الليغنيت

مخزون من الليغنيت (أعلاه) وقالب من الليغنيت

الليغنيت ( من الكلمة اللاتينية lignum التي تعني " خشب " )، ويُطلق عليه غالبًا اسم الفحم البني ، ^{[ 1 ]} هو صخر رسوبي ناعم بني اللون قابل للاحتراق ، يتكون من الخث المضغوط طبيعيًا . يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 25 و35% ^{[ 1 ] [ 2 ]} ، ويُعتبر أدنى أنواع الفحم نظرًا لانخفاض محتواه الحراري نسبيًا . عند استخراجه من الأرض، يحتوي على نسبة عالية جدًا من الرطوبة ، مما يُفسر جزئيًا انخفاض محتواه من الكربون. يُستخرج الليغنيت من جميع أنحاء العالم، ويُستخدم بشكل شبه حصري كوقود لتوليد الطاقة الكهربائية البخارية . 

ينتج عن احتراق الليغنيت حرارة أقل مقارنةً بكمية ثاني أكسيد الكربون والكبريت المنبعثة، وذلك مقارنةً بأنواع الفحم الأخرى. ونتيجةً لذلك، يُعدّ الليغنيت أكثر أنواع الفحم ضرراً على صحة الإنسان. ^{[ 3 ]} وبحسب المصدر، قد يحتوي الليغنيت على معادن ثقيلة سامة متنوعة ، بما في ذلك مواد مشعة طبيعية ، وقد تبقى هذه المعادن في رماد الفحم المتطاير الناتج عن احتراقه، مما يزيد من المخاطر الصحية. ^{[ 4 ]}

الليغنيت ذو لون بني مائل للسواد، ويحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 60 و70% على أساس الوزن الجاف الخالي من الرماد. مع ذلك، قد تصل نسبة الرطوبة فيه إلى 75% ^{[ 1 ]} ، وتتراوح نسبة الرماد فيه بين 6 و19%، مقارنةً بنسبة 6 إلى 12% في الفحم البيتوميني ^{[ 5 ]} . ونتيجةً لذلك، فإن نسبة الكربون فيه عند استلامه (أي مع احتوائه على الرطوبة والمواد المعدنية) لا تتجاوز عادةً 25 إلى 35% ^{[ 2 ] .}

تتراوح القيمة الحرارية للفحم الليغنيتي بين 10 و20 ميغا جول/كغ (9 إلى 17 مليون وحدة حرارية بريطانية/طن قصير) على أساس الوزن الرطب الخالي من المواد المعدنية. ويبلغ متوسط ​​القيمة الحرارية للفحم الليغنيتي المستهلك في الولايات المتحدة 15 ميغا جول/كغ (13 مليون وحدة حرارية بريطانية/طن قصير) على أساس الوزن الخام. ^{[ 6 ]} أما في ولاية فيكتوريا الأسترالية، فيبلغ متوسط ​​القيمة الحرارية للفحم الليغنيتي المستهلك 8.6 ميغا جول/كغ (7.4 مليون وحدة حرارية بريطانية/طن قصير) على أساس الوزن الرطب الصافي. ^{[ 7 ]}         

يحتوي الليغنيت على نسبة عالية من المواد المتطايرة، مما يسهل تحويله إلى غاز ومشتقات بترولية سائلة مقارنةً بأنواع الفحم الأخرى. إلا أن محتواه العالي من الرطوبة وقابليته للاشتعال التلقائي قد يُسببان مشاكل في النقل والتخزين. تُقلل عمليات إزالة الماء من الفحم البني من خطر الاحتراق التلقائي إلى مستوى مماثل للفحم الأسود، وتزيد من قيمته الحرارية لتُصبح مُكافئة للفحم الأسود ، وتُخفض بشكل ملحوظ انبعاثات الفحم البني "المُكثف" إلى مستوى مُماثل أو أفضل من مُعظم أنواع الفحم الأسود. ^{[ 8 ] [ 9 ]} مع ذلك، تُؤدي إزالة الرطوبة إلى زيادة تكلفة وقود الليغنيت النهائي.

يتحلل الليغنيت بسرعة عند تعرضه للهواء، في عملية تسمى التخميد (أو التخميد ). ^{[ 10 ]}

يُستخدم معظم الليغنيت لتوليد الكهرباء. ^{[ 2 ]} ومع ذلك، تُستخدم كميات صغيرة منه في الزراعة والصناعة، وحتى في صناعة المجوهرات على شكل فحم الجيت . وقد تراجع استخدامه التاريخي كوقود للتدفئة المنزلية باستمرار، وأصبح الآن أقل أهمية من استخدامه لتوليد الكهرباء.

