متفرقات

الفحم | الاستخدامات والأنواع والتلوث والحقائق

الفحم هو أحد أهم أنواع الوقود الأحفوري الأولي ، وهو مادة صلبة غنية بالكربون وعادة ما تكون بنية أو سوداء وغالبًا ما توجد في الرواسب الرسوبية الطبقية .

يُعرَّف الفحم بأنه يحتوي على أكثر من 50 في المائة من حيث الوزن (أو 70 في المائة من حيث الحجم) من المادة الكربونية الناتجة عن ضغط وتصلب بقايا النباتات المعدلة - أي رواسب الخث . تنشأ أنواع مختلفة من الفحم بسبب الاختلافات في أنواع المواد النباتية (نوع الفحم) ، ودرجة التحصين (رتبة الفحم) ، ومجموعة الشوائب (درجة الفحم). ورغم أن معظم الفحم تحدث في الودائع الرسوبية طبقية، قد في وقت لاحق أن تخضع الودائع لارتفاع درجات الحرارة و الضغوط الناجمة عن النارية الاقتحام أو تشوه أثناء تكون الجبال (أي عمليات الجبل بناء)، مما أدى إلى تطويرأنثراسايت وحتى الجرافيت . على الرغم من أن تركيزالكربون في الأرض القشرة لا تتجاوز 0.1 في المئة من حيث الوزن، فإنه أمر لا غنى عنه ل حياة و يشكل المصدر الرئيسي للبشرية الطاقة .

تتناول هذه المقالة الأصول الجيولوجية ، وهيكل ، وخصائص الفحم ، واستخدامه عبر تاريخ البشرية ، والتوزيع العالمي الحالي. لمناقشة عملية استخراج الفحم ، انظر مقال تعدين الفحم . للحصول على معالجة أكثر اكتمالاً للعمليات التي ينطوي عليها احتراق الفحم ، راجع مقالة استخدام الفحم .

تاريخ استخدام الفحم

في الاوقات الفديمة

ساعد اكتشاف استخدام النار في تمييز البشر عن الحيوانات الأخرى . كان الوقود المبكر عبارة عن الخشب ( والفحم المشتق منه) والقش والروث المجفف. الإشارات إلى الاستخدامات المبكرة للفحم هزيلة. أشار أرسطو إلى "الأجسام التي تحتوي على كمية من الأرض أكثر من الدخان" ووصفها بأنها "مواد شبيهة بالفحم". (تجدر الإشارة إلى أن الإشارات التوراتية إلى الفحم هي الفحم بدلاً من الفحم الصخري .) استخدم الصينيون الفحم تجاريًا قبل فترة طويلة من استخدامه في أوروبا. على الرغم من عدم وجود سجل أصيل متاح ، إلا أن الفحم من منجم فوشون في شمال شرق البلادربما تم توظيف الصين لصهر النحاس منذ عام 1000 قبل الميلاد . قيل إن الأحجار المستخدمة كوقود قد تم إنتاجها في الصين خلال عهد أسرة هان (206 ق.م - 220 م ).

احصل على اشتراك Britannica Premium وتمتع بالوصول إلى محتوى حصري. إشترك الآن

في أوروبا

تشير رماد الفحم الموجودة بين الآثار الرومانية في إنجلترا إلى أن الرومان كانوا على دراية باستخدام الفحم قبل 400 م . أول دليل موثق على استخراج الفحم في أوروبا قدمه الراهب راينير من لييج ، الذي كتب (حوالي 1200) من الأرض السوداء شبيهة جدًا بالفحم الذي يستخدمه عمال المعادن. بدأت العديد من الإشارات إلى تعدين الفحم في إنجلترا واسكتلندا والقارة الأوروبية في الظهور في كتابات القرن الثالث عشر. ومع ذلك ، تم استخدام الفحم على نطاق محدود فقط حتى أوائل القرن الثامن عشر ، عندما طور أبراهام داربي من إنجلترا وآخرون طرقًا لاستخدامها في الأفران العالية والصناعات المعدنية.فحم الكوك المصنوع من الفحم. لا سيما اختراع حرق الفحم المتعاقبة المعدنية والهندسية معظم التطورات المحرك البخاري من قبل جيمس وات -engendered وتقريبا لا يشبع الطلب على الفحم.

