيكية مكونة من أسلاك دقيقة مشحونة كهربائياً لجذب الجسيمات التي تتم إزالتها بشكل دوري، عادةً بواسطة هز هذه الأسلاك تميل هذه التقنية لتعمل جيداً بالنسبة إلى الجسيمات ذات الأحجام الكبيرة. ولكي تُزال جسيمات أقل حجماً يمكن للمُرسَب أن يتبع بكيس كبير، يُشكل بالأساس مصفى من القماش كبير جداً. وهذه التقنيات ليست كافية لنزع الجسيمات الصغيرة جداً كتلك التي يتم إنتاجها في محركات الديزل. إن إزالة هذه الجسيمات من محرك الديزل يعتبر مهماً وخصوصاً في المناطق المدينية حيث الكثافة السكانية عالية ويكون الناس على مقربة من عوادم الديزل واستجابة للقوانين الصارمة المتزايدة في تحديد كمية المادة الجسيمية المنبعثة من محركات الديزل، عمل المصنعون بجد ليخفضوا هذه المادة بواسطة زيادة ضغط حقن الوقود. وعبر بعض الباحثين عن قلقه أن ذلك قد يجعل الأمور أسوأ بالفعل، إذ إن الضغط الزائد للحقن يؤدي إلى جسيمات أصغر حجماً بكثير. وقد تم تخفيض الكمية الكلية للمادة الجسيمية المنبعثة بشكل واضح، لكن تم تحقيق ذلك على حساب إنتاج كمية أكبر من الجسيمات الأكثر صغراً في السنوات الأخيرة، ما زال مصنعو محركات الديزل يعملون على إنجاز «صائد للهباب» لنزع الجسيمات الناعمة جداً المُحتواة في غازات العادم، وصائد الهباب عادةً هو عبارة عن قالب من السيراميك ذي بنية مسامية ناعمة جداً، يصطاد الجسيمات لكنه يسمح لغازات العادم بالعبور. وبعد بضع ساعات من التشغيل يحتاج الصائد إلى إعادة إحياء بواسطة حرق المادة الجسيمية المصطادة. لم يتم التوصل بعد في تطوير هذه الأجهزة إلى مرحلة تصبح عندها موثوقة إلى حد مقبول، أو غير مكلفة نسبياً، بحيث تُركب على المركبات التجارية بشكل روتيني.

مواضيع ذات صلة

بين التكيف والتلطيف: الاستجابات الفيزيائية لتحدي الاحترار العالمي (التكيف والتلطيف)

الطاقة الكهرومائية

الطاقة الجيوحرارية

ميزان الطاقة

فيزياء الطاقة: من الوقود الأحفوري إلى المستقبل المستدام

الجوانب الاقتصادية للطاقة النووية وموافقة العامة

ستخدام طاقة النقل

المركبات البرية(بحث حول بدائل الطاقة في تشغيل النقل البري )

القطارات والطائرات والسفن (النقل و الطاقة )

الطاقة النووية والاستدامة

تحقيق توازن طاقة مستدام

مزايا المفاعل النووي الإندماجي