بـــحــــث شامل حولـــــــ الفحم الحجري¦¦๑¦¦


مقدمة:

لفحم الحجري صخر أسود أو بني اللون قابل للاشتعال والاحتراق. وعند احتراق الفحم الحجري فإنه يعطي طاقة على شكل حرارة. ويمكن استعمالالحرارة الصادرة عن احتراق الفحم الحجري في تدفئة المنازل، وكوقود للقاطرات في بداية عهد اختراع الآلة البخارية. والاستخدام الأساسي اليوم لهذه الطاقة هو في إنتاج الكهرباء. وتعطيمحطات إنتاج الكهرباء باحتراق الفحم الحجري ثلثي الكهرباء المستهلكة في العالم. ويستعمل الفحم الحجري كذلك في إنتاج فحم الكوك وهو مادة خام أساسية في صناعةالحديد والفولاذ. وتنتج مواد أخرى عن عملية إنتاج فحم الكوك، يمكن استعمالها في صناعة الأدوية والأصباغ والأسمدة.
وكان الفحم الحجري في فترة ماضية المصدر الرئيسي للطاقة في جميع البلدان الصناعية. وقد أنتجت المحركات البخارية التي تعمل بالفحم الحجري، معظم القدرة اللازمة لهذه البلدان منذ بداية القرن التاسع عشر وحتى القرن العشرين. ومنذ بداية القرن العشرين، أصبح النفط والغاز الطبيعي المصدرين الرائدين للطاقة في معظم أرجاء العالم. وعلى نقيض الفحم الحجري ؛ فإن النفط يمكن تحويله إلى بنزين وديزل ومواد أخرى لازمة لتشغيل وسائل المواصلات الحديثة. وقد حل استعمال الغاز الطبيعي محل الفحم الحجري لتوليد الطاقة الحرارية، ولكن الاستهلاك الحالي لموارد العالم من النفط والغاز الطبيعي يجري بسرعة. وإذا استمر الاستهلاك العالي على المستوى الحالي فإن موارد النفط ستستهلك وتنضب خلال النصف الأول من القرن الحادي والعشرين. كما أن موارد الغاز الطبيعي ستنضب بدورها في أواسط القرن الحادي والعشرين. أما مصادر العالم من الفحم الحجري فهي باقية وتكفي لحوالي 220 سنة مقبلة، وذلك وفق معدلات الاستهلاك الحالية.
تكوّن الفحم الحجري

سقوط كميات كبيرة من النباتات, وتراكُمها في قاع المستنقع, ودفنها سريعاً مع الرسوبيات الأخرى كالرمل والطين. وبفعل البكتيريا اللا هوائية
تتحلل المركبات العضوية النباتية جزئياً, أي يزداد فيها تركيز عنصر الكربون ويفقد منها الأكسجين والهيدروجين. وتسمى هذه المواد النباتية
المحللة جزئياً بالخثِّ " peat "
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 في, وتسمى هذه العملية بالتفحم, ومنها ينتج الفحم الحجري البني تستمر عملية التفحم بازدياد عمق الدفن فيتكون الفحم الحجري الصلب.
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 :
محطة توليد الطاقة, وقديما كان يستعمل في تسيير القطارات والسفن البخارية. وبسبب صعوبة استعمال الفحم الحجري في أغراض الحياة اليومية تُجرى بعض المحاولات والتجارب لتحويله إلى وقود سائل أو غازيّ سهل الاستعمال.
ومن ناحية أخرى, يمكن الاستفادة من الفحم الحجري بتحويله إلى مواد مفيدة وثمينة, وقد دخلت هذه المواد العضوية في صناعة المنسوجات والبلاستيك والأدوية والأسمدة والعطور..
وقد يسدُّ الاستعمال المتنامي للفحم الحجري في إنتاج الكهرباء النقص المتزايد لكل من الغاز والنفط. ومع ذلك، فإن استعمال الفحم الحجري يحمل في طياته مشاكل من نوع آخر إذ إن احتراقه سببًا رئيسيًا لتلوث الهواء وزيادة تسبة ثاني أكسيد الكربون. وقد طُوِّرت وسائل عديدة للتقليل من التلوث ولكنها مكلفة ولم تثبت جدواها حتى الآن. ولابد من تحسين هذه الطرق والأساليب قبل التوسع الكبير في استعمال الفحم الحجري. وبالإضافة لهذا فإن بعض الفحم الحجري يوجد في طبقات عميقة تحت سطحالأرض، حيث يصعب استخراجه.
استخراج الفحم الحجري

