معرفی عنصر کربن :
کربن عنصری شیمیایی در جدول تناوبی است با نشان C و عدد اتمی 6. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهار ظرفیتی و دارای سه آلوتروپ می باشد. کربن (واژه لاتین carboبه معنی زغال چوب) در دوران پیشاتاریخ کشف شد و برای مردم باستان که آن را از سوختن مواد آلی در اکسیژن ضعیف تولید می کردند آشنا بود (تولید زغال چوب ). مدت طولانی است که الماس به عنوان ماده ای زیبا و کمیاب به حساب می آید. فولرن آخرین آلوتروپ شناخته شده کربن در دهه 80 به عنوان محصولات جانبی آزمایشات پرتو مولکولی کشف شد.
زغال چیست؟
از سوختن اندام گیاه یا حیوان، زغال به دست می آید. زغال ماده ای اسفنج مانند و سیاه است و تقریباً می توان آن را كربن خالص دانست.
علتِ آن كه از داغ كردن یا سوزاندن چوب یا استخوان حیوان، زغال پدید می آید؛ این است كه آن ها بر اثر حرارت، آب و گازهای نهفته در خود را از دست می دهند، و فقط جسم جامدی از خود بر جای می نهند.
کاربرد های زغال چوب:
زغال چوب کاربردهای فراوانی در زندگی روزمره ی ما دارد که از جمله آن می توان به ایجاد شعله برای پخت غذا و استفاده در شومینه و غیره اشاره کرد. همچنین برای ساخت ماسک ضدگاز کاربرد دارد. از گرافیت به شکل پودر و سفت شده به عنوان زغال چوب در آثار هنری به کار گرفته می شود. داروهای زغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند، برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده اند. این ها نمونه ای از کاربردهای زغال چوب در زندگی روز مره ما می باشد.
روش های تهیه زغال چوب:
برای تهیه زغال چوب دو راه وجود دارد:
- زغال سنتی: مقداری چوب و هیزم را روی هم انباشته، در هوای آزاد آتش می زنند. این شیوه قرن هاست كه در جنگل های شمال اروپا از آن پیروی می شود. ولی اشكالش این است كه گازهای متصـاعد از چوب در هوا پراكنده می شود و به هدر می رود.
- زغال صنعتی: چوب ها را جمع آوری كرده با نقاله هایی به كوره های مخصوصی می برند. همین كه آتش بر افروخته شد، دریچه تنور را می بندد و آن گاه چوب ها در فضایی بسته، به تدریج مبدل به زغال می شوند.
برای استفاده از گازهای متصاعد نیز جایی آماده كرده اند كه از راه منفذی كه به كوره متصل است، به آن جا رهسپار می گردند. در آن جا این گازها به صورت مواد مفیدی مانند الكل، چوب، اسید استیك و استون در می آیند.
زغال زنده:
یكی از جدیدترین موارد استعمال زغال همان است كه در جریان جنگ جهانی اول كشف گردید. دانشمندان دریافتند كه اگر زغال را در معرض حرارت شدید قرار بدهند، حالتی پیدا می كند كه نیروی جذب گازش، افزون می گردد. زغالی كه بدین گونه به عمل می آمد به درد ساختن ماسك ضد گاز می خورد.
امروزه ما چنین زغالی را زغال زنده می نامیم. اكنون طرز تهیه زغال زنده به گونه دیگری صورت می گیرد. این كه می آیند و بخار بسیار گرمی را از میان زغال عبور می دهند تا بدین وسیله سوراخ های اسفنجی آن بیشتر شود. آنگاه اگر گازهای سمی از میان چنین زغالی بگذرند، به وسیله عمل جذب سطحی از بین می روند. به گفته دیگر، مولكول های گازهای سمی بر سطح زغال زنده، می نشیند.
یكی از خواص بسیار مهم «زغال زنده» آن است كه گازهای سمی را به مقدار فراوان جذب می كند، ولی اكسیژن هوا را به مقدار اندك. از این رو، كسی كه ماسك ضد گاز به صورت زده به راحتی اكسیژن را تنفس می كند ولی در ضمن از شر گازهای سمی نیز آسوده است.