كوقود

يُوجد الليغنيت غالبًا في طبقات سميكة قريبة من سطح الأرض، مما يجعل استخراجه غير مكلف. مع ذلك، ونظرًا لانخفاض كثافة طاقته ، وميله للتفتت، وارتفاع نسبة الرطوبة فيه عادةً، فإن نقل الفحم البني غير فعال، ولا يُتداول على نطاق واسع في السوق العالمية مقارنةً بأنواع الفحم الأخرى ذات الجودة الأعلى. ^{[ 1 ] [ 7 ]} ويُستخدم غالبًا في محطات توليد الطاقة القريبة من المناجم، كما هو الحال في محطتي بيلتشاتوف وتوروف في بولندا، ووادي لاتروب في أستراليا ، ومحطتي مونتيسيلو ومارتن ليك التابعتين لشركة لومينانت في تكساس. بسبب محتواه العالي من الرطوبة الكامنة وانخفاض كثافة طاقته، فإن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محطات توليد الطاقة التقليدية التي تعمل بالفحم البني تكون أعلى بكثير لكل ميغاواط ساعة مُولّدة مقارنةً بمحطات الفحم الأسود المماثلة، حيث كانت محطة هازلوود للطاقة في أستراليا أعلى محطة انبعاثًا في العالم ^{[ 11 ]} حتى إغلاقها في مارس 2017. ^{[ 12 ]} ويُعدّ تشغيل محطات الفحم البني التقليدية، لا سيما عند دمجها مع التعدين السطحي ، أمرًا مثيرًا للجدل سياسيًا نظرًا للمخاوف البيئية. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

اعتمدت جمهورية ألمانيا الديمقراطية بشكل كبير على الليغنيت لتحقيق الاكتفاء الذاتي في مجال الطاقة ، وحصلت في نهاية المطاف على 70% من احتياجاتها من الطاقة من الليغنيت. ^{[ 15 ]} كما كان الليغنيت مادة خام مهمة للصناعات الكيميائية عبر عملية بيرغيوس أو عملية فيشر-تروبش ، بدلاً من البترول، ^{[ 16 ]} الذي كان يُستورد بالعملات الصعبة بعد تغيير سياسة الاتحاد السوفيتي في سبعينيات القرن الماضي، والذي كان يُورّد البترول سابقاً بأسعار أقل من أسعار السوق. ^{[ 17 ]} حتى أن علماء ألمانيا الشرقية حوّلوا الليغنيت إلى فحم كوك مناسب للاستخدامات المعدنية ( فحم كوك الليغنيت عالي الحرارة )، وكان جزء كبير من شبكة السكك الحديدية يعتمد على الليغنيت إما من خلال القطارات البخارية أو الخطوط المكهربة التي تُغذّى في الغالب بالطاقة المشتقة من الليغنيت. ^{[ 17 ]} وكانت ألمانيا الشرقية أكبر منتج لليغنيت طوال معظم فترة وجودها كدولة مستقلة.

في عام 2014، كان حوالي 12% من طاقة ألمانيا ، وتحديدًا 27% من كهربائها، يأتي من محطات توليد الطاقة بالفحم البني (الليغنيت)، ^{[ 18 ]} بينما في اليونان ، في العام نفسه ، وفّر الليغنيت حوالي 50% من احتياجاتها من الطاقة. وقد أعلنت ألمانيا عن خطط للتخلص التدريجي من الليغنيت بحلول عام 2038 على أقصى تقدير. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} وأكدت اليونان إغلاق آخر محطة لتوليد الطاقة بالفحم في عام 2025 بعد ضغوط من الاتحاد الأوروبي ^{، [ 23 ]} وتخطط لاستثمار مبالغ طائلة في الطاقة المتجددة . ^{[ 24 ]}

يبدأ الليغنيت كمواد نباتية متحللة جزئيًا، أو خث. يميل الخث إلى التراكم في المناطق ذات الرطوبة العالية، وبطء هبوط الأرض ، وعدم تعرضها لتأثير الأنهار أو المحيطات - في ظل هذه الظروف، تبقى المنطقة مشبعة بالماء، مما يغطي النباتات الميتة ويحميها من الأكسجين الجوي. توجد مستنقعات الخث في مناخات وبيئات جغرافية متنوعة. قد تساهم البكتيريا اللاهوائية في تحلل الخث، لكن هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً، خاصة في المياه الحمضية. يؤدي الدفن تحت رواسب أخرى إلى إبطاء التحلل البيولوجي، وتكون التحولات اللاحقة نتيجة لارتفاع درجات الحرارة والضغط تحت الأرض. ^{[ 46 ]}

