طرق لتصنيع الفحم الخشبي

قبل اكتشاف النفط كان الفحم بنوعَيه الحجري والنباتي مصدر الطاقة الوحيد في العالم حتى باتتِ الثورة الصناعية وزيادة الطلب على الطاقة تم اكتشاف البترول الذي حلّ محل الفحم بسبب المشاكل والصعوبات التي ترافق الفحم من استخراجه وحتى أثناء استعماله والتلوث الذي يسببه .

ما هو الفحم

يصنف الفحم من أنواع الطاقة الغير متجددة، حيث أن الطاقة بشكل عام ارتبطت بحياة الإنسان منذ أن خلقه الله تعالى وأوجده على سطح كوكب الأرض لإعماره ، وقد ازداد الإهتمام بهذه الطاقة خلال القرون الثلاثة الماضية حيث تم عصر الفحم والنفط وعصر الذرًة و المفاعلات النووية.

عرف الناس الفحم منذ القدم، واستخدم في الكثير من الأمور، وما زال يستخدم حتّى وقتنا هذا لأهميته وارتباطه بالبيئة المحيطة، حيث يعتبر الفحم شكل من أشكال الطاقة الحرارية، ومادة قابلة للاشتعال بسرعة كبيرة، ويتكوّن الفحم في الأساس من عنصر الكربون، إضافة إلى نسب متفاوتة من عناصر أخرى مثل الكبريت والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين…إلخ، ويتمّ استخراج الفحم واستخلاصه من طبقات الأرض الداخلية إمّا من المناجم العمودية أو المناجم الواقعة على السطح والمفتوحة، كما ويمكن استخراجه أيضاً من أخشاب النباتات المختلفة، وقد اعتبرت دولة الصين المصدر الرئيسي والمنتج الأول للفحم منذ عام 1983ميلادي، ويعد الفحم مادّة أولية ساهمت في تشكل الحياة المدنية منذ العصور والإمبراطوريات القديمة العهد، ومن الجدير بالذكر أن الفحم يستخدم في العديد من الأمور المتعلّقة بالحياة اليومية كالطهي والتدفئة والشواء.

ما هو الفحم الحجري؟

أصل الفحم الحجري هو مواد عضوية وأحياء بحرية ماتت ودُفنت في الأرض وبفعل الضغط والحرارة انخفضت فيه نسبة الأكسجين وزادت نسبة ثاني أكسيد الكربون وتصلّب ،وللوصول إلى طبقات الفحم يلزم الحفر لأعماقٍ كبيرةٍ ويتعرض العاملون بهذا المجال إلى مخاطر كبيرة . بينما استخراج النفط ليس له مخاطر ولا يلزمه الحفر إلا بأنابيب خاصة تصل إلى مكامن وجوده وغالباً ما يتدفق بشكل تلقائي ويسهل نقله بأنابيب إلى مواقع التكرير كما يسهُل نقله إلى الأسواق بواسطة الصهاريج والتلوث الذي يُحدثه قليل جداً إذا ما قورن بالفحم.

تنقسم الطاقة إلى قسمين

طاقة متجددة :وتضم الطاقة الشمسية ، الطاقة النووية ،طاقة الرياح ،الطاقة الكهرومائية ،الطاقة الحرارية الجوفية ، طاقة المد والجزر،طاقة أمواج البحر ،الطاقة العضوية، وأخيرًًًاً طاقة الهيدروجين
طاقة غير متجددة : وتضم الفحم والنفط (البترول).
لماذا سميت الطاقة الغير متجددة بهذا الاسم

وسميت الطاقة الغير متجددة بهذا الإسم لأن إمكانية نفاذها كبيره جداً ؛ لذلك اتجهت الأنظار الى مصادر الطاقة المتجددة، حيث أنّها (الطاقة المتجددة ) تنشأ بفًعل تحلل الأخشاب و النباتات والكائنات الحية التي تدفن جيداً في بيئة خالية من الأكسجين ، وتقوم البكتيريا اللاهوائية باستخلاص الأكسجين من الأجسام المدفونة مما يؤدي إلى تحللها وتفتتها وتتحول الى مواد لا تتأثر بعمليات التحول اللاحقة ، حيث تعمل هذه البكتيريا اللاهوائية على تغيير في التركيب العضوي للمدفونات علماً أن المواد العضوية تتكون من مواد هيدروجينية من مركبات الكربون والهيدروجين ونسبة قليلة من الشوائب مثل الماء والكبريت والأوكسجين والنيتروجين وأكاسيد الكربون.