روش های نوین تهیه زغال
توليد زغال حرارتي از ضايعات كشاورزي
در كشور ما سالانه بيش از 50 هزار تن زغالچوب مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه با در نظر گرفتن ميزان زغالچوب صادراتي به كشورهاي عربي حوزه خليج‌فارس، اين رقم به 100 هزار تن در سال افزايش خواهد يافت.در حالي كه براي توليد زغال چوب مورد نياز كشور به روش سنتي سالانه بيش از 300 هزار تن از چوب تنه و شاخه‌هاي درختان قطع و جمع‌آوري مي‌شود كه نه‌تنها سبب تخريب و از بين رفتن جنگل‌ها و منابع سبز كشور خواهد شد بلكه انتشار دود حاصل از فرآيند تبديل چوب به زغالچوب نيز صدمات جبران‌ناپذيري را در افزايش آلودگي‌هاي زيست محيطي به همراه خواهد داشت.در حالي‌كه دود حاصل از اين فرآيند داراي مواد بسيار ارزشمندي از نظر صنعتي و اقتصادي است كه مي‌تواند در زمينه‌هاي مختلفي مورد استفاده قرار گيرد؛ اما اگر بتوانيم در توليد زغالچوب روش‌هاي جديد را جايگزين روش‌هاي سنتي كنيم مي‌توانيم علاوه بر افزايش كيفيت محصول نهايي، معايب و پيامدهاي نامطلوب ناشي از اين فرآيند را نيز به حداقل برسانيم. همچنين استفاده از ضايعات كشاورزي به جاي استفاده از شاخه‌هاي درختان جنگلي نيز مي‌تواند نقش مهمي در گسترش و توسعه فناوري‌هاي سبز داشته باشد بدون اين‌كه نابودي جنگل‌ها را به همراه داشته باشد.
دخالت انسان در محيط زيست پيامدهاي نامطلوبي به همراه داشته است كه آثار و نتايج آن را مي‌توان به صورت تبديل محيط‌هاي طبيعي به زمين‌هاي سنگلاخي و جايگزيني گياهان مرغوب با گياهان مهاجم و علف‌هاي هرز مشاهده كرد. بدون ترديد آلودگي‌هاي زيست‌محيطي مهم‌ترين عامل ايجاد‌كننده بحران‌هاي زيست‌محيطي در سال‌هاي اخير هستند.
اگرچه انقلاب صنعتي نقش بسيار مهمي در افزايش و بهبود سطح رفاه زندگي انسان‌ها داشته است، اما با وقوع انقلاب صنعتي بتدريج محيط زيست به زباله‌داني بزرگ مبدل شده كه مدفن انواع مختلفي از آلودگي‌ها و مواد زائد صنعتي بوده است. علي‌رغم اقدامات گسترده‌اي كه براي انتقال مواد آلاينده به مناطق دورتر به منظور به حداقل رساندن اثرات زيست‌محيطي ناشي از آنها انجام شده است بايد پذيرفت كه اين راهكار چندان اصولي و تاثيرگذار نخواهد بود و بايد بتدريج راهكارهايي را با عنوان فناوري‌هاي سبز جايگزين راهكارهاي سنتي كنيم تا بتوانيم ميزان آلودگي‌ها را به حداقل برسانيم.
در كشورهاي در حال توسعه، سالانه جنگل‌هاي بسيار زيادي به منظور استفاده از چوب‌هاي جنگلي در زمينه‌هاي مختلف و از جمله توليد زغالچوب مورد نياز مردم آن كشور از بين مي‌روند؛ در حالي كه اين كشورها سهم بسيار زيادي در افزايش انتشار دي‌اكسيدكربن دارند و به اين ترتيب از متهمان اصلي آلودگي هوا و افزايش سطح گازهاي گلخانه‌اي در محيط محسوب مي‌شوند.
همان‌طور كه مي‌دانيد درختان و به طور كلي گياهان، دي‌اكسيد كربن محيط را جذب مي‌كنند و آلودگي هوا را كاهش مي‌دهند.
هرچه تعداد درختان كمتر باشد به همان نسبت جذب دي‌اكسيد كربن كاهش و آلودگي هوا افزايش خواهد يافت. در آفريقا هر سال بيش از 300 ميليون تن هيزم و زغالچوب سوزانده مي‌شود كه به از بين رفتن 200 ميليون هكتار از جنگل‌هاي منطقه منجر خواهد شد.
جنگل‌زدايي يكي از اقداماتي است كه نه‌تنها سبب افزايش ميزان انتشار دي‌اكسيد كربن در محيط خواهد شد بلكه سبب فرسايش خاك و همچنين كاهش تعداد حيوانات بومي اين جنگل‌ها و تغييرات آب و هوايي مي‌شود.
