ما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي

ما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي؟ وكيف يتم تصنيع كلًا منهما؟ حيث يعتبر الفحم أحد أنواع الوقود الحفري قابلة للاشتعال، ويتميز باللون الأسود، ويتكون من جزيئات الكربون التي تجمعت منذ أقدم العصور الجيولوجية القديمة خاصةً بالعصر الكربوني بما هو يزيد عن 300 مليون سنة، وله عدة أنواع يمكن إن نشير إلى الفرق بينهم عبر مقالنا اليوم بموقع جربها.

ما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي

قبل أن نتعرف عما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي، لا بد أن نتعرف إلى مكونات الفحم حيث إنه يتكون من مجموعة من النباتات السرخسيات والأشجار التي سقطت في المستنقعات منذ القدم، وقد منعت ظروف المستنقع تحلل الكائنات الحية بشكل كامل نتيجة الطقس الحار الرطب في تلك الفترة.

بعد ذلك تراكمت على تلك النباتات المدفونة مجموعة من الطبقات الكثيفة من الطين والرمل بمرور ملايين السنين وتحلل بعضها وتحولت إلى غازات متطايرة وتركت مادة ورائها سوداء وهي الفحم ومع مرور الوقت وموت تلك النباتات وحدوث تلك العملية زاد سمك الطبقات.

خلال تلك الفترة عمل ضغط الطبقات العليا المتصاعد وتنامي الحرارة على إزالة عنصري الهيدروجين والأكسجين من هذه النباتات الميتة وتبقى فقط الكربون داخلها وهو ما يطلق عليه الفحم الحجري.

حيث يتم تصنيف الفحم الحجري حسب مستواه من الكربون بداخله، بمعنى أن الفحم في الأساس يتكون من مجموعة من المواد التي يعتبر الكربون من ضمنها بنسب معينة، وعلى أساس تلك النسب يمكن تحديد أكثر من صنف للفحم الحجري، فكلما زاد محتوى الكربون زادت الحرارة التي يولدها الفحم عند الاحتراق.

أما عن الفحم النباتي هو عبارة عن مادة هشة يتم استخدامها في العديد من المجالات المتعددة، كما هو الحال في استخدامه في الوقود لإشعال النار كما يتم استخدامه كأحد أدوات الرسم كما هو الحال بأقلام الفحم، حيث إنه يعتبر واحد من أنواع الفحم الكربوني غير المتبلور، ويتضمن بداخله كمية ضئيلة من الشوائب لمركبات الكبريت والهيدروجين.

حتى يمكن تحديد كافة النقاط الفاصلة بين نوعي الفحم الحجري والنباتي، يمكن تناول كافة المعلومات الخاصة بكلٍ منهما على حدا حتى يمكن توضيح المعلومات بشكل مستوفي للإجابة عن سؤال ما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي.

اقرأ أيضًا: ما هي مصادر الطاقة وأنواعها

أولًا: الفحم الحجري

يتخذ الفحم الحجري اللون الأسود أو البني الذي يقبل الاشتعال أو الاحتراق مما يجعله يعطي طاقة تتولد على هيئة حرارة، ويتم استخدام تلك الحرارة في العديد من الأغراض التي منها التدفئة أو كوقود لتشغيل وتحريك القطارات قديمًا، لكن في عالمنا اليوم يتم استغلال الفحم الحجري في إنتاج الطاقة الكهربائية.

أما عن هذا الشكل الذي يتواجد عليه الفحم الحجري في الطبيعية فهو يتواجد بطبقات متعددة الأنواع الأخرى من المعادن داخل مكونات الصخور الرسوبية كما هو الحال مع الحجر الطيني والرملي الذي يحتوي على نسبة كبيرة من الكربون تمثل 90% من مكوناته بجانب مجموعة من المواد الأخرى التي تتضمن الكبريت والأكسجين والنيتروجين.

إذ إنه مصدر طاقة غير متجدد لأن تكوينه يستغرق ملايين السنين، أما بالنسبة لكيفية تكوين الفحم فهو يتكون من بقايا نباتية في مستنقعات مدفونة تحت الرواسب والصخور، حيث تزداد الرواسب فوقها، ويتم ضغط النباتات المدفونة، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة والضغط.