وفي الماضي كانت الوظائف التي تعد أكثر خطورة وصعوبة من وظيفة عامل في منجم فحم حجري تحت سطح الأرض قليلة. ففي القرن التاسع عشر الميلادي كان عمال المناجم يعملون عشر ساعات يوميًا تحت الأرض ولمدة ستة أيام كل أسبوع. وكانت المعاول هي الأدوات الوحيدة التي تستعمل في تكسير وتفتيت الفحم الحجري. وكان على عمال مناجم الفحم الحجري أن يجرفوا الفحم الحجري المستخرج وينقلوه في عربات. وفي حالات عديدة كان الأطفال دون سن العاشرة يجرُّون عربات الفحم الحجري من المناجم. كما عملت النساء في عمليات التحميل والنقل بالعربات. ومع مرور الزمن فقد الآلاف من الرجال والنساء والأطفال حياتهم في حوادث المناجم. كما مات آلاف آخرون جرّاء إصابتهم بأمراض الرئتين بسبب استنشاق رماد الفحم الحجري طوال حياتهم العملية في المناجم.
وتُنفِذ الآلات هذه الأيام معظم الأعمال في مناجم الفحم الحجري، كما تحسنت إجراءات الأمان في المناجم، وقلّت ساعات العمل، وتم حظر تشغيل الأطفال في المناجم قبل نهاية القرن التاسع عشر الميلادي. وانخفضت نسبة الوفيات بسبب حوادث المناجم بصورة كبيرة في القرن العشرين. وفي كل هذه الأحوال فإن مهنةاستخراج الفحم الحجري من مناجمه ما زالت مهنة المخاطر.
من الصعب جداً استخراج طبقة الفحم الحجري بإزاحة ما يعلوها من صخور رملية وطينية, حيث يتم ذلك بحفر نفق من سطح الجبل باستخدام
آلات الحفر الخاصة, بحيث يتم الوصول إلى طبقة الفحم الحجري فتكسر وتعبأ في الشاحنات وتنقل خارج النفق.
الفحم الحجري اول مصدر للطاقة

يعتبر الفحم الحجري من أوائل المصادر التي استغلها الإنسان لإنتاج الطاقة، حيث استغلها في الطبخ والتدفئة، ومع بدء العصر الصناعي فكان قائما على الفحم الحجري وزاد الطلب عليه واستهلاكه ولهذا بدأ في بلاد مثل إنجلترا وألمانيا حفر مناجم الفحم الحجري لاستخراجة بكميات كبيرة. ثم تتابع استخراجه في بقية البلاد في مناجم لديها أو حصلت عليه بشرائه من الدول المنتجة الغنية بمصادر الفحم منها أستراليا والولايات المتحدة الأمريكية وكندا.
ولا يزال الفحم الحجري يشكل أساسا مهما للحصول على الطاقة، ففي الولايات المتحدة الأمريكية ينتج الفحم 48 % من الطاقة الكهربائية (عام 2008)، وهو ينتج لطاقة تعادل مجموع الطاقة المنتجة من الغاز الطبيعي والطاقة النووية معا. وكل ذلك بسعر متهاود بسيط يبلغ 28و2 سنت لكل مليون وحدة حرارية بريطانية BTU (اتفق على كتابة 1 مليون وحدة حرارية بريطانية كالآتي MMBTU).وبالمقارنة بسعر الغاز الذي ينتج تلك الكمية من الطاقة نحو 6 سنت، والنفط بسعر 13 سنت لكل MMBTU.
وتتعرض المحطات االكهربائية التي تعمل بالفحم إلى انتقاد متزايد بسبب ضررها بالبيئة وما تقوم به من تفاقم مشكلة الانحباس الحراري ، وينشأ نحو 40 % من غازات الأنحباس الحراري في أمريكا من إنتاج الطاقة الكهربائية، والتي تشكل المحطات العاملة بالفحم الحجري من أهم مصادرها. وتجري محاولات في الولايات المتحدة الأمريكية من أجل ابتكار تقنية لفصل ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في طبقات عميقة تحت الأرض. ولكن توجد أيضا معارضة كبيرة من جهة الصناعات حيث سوف تتكلف تلك التقنية تكاليف باهظة.وتدعي شركات إنتاج الطاقة الكهربائية التي تعمل بالفحم بأنها تحتج تلك المصاريف لتحسين أداء محطاتها التي عتى عليها الدهر. وكثير من تلك المحطات قد أصبح قديما، وتجري السياسة على استبدالها بمحطات جديدة تعمل بالفحم ومحطات تعمل بالطاقة النووية.
ويكفي احطياطي الفحم في الولايات المتحدة الأمريكية لمدة عدة قرون. وتنتج ولاية فيومنج وحدها نحو 40 % من أنتاج الفحم وتقدر كمية إنتاجها بنحو ألف مليون طن سنويا. وبصرف النظر عن حصة إنتاج الكهرباء بواسطة الطاقة المستدامة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، فإن استغلال الفحم سيلعب دورا رئيسيا في المستقبل أيضا في الولايات المتحدة الأمريكية.