قوالب الوقود

البريكيت ( بالفرنسية : [ bʁikɛt ] ؛ وتُكتب بالإنجليزية أيضًا briquet أو brickette ) عبارة عن كتلة مضغوطة من غبار الفحم ^{[ 1 ]} أو مواد الكتلة الحيوية القابلة للاحتراق الأخرى (مثل الفحم النباتي ، ونشارة الخشب ، ورقائق الخشب ، ^{[ 2 ]} والخث ، أو الورق ) تُستخدم كوقود وإشعال النار . والكلمة مشتقة من الفرنسية وتعني " طوبة صغيرة ".

لطالما استُخدمت قوالب الفحم المضغوط كوسيلة لاستغلال "الفحم الصغير"، وهو الفحم المكسّر بدقة والذي ينتج حتمًا أثناء عملية التعدين . وإلا، يصعب حرق هذا النوع من الفحم لصعوبة توفير تدفق هواء كافٍ عبر نار تتكون من هذه القطع الصغيرة؛ كما أن هذا الوقود يميل إلى الارتفاع والخروج من المدخنة بفعل تيار الهواء ، مما يُنتج دخانًا أسودًا مرئيًا.

كانت أولى قوالب الوقود تُعرف باسم "قنابل الطين" ، وكانت تُصنع يدويًا باستخدام القليل من الطين الرطب كمادة رابطة. وقد يكون من الصعب حرقها بكفاءة، لأن الطين غير المحترق ينتج كمية كبيرة من الرماد، مما يعيق تدفق الهواء عبر الشبكة.

مع التطورات الهندسية في العصر الفيكتوري ، ولا سيما المكابس الهيدروليكية ، أصبح من الممكن إنتاج قوالب فحم مصنعة آليًا بأقل قدر من المواد الرابطة. استُخدمت مادة رابطة من القطران أو القار ، تم الحصول عليها أولًا من صناعة الغاز ، ثم لاحقًا من مصادر بتروكيماوية. تحترق هذه المواد الرابطة بالكامل، مما يجعلها وقودًا منخفض الرماد. كانت "فورناسيت" علامة تجارية مسجلة لقوالب الفحم من حقول فحم جنوب ويلز ، طورها إدريس جونز لصالح شركة باول دافرين . ^{[ 3 ] [ 4 ]} صُممت هذه القوالب لمحاكاة فحم الأنثراسيت عالي الجودة ، مثل ذلك المستخرج من طبقات سينهيدر . تضمن ذلك مزج خليط من أنواع مختلفة من الفحم من مصادر مناجم مختلفة. استخدمت "فورناسيت" المزيج التالي: ^{[ 4 ]}

• الفحم البيتوميني ، 25%
• الفحم البخاري ، 45%
• فحم البخار الجاف، 22%
• درجة الصوت ، 8%

كانت قوالب الوقود الأولية كبيرة الحجم وشكلها يشبه الطوب. ^{[ 4 ]} ثم اتخذت قوالب الفورناسيت شكلاً بيضاوياً مربعاً. وقد ساهم هذا الشكل المنتظم في تكوين قاعدة احتراق جيدة، مع تدفق هواء وافر. كما أنها سهلة التغذية الميكانيكية، مما أتاح تطوير غلايات تدفئة يتم التحكم فيها آلياً، والتي يمكنها العمل لأيام دون تدخل بشري.

يمكن أن تشمل قوالب الفحم التي تباع لطهي الطعام ما يلي: ^{[ 5 ] [ 6 ]}

• الفحم الخشبي (وقود)
• الفحم الليغنيتي (وقود)
• فحم الأنثراسيت (وقود)
• الحجر الجيري (مادة ملونة بالرماد)
• النشا (مادة رابطة)
• البوراكس (عامل فصل)
• نترات الصوديوم (مسرع)
• نشارة الخشب
• الشمع (بعض العلامات التجارية: مادة رابطة، مادة مسرعة، مادة مساعدة على الاشتعال).
• قش (قش الأرز وقش الفول السوداني)