في العالم الجديد

حتى وقت الثورة الأمريكية ، كان معظم الفحم المستخدم في المستعمرات الأمريكية يأتي من إنجلترا أو نوفا سكوشا . ومع ذلك ، حفز النقص في زمن الحرب واحتياجات مصنعي الذخائر عمليات تعدين الفحم الأمريكية الصغيرة مثل تلك الموجودة في فرجينيا على نهر جيمس بالقرب من ريتشموند. وبحلول أوائل 1830s شركات التعدين قد ظهرت على طول أوهايو ، إلينوي ، و أنهار المسيسيبي وفي المنطقة الآبالاش. كما هو الحال في الدول الأوروبية ، أعطى إدخال القاطرة البخارية صناعة الفحم الأمريكية قوة دفع هائلة . استمرار التوسع في النشاط الصناعي في الولايات المتحدة وفي أوروبا شجعت كذلك على استخدام الفحم.

الاستخدام الحديث

الفحم كمصدر للطاقة

الفحم هو الموارد الطبيعية الوفيرة التي يمكن استخدامها كمصدر لل طاقة ، كمصدر الكيميائية التي عديدة الاصطناعية المركبات (على سبيل المثال، الأصباغ ، والزيوت ، والشمع ، والمستحضرات الصيدلانية، و المبيدات الحشرية ) يمكن أن تستمد، وفي إنتاج فحم الكوك ل العمليات المعدنية . الفحم هو مصدر رئيسي للطاقة في إنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام توليد البخار . وبالإضافة إلى ذلك، تغويز و تسييل الفحم تنتج الغازي و السائلالوقود الذي يمكن نقله بسهولة (على سبيل المثال ، عن طريق خطوط الأنابيب) وتخزينه بشكل ملائم في الخزانات. بعد الارتفاع الهائل في استخدام الفحم في أوائل العقد الأول من القرن الحالي ، والذي كان مدفوعًا بشكل أساسي بنمو الاقتصاد الصيني ، بلغ استخدام الفحم ذروته في جميع أنحاء العالم في عام 2012. ومنذ ذلك الحين ، شهد استخدام الفحم انخفاضًا ثابتًا ، قابله إلى حد كبير الزيادات في استخدام الغاز الطبيعي .

تحويلات

بشكل عام، الفحم يمكن اعتبار الهيدروجين نقص النفط والغاز مع نسبة الهيدروجين إلى الكربون بالقرب 0.8، مقارنة مع نسبة السائل الهيدروكربونات قرب 2 (ل غاز البروبان ، الإيثان ، غاز البوتان ، وغير ذلك من أشكال الغاز الطبيعي ) والغازية نسبة الهيدروكربونات قريبة من 4 ( للبنزين ). لهذا السبب ، يجب إضافة أي عملية تستخدم لتحويل الفحم إلى وقود بديلالهيدروجين (إما بشكل مباشر أو في شكل ماء).

تغويز يشير إلى تحويل الفحم إلى خليط من الغازات، بما في ذلك أول أكسيد الكربون ، الهيدروجين ،الميثان والمواد الهيدروكربونية الأخرى ، حسب الظروف المعنية. يمكن تحقيق التغويز إما في الموقع أو في مصانع المعالجة. يتم تحقيق التغويز في الموقع عن طريق الاحتراق غير الكامل المتحكم به لطبقة الفحم تحت الأرض مع إضافة الهواء والبخار. يتم سحب الغازات وقد يتم حرقها لإنتاج حرارة أو توليد كهرباء ، أو يمكن استخدامها كغاز تخليقي بشكل غير مباشرتسييل أو إنتاج المواد الكيميائية.

تسييل الفحم - أي أي عملية لتحويل الفحم إلى منتجات سائلة تشبه النفط الخام - قد تكون إما مباشرة أو غير مباشرة (أي باستخدام المنتجات الغازية التي يتم الحصول عليها عن طريق تكسير التركيب الكيميائي للفحم). يتم استخدام أربع طرق عامة للإسالة: (1) الانحلال الحراري والهيدروكربونات (يتم تسخين الفحم في غياب الهواء أو في تيار من الهيدروجين) ، (2) استخلاص المذيبات (يتم إذابة هيدروكربونات الفحم بشكل انتقائي ويضاف الهيدروجين لإنتاج المطلوب السوائل) ، (3) التميع التحفيزي ( تحدث الهدرجة في وجود محفز - على سبيل المثال ، كلوريد الزنك) ، و (4) التميع غير المباشر (يتم الجمع بين أول أكسيد الكربون والهيدروجين في وجود محفز).