أمثلة على الطاقة المتجددة

ولكن الفحم والبترول (مصادر الطاقة الغير متجددة) تعتبر من ملوثات البيئة الرئيسية والخطيرة ؛ لذلك اتّجهت الأنظار نحو البحث عن بديل لهذه المصادر لأنّها ملوثة ولأنّها أيضا ًبعد فترة سوف تنضب ، وكان الحل التركيز على مصادر الطاقة المتجددة والتي بعضها غير ملوث للبيئة مثل :الطاقة الشمسية ،طاقة الرياح،طاقة المد والجزر ،الطاقة الكهرومائية ،الطاقة الحرارية الجوفية وطاقة أمواج البحر، والعمل على استغلالها بالطريقة المثلى لخدمة الوجود البشري.

ما هو العنصر الأساسي في تكوين الفحم

العنصر الأساسي في تكوين الفحم هو الكربون؛ حيث أنه تعتمد الطاقة في الفحم على كمية الكربون الموجود فيه، وهذا سبب ظهور أهمية الفحم في اوروبا أثناء الثورة الصناعية.

تكوّن الفحم النباتي

وفكرة عمل الفحم النباتي قائمه على أساس عدم تكوين اشتعال كامل في كومةِ الحطب بعزلها عن الهواء ويتم ذلك بتقطيع كمية من الأخشاب بطول مترين للقطعة وأن تكون من الأغصان الكبيرة وترتّب فوق بعضها على شكل هرم تاركين فوهة في الوسط تنتهي بفتحة تصل إلى قاع الهرم . يتم طمر الأحطاب بورق الشجر أو التبن لمنع دخول الأتربة بين قطع الخشب وبعدها تطمر بالتراب الناعم بشكل جيد بسماكة 3 سم بحيث يتم عزلها عن الهواء وتوضع بداخل الكومة كمية من النيران و الجمر من الفوهة وننتظر لمدة نصف ساعة حتى نتأكد من أن النار قد بدأتِ الاشتعال بالأحطاب ، و بعد ذك تغلق هذه الفوهة بقطع أخشاب وورق شجر وتراب فوقها ونراقبها تخوفاً من ظهور فوهات مشتعلة من الجوانب وإذا ظهرت لنا نغلقها بالحطب وورق الشجر والتراب . يستمر الحال على هذا الوضع لمدة أسبوعين على الأقل فيكون الحطب قد احترق بدون لهب وتحول لونه إلى الأسود وبقي صلباً. بعد ذلك نبدأ بإخراج قضبان الفحم من الكومة بالتدريج مع الانتباه أن تكون خاليةً من الجمر (الجمر هو القطع المتوقدة) وننتظر حتى تبرد وهكذا تستمر العملية حتى يتم نثر كامل الكومة ، نتأكد من خلوها من أي جزء مشتعل . بعد التأكد من أنّ الفحم قد برد ولا يوجد به أي اشتعال يعبّئ بأكياسٍ كبيرةٍ ويكون جاهزاً للبيع وعادة ما يستخدم الفحم للتدفئة والشواء .
إنّ عمل الفحم النباتي يهدّد الثروة الحرجية ويعرضها للزوال وبهذا تأثير سلبي على البيئة، لأنّ الأشجار رئة الأرض و تعمل على تنقية الجو وذلك بامتصاصها لثاني أكسيد الكربون وإنتاجه الأكسجين من خلال عملية البناء الضوئي .

