11- غاز ثاني أكسيد الكربون والسوائل المتبخرة

مقدمة:

غاز ثاني أكسيد الكربون والسوائل المتبخِّرة من مواد إطفاء الحرائق غير موصلة للكهرباء، ولهذا تُسْتخدم لإطفاء حرائق الأجهزة الكهربائية والإلكترونيات، والأجهزة الدقيقة والحسَّاسة؛ كونها لا تترك أيَّ أثرٍ بعد مكافحة الحرائق.

غاز ثاني أكسيد الكربون Carbon Dioxide (Co2)

هو مُركَّب كيميائي، وأحد مُكوِّنات الغلاف الجوي والغازات الدفيئة، ويكون غاز ثاني أكسيد الكربون، أو ثنائي أكسيد الكربون، أو غاز الفحم على شكل غاز خامل نسبيًّا في درجات الحرارة الاعتياديَّة، وغير مستقرٍّ في درجات الحرارة العالية، وغير نشطٍ كيميائيًّا، وغير قابل للاشتعال، وهو أثقل من الهواء مرة ونصف، ومن السهولة تحويله إلى سائل، وتعبئته بأسطوانات، وذلك عند ضغطٍ مُعيَّنٍ، ويُسمَّى: الغاز الفحمي، وأيضًا الغاز الجاف، أو الغاز السائل.

تسميات أخرى:

 Carbon Dioxide CO2, Carbonyl Anhydride, Carbonic Acid Gas, Carbon Dioxide, Liquefied Gas, CO2, Carbonic Acid, Carbonic Anhydrite

ويعتبر غاز ثاني أكسيد الكربون من بين أشهر الغازات المُسبِّبة للاحتباس الحراري (ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النتروز) بسبب الانبعاثات المتطايرة، ومخلفات هذه الغازات، واستخدامها بكميات كبيرة.

تركيبة غاز ثاني أكسيد الكربون:

يوجد في الهواء بنسبة (0,03%) (ما مُتوسِّطه 0.040 % من حجم الغلاف الجوي)، ويتكوَّن من ذرة كربون مرتبطة بذرتي أكسجين، وهو من المُركَّبات العضوية، ويرمز له بالرمز (CO2) على شكل غاز في حالته الطبيعية، وعند الاستخدام وأثناء خروجه من الأسطوانات المضغوطة لا يشتعل، ولا يساعد على الاشتعال, وهو عديم اللون والرائحة، وسهل الانحلال بالماء، وله صفة حمضية.

مصادر غاز ثاني أكسيد الكربون وتحضيره:

 يتمُّ إنتاجه عن طريق احتراق وتحلُّل المواد العضوية، وناتج من احتراق الخشب والديزل، ومعظم الوقود الأحفوري الغني بالكربون؛ كالفحم، والنفط، والغاز الطبيعي.

خواص ومميزات غاز ثاني أكسيد الكربون Advantage Of Co2:

1. يعمل على تقليل الأكسجين في محيط المواد المشتعلة.
2. مناسب جدًّا لمكافحة حرائق الإلكترونيات والأجهزة الدقيقة، ومُحرِّكات الطائرات.
3. يمتاز بقوة تبريديَّة فعَّالة، ولا يترك أي أثرٍ بعد المكافحة. 
4. يمتاز بقدرة على الدخول في ثنايا المادة المحترقة كونه أثقل من الهواء مرة ونصف؛ لذا يتجمَّع في الأماكن السفلية والحفر إذا كان بكميات كبيرة.
5. لا يحتاج لوسيلة لدفعه؛ كونه غازًا دافعًا ومضغوطًا، ولا يفسد بطول فترة التخزين.
6. غير موصل للقوة الكهربائية. 
7. وسيلة إطفاء فعَّالة من حيث التكلفة – سهل الاستخدام (منخفض السُّميَّة).