كقاعدة عامة ، فإن قالب فحم واحد سيسخن قدر التخييم الهولندي بحوالي 25 درجة فهرنهايت (14 درجة مئوية) ، لذا فإن 20 قالب فحم ستسخنه بمقدار 500 درجة فهرنهايت (280 درجة مئوية) . ^{[ 7 ]}    

ظهرت قوالب الفحم المصنوعة منزليًا (المعروفة باسم تادون ) بعد إنتاج الفحم في التاريخ الياباني. في فترة إيدو ، شاع استخدام عديد السكاريد المستخلص من الطحالب الحمراء كمادة رابطة. بعد استيراد المحركات البخارية في فترة ميجي ، أصبح الفحم والطين من المكونات الرئيسية لقوالب الفحم اليابانية. وقد صُدّرت هذه القوالب، المعروفة باسم رينتان وماميتان ، إلى الصين وكوريا. اليوم، يُتجنب استخدام قوالب الفحم بسبب انبعاثات أكاسيد الكبريت . لا تزال قوالب الفحم تُستخدم في الطهي التقليدي أو في الهواء الطلق. تُعد رقائق الخشب ، مثل نشارة الخشب أو غبار القهوة، من المكونات الرئيسية لقوالب الفحم الحديثة واسعة الانتشار (مثل أوغاتان ).

• 
  فحم الشواء السريع
• 
  رينتان ، قوالب فحم يابانية
• 
  ماميتان ، قوالب الفحم اليابانية
• 
  أوغاتان ، قوالب فحم يابانية مصنوعة من نشارة الخشب
• 
  النوع الصلب أوغاتان
• 
  تان عالي السعرات الحرارية ، مصنوع من غبار القهوة
• 
  تادون و شيشيرين
• 
  يونتان ذو 22 فتحة ، قوالب فحم كورية

للاستخدام في الصين

في جميع أنحاء الصين، تُستخدم قوالب أسطوانية تسمى "fēng wō méi" (فحم خلية النحل 蜂窩煤 / 蜂窝煤) أو "Mei" (فحم 煤) أو "liàn tàn" (فحم معجن 練炭 / 练炭)، في المواقد المصممة لهذا الغرض.

أصل كلمة "مي" هو " رينتان " (الفحم المعجون) الياباني. ابتُكر الرينتان في اليابان في القرن التاسع عشر، وانتشر إلى منشوريا وكوريا والصين في النصف الأول من القرن العشرين. كانت هناك العديد من مصانع الرينتان في منشوريا وبيونغ يانغ . ورغم توقف استخدام الرينتان في اليابان بعد سبعينيات القرن العشرين، إلا أنه لا يزال شائعًا في الصين وفيتنام ( فحم "ثان تو أونغ" ).

المواقد عبارة عن أوعية خزفية بسيطة ذات غلاف معدني. يوجد نوعان منها: النوع ذو القالب الواحد، والنوع ذو القوالب الثلاثة، حيث تُثبّت القوالب معًا جنبًا إلى جنب. تتسع هذه المواقد لمجموعتين من الأسطوانات. تُشعل نار صغيرة من مادة قابلة للاشتعال، ثم توضع الأسطوانة (أو الأسطوانات) فوقها. عند نفاذ إحدى الأسطوانات، توضع أسطوانة أخرى فوقها باستخدام ملقط خاص، ثم تُشعل الأسطوانة الموجودة أسفلها. يمكن الحفاظ على النار عن طريق استبدال الأسطوانات الفارغة بأخرى جديدة، مع الاحتفاظ بالأسطوانة الفارغة المشتعلة.

تدوم كل أسطوانة لأكثر من ساعة. تُستخدم هذه المواقد لطهي أو غلي الشاي والبيض والحساء واليخنات وغيرها. تُنقل الأسطوانات، عادةً بواسطة عربة، إلى الشركات، وهي رخيصة الثمن للغاية.