يتشكل الليغنيت من الخث الذي لم يتعرض للدفن العميق والتسخين. ويتشكل عند درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، ^{[ 1 ]} بشكل أساسي عن طريق التحلل البيوكيميائي. ويشمل ذلك عملية التحلل الدبالي، حيث تستخلص الكائنات الدقيقة الهيدروكربونات من الخث وتُكوّن أحماض الهيوميك، مما يُقلل من معدل التحلل البكتيري. في الليغنيت، يكون التحلل الدبالي جزئيًا، ولا يكتمل إلا عندما يصل الفحم إلى رتبة شبه بيتومينية. ^{[ 47 ]} أبرز التغيرات الكيميائية في المادة العضوية أثناء تكوين الليغنيت هو الانخفاض الحاد في عدد المجموعات الوظيفية C=O وCOR. ^{[ 48 ]}  

تعتبر رواسب الليغنيت عادةً أحدث من الفحم ذي الرتبة الأعلى، حيث تشكلت غالبيتها خلال العصر الثالث . ^{[ 1 ]}

يُوجد الليغنيت غالبًا في طبقات سميكة قريبة من سطح الأرض. ^{[ 1 ] [ 7 ]} ويُعدّ استخراجه غير مكلف باستخدام أشكال مختلفة من التعدين السطحي ، على الرغم من أن ذلك قد يُسبب أضرارًا بيئية جسيمة. ^{[ 49 ]} وتُلزم اللوائح في الولايات المتحدة ودول أخرى بإعادة الأراضي التي يتم التعدين فيها سطحيًا إلى إنتاجيتها الأصلية بعد انتهاء عملية التعدين. ^{[ 50 ]}

يبدأ التعدين السطحي للفحم البني في الولايات المتحدة بالحفر لتحديد امتداد الطبقات الجوفية. يجب إزالة التربة السطحية والتربة التحتية بشكل صحيح، واستخدامها إما لاستصلاح المناطق التي تم استخراج الفحم منها سابقًا أو تخزينها لاستصلاحها مستقبلًا. تُهيئ إزالة التربة السطحية بواسطة الحفارات والشاحنات المنطقة لإزالة التربة السطحية بواسطة آلات الحفر الجرافة ، مما يكشف طبقات الفحم البني. تُكسر هذه الطبقات باستخدام جرارات مجهزة خصيصًا ( تكسير الفحم )، ثم تُحمل في شاحنات قلابة باستخدام رافعات أمامية . ^{[ 51 ]}

بعد إزالة الليغنيت، تتضمن عملية إعادة التأهيل تسوية مخلفات المنجم لتقريبها قدر الإمكان من سطح الأرض الأصلي (الخط الكنتوري الأصلي التقريبي). تُعاد تأهيل التربة التحتية والسطحية، وتُزرع الأرض بأنواع مختلفة من الأعشاب. في ولاية داكوتا الشمالية ، يُطلب من شركة التعدين تقديم ضمان أداء لمدة عشر سنوات على الأقل بعد انتهاء عمليات التعدين لضمان استعادة الأرض لكامل طاقتها الإنتاجية. ^{[ 50 ]} أما في الولايات المتحدة، فيُشترط تقديم ضمان (ليس بالضرورة بهذا الشكل) لإعادة تأهيل المناجم بموجب قانون مراقبة التعدين السطحي وإعادة التأهيل لعام 1977. ^{[ 52 ]}

يمكن تقسيم الليغنيت إلى نوعين: الليغنيت الزيلويدي أو الخشب الأحفوري ، والليغنيت المضغوط أو الليغنيت المثالي.

على الرغم من أن الليغنيت الزيلويدي قد يتمتع أحيانًا بمتانة ومظهر الخشب العادي، إلا أنه من الواضح أن النسيج الخشبي القابل للاحتراق قد خضع لتعديل كبير. يمكن تحويله إلى مسحوق ناعم عن طريق الطحن ، وإذا ما تعرض لمحلول مخفف من البوتاس ، فإنه ينتج كمية كبيرة من حمض الهيوميك . ^{[ 39 ]} الليونارديت هو شكل مؤكسد من الليغنيت، ويحتوي أيضًا على مستويات عالية من حمض الهيوميك. ^{[ 55 ]}

الجيت هو شكل صلب يشبه الأحجار الكريمة من الليغنيت، ويستخدم في أنواع مختلفة من المجوهرات. ^{[ 42 ]}