بسبب الإجهاد المفرط في هذه الظروف، تظل النباتات المدفونة خالية من الأكسجين؛ ويرجع ذلك إلى وجود الطين والمياه الحمضية، والتي بمرور الوقت تحول الغطاء النباتي المدفون الغني بالكربون إلى فحم، وهي عملية تعرف باسم الكربنة.

الفحم هو المصدر الرئيسي للطاقة لإنتاج الكهرباء عن طريق إنتاج البخار، ويمكن استخدامه أيضًا كمصدر كيميائي يتم من خلاله استخلاص العديد من المركبات الاصطناعية مثل الأصباغ والزيوت والشموع والأدوية ومبيدات الآفات، ولإنتاج فحم الكوك في العمليات المعدنية.

بالإضافة إلى ذلك تعتبر عملية تسييل الفحم وتحوله إلى غاز أحد الطرق التي يتم بها إنتاج الوقود الغازي والسائل، والذي يتم نقله بسهولة عبر خطوط الأنابيب والسماح بتخزينه بسهولة.

أنواع الفحم الحجري

هناك أربعة أنواع من الفحم وذلك بناءً على كمية مادة الكربون فيها وهم على النحو التالي:

  • اللجنايت: ويحتوي على نسبة منخفضة من الكربون التي تتراوح بين25% إلى 35%.
  • السب بتيومينس: وترتفع نسبة جزيئات الكربون فيه مقارنةً بتلك النسبة الموجودة في اللجنايت، حيث إنها تتراوح بين 35 إلى 45 %.
  • البتيومينس: وتتراوح نسبة الكربون فيه بين 45 إلى 86%
  • الأنثراسايب: وتتراوح نسبة الكربون فيه بين 87% إلى 97 %

اقرأ أيضًا: شركات الطاقة الشمسية في السعودية

طريقة صنع الفحم الحجري

يتم تصنيع الفحم الحجري داخل طبقات الأرض كما ذكرنا في تكون الفحم بشكل عام عندما ماتت النباتات وسقطت في المستنقعات واندفنت في الأرض ثم أخذت تلك المادة تتصلب مع مرور الزمن وتتحول إلى مادة أخرى تسمى الخث، وهو خليط متراكم من النباتات والمواد العضوية غير المتحللة بشكل كامل.

نتيجة لتعرض ترسب الخث للضغط الشديد الناتج من ثقل الطبقات العليا فإنه يتحول إلى فحم الليجنايت، ويستخدم فحم اللجنايت كوقود لتوليد الكهرباء البخارية.

مع زيادة ضغط الطبقات على اللجنين، فإنه يتحول إلى زيادة ضغط الطبقات على اللجنيت، مما يجعل الفحم أكثر صلابة يسمى بالفحم تحت القاري ويستخدم في المقام الأول كوقود لتوليد طاقة الكهرباء البخارية وتصنيع الأسمنت.

أما إذا زاد الضغط على طبقات الفحم تحت القاري وكذلك زيادة الحرارة أكثر من ذلك يتحول إلى نوع آخر من الفحم يعرف بالفحم القاري أو البيتوميني، ويكتسب اللون الأسود ويتسم بشدة الصلابة ويحتوي على مادة تشبه مادة القطران أو القار والتي تعرف بالبتيومين أو الأسفلت، وفي الغالب يستخدم هذا النوع من الفحم في رصف الطرق وتوليد الطاقة الكهربائية وتصنيع الأسمنت.

أخيرًا إذا زاد الضغط على هذا النوع من الفحم المسمى بالقاري البيتوميني يتحول إلى نوع آخر وهو الانثراسايت، وهو من أفضل أنواع الفحم الحجري وأشدها صلابة وأفضلها جودة، حيث يعتبر أفضل أنواع الفحم هو الذي ينتج دخانًا قليلًا عند احتراقه ويستمر في الاحتراق لفترة طويلة من الوقت.

كيف يتم استخراج الفحم؟

يتم استخراج الفحم من الأرض من خلال الحفر تحت الأرض أو استخراجه من السطح، ويتم تحديد الطريقة المناسبة لاستخراج الفحم إلى حد كبير على الطرق الجيولوجية لرواسب الفحم ومدى بعد هذه الرواسب عن سطح الأرض.

كما يتمثل استخراج الفحم تحت الأرض حصة أكبر من الإنتاج العالي للفحم من حصة الاستخراج السطحي له، ولتحويل الفحم إلى كهرباء فإنه يطحن أولًا إلى مسحوق ناعم للسماح له بالحرق بسرعة أكبر.

حيث تعمل الغازات الساخنة والحرارة الناتجة عن الاحتراق على تحويل الماء إلى بخار لتشغيل التوربينات والمولدات لإنتاج الطاقة الكهربائية، ويمكن تحويل الفحم لغاز سائل أو غاز اصطناعي من خلال عمليات كيميائية متقدمة والتي منها التغوير وهي عملية تحويل الفحم إلى غاز.

إذ إن أحد المخاوف الناتجة عن استخراج الفحم الحجري هي تلك الإجراءات المتخذة لاستخراجه من باطن الأرض، فالآثار البيئية المترتبة وقضايا السلامة البشرية المتعلقة بالعمال والمساكن المجاورة تشكل المخاوف المتزايدة بشأن صناعة الفحم.

اقرأ أيضًا: الطاقة الناتجة عن حركة الجسم تسمى

ثانيًا: الفحم النباتي أو الخشبي (فحم الخشب)

إبرازًا لتلك الفروق الفاصلة بين الفحم الحجري والفحم النباتي التي تجيب عن سؤال ما هو الفحم الحجري واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي، يمكن أن نشير إلى المعلومات المرتبطة بالفحم النباتي باعتباره ركن ومن أركان الإجابة عن هذا السؤال.

حيث إنه يتكون من مادة سوداء مسامية ضعيفة قابلة للاشتعال بسهولة لفترة معينة من الوقت، كما أنه من المواد الهامة لأنه يدخل في العديد من الاستخدامات، وما يميزه عن الفحم الحجري من حيث المكونات هو أنه خالٍ من عنصر الكبريت كما أنه يمكن احتراقه إلى ما يحول 1% من الرماد.

أما عن أفضل أنواعه فيمكن الإشارة إلى الفحم الكراجي أو كما يطلق عليه فحم الخشب، ومن أكثر الدول الموجود بها هي الهند ويتم جمعه عن طريق الأشجار المريضة التي يتم جمع أغصانها على هيئة أكوام ويتم بناء الطين عليها وإشغالها على أن تتفحم تمامًا ويتم تركها حتى تبرد وتجمع وتباع في أكياس للتسويق.

طريقة صنع الفحم النباتي

يتم تحضيره عن طريق تسخين الخشب أو العظام في فرن مفرغ، بشرط أن يتم تسخين مادة حيوانية أو نباتية تحتوي على الكثير من الكربون، مثل الخشب أو العظام، في قصدير.

ينتج هذا الخليط مواد مهمة مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين الموجودة في المادة التي توضع في فرن التفريغ للحصول على مادة سوداء هشة مليئة بالثقوب الصغيرة تسمى الفحم.

الفحم أخف من الخشب لأن الخشب يفقد الكثير من الرطوبة عند تحويله إلى فحم وتزيد المسامية.

اقرأ أيضًا: أين يوجد النحاس في الطعام وما هي فوائد تناول مصادره؟

عملية الكربنة

هذه هي العملية التي يحدث فيها تفاعل كيميائي يزيد من نسبة الكربون فيه، مما ينتج عنه الليجنيت الذي يشكل الفحم الصلب مع استمرار عملية التفحم بشكل طبيعي ومع زيادة عمق الدفن.

يعتمد الفرق بين أنواع الفحم على تلك النسبة التي يحتويها من الكربون، وكذلك الطريقة التي يتم تصنيعه بها أو يتحول بها إلى أحد أنواعه.

قد يعجبك أيضًا