ما هو الفحم واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي؟ كيف يتم صنع كل منها؟ يعتبر الفحم من أنواع الوقود الأحفوري القابل للاشتعال، ويتميز بلونه الأسود، ويتكون من جزيئات الكربون المتراكمة منذ العصور الجيولوجية القديمة، وخاصة العصر الكربوني، أي منذ أكثر من 300 مليون سنة، وله عدة أنواع، ونحن ويمكن الإشارة إلى الفرق بينهما في مقالتنا اليوم.
جدول المحتويات
ما هو الفحم واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي
قبل أن نعرف ما هو الفحم واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي، يجب أن نتعرف على مكونات الفحم حيث يتكون من مجموعة من النباتات والسراخس والأشجار التي وجدت في المستنقعات منذ القدم. حالت ظروف المستنقع دون التحلل الكامل للكائنات الحية نتيجة الطقس الحار والرطب.
وبعد ذلك، وعلى مدى ملايين السنين، تراكمت على هذه النباتات المدفونة مجموعة من الطبقات الكثيفة من الطين والرمل، وتحلل بعضها وتحول إلى غازات متطايرة، مخلفة وراءها مادة سوداء هي الفحم، وبمرور الزمن ومع موت هذه هذه وبظهور هذه العملية يزداد سمك طبقاتها.
خلال هذه الفترة، أدى ارتفاع الضغط العلوي وارتفاع درجات الحرارة إلى إزالة عنصري الهيدروجين والأكسجين من هذه النباتات الميتة، ولم يتبق بداخلها سوى الكربون، الذي يسمى الفحم.
يتم تصنيف الفحم على أساس محتواه من الكربون، أي أن الفحم يتكون بشكل أساسي من مجموعة مواد تحتوي على الكربون بنسب معينة، وبناء على هذه النسب يمكن تحديد أكثر من نوع من الفحم. محتوى الكربون، كلما زادت الحرارة التي يطلقها الفحم عند حرقه.
أما الفحم فهو مادة هشة تستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة، كالوقود لإشعال الحرائق، كما يستخدم كأحد أدوات الرسم كما هو الحال مع أقلام الفحم. حيث أنه يعتبر أحد أنواع الفحم غير المتبلور، ويتضمن تركيبه كمية قليلة من الشوائب الكبريتية ومركبات الهيدروجين.
لتحديد جميع نقاط الفصل بين نوعي الفحم والفحم النباتي، يمكنك الرجوع إلى جميع المعلومات المتعلقة بكل منهما على حدة، حتى تتمكن من توضيح المعلومات بشكل شامل والإجابة على سؤال ما هو الفحم واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم النباتي.
أولا: الفحم
الفحم ذو لون أسود أو بني وهو عرضة للاشتعال أو الاحتراق، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة التي تتولد على شكل حرارة. وتستخدم هذه الحرارة لأغراض كثيرة منها التدفئة أو كوقود لتشغيل وتحريك القطارات في الماضي، أما في العالم الحديث فيستخدم الفحم لتوليد الكهرباء.
أما هذا الشكل الذي يوجد به الفحم في الطبيعة فهو موجود في طبقات من أنواع مختلفة من المعادن ضمن مكونات الصخور الرسوبية، كما هو الحال مع الحجر الطيني والرمل، اللذين يحتويان على نسبة كبيرة من الكربون، إذ يشكلان 90% من مكوناته، بالإضافة إلى مجموعة مواد أخرى منها الكبريت والأكسجين والنيتروجين.
وهو مصدر غير متجدد للطاقة حيث يستغرق تكوينه ملايين السنين، أما عن كيفية تشكل الفحم فهو يتكون من بقايا النباتات في المستنقعات المدفونة تحت الرواسب والصخور، حيث تتزايد الرواسب فوقها وتتقلص النباتات المدفونة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة والضغط.
وبسبب الإجهاد المفرط في هذه الظروف، تظل النباتات المدفونة محرومة من الأكسجين؛ ويرجع ذلك إلى وجود الطين والمياه الحمضية، التي تحول بمرور الوقت النباتات المدفونة الغنية بالكربون إلى فحم، وهي عملية تعرف باسم الكربنة.
يعد الفحم المصدر الرئيسي للطاقة لتوليد الكهرباء من خلال إنتاج البخار، كما يمكن استخدامه كمصدر كيميائي يستخرج منه العديد من المركبات الاصطناعية مثل الأصباغ والزيوت والشموع والأدوية والمبيدات الحشرية، ولإنتاج فحم الكوك في العمليات المعدنية.
وبالإضافة إلى ذلك فإن عملية تسييل الفحم وتحويله إلى غاز هي إحدى طرق إنتاج الوقود الغازي والسائل الذي يمكن نقله بسهولة عبر خطوط الأنابيب ويمكن تخزينه بسهولة.
أنواع الفحم
اعتمادًا على كمية الكربون الموجودة فيه، يتم تمييز أربعة أنواع من الفحم:
- الليجنيت: يحتوي على نسبة منخفضة من الكربون، تتراوح بين 25% إلى 35%.
- البيتومين المزعج: نسبة جزيئات الكربون فيه أعلى منها في الفحم البني، وتتراوح من 35 إلى 45%.
- البيتومين: يتراوح محتوى الكربون من 45 إلى 86٪.