مراحل تكون الفحم

حيث يوضع الخشب المراد تحويله في الفرن الساخن، حتى يتم تسخينه على مراحل متفاوتة من أجل تحويله إلى فحم نهائي:

(20-110) درجة مئوية: حيث يقوم الخشب بامتصاص الحرارة الموجودة في الفرن من أجل التخلّص من نسبة الرطوبة الموجودة فيه، وتستمر درجات الحرارة بالارتفاع من 20 حتى تصل إلى 110 درجة، وذلك حتّى يصل الخشب إلى حالة التصلب.
(110-270)درجة مئوية: في هذه المرحلة تعمل درجات الحرارة العالية على التخلّص بشكل نهائي من الماء المتواجد في الخشب، ثمّ يباشر الخشب عملية التحلل الأمر الذي يؤدي لإطلاق غاز أول أكسيد الكربون، وغاز ثاني أكسيد الكربون، وحامض الخليك، والميثانول كناتج لعملية التحلل.
(270- 290) درجة مئوية: يستمر الخشب في عملية التحلل والانهيار، كما وتستمر الغازات التي سبق ذكرها في المرحلة السابقة إضافة إلى مادة القطران التي تتصاعد بشكل أكبر مع ازدياد درجات الحرارة.
(400-500) درجة مئوية: عند درجة حرارة 400، يكون اخشب قد تحول إلى فحم مكتمل عملياً، ولكن يبقى هناك نسبة من مادة القطران المتواجدة في الفحم، أي ما يقارب 30% من وزنه، لذلك يتم رفع درجات الحرارة إلى 500 ولمدة كافية من أجل التخلص بشكل نهائي من هذه المادة.
صفات الفحم الجيد

ممّا لا شك فيه أنّ هناك العديد من العوامل التي تؤثر على عملية تصنيع الفحم، والتي تحدد جودة الفحم المنتج، ومن أهم هذه العوامل:

نوعية الخشب المستعمل في التصنيع: حيث يفضل لصناعة الفحم أخشاب أشجار الحمضيات مثل أشجار الليمون والبرتقال وغيرها، وذلك لاحتواء أخشاب هذه الأشجار على كميات وفيرة من مركب السليولوز المتواجد فيها والتي تعمل على زيادة قابلية الفحم للاشتعال والاحتراق.
نسبة الكربون المتواجد في الفحم الناتج: حيث تلعب درجة الحرارة العالية دوراً كبيراً في تحديد جودة الفحم المنتج، فكلّما زادت درجة الحرارة عن 400 درجة مئويةـ أدّى ذلك إلى التقليل من جودة الفحم الناتج، حيث تعمل درجات الحرارة العالية على التقليل من نسبة الكربون المتواجدة في الفحم، وبالتالي التقليل من جودته.
نسبة الرطوبة المتواجدة في الفحم الناتج: فكلما زاد معدل الرطوبة المتواجدة في الفحم الناتج، أدى ذلك إلى التقليل من جودة هذا الفحم.
كمية الرماد النلتج ولونه: حيث يجب أن يكون الفحم ذا حجم مناسب، فلا يكون صغيراً ولا يكون كبيراً، حتى لا تضيع جودة الفحم.
من ماذا يتكون الفحم

يتكوًن الفحم من تحلل النباتات التي تنمو في مياه المستنقعات ثم ماتت وتراكمت فوقها كميات كبيرة من الطين والغرين ، حيث يتكون لدينا المرحلة الأولى من مراحل تكوًن الفحم وهو ما يطلق عليه فحم الخث فهو يعتبر فحمًًًاً غي ناضج يحتوي على نسبة كبيرة من الماء حوالي 90% و10% فقط كربون ومواد متطايره ، ويستعمل في مواقد المنازل ومحطات توليد الطاقة الكهربائية ، ثم تترسب المواد فوقه (فحم الخث) ويطمر جيدًًًاً فيخرج جزءاً كبيراً من الماء والأوكسجين بفعل ثقل الرواسب فيتحلل تدريجياً ليتحول الى فحم غني بعنصر الكربون ، وكلًما زادت ظروف التفحم وهي الفترة الزمنية والعمق ودرجة الحرارة ازدادت كمية الكربون في الفحم.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *