الفحم وقود أحفوري معروف. ولأن حرقه يُنتج الطاقة والكهرباء، يُعدّ الفحم مصدرًا مهمًا للطاقة عالميًا. إليك عشر حقائق شيقة عن الفحم لا تفوتها.
1. من أين يأتي الفحم؟
منذ ملايين السنين، كانت معظم الأرض مغطاة بغابات رطبة كثيفة مليئة بنباتات المستنقعات والشجيرات والكروم والطحالب. على مر السنين، ماتت هذه النباتات واستقرت، مكونةً طبقة سميكة من النباتات تحت التربة الرطبة.
مع تراكم طبقات التربة المتزايدة فوق النباتات، تولدت حرارة وضغط طبيعيان شديدان، مما أدى تدريجيًا إلى تحويل المادة النباتية المدفونة إلى فحم. تُسمى عملية تكوين الفحم بالتفحيم.
الفحم الطبيعي صخر رسوبي أسود أو بنيّ مائل للأسود قابل للاشتعال، غني بالكربون والهيدروكربونات. الطاقة التي نحصل عليها من الفحم اليوم جاءت من الطاقة التي امتصتها النباتات من الشمس قبل ملايين السنين.
2. أنواع ورتب مختلفة من الفحم
سلف الفحم الطبيعي هو فحم الخث، وهو في الأساس مادة نباتية غير مضغوطة. خلال عملية التفحم، يُحوّل الفحم الخث إلى أربعة أنواع من الفحم (الليغنيت، والفحم شبه البيتوميني، والفحم البيتوميني، والأنثراسيت).
الأنثراسيت، أفضل أنواع الفحم، يتميز بأعلى نسبة كربون (86%-97%) وقيمة حرارية عالية. حتى أن بعض أنواعه تتكون من الجرافيت النقي.
غالبًا ما يُشار إلى البيتومين والأنثراسيت باسم "الفحم الصلب"، بينما يُطلق على الليجنيت اسم "الفحم البني". أما الفحم شبه البيتوميني، فيقع في مكان ما بين الفحم الصلب والليجنيت، ويجمع بين بعض خصائص كليهما.
يشمل الفحم الحجري الفحم الحراري (أو الفحم البخاري) والفحم المعدني (أو فحم الكوك). يُسحق الفحم الحراري ويُحرق لإنتاج البخار اللازم لتشغيل توربينات توليد الكهرباء، بينما يُحرق الفحم المعدني في درجات حرارة عالية لصنع الفولاذ.
يُسخّن الفحم المعدني عند درجة حرارة ١٠٠٠ درجة مئوية لإزالة المكونات المتطايرة، مما يُشكّل فحم الكوك الصلب الرمادي. يُمكن استخدام فحم الكوك كوقود وصناعة الصلب.
3. من ماذا يتكون الفحم؟
الفحم مادةٌ مُعقّدةٌ تتكوّن بشكلٍ رئيسيٍّ من الكربون، مع كمياتٍ ضئيلةٍ من عناصرَ أخرى كالهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت. ويختلف تركيبه باختلاف أصله الجيولوجي، وأنواع الفحم، وطريقة استخراجه.
- تحتوي الفحم عالية الرتبة (مثل الفحم الأنثراسيت) على نسبة عالية من الكربون، وبالتالي فإن لها قيمة حرارية عالية، ولكنها تحتوي على نسبة منخفضة من الهيدروجين والأكسجين.
- تحتوي الفحم منخفض الرتبة (مثل الليجنيت) على نسبة منخفضة من الكربون، ولكنها تحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين والأكسجين، كما تحتوي أيضًا على نسبة عالية من الرطوبة.
فيما يلي وصف أكثر تفصيلاً لتكوين الفحم:
- الكربون : يحتوي الفحم على نسبة تتراوح بين 50% إلى 98% من محتوى الكربون، مع أعلى نسبة في الأنثراسايت وأقل نسبة في الليجنيت.
- الهيدروجين : وجوده أقل من الكربون، مما يؤدي إلى ارتفاع التقلب والقيمة الحرارية للفحم.
- الأكسجين : يتواجد بكميات متفاوتة، مما يؤثر على تفاعلية وخصائص احتراق الفحم.
- النيتروجين : يتواجد عادة بكميات أقل، مما يساهم في تكوين أكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق.
- الكبريت : يحتوي الفحم على نسبة تتراوح بين 0.5% و4% من الكبريت، مما يؤثر على تأثيره البيئي. تحتوي بعض أنواع الفحم على كبريت غير عضوي، غالبًا على شكل بيريت، والذي يمكن إزالته بالتعويم الرغوي.
- الرماد : هو خليط غير قابل للاشتعال من المعادن غير العضوية الموجودة في الفحم، بما في ذلك المعادن مثل الكوارتز والطين والأكاسيد.
- الرطوبة : يختلف محتوى الرطوبة في الفحم بشكل كبير اعتمادًا على نوعه ومصدره.
4. حقائق حول التعدين
أكثر من نصف مناجم الفحم في العالم تقع تحت الأرض. يُستخرج صخور الفحم إما تحت الأرض أو من خلال التعدين المفتوح، علماً بأن التعدين المفتوح أكثر شيوعاً وأقل تكلفة.
- التعدين المكشوف: يُستخدم في الأماكن التي يُدفن فيها الفحم على عمق يزيد عن 200 قدم. تزيل آلات كبيرة التربة السطحية وطبقات الصخور لكشف طبقات الفحم. أما التعدين المكشوف، فهو نوع من التعدين المكشوف، حيث تُستخدم المتفجرات لتفجير قمم الجبال للوصول إلى الفحم.
- التعدين تحت الأرض: يُستخدم لاستخراج الفحم من رواسب أعمق. ينزل عمال مناجم الفحم بالمصاعد ويتنقلون عبر أنفاق، مستخدمين آلات ضخمة لاستخراج الفحم من باطن الأرض.
يُرسل الفحم المُستخرج إلى مصنع تحضير الفحم بالقرب من المنجم. تُنظف صناعة الفحم الفحم وتُعالجه لإزالة الشوائب، مثل الصخور والأوساخ والكبريت. تُزيد هذه العملية من قيمته الحرارية.
5. المعادن الرئيسية لإنتاج الفحم
عُثَر الفحم عبارة عن نفايات صلبة سوداء-رمادية ناتجة عن معالجة الفحم، تتكون من الطين والبيريت والكوارتز والميكا. تتميز بانخفاض محتواها الكربوني وقيمتها الحرارية. وهي أصلب من الفحم، ويمكن إعادة تدويرها بالسحق والطحن والتكليس.
الرماد المتطاير مسحوق ناعم غني بالسيليكا يُنتَج عند طحن الفحم وحرقه. ويُستخدم كبديل للأسمنت في الخرسانة لتقليل التكاليف وتحسين المتانة.
الرماد المتطاير ورواسب الفحم غنية بالمعادن الثقيلة القيّمة، مثل الألومنيوم والكوبالت والنحاس والحديد والرصاص والفضة والنيكل والزنك. توجد هذه المعادن مباشرةً في الفحم والصخور المحيطة به، ولها تطبيقات صناعية واسعة.
قد تكون مهتمًا بـ:
6. معالجة الفحم
يتم تحويل الفحم الخام إلى منتجات فحم عالية الجودة للصناعات مثل الصلب والأسمنت وتوليد الطاقة والبناء والمواد الكيميائية من خلال عمليات سحق الفحم وطحنه وتجفيفه وتشكيله.
عملية سحق الفحم
الفحم أسهل في التكسير من الجرانيت والبازلت. يُسحق الفحم الخام خشناً ودقةً باستخدام أنواع مختلفة من الكسارات، والتي يمكن تصميمها كمحطات تكسير متنقلة.
- توصي الكسارة الأساسية باستخدام كسارة فحم فكية متينة ، بحجم تغذية 1200 مم وسعة إنتاج تصل إلى 2200 طن / ساعة.
- تستخدم الكسارات الثانوية والثالثية كسارة أسطوانية مزدوجة الأسنان للفحم متوسط الصلابة وعالي الرطوبة (أكثر من 25%)، مثل فحم الكوك والليغنيت والكربون المنشط. تُنتج الكسارة الأسطوانية جزيئات بحجم 2-10 مم، ذات شكل جيد وانسداد بسيط.
عملية سحق الفحم
يُطحن الفحم المسحوق باستخدام مطحنة سحق الفحم. يمكنك الاختيار بين مطحنتين:
- مطحنة كرات الفحم مناسبة لكتل الفحم التي يقل سمكها عن 20 مم، وتنتج ما بين 1.1 و208 أطنان في الساعة. Ф900×1800 هو الطراز الأكثر مبيعًا. حجم الإنتاج يتراوح بين 0.074 و0.89 مم (20-200 شبكة).
- تتميز طاحونة الأسطوانات العمودية بسعتها الكبيرة وكفاءتها العالية في الطحن. تُستخدم غالبًا في الطحن الثانوي والثالثي، بطاقة إنتاجية تتراوح بين 2 و420 طنًا/ساعة، ودقة تصل إلى 2500 شبكة.
عملية تجفيف الفحم
الرطوبة العالية في الفحم المسحوق تُخفّض قيمته الحرارية عند احتراقه. يُنتج خط تجفيف الفحم فحمًا هشًا مثاليًا للاحتراق الفعال في الغلايات.
- يستخدم مجفف الفحم أحادي الأسطوانة لدينا تسخينًا مباشرًا ولوحة رفع خاصة لتجفيف الفحم الرطب أو الوحل أو فحم الكوك بسرعة دون التصاق. تبلغ طاقته الإنتاجية 76 طنًا في الساعة، ويتميز بتشغيل مستقر وسهولة الصيانة.
عملية صنع فحم الفحم
يمكن تحويل الفحم المجفف إلى قوالب كربونية موحدة باستخدام آلة قوالب الفحم . يتميز الفحم المضغوط بقيمته الحرارية العالية، واحتراقه الطويل، وانعدام دخانه ورائحة كريهة، وسهولة نقله.
قد تكون مهتمًا بـ:
7. استخدامات واسعة النطاق للفحم
باعتباره مصدرًا رئيسيًا للطاقة في أكثر من 80 دولة، يتم استخدام الفحم لتوليد الكهرباء والحرارة.
تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يظل الفحم المصدر الأكبر للكهرباء بحلول عام 2040. ومع ذلك، فإن حرق الفحم ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون، مما يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى تكنولوجيا الفحم النظيف لمستقبل الفحم.
وبالإضافة إلى ذلك، ما هي استخدامات الفحم؟
- الفولاذ: يُستخدم فحم الكوك المُستخرج من الفحم في 70% من إنتاج الفولاذ لصهر خام الحديد. يُعطي حرق فحم الكوك الفولاذ قوةً ومرونةً تُمكّنه من صنع الجسور والمباني والسيارات.
- الأسمنت: 90% من مصانع الأسمنت تحرق الفحم لمعالجة المواد الخام المختلطة في درجات حرارة عالية.
- الألومنيوم: تستخدم الصين والهند محطات الطاقة التي تعمل بالفحم لتوليد الكهرباء حتى يمكن استخراج الألومنيوم اقتصاديًا من خام الألومنيوم.
- الوقود الاصطناعي: تقوم جنوب أفريقيا بتحويل الفحم إلى غاز أو سائل لاستخدامه كوقود اصطناعي أقل تلويثًا لتوليد الطاقة وإنتاج الهيدروجين.
- المنتجات اليومية: يُستخدم الفحم في صناعة الصابون والبلاستيك والأصباغ وأجهزة تنقية المياه. كما تُستخدم السيليكونات والأملاح من السيليكون المعدني في صناعة مستحضرات التجميل والشامبو ومعجون الأسنان.
- البنية التحتية: يعتمد كل من الفولاذ المستخدم في توربينات الرياح والتدفئة التي تعمل بالفحم لإنتاج الألواح الشمسية على الفحم.
