كوكاكولا (وقود)

تُسمى عملية إنتاج فحم الكوك صناعيًا من الفحم بعملية التكويك . يُخبز الفحم في فرن مُغلق ، يُعرف باسم فرن الكوك أو فرن التكويك ، عند درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية (3600 درجة فهرنهايت)، ولكنها عادةً ما تتراوح بين 1000 و1100 درجة مئوية (1800-2000 درجة فهرنهايت) . ^{[ 2 ]} تُؤدي هذه العملية إلى تبخير أو تحلل المواد العضوية الموجودة في الفحم، مما يُؤدي إلى تبخر الماء وغيره من المنتجات المتطايرة والسائلة مثل غاز الفحم وقطران الفحم . يُعد فحم الكوك هو البقايا غير المتطايرة الناتجة عن التحلل، وهو عبارة عن بقايا الكربون والمعادن المتماسكة لجزيئات الفحم الأصلية على شكل مادة صلبة ذات قوام زجاجي نوعًا ما. ^{[ 3 ]}    

_تشمل المنتجات الثانوية الإضافية لعملية التكويك قطران الفحم ، والأمونيا ( NH₃ ₎ ، وكبريتيد الهيدروجين ( H₂S ) ، والبيريدين ، وسيانيد الهيدروجين ، ومواد كربونية. ^{[ 4 ]} تحتوي بعض المنشآت على أفران تكويك "للمنتجات الثانوية" حيث تُجمع نواتج التحلل المتطايرة وتُنقى وتُفصل لاستخدامها في صناعات أخرى، كوقود أو مواد أولية كيميائية . وفي حالات أخرى، تُحرق المنتجات الثانوية المتطايرة لتسخين أفران التكويك. هذه طريقة قديمة، ولكنها لا تزال تُستخدم في الإنشاءات الجديدة. ^{[ 5 ]}

كانت عملية "الموقد" لصنع فحم الكوك، باستخدام الفحم الحجري، شبيهة بعملية حرق الفحم النباتي؛ فبدلاً من كومة من الخشب المُجهز والمغطى بالأغصان والأوراق والتراب، كانت هناك كومة من الفحم مغطاة بغبار فحم الكوك. استمر استخدام عملية الموقد في العديد من المناطق خلال النصف الأول من القرن التاسع عشر، لكن حدثين قللا من أهميتها بشكل كبير. وهما اختراع الهواء الساخن في صهر الحديد، وإدخال فرن فحم الكوك المخروطي الشكل. وقد أدخل نيلسون استخدام نفخة من الهواء الساخن، بدلاً من الهواء البارد، في فرن الصهر لأول مرة في اسكتلندا عام 1828. ^{[ 9 ]} وتُعد عملية صنع فحم الكوك من الفحم الحجري عملية طويلة جدًا.

تُستخدم حجرة مبنية من الطوب الحراري على شكل قبة، تُعرف عادةً باسم فرن خلية النحل. يبلغ عرضها عادةً حوالي 4 أمتار (13 قدمًا) وارتفاعها 2.5 متر (8 أقدام) . يحتوي السقف على فتحة لإدخال الفحم أو أي نوع آخر من الحطب من الأعلى. كما توجد فتحة لتفريغ الفحم في محيط الجزء السفلي من الجدار. في مجموعة أفران الكوك، تُبنى عدة أفران في صف واحد بجدران مشتركة بين الأفران المتجاورة. تتكون المجموعة من عدد كبير من الأفران، قد يصل إلى المئات، في صف واحد. ^{[ 10 ]}  

