اقرأ في هذا المقال
بشكل عام إن الحياة الحديثة لا يمكن تصورها بدون كهرباء، حيث إنها تضيء المنازل والمباني والشوارع والشركات وتوفر التدفئة المنزلية والصناعية وتزود معظم المعدات المستخدمة في المنازل والمكاتب والآلات في المصانع، ويعد تحسين الوصول إلى الكهرباء في جميع أنحاء العالم أمراً بالغ الأهمية للتخفيف من حدة الفقر، ويلعب الفحم دوراً حيوياً في توليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم، حيث تعمل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم حالياً على توليد حوالي 38٪ من الكهرباء العالمية.
ما هو الفحم الحجري؟
هو عبارة عن صخور رسوبية سوداء أو بنية قابلة للاحتراق وتحتوي على كمية عالية من الكربون والهيدروكربونات، وقد يُصنف الفحم على أنه مصدر طاقة غير متجدد؛ لأن تكوينه يستغرق ملايين السنين، حيث يحتوي الفحم على الطاقة المخزنة بواسطة النباتات التي عاشت منذ مئات الملايين من السنين في غابات المستنقعات، ولقد غطت طبقات التراب والصخور هذه النباتات على مدى ملايين السنين، وأدى الضغط والحرارة الناتجان إلى تحويل هذه النباتات إلى مادة نسميها الفحم.
تاريخ الفحم الحجري
تم استخدام الفحم كمصدر للطاقة لما يقرب من 2000 عام، فعلى سبيل المثال كان الفحم الحجري يستخدم على نطاق واسع للتدفئة المنزلية في أوائل القرن السابع عشر في بعض دول العالم مثل: إنجلترا، وبسبب الثورة الصناعية زادت كمية الطلب على الفحم بشكل كبير.
وبحلول أوائل القرن الثامن عشر أصبحت عملية تعدين الفحم من الأرض هي صناعة مزدهرة في بعض دول العالم مثل شرق الولايات المتحدة، حيث أنها كانت تستخدم الفحم لبعض الصناعات وكوقود لطرق السكك الحديدية، والفحم في العالم الحديث هو الوقود الأحفوري الأكثر استخداماً ووفرة، كما يتم استخدام الفحم حالياً بشكل كبير في إنتاج الطاقة الكهربائية لاستخدامها في تشغيل بعض المعدات لتسهيل حياتنا اليومية.
كيفية تشكل الفحم الحجري
تشكل الفحم الحجري منذ حوالي ملايين السنين عندما كانت الأرض مغطاة بغابات مستنقعية ضخمة عندما نمت بعض النباتات مثل: نباتات السرخس والطحالب، ومع نمو النباتات مات بعضها وسقطت في مياه المستنقعات، وبمرور الوقت كانت هناك طبقة سميكة من النباتات الميتة المتعفنة في المستنقع، مما قد أدى إلى توقف عملية التحلل.
وبعد ملايين السنين تكونت طبقات عديدة واحدة فوق الأخرى، وتراكم وزن الطبقات العليا والمياه والأوساخ أسفل الطبقات السفلية من المادة النباتية، ونظراً لأن هذه الطبقات السفلية موجودة تحت الأرض وبفعل الحرارة والضغط فإنها أنتجت تغييرات كيميائية وفيزيائية في طبقات النباتات، مما قد أدى إلى إخراج الأكسجين وترك رواسب كربونية غنية لتحوله إلى فحم.
توليد الطاقة باستخدام الفحم الحجري
لقد كان استخدام الكهرباء جزءاً أساسياً من اقتصاد بعض دول العالم، وأصبحت طاقة الفحم، وهي مصدر كهرباء ثابت توفر كميات هائلة جداً من الطاقة الرخيصة والموثوقة – لا سيما أن طاقة الفحم هي أكثر أهمية مع تقلص إمدادات النفط والغاز الطبيعي، ففي عام 1995 على سبيل المثال أنتج حرق الفحم حوالي 55٪ من كمية الكهرباء المولدة في الولايات المتحدة، وبالإضافة إلى ذلك أيضاً فإنه من المتوقع أن تدوم احتياطيات الفحم على مدى قرون بمعدلات الاستخدام الحالية، وفيما يلي بعض تقنيات توليد الطاقة باستخدام الفحم:
نظام الفحم المسحوق
ينبع مفهوم حرق الفحم الحجري الذي تم سحقه إلى مسحوق ناعم من الاعتقاد بأنه إذا كان الفحم ناعماً بدرجة كافية فسوف يحترق بنفس السهولة والفعالية مثل الغاز، حيث قد يتم التحكم في معدل تغذية الفحم وفقاً لطلب وعاء الضغط المصمم لتحويل السائل إلى بخار بواسطة نقل الحرارة وكمية الهواء المتاحة لتجفيف ونقل وقود الفحم المسحوق.
كما يتم سحق قطع الفحم بين كرات أو بكرات أسطوانية تتحرك بين مسارين، ويتم بعد ذلك إدخال الفحم الخام في آلة الطحن مع تسخين الهواء إلى حوالي 650 درجة فهرنهايت من وعاء الضغط، وعندما يتم سحق الفحم بواسطة حركة التدحرج يجففه الهواء الساخن وينفخ مسحوق الفحم الناعم القابل للاستخدام لاستخدامه كوقود.
أفران الإعصار
تم تطوير أفران الإعصار بعد أنظمة الفحم المسحوق، وهو يتطلب معالجة أقل لوقود الفحم، حيث قد يمكنهم حرق الفحم ذي الدرجة الضعيفة مع محتوى رطوبة أعلى ومحتويات رماد تصل إلى حوالي 25٪، كما يتم تخزين علف الفحم المسحوق مؤقتاً في صناديق أو يتم نقله مباشرةً إلى فرن الإعصار.
والفرن هو عبارة عن أسطوانة كبيرة مغطاة بأنابيب مياه تمتص بعض الحرارة لتكوين البخار وحماية الموقد من الذوبان، حيث تنفخ مروحة (عالية الطاقة) الهواء الساخن وقطع الفحم في أحد طرفي الأسطوانة، وفي نفس الوقت يتم حقن هواء احتراق ساخن إضافي على طول السطح المنحني للأسطوانة، مما قد يتسبب في دوران خليط الفحم والهواء في حركة إعصار طرد مركزي، وكما هو الحال في عملية حرق الفحم المسحوق فإن كل الوقود الذي يدخل الإعصار يحترق عند حقنه بمجرد أن يكون الفرن في درجة حرارة التشغيل.