استخدامات غاز ثانـي أكسيد الكربون Application Of Carbon Dioxide Co2:

1.  يستخدم في عملية التبريد، وفي صناعة المشروبات الغازية؛ لأنه يذوب في السوائل. 
2.  يستخدم في إنتاج بعض الصناعات النفطية والكيميائية؛ مثل: الأسمدة والبترول. 
3. يستخدم بعبوات مضغوطة في نفخ قوارب النجاة، وسترات النجاة؛ لتسهيل التمدُّد السريع.
4.  يستخدم في مجال إطفاء الحرائق كمادة دافعة للبودر، وأيضًا دافع لأسطوانات الماء.
5. والاستخدام الأهم في مجال مكافحة الحرائق هو كوسيلة إطفاء الحرائق باستخدام كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون تكون مضغوطة بداخل أسطوانات بأحجام مختلفة، وكلما كانت كميات كبيرة، كانت الفائدة أكبر.

مخاطر وسلبيات غاز ثاني أكسيد الكربون Disadvantage:

1.  ضار وخانق إذا استنشق بكميات كبيرة جدًّا، وله آثار فيزيائية ضارة إذا زاد تركيزه في الجو عن (4%) في محيط مغلق، أمَّا عند تراكيز تتراوح بين (7% إلى 10%)، فيمكن حدوث إغماء واختناق.
2. محدود الفاعلية والاستخدام أثناء المكافحة لحرائق مفتوحة.
3.  يتبدَّد بسرعة؛ مما يجعل إعادة الاشتعال في بعض الحرائق ممكنًا. 
4. لا يمتاز بمدى فعَّال كبير ولمسافات أبعد أثناء خروجه من الأسطوانات المضغوطة بشكل سحابة ثلجية مخلوطة بغاز ثاني أكسيد الكربون، أي أنه يتبدَّد. 
5.  له تأثير ضار كالصقيع على الجلد إذا ما تعرَّض له مباشرًا، وتلتصق المعادن والأجزاء إذا لامست الغاز في درجات الحرارة شديدة البرودة، واحتمال تمزُّق الجلد عند محاولة إزالتها.
6. يمكن لأبخرة غاز ثاني أكسيد الكربون الباردة جدًّا تجميد أنسجة الإنسان، وتحويل الكثير من المواد – كالبلاستيك والمطاط – إلى مواد هشَّة وسريعة الانكسار. 
7. لأنه ثلجيٌّ عند خروجه من أسطوانات الإطفاء، فيجب أن تكون قواذف إطفاء أسطوانات غاز ثاني أكسيد الكربون مصنوعةً من مادة POLYTHYLENE؛ لكيلا تتأثر يدُ المستخدم من شدة البرودة.

نظرية استخدام غاز ثاني أكسيد الكربون لإطفاء الحرائق Extinguishment Theory for Co2 Gas:

مبدأ استعمال هذا الغاز كوسيلة إطفاء؛ لأنه يمتصُّ الحرارة من المادة المشتعلة؛ لقدرته التبريديَّة الكبيرة، وقدرته على إزاحة الأكسجين، وتقليل نسبته في منطقة الاشتعال وحولها بتحوُّله إلى غازٍ على شكل سحابة بيضاء يغطي المادة المشتعلة ويعزلها.

 أصناف الحرائق المناسبة للإطفاء باستخدام مادة الـ Co2:

• يستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون لمكافحة حرائق الأجهزة الإلكترونية والدقيقة والحسَّاسة، وحرائق كابينات الطائرات، وحرائق المحركات ومُولِّدات الكهرباء، وحرائق منظومات الشبكات الكمبيوتريَّة.
• يستخدم لإطفاء حرائق هناجر الطائرات، ووِرش التصليح، وأماكن الإلكترونيات والحاسوب، والأجهزة الدقيقة، والكهربائيات عَبْر شبكات وأنظمة الإطفاء الثابتة، أو عن طريق ضغطه وإدخاله في أسطوانات الإطفاء اليدوية والمتنقلة، وفوق عربات الإطفاء لمكافحة حرائق الكهرباء، وحرائق الإلكترونيات، وحرائق محركات الطائرات.

