الفحم :
هو عبارة عن تفاعل كيميائي يتكون على هيئة كتل سوداء عند درجة حرارة منخفضة نسبيا، وينتج عن هذا التفاعل خام الفحم، والذي تتشكل خواصه ويتم تكوينه من خلال درجات الحرارة المنخفضة، وتتأثر خواصه نظرا لما يحتويه على كميات من الشوائب في مختلف أنواع الفحم، ويصعب معرفة ما إذا كانت الشوائب مختلطة بالكربون أم أنها مرتبطة كيميائيا.
يتم تفحيم المواد بطرق صناعية أو طبيعية على مراحل متعددة، ويوجد نوعان من الفحم هما الفحم النباتي والفحم الحجري، وكل منهما له طريقة مختلفة في التصنيع.
أولا: الفحم النباتي الخشبي أو (فحم الخشب):
هو عبارة عن مادة سوداء مسامية هشة يمكن اشتعالها بسهولة وتوهجها لمدة معينة ذات استخدامات متعددة وهو خالي من الكبريت كما أنه يمكن احتراقه إلا بحوالي 1% من الرماد، ويستخدم الفحم النباتي كأداة للرسم و وقود النار فهو مكون من الكربون غير المتبلور والرماد ويحتوي أيضا على كميات ضئيلة من الشوائب كمركبات الكبريت والهيدروجين.
يعد الفحم الكراجي واحدا من أفضل أنواع الفحم النباتي أو فحم الخشب، ويتم جلبه من الهند، ويتم جمع أغصان الأشجار من الغابات المريضة ليتم اشتعال النيران فيها وتتفحم، ثم يتم جمعها وتعبئتها في أكياس أو شوالات للتسويق.
طريقة صنع الفحم النباتي:
يتم تحضير المعوجات من الحديد بتسخين الخشب أو العظام في أفران خالية من الهواء أو في وعاء محمي بشرط استخدام مواد حيوانية أو نباتية تحتوي على نسبة عالية من الكربون مثل الخشب أو العظام.
2- ينتج عن خلط هذه المواد بعض المواد المهمة مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين الموجودة في المواد الموضوعة في الأفران المخصصة للحصول على مادة سوداء هشة مليئة بالثقوب الصغيرة والتي تسمى الفحم النباتي الخشبي.
يعتبر الفحم النباتي أخف من الخشب بسبب فقدان الخشب لكمية كبيرة من الماء عند تحويله إلى فحم نباتي، مما يؤدي إلى زيادة نسبة المسامات فيه.
أنواع الفحم النباتي:
1- فحم الخشب.
2- فحم العظام أو الفحم الحيواني.
ثانيا: الفحم الحجري:
هو عبارة عن صخر رسوبي أسود أو بني قابل للاحتراق والاشتعال وإعطاء طاقة حرارية، ويتكون الفحم الحجري من بقايا نباتات ومواد معدنية وتستخدم الطاقة الحرارية كوقود للقطارات القديمة المستخدمة في عهد الآلات البخارية أو استخدامها للتدفئة، وحاليا يستخدم الفحم الحجري لإنتاج الطاقة الكهربائية ويعتبر هذا هو استخدامه الأساسي في وقتنا هذا.
يتواجد الفحم الحجري على شكل طبقات متعددة من أنواع أخرى من الصخور الرسوبية، مثل الحجر الطيني والرملي، ويتكون بنسبة تقريبًا 90% من الكربون، بالإضافة إلى عدة عناصر أخرى، مثل الكبريت والأكسجين والنيتروجين.
أنواع الفحم الحجري:
يوجد له ثلاثة أنواع تختلف حسب المحتوى الكربوني فيها هم:
يحتويفحم البيتوميني على نسبة كربون تصل إلى 80٪، وتعتبر صلابته وجودته متوسطة.
يتميز فحم الأنثراسيت بنسبة كربون تصل إلى 90٪، مما يجعله الأكثر صلابة وجودةً بين أنواع الفحم المختلفة.
يعتبر فحم اللجنايت هو الأقل جودة وصلابة بين أنواع الفحم الحجري الأخرى، نظرًا لاحتوائه على نسبة الكربون التي يمكن أن تصل إلى 70%، والتي تُعد أقل من باقي الأنواع الأخرى.
طريقة صنع الفحم الحجري:
يتم استخراج الفحم الحجري من تحت طبقات الأرض عن طريق عمل مناجم عموديا أو سطحيا، حيث يتم استخراج الفحم الحجري من خلال سقوط كميات كبيرة من النباتات في قاع المستنقعات وتدفن بسرعة معالرسوبيات الأخرى مثل الرمل والطين، ولا يتم صنع الفحم الحجري بخلاف الفحم النباتي .
ثم تتحلل المركبات العضوية جزئيا بفعل البكتيريا غير اللاهوائية، ويتم زيادة تركيز الكربون فيها عن طريق فقدان الأكسجين والهيدروجين، حتى تصل إلى مرحلة المواد النباتية المتحللة جزئيا، ثم يتم دفن الفحم تحت غطاء من المواد الرسوبية على عمق يتوقف عنده نشاط البكتيريا، ثم يتم زيادة عمق الدفن بزيادة درجة الحرارة والضغط، مما يساعد على الحفاظ على الفحم.
عملية التفحم :
تتم عملية تفحم النباتات الطبيعية بطريقة تزيد من نسبة الكربون فيها، وينتج عن ذلك الفحم الحجري البني، ومع استمرار التفحيم وزيادة عمق الدفن، يتحول الفحم الحجري إلى نوع أصلب وأكثر كثافة.