في أيرلندا، تُعدّ قوالب الوقود المصنوعة من الخث ، وهو نتاج تحلل نباتات المستنقعات في بيئة منخفضة الأكسجين، نوعًا شائعًا من الوقود الصلب، حيث حلت محلّ قطع الخث الخام كوقود منزلي. تتكون هذه القوالب من خث مُقطّع ومضغوط لتشكيل وقود بطيء الاحتراق، يكاد يكون عديم الدخان، وسهل التخزين والنقل. ورغم أنها تُستخدم غالبًا كوقود وحيد لإشعال النار، إلا أنها تُستخدم أيضًا لإشعال نار الفحم بسرعة وسهولة. كما تُستخدم قوالب الخث أحيانًا لشواء اللحوم والخضراوات لما تُضفيه من نكهة مميزة على الطعام. ^{[ 8 ]} شركة "بورد نا مونا" هي الشركة الأيرلندية المملوكة للدولة والمسؤولة عن الخث، والتي تتولى أيضًا إنتاج قوالب الخث.

^{[ 9 ]} تُصنع قوالب الكتلة الحيوية من المخلفات الزراعية، وهي بديلللوقود الأحفوريكالنفط والفحم، ويمكن استخدامها لتسخين الغلايات في المصانع، ولها تطبيقات أيضاً فيالدول النامية. ^{[ 9 ]} تُعد قوالب الكتلة الحيوية مصدراً متجدداً للطاقة من الناحية التقنية، ولا تُشكل انبعاثاتهاغازات دفيئة من صنع الإنسان، على عكس انبعاثات قوالب الفحم التقليدية، إذ أن أي كربون مُنبعث منها قد تم امتصاصه مباشرة من الغلاف الجوي في التاريخ الحديث، ولم يتم تخزينه في أعماق الأرض خلالالعصر الكربونيكما هو الحال مع الفحم.

على الرغم من أن عملية التكوير تقنية مناسبة لإنتاج الطاقة المتجددة، إلا أن انتشارها محدود، لا سيما بسبب ارتفاع تكاليف الاستثمار الأولي واستهلاك الطاقة لمكابس التكوير عالية الضغط. مع ذلك، يمكن أن تمثل مكابس التكوير اليدوية منخفضة الضغط (ضغط التشغيل أقل من 5 ميجا باسكال) بديلاً مناسباً، نظراً لسهولة استخدامها واستهلاكها المعتدل للطاقة بالنسبة للدول النامية. ^{[ 9 ]}

لجأت العديد من الشركات في الهند إلى استخدام قوالب الكتلة الحيوية بدلاً من زيت الوقود التقليدي لتوفير تكاليف وقود الغلايات. ويُعدّ استخدام قوالب الكتلة الحيوية شائعاً في جنوب الهند، حيث يتم استبدال الفحم وزيت الوقود التقليدي بها. كما تستخدم العديد من الوحدات في ولاية ماهاراشترا الهندية قوالب الكتلة الحيوية كوقود للغلايات. ويُمكن استخدام قوالب الكتلة الحيوية للحصول على أرصدة الكربون لخفض الانبعاثات في الغلاف الجوي. ويُقال إن شركة لانكسيس الهند وعدداً من الشركات الكبرى الأخرى تستخدم قوالب الكتلة الحيوية للحصول على أرصدة الكربون من خلال تغيير وقود غلاياتها. كما توفر قوالب الكتلة الحيوية قيمة حرارية أعلى لكل كيلوغرام، وتوفر ما بين 30 و40 بالمئة من تكاليف وقود الغلايات.

تُعدّ قوالب الوقود الحيوي، التي بدأت تظهر في الدول المتقدمة، من أكثر أنواع الوقود الحيوي استخداماً، حيث تُصنع من مخلفات مثل نشارة الخشب، تُضغط ثم تُبثق لتُشكّل قالباً مُعاد تشكيله يُمكن استخدامه كبديل للحطب. وهي عملية مشابهة لتصنيع كريات الخشب، ولكن على نطاق أوسع. لا تُستخدم أي مواد رابطة في هذه العملية، إذ يعمل اللجنين الطبيعي الموجود في الخشب على ربط جزيئاته معاً لتشكيل مادة صلبة. يُعدّ حرق قوالب الوقود الحيوي أكثر كفاءة من حرق الحطب، حيث قد تصل نسبة الرطوبة فيها إلى 4% فقط، بينما قد تصل نسبة الرطوبة في الحطب الأخضر إلى 65%.