- أنثراسايت: وتتراوح نسبة الكربون فيه من 87% إلى 97%.
كيفية صنع الفحم
يتم إنتاج الفحم في طبقات من الأرض، كما سبق أن ذكرنا مع تكوين الفحم بشكل عام، فعندما ماتت النباتات وسقطت في المستنقعات ودفنت في الأرض، ثم بدأت هذه المادة مع مرور الوقت تتصلب وتتحول إلى مادة أخرى تسمى الخث وهو عبارة عن خليط متراكم من النباتات والمواد العضوية التي لم تتحلل بشكل كامل.
نحن ندعوك للقراءة
ونتيجة تعرض رواسب الخث لضغط شديد بسبب ثقل الطبقات العليا فإنه يتحول إلى الليجنيت، ويستخدم الليجنيت كوقود لتوليد الكهرباء بالبخار.
ومع زيادة الضغط الطبقي على اللجنين فإنه يتحول إلى زيادة في الضغط الطبقي على الليجنيت مما يجعل الفحم أكثر صلابة، ويسمى بالفحم شبه البيتوميني ويستخدم في المقام الأول كوقود لتوليد الطاقة البخارية وإنتاج الأسمنت.
أما إذا زاد الضغط على الطبقات تحت البيتومينية من الفحم وارتفعت درجة حرارته أكثر فإنه يتحول إلى نوع آخر من الفحم يعرف بالفحم البيتوميني أو البيتوميني، ويصبح أسود اللون، وهو شديد الصلابة ويحتوي على قطران أو قار. مثل المادة المعروفة باسم البيتومين أو الإسفلت، وكثيراً ما يستخدم هذا النوع من الفحم في رصف الطرق وتوليد الطاقة وإنتاج الأسمنت.
وأخيرًا، إذا زاد الضغط على هذا النوع من الفحم، والذي يسمى الفحم البيتوميني، فإنه يتحول إلى نوع آخر وهو الأنثراسيت، وهو من أفضل أنواع الفحم وأصلبها وأعلاها جودة. ويعتبر أفضل أنواع الفحم هو الذي ينتج القليل من الدخان عند احتراقه ويستمر في الاحتراق لفترة طويلة من الزمن.
كيف يتم استخراج الفحم؟
يتم استخراج الفحم من الأرض عن طريق الحفر تحت الأرض أو استخراجه من السطح، وتتحدد الطريقة المناسبة لاستخراج الفحم إلى حد كبير حسب الطبيعة الجيولوجية لرواسب الفحم ومدى بعد هذه الرواسب عن سطح الأرض.
لتحويل الفحم إلى كهرباء، يتم طحنه أولاً إلى مسحوق ناعم حتى يمكن حرقه بشكل أسرع.
تعمل الغازات الساخنة والحرارة الناتجة عن الاحتراق على تحويل الماء إلى بخار، مما يدفع التوربينات والمولدات لإنتاج الكهرباء.
إحدى المشاكل المرتبطة بتعدين الفحم هي إجراءات استخراجه من الأرض.
ثانياً: الخضار أو الفحم (الفحم)
ولتسليط الضوء على الفروق بين الفحم والفحم والتي تجيب على سؤال ما هو الفحم واستخداماته والفرق بينه وبين الفحم، يمكننا الرجوع إلى المعلومات المتعلقة بالفحم كأحد أركان الإجابة على هذا السؤال.
لأنها مكونة من مادة سوداء ضعيفة مسامية سهلة الاشتعال خلال فترة زمنية معينة، كما أنها مادة مهمة لأنها تستخدم في العديد من الأغراض. وما يميزه عن الفحم من حيث المكونات هو أنه لا يحتوي على عنصر الكبريت ويمكن حرقه لإنتاج رماد بنسبة 1%.
أما أفضل الأصناف فيمكن أن ندخل فيها فحم الجراج أو كما يطلق عليه أيضا فحم ومن أكثر الدول انتشارا فيها هي الهند ويتم جمعه من الأشجار المريضة وتجمع أغصانها في شكل أكوام. ويبنون عليها الطين ويعالجونه حتى يتفحم تماما ويتركونه حتى يبرد ويجمع ويباع في أكياس للبيع.
كيفية صنع الفحم
يتم تحضيره عن طريق تسخين الخشب أو العظام في فرن مفرغ، بشرط أن يتم تسخين المواد الحيوانية أو النباتية التي تحتوي على الكثير من الكربون، مثل الخشب أو العظام، في القصدير.
وينتج هذا الخليط مواد مهمة مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين التي تحتوي عليها المادة، والتي توضع في فرن مفرغ لتنتج مادة سوداء هشة مليئة بالثقوب الصغيرة تسمى الفحم.
الفحم أخف من الخشب لأنه عند تحويله إلى فحم يفقد الخشب الكثير من الرطوبة وتزداد المسامية.
عملية الكربنة
وهي عملية يحدث فيها تفاعل كيميائي يزيد من محتواها من الكربون، وينتج عن ذلك تكوين الليجنيت الذي يشكل الفحم الصلب مع استمرار عملية التفحم بشكل طبيعي وزيادة عمق الدفن.
ويعتمد الفرق بين أنواع الفحم على نسبة الكربون التي تحتوي عليها، وكذلك كيفية إنتاجه أو تحويله إلى أحد أنواعه.