8. هل الفحم متجدد؟
لا، الفحم ليس موردًا متجددًا. يستغرق تكوينه ملايين السنين من بقايا النباتات والحيوانات. وقد يُطلق ملوثات ضارة، مما يُسبب مشاكل بيئية وصحية.
على الرغم من هذه العيوب، يتمتع الفحم بمزايا أخرى، مثل وفرة احتياطياته، وانخفاض تكلفته، وارتفاع إنتاجه من الطاقة. لذلك، يُعدّ تحسين كفاءة معالجة الفحم الخام واستخدامه أمرًا بالغ الأهمية.
9. إنتاج الفحم في العالم
موارد الفحم وقود أحفوري ذو احتياطيات ضخمة وانتشار واسع. تتجاوز احتياطيات الفحم العالمية المؤكدة 1.06 تريليون طن، وتتركز بشكل رئيسي في خمس دول: الولايات المتحدة، وروسيا، والصين، وأستراليا، والهند.
تُعدّ الصين أكبر مُنتج للفحم في العالم، حيث تُمثّل أكثر من نصف الإنتاج السنوي العالمي. تليها الولايات المتحدة، والهند، وأستراليا، وجنوب أفريقيا.
تمتلك روسيا ثاني أكبر احتياطيات الفحم، ويتركز معظمها في سيبيريا والشرق الأقصى. في عام ٢٠٢٣، بلغ إنتاجها من الفحم ٢٥٨ مليون طن. ويُعدّ فحمها (الليغنيت، والبيتومين، والأنثراسايت) قابلاً للتعدين بنسبة ٦٣٪ من سطح الأرض، ويُستخدم في توليد الطاقة، وإنتاج الكوك، والتصدير.
تتركز موارد الفحم في أستراليا بشكل رئيسي في كوينزلاند، ونيو ساوث ويلز، وفيكتوريا شرقًا. يُستخرج الفحم من مناجم مفتوحة، وخاصةً الليجنيت (لتوليد الطاقة) والفحم الأسود (لصناعة الصلب).
من الحقائق المثيرة للاهتمام حول كندا أنها تمتلك 6.6 مليار طن من احتياطيات الفحم، أكثر من 90% منها في الغرب بالقرب من موانئ التصدير. يُستخرج معظم الفحم من مناجم مفتوحة، ويُستخدم أكثر من نصفه لتوليد الطاقة والباقي في صناعة الصلب.
10. سعر الفحم
وتقدر قيمة سوق الفحم والليغنيت والأنثراسايت بنحو 937.31 مليار دولار في عام 2025، ومن المتوقع أن تتجاوز 1020 مليار دولار بحلول عام 2029، بمعدل نمو سنوي قدره 2.3%.
يتأثر سعر الفحم بالمنافسة العالمية في مجال الطاقة، والسياسات البيئية، وتكاليف النقل، وارتفاع الطلب على الكهرباء في الأسواق الناشئة مثل الصين. كما يختلف سعر الفحم باختلاف أنواعه:
- سعر الفحم العادي هو حوالي 97.75 دولارا للطن.
- يصل سعر الفحم الحجري إلى 135 دولارًا أمريكيًا، أي ما يعادل ضعفين إلى ستة أضعاف سعر الفحم العادي. يحترق الفحم الحجري بشكل أنظف ويوفر حرارة أعلى. كان شائعًا في السابق لتدفئة المنازل، ولكنه الآن نادر بسبب نضوب الموارد.
- يتطلب الفحم المعدني درجة نقاء عالية ونسبة منخفضة من الكبريت، لذلك يتقلب سعره بشكل كبير، وعادة ما يكون أعلى بكثير من الفحم الحراري.
وفقًا لـ Trading Economics، سيرتفع سعر الفحم إلى 99.80 دولارًا للطن هذا الربع، و102.55 دولارًا للطن خلال 12 شهرًا. ورغم تنويع مصادر الطاقة، لا يزال الفحم موردًا طبيعيًا رئيسيًا في سوق الطاقة.