با توجه به اين‌كه امروزه بيشترين جنگل‌زدايي در كشورهاي در حال توسعه اتفاق مي‌افتد بايد اقداماتي به منظور حمايت از اين كشورها از طرف كشورهاي پيشرفته انجام شود تا آنها نيز بتوانند به كمك فناوري‌هاي جديد و براساس شيوه‌هاي پايدار در توسعه كشاورزي، مديريت جنگل‌ها را در كشور خود عهده‌دار شوند.
استفاده از زغالچوب براي مصارف داخلي در بسياري از نقاط دنيا همچنان اهميت دارد و اين در حالي است كه ذرات دود حاصل از سوخت زغالچوب به ميزان زيادي بر سلامت مردمي كه در معرض انتشار آن هستند تاثير مي‌گذارد.
جالب است بدانيد براساس اعلام سازمان صلح سبز، استفاده از محصولات سوختي زغال‌سنگ و زغالچوب سالانه بيش از 360 ميليارد يورو به سلامت انسان‌ها و محيط زيست آسيب مي‌رساند و در صورتي كه صدمات ناشي از آن بر تغييرات جوي را نيز مورد بررسي قرار دهيم، ميزان اين صدمات بيش از ميزان برآورد شده خواهد بود.
موضوع جايگزين كردن سوخت‌هاي فسيلي مانند گاز، نفت و زغال با سوخت‌هاي سبز كه از گياهان و فرآورده‌ها و محصولات گياهي تهيه مي‌شوند، از 2 ديدگاه مختلف قابل بررسي است.
اگرچه اين طرح به بهانه و هدف كاهش توليد گازهاي گلخانه‌اي در محيط مطرح شده است، اما نابودي جنگل‌ها را افزايش مي‌دهد كه اين موضوع نيز به خودي خود پيامدهايي را به همراه خواهد داشت كه خطر آن كمتر از انتشار گازهاي گلخانه‌اي نخواهد بود.
در اين طرح تحقيقاتي كه با همكاري محققان مركز رشد اردبيل انجام شده است از ضايعات كشاورزي همچون خاك اره براي توليد زغالچوب استفاده شده كه هم از دود حاصل از آن براي توليد فرآورده‌هاي با ارزش استفاده مي‌شود و هم تخريب جنگل‌ها را نيز به همراه نخواهد داشت.
سوخت سبزي از نوع زغالي
به گفته مهندس شهريار رحماني، دانش آموخته كارشناسي ارشد متالوژي و مجري اين طرح تحقيقاتي، زغالچوب از گذشته‌هاي دور مورد استفاده مردم بوده است و مردم باستان از سوختن مواد آلي در مجاورت اكسيژن ضعيف زغال چوب توليد مي‌كردند. اگر چه چوب در مقايسه راحت‌تر مي‌سوزد، حمل آن آسان‌تر است و همچنين بوي حاصل از سوختن آن بسيار مطبوع است، اما زغالچوب نسبت به حرارت و گرمايي كه توليد مي‌كند حجم كمتري دارد و حرارت آن خيلي هدر نمي‌رود و به همين علت براي ايجاد حرارتي ملايم و يكنواخت از زغالچوب استفاده مي‌شود.
زغالچوب حرارت بالايي دارد، دود نمي‌كند و كمترين وزن را به عنوان سوخت دارد. اگر چوب در مجاورت هواي مناسب بسوزد، به طور كامل آتش مي‌گيرد و در صورتي كه هواي اطراف آن محدود شود، دود نخواهد كرد. در اين مواقع آتش به اصطلاح خفه شده و چوب به زغال تبديل مي‌شود.
اگر براي توليد زغالچوب فشرده از خاك اره يا ديگر ضايعات كشاورزي استفاده شود، از تخريب جنگل‌ها جلوگيري خواهد شد. علاوه بر اين، از دود حاصل از اين فرآيند براي توليد سركه چوب استفاده مي‌شود كه در زمينه‌هاي مختلف كاربرد دارد.
زغالچوب توليدي نيز نه‌تنها از استحكام بالايي برخوردار خواهد بود بلكه زمان حرارت‌دهي آن در مقايسه با زغالچوب معمولي افزايش خواهد يافت.
قطعات اين زغال هم شكل و هم‌اندازه بوده و با وجود حفره‌اي در وسط قطعات زغال، هنگام استفاده از آن ديگر نيازي به باد زدن براي افزايش اكسيژن‌رساني هنگام سوخت نخواهد بود؛ همچنين بسته‌بندي و نگهداري اين نوع زغالچوب بسيار راحت‌تر خواهد بود.
براي تهيه زغالچوب فشرده از خاك اره، ابتدا خاك اره و ديگر پسماندهاي چوبي كارخانجات دانه‌بندي شده، سپس وارد دستگاه فشرده‌سازي هيدروليك مي‌شوند. به دليل فشار بسيار زياد اعمال‌‌شده در اين فرآيند، ذرات خاك اره و پودر چوب بدون نياز به هيچ نوع ماده افزودني و عامل چسباننده، بخوبي به همديگر مي‌چسبند و به اين ترتيب خاك اره پس از فشرده شدن به شكل استوانه يا چهارگوش يا مستطيلي به قطعات كوچكتر و مجزايي تقسيم مي‌شود.
خاك اره فشرده شده از قابليت استفاده در شومينه‌هاي هيزمي با طول عمري 3 برابر هيزم‌هاي معمولي برخوردار است. در مرحله بعدي، خاك‌‌اره فشرده شده و شكل گرفته در كورههاي كنترل شده و بدون وجود هوا به زغالچوب تبديل مي‌شود.
دود حاصل از تبديل خاك اره به زغالچوب به سركه چوب تبديل مي‌شود. از آنجا كه در اين روش براي توليد زغالچوب از ماده اوليه ارزان‌قيمت و بدون نياز به مواد افزودني ديگر و ماده چسباننده استفاده مي‌شود، هزينه توليد اين نوع زغالچوب در مقايسه بسيار كمتر خواهد بود؛ بعلاوه اين نوع زغال نوعي زغالچوب با شكل خاص و يكسان و همچنين مدت زمان حرارت‌دهي آن تا 3 برابر زغال‌هاي معمولي است و از استحكام بيشتري نيز برخوردار است.
با توجه به اين كه فرآيند توليد زغال در كورههاي الكتريكي انجام مي‌شود، زغالچوب توليدي نيز بدون بو و بدون گاز خواهد بود كه در صورت حمايت از اجراي اين طرح، قابليت توليد انبوه سالانه بيش از 60 هزار تن و صادرات به كشورهاي ديگر را نيز خواهد داشت.
براي تهيه زغالچوب يا زغال نباتي معمولي از چوب درختاني مانند تبريزي و شاه بلوط كه در آنها صمغ يا رزين كمتري وجود داشته باشد، استفاده مي‌كنند. در اين طرح باتوجه به اين كه به جاي چوب از خاك اره استفاده شده است، از گازهاي متصاعد شده نيز تركيب ديگري به نام سركه چوب حاصل مي‌شود كه در زمينه‌هاي مختلفي كاربرد خواهد داشت.
سرکه چوب،فرآورده جانبی حاصل از فرآیند تولید زغال چوب:
سركه چوب، مايع حنايي رنگي است كه از 200نوع ماده بيولوژيكي تشكيل شده است و بوي مطبوعي دارد. PH اين ماده حدود 3 است و در اين حالت ميزان موادآلي اين ماده به 8 درصد مي‌رسد كه علاوه بر اين، از قدرت تراوش بالايي برخوردار است.
سركه چوب بدون سم بوده و بي‌ضرر است و فاقد هر نوع باقيمانده خواهد بود. كشور ژاپن يكي از بزرگ‌ترين مصرف‌كننده هاي سركه چوب در سطح جهان است كه علاوه بر توليد داخلي، بخشي از نياز خود را نيز از واردات اين ماده توليد مي‌كند. به علاوه اين ماده قابليت جداسازي 200 ماده شيميايي مختلف را دارد و در كشاورزي و باغباني براي افزايش سرعت رشد سبزي‌ها و رشد مجدد آنها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
سركه چوب قدرت جذب موادغذايي از خاك توسط گياهان و همچنين توانايي سيستم دفاعي گياهان را از افزايش مي‌دهد. از آنجايي كه اين ماده از تخريب چوب به دست مي‌آيد هم موادغذايي مورد نياز گياه را دارد و خاك را غني مي‌كند، بنابراين استفاده از آن نه‌تنها كيفيت خاك را افزايش مي‌دهد و آفت‌هاي خاك را از ميان مي‌برد، بلكه سبب رشد بهتر ريشه، ساقه، جوانه‌ها، برگ‌ها و همچنين ميوه‌ها خواهد شد.
سركه چوب به عنوان نوعي تقويت‌كننده، قوي‌تر شدن گياهان، سبزتر شدن و بزرگ‌تر شدن برگ‌ها و ساقه‌ها را نيز تضمين خواهد كرد. نتايج به دست آمده از تحقيقات انجام شده در زمينه كاربرد اين ماده نشان داده است كه سركه چوب قدرت مقاومت گياه در برابر كم آبي را افزايش مي‌دهد و مانع حمله حشرات آفت به گياه خواهد شد.