يُضاف الفحم من الأعلى لتكوين طبقة متساوية بسمك يتراوح بين 60 و90 سنتيمترًا (24 إلى 35 بوصة) . يُضخ الهواء في البداية لإشعال الفحم. تبدأ عملية التفحيم مُنتجةً مواد متطايرة تحترق داخل الباب الجانبي شبه المغلق. تستمر عملية التفحيم من الأعلى إلى الأسفل وتكتمل في غضون يومين إلى ثلاثة أيام. تُستمد الحرارة اللازمة لهذه العملية من احتراق المواد المتطايرة، لذا لا تُستخلص أي منتجات ثانوية. يُسمح لغازات العادم بالخروج إلى الغلاف الجوي. يُبرد فحم الكوك الساخن بالماء، ويُفرغ يدويًا من خلال الباب الجانبي. عند استخدام الفرن بشكل مستمر، تحتفظ الجدران والسقف بكمية كافية من الحرارة لبدء عملية التفحيم للشحنة التالية. ^{[ 11 ]} 

عند حرق الفحم في فرن الكوك، تتراكم شوائب الفحم التي لم تُطرد على شكل غازات داخل الفرن على هيئة خبث - وهو عبارة عن تكتل من الشوائب التي أُزيلت. ولأن هذا الخبث لم يكن المنتج المطلوب، فقد كان يُتخلص منه في البداية. ولكن لاحقًا، وُجد أن خبث فرن الكوك مفيد، ومنذ ذلك الحين يُستخدم كمكون في صناعة الطوب، والأسمنت المخلوط، والقرميد المغطى بالحبيبات، وحتى كسماد. ^{[ 12 ]}

قد يتعرض الأفراد لانبعاثات أفران الكوك في مكان العمل عن طريق الاستنشاق أو ملامسة الجلد أو العين. في الولايات المتحدة، حددت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) الحد القانوني للتعرض لانبعاثات أفران الكوك في مكان العمل بـ 0.150  ملغم/م³ ^{من الجزء القابل للذوبان} في البنزين خلال يوم عمل مدته ثماني ساعات. كما حدد المعهد الوطني الأمريكي للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حدًا موصى به للتعرض (REL) بـ 0.2  ملغم/م³ ^{من الجزء القابل للذوبان} في البنزين خلال يوم عمل مدته ثماني ساعات. ^{[ 13 ]}

يُعدّ الفحم الحجري المطحون ناعماً، والمعروف في هذا السياق باسم فحم البحر، أحد مكونات رمل المسابك . أثناء وجود المعدن المنصهر في القالب ، يحترق الفحم ببطء، مطلقاً غازات مُختزلة تحت الضغط، مما يمنع المعدن من اختراق مسام الرمل. كما يُستخدم أيضاً في "غسول القالب"، وهو عبارة عن معجون أو سائل يؤدي الوظيفة نفسها، ويُطبّق على القالب قبل الصب. ^{[ 18 ]} يمكن خلط فحم البحر مع البطانة الطينية (الطبقة السفلية) المستخدمة في قاع فرن القبة . عند تسخينه، يتحلل الفحم وتصبح الطبقة السفلية هشة قليلاً، مما يُسهّل عملية فتح الثقوب لاستخراج المعدن المنصهر. ^{[ 19 ]}

تصف العديد من المصادر التاريخية التي يعود تاريخها إلى القرن الرابع  إنتاج فحم الكوك في الصين القديمة . ^{[ 28 ]} استخدم الصينيون فحم الكوك لأول مرة للتدفئة والطهي في موعد لا يتجاوز  القرن التاسع. وبحلول العقود الأولى من القرن الحادي عشر، بدأ عمال الحديد الصينيون في وادي النهر الأصفر باستخدام فحم الكوك كوقود لأفرانهم، مما حل مشكلة الوقود في تلك المنطقة قليلة الأشجار. ^{[ 29 ]} وبحلول عام 1078 ميلادي، أدى استخدام فحم الكوك كبديل للفحم النباتي في إنتاج الحديد في الصين إلى زيادة كبيرة في حجم الصناعة لتصل إلى 125 ألف طن سنويًا. استُخدم الحديد في صناعة الأدوات والأسلحة وسلاسل الجسور المعلقة والتماثيل البوذية. ^{[ 30 ]}  