السوائل المتبخِّرة والهالوجينية وبدائل الهالون Vaporized Liquid & Halon Alternative:

السوائل المُتبخِّرة والمستخدمة في أجهزة الإطفاء ذات التأسيسات الثابتة ومطافي الحريق اليدوية المتنقلة تُعرَف بالهيدروكربونات الهالوجينية Halogenated Hydrocarbons، وتُسمَّى أيضًا بالهالونات والسوائل المتبخِّرة؛ كونها سوائل مضغوطة تتبخَّر بمجرد اندفاعها وتعرُّضها للهواء, وتخزن في أوعية مُحْكمة وأسطوانات مضغوطة على شكل سوائل، وتُحرَّر بشتَّى الطرق (يدويًّا، إلكترونيًّا، آليًّا) عن طريق التفجير، أو الانصهار، وعَبْر أجهزة الاستشعار بحيث تتبخَّر بسرعة فائقة، وقوة تبريدية هائلة مغطية منطقة الحريق دون تَرْك أي أثرٍ بعد عملية الإخماد, وأغلب السوائل المتبخِّرة المستخدمة لأغراض الإطفاء هي من السوائل الهالوجينية المشتقَّة من الهيدروكربونات، وهذه الهالوجينات هي مشتقات الفلور, والكلور, والبروم، واليود، ويرمز لكل نوعٍ من السوائل المتبخِّرة برقم حسَب تكوينه من حيث الذرات, وتتكوَّن العناصر الهالوجينية من الفلور، والكلور، والبروم، واليود، ولأنَّ اليود مادة صلبة وسامَّة تتحول إلى أبخرة بنفسجية بالتسخين، فقد استُعِيضَ عنها بالميثان.

مكونات الهالونات والسوائل المتبخرة:

الهالونات عبارة عن مُركَّبات وعناصر يتمُّ الحصول عليها من خلال استبدال ذرَّات البروم – بالإضافة إلى ذرات الهالوجينات الأخرى – بالهيدروجين في الهيدروكربون، ويُطلَق على الهالونات أيضًا أنها السوائل الهالوجينية المتبخِّرة التي يمكن استخدام أبخرتها كوسيلة إطفاء، وهي عبارة عن مواد هيدروكربونية يدخل عُنْصرا ‏الكربون والهيدروجين في تركيبها بشكل أساسي مع استبدال ذرات من الهالوجينات (ذرات من الكلور، أو الفلور، أو البروم، ‏أو اليود) بأحد أو كل ذرات ‏الهيدروجين.

 ومن الأمثلة على الهالونات: برومو كلورو ثنائي فلوريد الميثان

 BrCl2CFl)) (bromochlorodifluoromethane)، والذي يُعرَف باسم هالون 1211، وهالون برومو ثلاثي فلوريد الميثان Br3CF) (bromotrifluoromethane))، والذي يُعرَف باسم هالون 1301, وتُعتَبر الهالونات مُركَّبات مستقرة جدًّا، وغير نشطة، وتُسْتخدم على نطاق واسع في مجال صناعة مواد ووسائل الإطفاء المتبخِّرة لمكافحة الحرائق، ولكن بعد أن تتفكَّك عناصر هذه الهالونات يتمُّ تحرير البروم، والذي بدوره يتفاعل مع الأوزون؛ ممَّا يتسبَّب في استنفاد طبقة الأوزون (O3) التي تتكوَّن من (3 ذرات أوكسجين).

 والهالونات عبارة عن مجموعة مُركَّبات يتمُّ الحصول عليها من خلال استبدال ذرة البُروم – بالإضافة إلى ذرات الهالوجينات الأخرى – بذرات الهيدروجين في الهيدروكربون.

