الفحم
عرف الناس الفحم منذ القدم، واستخدم في الكثير من الأمور، وما زال يستخدم حتى وقتنا هذا لأهميته وارتباطه بالبيئة المحيطة، حيث يعتبر الفحم شكل من أشكال الطاقة الحرارية، ومادة قابلة للاشتعال بسرعة كبيرة، ويتكون الفحم في الأساس من عنصر الكربون، إضافة إلى نسب متفاوتة من عناصر أخرى مثل الكبريت والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين...إلخ، ويتم استخراج الفحم واستخلاصه من طبقات الأرض الداخلية إما من المناجم العمودية أو المناجم الواقعة على السطح والمفتوحة، كما ويمكن استخراجه أيضا من أخشاب النباتات المختلفة، وقد اعتبرت دولة الصين المصدر الرئيسي والمنتج الأول للفحم منذ عام 1983ميلادي، ويعد الفحم مادة أولية ساهمت في تشكل الحياة المدنية منذ العصور والإمبراطوريات القديمة العهد، ومن الجدير بالذكر أن الفحم يستخدم في العديد من الأمور المتعلقة بالحياة اليومية كالطهي والتدفئة والشواء.
صنع فحم الأرجيلة
- جمع كميات من أخشاب الأشجار في أكوام، ومن ثم تغطيتها بالتراب.
- حرق نسبة قليلة من الأخشاب نتيجة لدخول كمية قليلة من الهواء فيها، الأمر الذي يعمل على تسخين الأخشاب.
- يبقى الخشب تحت تأثير ونتائج عملية التسخين لمدة عشرة أيام متواصلة، حيث إن هذه الحرارة تعمل على تحويل الخشب إلى فحم نباتي.
- إزالة الأكسجين والهيدروجين من مركبات السليولوز المتواجدة في ثنايا الأخشاب، وتحدث هذه الخطوة عن طريق تفاعل كيميائي يعمل على نزع الأكجسين والهيدروجين من السليولوز الموجود في الأخشاب، فينتج مركب عضوي جديد ذو نسبة أقل من الأكسجين والهيدروجين، الأمر الذي يعمل على زيادة نسبة الكربون الموجودة في الخشب.
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 الانتهاء والتخلص من نسبة الرطوبة الموجودة فيه، وتستمر درجات الحرارة بالارتفاع من 20 حتى تصل إلى 110 درجة، وذلك حتى يصل الخشب إلى حالة التصلب.
- (110-270)درجة مئوية: في هذه المرحلة تعمل درجات الحرارة العالية على التخلص بشكل نهائي من الماء المتواجد في الخشب، ثم 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 عمليا، 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
مما لا شك فيه أن 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 دورا كبيرا في تحديد جودة الفحم المنتج، فكلما زادت درجة الحرارة عن 400 درجة مئويةـ أدى 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 صغيرا ولا يكون كبيرا، حتى لا تضيع جودة الفحم.