تُعدّ الصين اليوم أكبر منتج ومصدّر للكوك. ^{[ 31 ]} وتنتج الصين 60% من إنتاج الكوك العالمي. وقد حفّزت المخاوف بشأن تلوث الهواء التغييرات التكنولوجية في صناعة الكوك من خلال التخلص من تقنيات الطهي القديمة غير الموفرة للطاقة. ^{[ 32 ]}

في عام ١٥٨٩، مُنح توماس بروكتور وويليام بيترسون براءة اختراع لصنع الحديد والصلب وصهر الرصاص باستخدام "فحم الأرض، وفحم البحر، والخث، والتربة الخثية". وتضمنت براءة الاختراع إشارة واضحة إلى تحضير الفحم عن طريق "الطهي". وفي عام ١٥٩٠، مُنح عميد يورك براءة اختراع "لتنقية فحم المناجم وإزالة رائحته الكريهة". ^{[ ٣٣ ]} وفي عام ١٦٢٠، مُنحت شركة مؤلفة من ويليام سانت  جون وفرسان آخرين براءة اختراع، تشير إلى استخدام فحم الكوك في صهر الخامات وتصنيع المعادن. وفي عام ١٦٢٧، مُنحت السير جون هاكيت وأوكتافيوس دي سترادا براءة اختراع لطريقة لجعل فحم البحر وفحم المناجم صالحين للاستخدام كفحم نباتي للتدفئة في المنازل، دون انبعاث رائحة دخان كريهة. ^{[ ٣٤ ]}

في عام 1603، اقترح هيو بلات إمكانية تفحيم الفحم بطريقة مشابهة لإنتاج الفحم النباتي من الخشب. لم تُستخدم هذه العملية حتى عام 1642، عندما استُخدم فحم الكوك لتحميص الشعير في ديربيشاير ؛ ففي السابق، كان صانعو الجعة يستخدمون الخشب، إذ لا يُمكن استخدام الفحم غير المُفحّم في صناعة الجعة لأن أبخرته الكبريتية تُضفي طعمًا كريهًا على الجعة . ^{[ 35 ]} اعتُبرت هذه الطريقة تحسينًا في الجودة، وأحدثت "تغييرًا نال إعجاب جميع الإنجليز" - فقد سمحت عملية التفحيم باستخدام فحم الكوك بتحميص الشعير بشكل أخف، مما أدى إلى ابتكار ما عُرف في نهاية  القرن السابع عشر باسم "الجعة الشاحبة" . ^{[ 34 ]}

في عام ١٧٠٩، أنشأ أبراهام داربي الأول فرن صهر يعمل بفحم الكوك لإنتاج الحديد الزهر . سمحت قوة سحق فحم الكوك الفائقة ببناء أفران صهر أطول وأكبر. وكان توفر الحديد الرخيص لاحقًا أحد العوامل التي أدت إلى الثورة الصناعية . قبل ذلك، كانت صناعة الحديد تعتمد على كميات كبيرة من الفحم النباتي، المُنتج عن طريق حرق الخشب. ومع عجز عمليات قطع الأشجار عن تلبية الطلب، شاع استخدام فحم الكوك بدلًا من الفحم النباتي في بريطانيا العظمى، وكان يُصنع فحم الكوك عن طريق حرق الفحم في أكوام على الأرض بحيث تحترق الطبقة الخارجية فقط، تاركةً الجزء الداخلي من الكومة في حالة متفحمة. في أواخر القرن الثامن عشر ، طُوّرت أفران على شكل خلية نحل مبنية  من الطوب ، مما أتاح مزيدًا من التحكم في عملية الاحتراق. ^{[ ٣٦ ]}