استعمالات السوائل المتبخِّرة Applications of Halons:

تستعمل السوائل الهالوجينية المتبخِّرة في إطفاء حرائق الإلكترونيات، ومُحرِّكات الطائرات، والأجهزة الدقيقة والحسَّاسة، ويتمُّ استخدامها بكفاءة في إطفاء حرائق التجهيزات الكهربائية؛ حيث إنَّ هذه المواد غير موصلة للتيار الكهربائي، كما تُسْتعمل في إطفاء الحرائق التي تنشأ في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة؛ مثل: أجهزة الكمبيوتر، والأجهزة المِلاحيَّة، وعدادات القياس، وأجهزة البيانات في كبائن الطائرات العسكرية والمدنية؛ حيث إنَّها لا تترك أيَّ أثرٍ ضارٍّ بعد عملية إطفاء الحريق, وبشكل عام تستعمل السوائل الهالوجينية المتبخِّرة بكثرة في تجهيزات الإطفاء التلقائيَّة, وأجهزة التكييف والتبريد، وإذابة الأصباغ, وقد تبيَّن في الآونة الأخيرة أن مُركَّبات الهالون ومُركَّبات الكربون المشبعة بالفلور والهالونات، ورابع كلوريد الكربون، وكلور وفلور الميثيل، والهيدرو كلور الكربون, جميعها ضارَّة بنِسَبٍ متفاوتة بطبقة الأوزون، والتي تحمي الأرض من مخاطر الأشعَّة فوق البنفسجية؛ لاحتوائها على مُركَّبات الكلور والفلور والكربون CFC.

وهذه الأنواع من مواد الإطفاء غير مستخدمة حاليًا لتأثيراتها الضارَّة على البيئة.

ويتمُّ استخدام مُركَّبات الكربون الفلورية الهيدروجينية كبدائل لمثل هذه المواد الضارَّة بالبيئة, وعليه: فقد تمَّ الإجماع من قِبَلِ معظم المؤسسات الحكومية، والمنظمات الدولية، والرسمية، والمهتمَّة بسلامة البيئة على توقيع اتفاقيات وبروتوكولات (فيينا ومونتريال)، وإقرارها، واعتماد آليَّة مزمنة بجداول زمنية للحدِّ من استخدامها، والتقليل من إنتاج المواد المستنفدة للأوزون، وإيجاد بدائل عنها، وتطوير بعض المواد المستخدمة بما يَكفُلُ سلامة أدائها، وخُلُوها من أي أضرار على البيئة والأوزون، أو نِسَب في السُّميات أثناء الاستخدام.

ومع ذلك يوجد كميات منتشرة حول العالم من هذه المُركَّبات ومُشتقَّاتها من المواد المستنفدة للأوزون؛ منها ما يُستخدَم في مجال إطفاء الحرائق، ومنها ما يُستخدَم في الصباغات، والدهانات، والطلاء، وتصنيع أدوات التزيين، ومنها ما يُستخدَم في مجال أنظمة التبريد؛ وسواء كانت هذه الأجهزة على شكل أسطوانات إطفاء كروية أو مستطيلة الشكل بعبوات مختلفة صغيرة أو كبيرة، والموجودة في مجال السلامة والإطفاء على الأساطيل، والطائرات، والمُعدَّات العسكرية، وأجهزة الحواسب، والإلكترونيات.

أبخرة السوائل العضوية جميعها تقريبًا قابلة للاشتعال والانفجار عدا الأبخرة التالية، فلها تأثيرات تبريدية مخمدة، وهي:

