عندما بدأ المجتمع في تبني الفحم كمصدر للوقود ، فقد جلب فوائد الكفاءة للصناعة والتصنيع جنبًا إلى جنب مع المشاكل المتعلقة بالتأثيرات البيئية ومخاوف السلامة. مع تقدم العلم والتكنولوجيا ، تم تحسين هذه الأساليب لمعالجة مخاوف السلامة. إن النظر إلى عملية تغويز الفحم على أنها قصة لها كل من الإيجابيات والسلبيات يمكن أن تظهر الطبيعة الحقيقية لكيفية حدوثها.
تاريخ تغويز الفحم
على الرغم من أن العلماء قد درسوا عملية انبعاث الغاز من حرق الفحم منذ عام 1780 ، إلا أن الأمر سيستغرق حتى ذلك الحين أوائل القرن العشرين عندما أصبحت العمليات تجارية للاستخدام عبر الصناعات في المدن في جميع أنحاء العالم.
يعود تحويل الفحم إلى غاز في عملية تغويز الفحم إلى القرن التاسع عشر في إنجلترا. خلال هذه العقود ، استخدم عمال مناجم الفحم عمليات سحق الفحم في وجود الأكسجين والبخار عند درجات حرارة عالية لإنتاج الغاز.
بحلول ستينيات القرن التاسع عشر ، صعدت الولايات المتحدة كعملاق صناعي بفضل تعدين الفحم على نطاق واسع العمليات عبر جبال الأبلاش ومروج الغرب الأوسط وحتى جبال كاسكيدز و روكي.
عيوب ومزايا الفحم
وقفت الأمة كأكبر منتج للفحم في العالم ، لكن التاريخ يتذكر أيضًا الجانب المظلم للقصة. تسببت مجارف البخار والجرارات والمعدات المستخدمة في مناجم الفحم في تآكل التربة بينما تلوثت السكك الحديدية والمنشآت الصناعية والمنازل المدن في جميع أنحاء البلاد.
اعتمدت المجتمعات الفقيرة على الفحم الأرخص والأقذر الذي استخدموه بشكل مباشر بينما كانت طبقة النخبة من الأثرياء سوف تستفيد العائلات من فوائد الغاز والكهرباء ، مما يزيد من الفجوة بين الفقراء والفقراء ثري. أغرقت الطبقة العاملة المصانع بالعمال غير المهرة في ظروف عمل خطرة مما أدى إلى ، من قبل في القرن العشرين ، مات عشرات الآلاف من الناس كل عام على السكك الحديدية والمصانع ومناجم الفحم أنفسهم.
أظهر القطاع الصناعي الذي استفاد من هذه الطريقة الفعالة لتسخير طاقة الأرض هذه العيوب المزعجة إلى جانب مزايا صناعة الفحم. عندما توصل العلماء والمهندسون إلى طرق لإنتاج غاز الفحم للأغراض الصناعية والاقتصادية الأغراض ، سيتقدم هذا لاحقًا إلى تقنيات أكثر فاعلية مثل النفط والغاز الطبيعي الاصطناعي إنتاج.
نظرًا لأن الناس فهموا فوائد ومزايا تغويز الفحم ، فقد ابتكروا هذه الابتكارات لتناسب احتياجاتهم. اتخذ هذا شكل نباتات أكبر واكتشافات المزيد من خزانات الفحم في الأرض. لم يكن التوسع للوصول إلى حيث أصبح تغويز الفحم اليوم أمرًا سهلاً للغاية.
دفعت عيوب ومزايا تغويز الفحم إلى ردود فعل من المواطنين والحكومات المعنية من خلال النشاط العمالي مثل الإضرابات والنقابات. انتشرت اللوائح والمؤسسات الجديدة ، مثل الطريقة التي أراد بها الرئيس الأمريكي ثيودور روزفلت زيادة الإشراف الحكومي على المؤسسات التجارية ، في جميع أنحاء البلاد في أوائل القرن العشرين. وقف أرباب العمل في موقفهم ضد مطالب عمال الطبقة الوسطى بظروف عمل أفضل إلى جانب ساعات عمل ورواتب معقولة. جلب التصنيع إصلاحًا تدريجيًا من خلال تحديات العمل هذه.
علم تغويز الفحم
بحلول أوائل القرن العشرين ، تقدم المزيد من التقدم في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. أظهر تحويل الفحم إلى غاز باستخدام تفاعلات الغاز الصلب بشكل أساسي تفاعل الكربون في الفحم مع البخار عند ضغوط أقل من 10 ميجا باسكال ودرجات حرارة أعلى من 750 درجة مئوية.
ستنتج عملية تغويز الفحم الهيدروجين والأمونيا والميثانول والهيدروكربونات ، كما تم استخدامها مع البخار لإنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي (SNG). ستنتج هذه التفاعلات غازات اصطناعية تتكون بشكل عام من أول أكسيد الكربون (CO) وغاز الهيدروجين (H2).
بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي ، ترسخ أيضًا تغويز الفحم تحت الأرض (UCG). استخدمت شركة يو سي جي على وجه الخصوص طريقة لتوزيع عوامل التغويز مثل الهواء والأكسجين والماء في الفحم نفسه. حولت هذه العملية الفحم إلى غازات مفيدة من الفحم نفسه دون الحاجة إلى تعدين المادة.
قد يتطلب الأمر مدخلاً من الحرارة لبدء هذه التفاعلات الماصة للحرارة باستخدام مصدر حرارة من عملية أخرى أو حرق جزء من الفحم نفسه. يمكن للحرارة المنبعثة من الغازات تشغيل المحركات أو استخدامها لإنتاج منتجات كيميائية ، يمكن نقل بعضها إلى سطح الأرض من المناجم مع تقليل رأس المال اللازم لبدء التشغيل وتكاليف التشغيل المنخفضة والبناء الأقل زمن.
ومع ذلك ، فإن التطبيقات العملية لـ UCG كانت ولا تزال مقيدة بغياب المعرفة الكمية للعملية الكيميائية نفسها. ومع ذلك ، استفاد المهندسون من حجم التجويف المستخدم لاحتواء الفحم لزيادة الطاقة الحرارية ينطلق بفهم نفاذية مادة التجويف دون تفكك التجويف بحد ذاتها.
التقدم في تغويز الفحم
من شأن التقدم في تغويز الفحم عبر التاريخ أن يضمن أن الإيجابيات ستفوق سلبيات الفحم حيث سيتم استخدامه عبر التطبيقات. من شأن الإصلاحات من خلال المجالات السياسية والاجتماعية وغيرها أن تدفع المصنعين إلى مراعاة العمالة البشرية كمورد رأسمالي في الاقتصاد لمنع تكاليف الحياة البشرية إلى جانب التقدم في العلوم والتكنولوجيا.
سيأتي التقدم مع صراعات مثل مذبحة لودلو عام 1914 في جنوب كولورادو ، حيث قتل الحرس الوطني في كولورادو 18 رجلاً وامرأة وطفل بينما كان عمال المناجم في إضراب.
بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي ، بدأت التجارب الميدانية لأفضل الطرق لاستخدام الفحم في إنتاج البخار بالانتشار في جميع أنحاء الكوكب. كان اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية رائدًا في التقنيات بحلول الثلاثينيات ، وسرعان ما انتشرت في المملكة المتحدة وإسبانيا والصين وبلجيكا والولايات المتحدة في العقود القادمة. سعت دراسات الجدوى التي أجراها الباحثون إلى الاستفادة من الفحم لتحسين الكفاءة والفعالية.
استجابة لنقص الغاز الطبيعي في السبعينيات والثمانينيات ، جرب الباحثون استخدام غازات أخرى مثل كالهواء أو ثاني أكسيد الكربون ، وهذا من شأنه أن يؤدي إلى استخدام غاز الهيدروجين إلى جانب درجات حرارة عالية مع محفز.
سعت طرق تغويز الفحم أيضًا إلى إزالة الشوائب مثل الكبريت والزئبق من الفحم لجعله مصدرًا أكثر كفاءة للطاقة. تؤدي طرق استخدام الطاقة هذه بشكل أكثر كفاءة إلى إعادة تدوير الرماد الناتج عن تغويز الفحم إلى ركام خرساني بدلاً من إرساله إلى مكب النفايات.
تستخدم الدورات المركبة البخار المتولد من تغويز الفحم لتشغيل مولد ثانٍ وتعمل بكفاءة 45-50٪ ، بمعدل 10-15٪ أعلى من مصانع التصنيع التقليدية. ستقلل الدورة المركبة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتؤدي إلى المزيد من التطورات الاقتصادية مثل فصل ثاني أكسيد الكربون عن الغازات الأخرى المنتجة.
الإيجابيات والسلبيات الحديثة للفحم
سعت الابتكارات في عملية تغويز الفحم إلى إجراء تحسينات في كل خطوة. إن تحديد درجة الحرارة المناسبة التي يجب أن يعمل عندها جهاز التغويز من شأنه أن يقود الباحثين إلى مراقبة الغلاف الخارجي لغرف الغاز باستخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء.
يمكنهم بعد ذلك تحليل درجة الحرارة باستخدام مصدر مستمر لبيانات درجة الحرارة جنبًا إلى جنب مع عوامل أخرى مثل شكل أجهزة التحويل إلى غاز والمواد المستخدمة. تستخدم التكنولوجيا من الشركة المصنعة Pepperl + Fuchs حاليًا أنظمة تصل إلى 13 كاميرا في كل جهاز تغويز لتسجيل هذا.
تُظهر هذه التطورات كيف يمكن للمجتمع أن يزن الأشياء الجيدة والأشياء السيئة حول الفحم عبر التاريخ.