في عام ١٧٦٨، بنى جون ويلكنسون فرنًا أكثر عملية لتحويل الفحم إلى فحم الكوك. ^{[ ٣٧ ]} حسّن ويلكنسون العملية ببناء أكوام الفحم حول مدخنة مركزية منخفضة مبنية من الطوب غير المتماسك، مع فتحات لدخول غازات الاحتراق، مما أدى إلى زيادة إنتاج فحم الكوك ذي الجودة العالية. ومع ازدياد مهارة حرق الأكوام وتغطيتها وتبريدها، ارتفعت نسبة الإنتاج من حوالي ٣٣٪ إلى ٦٥٪ بحلول منتصف القرن التاسع عشر. وشهدت صناعة الحديد الاسكتلندية توسعًا سريعًا في الربع الثاني من القرن التاسع عشر، من خلال اعتماد عملية النفخ الساخن في حقول الفحم. ^{[ ٩ ]}

في عام 1802، أُقيمت مجموعة من أفران الكوك التقليدية بالقرب من شيفيلد ، لاستخراج فحم الكوك من طبقة فحم سيلكستون لاستخدامه في صهر الفولاذ. وبحلول عام 1870، كان هناك 14000 فرن كوك تقليدي قيد التشغيل في حقول فحم غرب دورهام ، تُنتج 4 ملايين طن من فحم الكوك سنويًا. وكمؤشر على توسع صناعة فحم الكوك، بلغت احتياجات صناعة الحديد في بريطانيا حوالي مليون طن سنويًا في أوائل خمسينيات القرن التاسع عشر، وارتفعت إلى حوالي 7 ملايين طن بحلول عام 1880. ومن هذه الكمية، تم إنتاج حوالي 5 ملايين طن في مقاطعة دورهام، ومليون طن في حقول فحم جنوب ويلز، ومليون طن في يوركشاير وديربيشاير. ^{[ 9 ]}

في السنوات الأولى لظهور قاطرات البخار ، كان فحم الكوك هو الوقود المعتاد. ويعود ذلك إلى تشريع بيئي مبكر، إذ كان على أي قاطرة مقترحة أن "تستهلك دخانها الخاص". ^{[ 38 ]} لم يكن تحقيق ذلك ممكنًا تقنيًا حتى استخدام قوس غرفة الاحتراق ، ولكن احتراق فحم الكوك، بانخفاض انبعاثاته الدخانية، اعتُبر كافيًا لتلبية هذا الشرط. تم التخلي عن هذا الشرط تدريجيًا، وأصبح الفحم الأرخص هو الوقود المعتاد، مع ازدياد شعبية السكك الحديدية. ويبدو أن عمود الدخان المتصاعد من القاطرة أثناء سيرها أصبح الآن علامة مميزة لسكك حديد البخار، وهكذا حُفظ للأجيال القادمة.

كانت ما يُسمى بـ"مصانع الغاز" تُنتج فحم الكوك عن طريق تسخين الفحم في غرف مغلقة. وكان الغاز القابل للاشتعال الناتج يُخزن في خزانات غاز ، ليُستخدم منزليًا وصناعيًا في الطهي والتدفئة والإضاءة. وكان هذا الغاز يُعرف باسم " غاز المدينة " نظرًا لوجود شبكات أنابيب تحت الأرض تمر عبر معظم المدن. وقد استُبدل بـ" الغاز الطبيعي " (الذي كان يُستخرج في البداية من حقول النفط والغاز في بحر الشمال ) في العقد الذي تلا عام 1967. ومن بين المنتجات الثانوية الأخرى لإنتاج فحم الكوك القطران والأمونيا، بينما كان فحم الكوك يُستخدم بدلًا من الفحم في مواقد الطهي ولتوفير التدفئة في المنازل قبل ظهور التدفئة المركزية .

في عام 1785، تم صب أول حديد يعمل بفحم الكوك في فرنسا في لو كروزوت . ^{[ 39 ]}

كان جون بايلدون ، بدعوة من فريدريش فون ريدن ، مسؤولاً عن إدخال فحم الكوك في صناعة الحديد في سيليزيا البروسية ، في ما يعرف الآن ببولندا (في جليفيتس/ جليفيتسه (1796) وعلى نطاق واسع، في كونيغشوت/ تشورزوف (1802).

