ربّما إرتبط الفحم عِندَ الكثيرين بالفَحم المُستخدم في عمليّة الشواء المُسمّى بالفحم النباتي أو فحم الخشب ، في حين أنّ المُطّلع والباحث عن تاريخ الفحم يجد أن الفحم لا يقتصر فقط على ذلك النوع بل تتعدّد أنواعه حسب المادة الاساسية المصنع منها , ومن أنواعه :
أولا : فحم الخشب أو الفحم النباتي Wood Charcoal :
الفحم النباتي هو مخلفات مكونة من كربون صرف تنتج عن عملية نزع الماء من الحطب والاخشاب وقشر المكسرات ، والفحم النباتي يصنعه الإنسان بتسخين الخشب إلى درجة حرارة عالية 400 – 500 مئوية بمعزل عن الهواء فيتحلل سيليلوز الخشب إلى مواد جديدة بالتفكك ونزع الهيدروجين والأوكسجين ليبقى الكاربون في النهاية , طبعا في ظروف تصنيع فحم الخشب لا تتحلل كامل محتويات الخشب من السيليلوز، وكلما كان التحلل أكثر كانت نسبة الكاربون في الفحم أكثر ، وبالتالي يكون الفحم أجود ، اللون الأسود للفحم سببه وجود عنصر الكربون ، وفحم الخشب أخف من الخشب المصنع منه
وتعتمد خواصه على المادة المحضر منها وظروف تكونه ، وتحتوي الأنواع المختلفة من الفحم على كميات من الشوائب التي تؤثر في خواصه .. والواقع أنه من الصعب التأكد عما إذا كانت هذه الشوائب توجد مختلطة بالكربون أم أن بعضها يرتبط به ارتباطًا كيميائيًا
يحضر فحم الخشب بطريقتين :
الطريقة القديمة وتسمي بالتقطير الاتلافي ( بمعزل عن الهواء ) الطريقة المسماة عند العرب المردومة .
حيث يُجمع الخشب في أكوام ويُغطى بالتراب ويُسخن عشرة أيام تقريباً. ويتم التسخين بحرق جزء قليل من الخشب بسبب دخول كمية قليلة من الهواء. ويزود هذا الجزء المحترق بقية الخشب بالحرارة اللازمة لتسخينه وتحويله إلى فحم نباتي . ويتم ذلك بتفاعل كيميائي بحيث ينزع الأوكسجين والهيدروجين من السيليلوز فيتحول إلى مركب عضوي جديد يحتوي على كمية أقل من الأوكسجين والهيدروجين , فتزداد نسبة الكربون فيه . في هذه الطريقة تتبدد المكونات الناتجة من تحلل السيليلوز في الفضاء فتسبب التلوث علاوة على خسارة فوائد هذه المواد.
الطريقة الحديثة :
تدخل قطع الخشب في عربات من الحديد إلى فرن يصمم ليعزل تماما عن الهواء ( الأوكسجين ) ، ويسخن إلى درجة حرارة عالية 1000 درجة مئوية ، وتمرر الغازات الناتجة إلى جهاز تقطير متدرج لفصل المواد الثانوية الناتجة ، وأهمها كحول الخشب ( معظمه ميثانول ) , والقطران ، وحامض الخل . والاسيتون
وبعد انتزاع ما في الخشب من هيدروجين واوكسجين ينتج الفحم النباتي ، ويكون انقى وأجود من الطريقة القديمة علاوة على الاستفادة من النواتج الثانوية وحفظ البيئة من التلوث .
استعمالات الفحم النباتي :
1- يستعمل الفحم النباتي في الحرق المباشر للحصول على الطاقة. وعادة ما يقتصر على استعماله بعض الأغراض المنزلية كالتدفئة أو الطهو أو الشواء. أما البلاد التي يوجد فيها فائض من خشب الغابات, فيمكن تحويله إلى فحم نباتي ثم استعماله في بعض المشاريع الكبيرة كتوليد الكهرباء . للفحم النباتي قيمة حرارية أكبر من الخشب , وزمن احتراق كمية من الفحم النباتي أطول من زمن احتراق كمية مماثلة من الخشب .
2- ويُستخدم شكل من أشكال الفحم الخشبي يدعى الكربون المنشط في المرشّحات وأقنعة الغاز لإزالة الأبخرة السامة والروائح الكريهة من الهواء. وهو ذو قدرة امتزازية عالية ، كما يستخدم أيضاً في تنقية السوائل ، كالماء والزيوت .
يُصنع الفحم المنشط بتسخين الفحم الخشبي بمعزل عن الهواء وإمرار بخار الماء عليه.
مواصفات فحم الخشب الجيد :
هناك عوامل كثيرة تحدد جودة الفحم المنتج بواسطة أي طريقة لإنتاجه وهذه العوامل هي :-
1- نوعية الأخشاب المستخدمة :
حيث لنوع الخشب أهمية لجودته فمثلا في مصر والدول العربية يفضلون الفحم الناتج من خشب أشجار الحمضيات مثل شجر الحمضيات والسنديان والزيتون وهي أفضل الأنواع لإنتاج فحم جيد وهذا يرجع لمكونات السيليلوز المكون الرئيسي للخشب
2- نسبة الكربون :
كلما زادت درجات الحرارة عن 400 درجة مئوية زادت جودة الفحم الناتج حيث تزداد نسبة الكربون وهو المكون الرئيسي للفحم الجيد .
3- نسبة الرطوبة في الفحم :
وهي أيضا من عوامل جوده الفحم فكلما ذادت نسبة الرطوبة قلت جودته.
4- كمية الرماد الناتج ولونه :
ويحدده أيضا المكون الرئيسي للخشب المستخدم وكمية الأملاح والمكونات التي تتخلل السيليوز.