براي تهيه سركه چوب در فرآيند توليد زغالچوب از خاك اره از گاز خارج شده از اين فرآيند استفاده مي‌كنند. همان طور كه گفته شد خاك اره فشرده وارد كوره الكتريكي مي‌شود. اين كوره با اتمسفر كنترل شده و بدون هوا كار مي‌كند.
ابتدا دماي كوره به حدود 100 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد تا خاك اره شكل داده شده يا خاك اره فشرده شده خشك شود. با بالا رفتن دما، ورود گاز خارج شده از خاك اره، از بخش فوقاني كوره به سيستم متراكم‌كننده وارد و به اين ترتيب سركه چوب به صورت مايع از آن خارج خواهد شد.
از سركه چوب به دست آمده با نسبت 2 تا 5 در هزار براي تقويت و ضدعفوني مزارع سبزي‌ها و صيفي‌جات و درختان ميوه به صورت اسپري استفاده مي‌شود. در اين فرآيند، در نتيجه تجزيه حرارتي چوب مواد موجود در آن به صورت بخار خارج وارد سركه چوب مي‌شود كه مي‌تواند مواد مفيد مورد نياز رشد گياه را تامين كند.
ژل آتشزای زغال وچوب:
ژل آتشزای زغال و چوب نوعی ماده سوختی آسان و در دسترس است که برای تولید آتش و گرما در اماکنی که دسترسی به نفت و الکل و دیگر مواد آتشزا وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول در آزمایشگاه های کنترل کیفیت کارخانه تحت نظارت دقیق کارشناسان مجرب مواد شیمیایی تولید می شود.
موارد استفاده ژل سوختی آتشزای زغال:
- برای ایجاد شعله و نیز طبخ غذا در پیک نیک و سفرهای شهری
- برای تسریع و تشدید شعله در شومینه، باربیکو، منقل و...
- جایگزین بسیار مناسب الکل، گازوئیل، نفت، زغال و...
- برای استفاده نیروهای مسلح و نیز پس از وقوع حوادث طبیعی
مشخصات:
- تولید شعله در رنگ های مختلف سبز،آبی، قرمز و...
- شعله حاصل از سوخت با دمای حدود 120 درجه سانتی گراد
- بدون دود، بو و اثرات زیان بخش دیگر مواد سوختنی
- در سه فرم قرص، ژل در قوطی فلزی برای پخت و پز و ژل در بطری برای روشن کردن زغال و شارژر
- بسته بندی راحت و مطمئن و وزن و حجم کم برای حمل آسان
- قیمت مناسب و دسترسی سریع از دیگر مشخصات ژل آتشزای زغال است
- قابل بسته بندی ذر بشکه های بزرگ برای تسهیل حمل و صادرات با توجه به مشتری
- این محصول در ایران تولید می شود و به کلیه کشورهای آسیای میانه، آفریقا، عراق و افغانستان صادر می شود.
تجزیه وتحلیل:
دراین تحقیق دیدیم طرح استفاده از ضایعات کشاورزی برای تولید زغال حرارتی دو دلیل عمده داشت.یکی به دلیل جلو گیری از تخریب جنگل ها و منابع سبز کشور و دیگری جلو گیری از انتشار دود حاصل از این فرآیند و آلودگی محیط زیست که در نتیجه آن سرکه چوب هم حاصل شد.
همچنین دیدیم که به دلیل نیاز به باد زدن در زغال چوب های معمولی حفره ای در وسط قطعات زغال ایجاد شد تا دیگر نیازی به باد زدن برای افزایش اکسیژن رسانی نباشد.
همچنین علت استفاده از ژل آتش زای زغال و چوب مشکلاتی از قبیل دود، بو و اثرات زیان بخش دیگر مواد سوختی بود که در کنار جلوگیری از این اثرات این ماده مزایای دیگری را هم به همراه دارد.
نتیجه گیری وپیشنهادات
در این تحقیق به این نتیجه رسیدیم که برای حل مشکلات تولید و مصرف زغال چوب می توان کارهای زیر را انجام داد
- استفاده از ضایعات کشاورزی برای تولید زغال چوب
- تهیه محصول سرکه چوب برای جلوگیری از آلودگی زیست محیطی ناشی از دود حاصل از فر آیند تولید زغال چوب
- ایجاد حفره در وسط قطعات زغال برای حل مشکل اکسیژن رسانی و باد زدن به زغال در حال سوختن
- استفاده از ژل اتشزای زغال وچوب برای جلو گیری از مشکلاتی از قبیل دود واثرات زیان بخش دیگر مواد سوختنی