على سبيل المثال، معايير قوالب الوقود المصنوعة عن طريق البثق من نشارة الخشب في أوكرانيا :

(ميجا جول = ميغا جول. 3.6 ميغا جول تساوي 1 كيلو واط ساعة.)

تعتمد تقنية إنتاج قوالب الوقود المضغوط على عملية بثق مخلفات الخشب (مثل القش، وقشور عباد الشمس، والحنطة السوداء، وغيرها) أو مخلفات الخشب المفروم ناعماً (نشارة الخشب) تحت ضغط عالٍ عند تسخينها من 160 إلى 350 درجة مئوية (320 إلى 662 درجة فهرنهايت) . وكما هو موضح في الجدول أعلاه، فإن جودة هذه القوالب، وخاصة محتواها الحراري، أعلى بكثير مقارنةً بالطرق الأخرى مثل استخدام مكابس الضغط.  

تطورت قوالب نشارة الخشب بمرور الوقت إلى نوعين رئيسيين: قوالب مثقوبة من المنتصف، وقوالب صلبة. يُصنف كلا النوعين ضمن القوالب، لكنهما يُصنعان بتقنيات مختلفة. تُصنع القوالب الصلبة باستخدام مكبس يضغط طبقات نشارة الخشب المتراصة معًا. أما القوالب المثقوبة فتُصنع باستخدام مكبس لولبي. ينشأ الثقب من لولب يمر عبر المنتصف، كما أنه يزيد من مساحة سطح جذع الخشب، مما يُحسّن الاحتراق .

قوالب الورق هي منتج ثانوي لآلة التكوير، التي تضغط الورق الممزق إلى شكل أسطواني صغير. تُباع آلات التكوير عادةً كأنظمة إضافية لأنظمة التفتيت أو التقطيع الدوارة الموجودة. لدى وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) لائحة تحدد الحد الأقصى لحجم جزيئات الورق الممزق التي تمر عبر آلة التفتيت أو التقطيع الدوارة، والتي لا تتجاوز عادةً 3 مم ( 1/8 بوصة ) مربعة. ^{[ 10 ]} هذا يعني أن المادة الخارجة من آلة التفتيت هي ذات الحجم المناسب للضغط إلى قوالب ورق، على عكس آلات التقطيع الشريطية التي تنتج صفائح ورقية طويلة. 

بعد معالجة جزيئات الورق في جهاز التفتيت، تُمرر عادةً عبر نظام تهوية لإزالة الغبار والمواد المغناطيسية غير المرغوب فيها قبل إرسالها إلى جهاز التكوير. وقد يكون نظام التهوية مسؤولاً أيضاً عن تنظيم نسبة الرطوبة في جزيئات النفايات، حيث تعمل عملية التكوير بكفاءة مثلى ضمن نطاق رطوبة محدد. وقد أظهرت الدراسات أن النسبة المثلى للرطوبة في الجزيئات المقطعة هي 18% للورق و22% لقش القمح. ^{[ 11 ]}

يحذر الخبراء عمومًا من عدم استخدام مواقد الفحم في الأماكن المغلقة لتدفئة المنازل، نظرًا لخطر التسمم بأول أكسيد الكربون . ^{[ 12 ]}

• وقود خالٍ من الدخان
• قوالب الخشب

• كيفية صنع قوالب الفحم المضغوط.
• تطوير موقد غاز الفحم المضغوط المثقوب ، ريتشارد ستانلي، كوبوس فينتر، 14 أغسطس 2003 على قوائم الطاقة الحيوية .
• صناعة القوالب: حل لمشكلة التصحر والمشاكل الصحية والبطالة وإعادة التحريج في المجتمعات النامية - ملخص ندوة عام 2003.