تُعد ألمانيا أكبر منتج للفحم البني، ^{[ 56 ]} تليها الصين وروسيا والولايات المتحدة . ^{[ 57 ]} شكل الفحم البني 8% من إجمالي إنتاج الفحم في الولايات المتحدة عام ^2019. [ ^{2 ]}

يتم استخراج الليغنيت بملايين الأطنان

بلد أو إقليم	1970	1980	1990	2000	2010	2011	2012	2013	2014	2015
ألمانيا الشرقية	261	258.1	280	[ أ ]
ألمانيا	108 [ ب ]	129.9 [ ب ]	107.6 [ ب ]	167.7	169	176.5	185.4	183	178.2	178.1
الصين	–	24.3	45.5	47.7	125.3	136.3	145	147	145	140
روسيا	145 [ ج ]	141 [ ج ]	137.3 [ ج ]	87.8	76.1	76.4	77.9	73	70	73.2
كازاخستان	[ د ]			2.6	7.3	8.4	5.5	6.5	6.6	–
أوزبكستان				2.5	3.4	3.8	3.8	–	–	–
الولايات المتحدة	5	42.8	79.9	77.6	71.0	73.6	71.6	70.1	72.1	64.7
بولندا	–	36.9	67.6	59.5	56.5	62.8	64.3	66	63.9	63.1
ديك رومى	–	14.5	44.4	60.9	70.0	72.5	68.1	57.5	62.6	50.4
أستراليا	–	32.9	46	67.3	68.8	66.7	69.1	59.9	58.0	63.0
اليونان	–	23.2	51.9	63.9	56.5	58.7	61.8	54	48	46
الهند	–	5	14.1	24.2	37.7	42.3	43.5	45	47.2	43.9
أندونيسيا	–	–	–	–	40.0	51.3	60.0	65.0	60.0	60.0
تشيكوسلوفاكيا	82	87	71	[ هـ ]
الجمهورية التشيكية	[ f ]			50.1	43.8	46.6	43.5	40	38.3	38.3
سلوفاكيا				3.7	2.4	2.4	2.3	–	–	–
يوغوسلافيا	–	33.7	64.1	35.5 [ غرام ]	[ ح ]
صربيا	[ أنا ]			[ j ]	37.8	40.6	38	40.1	29.7	37.3
كوسوفو				[ j ]	8.7 [ ك ]	9 [ ك ]	8.7 [ ك ]	8.2 [ ك ]	7.2 [ ك ]	8.2 [ ك ]
مقدونيا الشمالية				7.5	6.7	8.2	7.5	–	–	–
البوسنة والهرسك				3.4	11	7.1	7	6.2	6.2	6.5
سلوفينيا				3.7	4	4.1	4	–	–	–
الجبل الأسود				[ j ]	1.9	2	2	–	–	–
رومانيا	–	26.5	33.7	29	31.1	35.5	34.1	24.7	23.6	25.2
بلغاريا	–	30	31.5	26.3	29.4	37.1	32.5	26.5	31.3	35.9
ألبانيا	–	1.4	2.1	30	14	9	20	–	–	–
تايلاند	–	1.5	12.4	17.8	18.3	21.3	18.3	18.1	18	15.2
منغوليا	–	4.4	6.6	5.1	8.5	8.3	9.9	–	–	–
كندا	–	6	9.4	11.2	10.3	9.7	9.5	9.0	8.5	10.5
هنغاريا	–	22.6	17.3	14	9.1	9.6	9.3	9.6	9.6	9.3
كوريا الشمالية	–	10	10.6	7.2	6.7	6.8	6.8	7	7	7
المصدر: الرابطة العالمية للفحم [ 58 ] · إدارة معلومات الطاقة الأمريكية [ 59 ] · دراسة الطاقة لعام 2016 من BGR bund.de [ 60 ] · بيانات عام 1970 من الرابطة العالمية للفحم (1987) [ 61 ]    – لا توجد بيانات متاحة

• 
  منجم الفحم يونايتد شلينهاين المفتوح في ولاية ساكسونيا بألمانيا

• راينشيس براونكوليريفير
• شركة إن إل سي الهند المحدودة

• "الاستهلاك المحلي للفحم والليغنيت" . الكتاب الإحصائي العالمي للطاقة. 2016.
• الجغرافيا في الممارسة العملية - دراسة حالة أيرلندية (مؤرشفة في 22 يوليو 2010 على موقع Wayback Machine)
• صورة للفحم البني (الليغنيت) مؤرشفة بتاريخ 19 أبريل 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine)
• عملية تجفيف الفحم الحجري