في الولايات المتحدة، استُخدم فحم الكوك لأول مرة في أفران الحديد حوالي عام 1817 في فرن بلمسوك للتكرير ومصنع الدرفلة التابع لإسحاق ميسون في مقاطعة فاييت، بنسلفانيا . ^{[ 40 ]} وفي أواخر  القرن التاسع عشر، شكّلت حقول الفحم في غرب بنسلفانيا مصدرًا غنيًا بالمواد الخام اللازمة لصناعة فحم الكوك. وفي عام 1885، شيدت شركة روتشستر وبيتسبرغ للفحم والحديد ^{[ 41 ]} أطول سلسلة من أفران فحم الكوك في العالم في والستون، بنسلفانيا ، حيث بلغ عدد الأفران 475 فرنًا على امتداد كيلومترين (1.2 ميل) . ووصل إنتاجها إلى 22,000 طن شهريًا. أُدرجت أفران فحم الكوك في ماينرزفيل، مقاطعة هنتينغدون، بنسلفانيا ، في السجل الوطني للأماكن التاريخية عام 1991. ^{[ 42 ]} 

بين عامي 1870 و1905، ازداد عدد أفران فحم الكوك التقليدية في الولايات المتحدة من حوالي 200 إلى ما يقارب 31,000 فرن، أنتجت مجتمعةً ما يقارب 18 مليون طن من فحم الكوك في منطقة بيتسبرغ وحدها. ^{[ 43 ]} وقد تفاخر أحد المراقبين قائلاً إنه لو تم تحميل هذا الإنتاج في قطار، "لكان قطارًا طويلًا جدًا لدرجة أن القاطرة الأمامية ستذهب إلى سان فرانسيسكو وتعود إلى كونيلسفيل قبل أن تنطلق العربة الأخيرة من ساحة كونيلسفيل!" وبلغ عدد أفران فحم الكوك التقليدية في بيتسبرغ ذروته عام 1910، حيث وصل إلى ما يقارب 48,000 فرن. ^{[ 44 ]}

على الرغم من أن فحم الكوك كان يُنتج وقودًا عالي الجودة، إلا أنه لوّث البيئة المحيطة. بعد عام ١٩٠٠، لفت الضرر البيئي الجسيم الناتج عن أفران فحم الكوك التقليدية انتباهًا وطنيًا، على الرغم من أن هذا الضرر كان يُؤرق المنطقة لعقود. وقد أشار دبليو جيه لاوك، من لجنة الهجرة الأمريكية، في عام ١٩١١، إلى أن "الدخان والغاز المنبعثين من بعض الأفران يُدمران جميع النباتات المحيطة بمجتمعات التعدين الصغيرة". ^{[ ٤٥ ]} وأثناء مروره بالمنطقة بالقطار، شاهد تشارلز فان هايس، رئيس جامعة ويسكونسن، "صفوفًا طويلة من أفران فحم الكوك التقليدية التي تندلع منها النيران وتتصاعد منها سحب كثيفة من الدخان، مما يُظلم السماء. وفي الليل، يصبح المشهد شديد الوضوح بسبب هذه الحفر المحترقة العديدة. تُحوّل أفران فحم الكوك التقليدية منطقة صناعة الكوك بأكملها إلى منطقة ذات سماء كئيبة: كئيبة وغير صحية". ^{[ ٤٥ ]}

ذكر تقرير صدر عام 2024 أن 17 منشأة لحرق فحم الكوك في الولايات المتحدة قد تكون مسؤولة عن ما يقدر بنحو 892 حالة وفاة مبكرة كل عام، فضلاً عن زيادة أعراض الربو وغيرها من الآثار الصحية على السكان. ^{[ 46 ]}

• 
  أفران فحم الكوك في كوكديل، كولورادو ، تزود مصانع الصلب في بويبلو، كولورادو
• 
  تم بناء 200 فرن كوك في وادي تشيري حوالي عام 1866
• 
  أفران فحم الكوك من دنلاب
• 
  أفران فحم الكوك في ماينرزفيل
• 
  منطقة ريدستون التاريخية لفرن فحم الكوك
• 
  برك القطران في سيدني