5- حجم الفحم :
ينتج عن صناعة الفحم وتداوله ونقلة من مكان إلي أخر تكسر نسبة لا بأس بها من الفحم والبودرة . الذي لا تصلح للاستخدام فللحجم المناسب أهمية أيضا.
الفحم المضغوط :
الفحم المضغوط هو فحم يمكن التحكم في اشكاله بصورة أصابع اسطوانية أنبوبية بأقطار وأطوال مختلفة .
صناعة الفحم المضغوط تتم بطريقتين :
الطريقة الأولى :
تعتمد على مخلفات الاخشاب حيث يتم فرم مخلفات الاخشاب وكبسها بمكابس خاصة لهذا الغرض ثم يتم بعد ذلك تفحيم الناتج من هذه المكابس بأفران تفحيم مخصصة لهذا الغرض ، بحيث تكون متوافقة بيئيا ولا تصدر أي ملوثات أو غازات ملوثه للبيئة كما في الطرق القديمة للتفحيم .
الطريقة الثانية :
تعتمد في الأساس على مخلفات وبقايا الفحم الصغيرة الناتجة عن استخراجه وتكون بكميات كبيرة ، التي يتم كبسها وضغطها إما في هيئة قوالب أو أشكال بيضاوية في حجم البيضة فيسهل استعمالها بنظافة من دون التسبب في انتشار الغبار . وتعد هذه الطريقة من المشروعات الصغيرة المربحة وتتوفر لها مكائن صغيرة لأصحاب الدخل المحدود
ثانيا: الفحم الحيواني :
مادة يتركب أغلبها من الكربون النقي تنتج من التقطير الإتلافي للعظام الحيوانية بعد تخلصها من المواد الدهنية ، وهو وقود لا دخاني ، يولد كمية كبيرة من الحرارة ، وله كفاءة عالية على إزالة الألوان من المحاليل خصوصًا في صناعة السكر , وتنقية الهواء والماء ، وفي الأقنعة الواقية من الغازات . ورماده بعد الحرق غني بالفوسفات
ثالثا : الفحم الحجـــري :
الفحم الحجري وقود أحفوري رسوبي لونه أسود أو بني , يتكون من بقايا نباتات تفحمت بباطن الارض خلال ملايين السنين , وهو قابل للاحتراق وإعطاء طاقة حرارية. ويتواجد على شكل طبقات مع أنواع أخرى من الصخور الرسوبية . يحتوي الفحم الحجري على % 90 تقريبًا من الكربون ..
تكوّن الفحم الحجري :
أ – تتراكم كميات كبيرة من النباتات والأشجار, ودفنها سريعاً مع الرسوبيات الأخرى كالرمل والطين . وبفعل البكتيريا اللاهوائية ووجود الرطوبة تتحلل هذه المواد العضوية النباتية جزئياً, ويزداد فيها تركيز عنصر الكربون ويفقد منها الأكسجين والهيدروجين . وتسمى هذه المواد النباتية المحللة جزئياً بالخثِّ peat
ب – دفن الخث تحت غطاء من الرسوبيات إلى عمق يتوقف عنده النشاط البكتيري . وترتفع درجة الحرارة ويزداد الضغط كلما زاد عمق الدفن , مما يساعد على حفظ الخثّ وطرد الغازات منه. وتؤدي تفاعلات كيميائية إلى زيادة نسبة الكربون فيه , وتسمى هذه العملية بالتفحم , ومنها ينتج الفحم الحجري البني .
ج – تستمر عملية التفحم بازدياد عمق الدفن فيتكون الفحم الحجري الصلب.
د – وفي النهاية , وبارتفاع درجة الحرارة والضغط إلى درجة كبيرة يخرج مُعظم الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين من الفحم الحجري السابق , ويتكون فحم الانثراسيت. ” Anthracite”
استعمالات الفحم الحجري :
يستعمل الفحم الحجري في عدة مجالات من أهمها :
* محطات توليد الطاقة , وقديما كان يستعمل في تسيير القطارات والسفن البخارية .
* يمكن الاستفادة من المواد الناتجة من التقطير الاتلافي للفحم الحجري بتحويلها إلى مواد مفيدة وثمينة , دخلت في صناعة المنسوجات والبلاستيك والأدوية والأسمدة والآصبغة والعطور..
رابعا : السناج :
يتكون السناج عند التحلل الحراري لكثير من الهيدروكربونات الغازية ، فيحضر بإشعال القار أو زيت القار أو النفتالين أو زيت البراقين ، في حيز محدود من الهواء وتبريد اللهب الناتج بطرق مناسبة
تستخدم النواتج بكميات كبيرة في تحضير الطلاء الأسود في حبر المطابع وغير ذلك ..
خامسا : فحم الكـــوك :
ينتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري ..
مكوناته :
90 % كربون ، 1% هيدروجين ، 3% أكسجين ، 5‚0 – 1 % نيتروجين ، ويتخلف عن احتراقه 5 % من الرماد …ويحترق فحم الكوك بلهب غير مدخن …
استخداماته :
* يستخدم كوقود .
* وكذلك في اختزال بعض أكاسيد الفلزات كما في تحضير الحديد مثلاً من أكاسيده في الفرن العالي
* كما يدخل في صناعة كربيد الكالسيوم .
سادسا : فحم المعوجــــات :
يتكون كمادة متخلفة من عمليات تفحيم المواد المختلفة وعند التقطير الإتلافي للفحم الحجري ، وينتج عن تحلل بعض الغازات المتصاعدة على أعناق المعوجات التي يتم فيها التقطير .. ويتميز فحم المعوجات بصلابته وتوصيله للكهرباء ويستخدم في عمل الأقواس الكهربائية وأقطاب الكثير من الخلايا الكهربائية …