1. أبخرة سائل رابع كلوريد الكربون، وزنه (١٥٣,٨٢)، درجة الانصهار (22.92 ° درجة)، الغليان (76.72م) – الكثافة (1.5867 جم/سم ٣)، لا يستعمل حاليًا.
2. أبخرة سائل كلورو بروموميثان. هالون (١٠١١)، وأنتج عام ١٩٧٣ CClBrF 
3. أبخرة بروميد الميثيل هالون (١٠٠١ CH3B).
4. أبخرة برومو ثلاثي فلوروميثان، ويُسمَّى الهالون (١٣٠١)، وقد زاد الطلب عليه CBrF 3 لكفاءته.
5. أبخرة بروموكلورو ثنائي فلوروميثان، ويُسمَّى الهالون (١٢١١ CBrCLF )، ويستخدم على نطاق واسع نسبيًّا في الوقت الحالي.
6. أبخرة كلوروفورم CHCl 
7. أبخرة ميثيل الكلوروفورم Cl3CH
8. سائل داي بروموترافلورو إيثان هالون (٢٤٠٢ C2Br2F4)، وشاع استخدامه في الدول الشرقية.

وهذه الأنواع من مواد الإطفاء تحتوي على أسطوانة تُمْلأ بالسائل الذي يُطْرَد للخارج؛ إمَّا بواسطة مكبس يدوي، أو بضغط الهواء، أو باستخدام غاز مضغوط، فيخرج السائل بمجرَّد فتح الصمام، وعند توجيه هذه السوائل إلى الحريق، فإنها تتحوَّل إلى أبخرة ثقيلة تعمل على فصل سطح الحريق عن أكسجين الهواء الجوي، وأبخرة هذه السوائل سامَّة، وأكثرُها سُميَّة: رابع كلوريد الكربون، وقد تمَّ إيقاف استعماله حاليًا, وقد زاد الطلب على مُركَّبات الهالون بنوعيها (بروموتراي فلوروميثان ١٣٠١، أو بروموكلور داي فلور ميثان ١٢١١)، فهذه المواد ذات قدرة إطفائية عالية، وليس لها تأثيرات جانبية، خاصة تلك التي تمَّ تطويرها.

مواد الإطفاء والتبريد والمصنفة مواد مستنفدة وآكلة لطبقة الأوزون بنِسَبٍ متفاوتة (ODS)

تُعتَبر غازات الكلوروفلوروكربونات (CFCs) والهايدروكلورفلوركربونات (HCFCs) وبروميد الميثيل (MBr) Methyl Bromide والهالونات (Halons) من الغازات الضارَّة والمهدِّدة لتآكل طبقة الأوزون، والبعض منها ما زال يعمل حتى الآن، ولو بطريقة محدودة جدًّا؛ مثل: هالون  1211، وهالون 1301؛ نظرًا لكفاءتهما في إخماد حرائق مُحرِّكات الطائرات.

1- الفريونات (الكلوروفلوروكربونات Freons)، وتُعرَف بمُركَّبات (CFCs)، وهي غازات وسوائل كيميائية عضوية لها درجة غليان منخفضة تُستخدَم في أجهزة التبريد، وأجهزة إطفاء الحرائق، وكذلك المنظفات، ومن بينها غاز التبريد (CFC12)، ويُستخدَم في الثلاجات والمجمَّدات، وقد تمَّ التخلُّص منها، وإيقاف إنتاجها, ومن بَيْن البدائل لهذا الغاز (HFC 134a) كل مُركَّبات CFC غير سريعة الاشتعال، ولها كفاءة في إطفاء الحرائق، وخاصةً في منظومات حماية مُحرِّكات الطائرات، ولكن أكثر المُركَّبات استعمالًا لهذا الغرض هي التي تحتوي على البروم؛ مثل: CBrF3, CBrClF2 – ولقد تراجع استخدام الفريونات؛ لِمَا لها من أضرار على طبقة الأوزون، فبسبب استقرارها فهي لا تنحلُّ، ولا تتحطم كيميائيًّا بسهولة، وتنتشر ببطء نحو الأعلى، فتصل لطبقة السترافوسفير التي تحتوي على طبقة الأوزون المكون لعنصر الأكسجين، والتي تحمي الأرض من الأشعَّة فوق البنفسجية، وهناك العديد من الفريونات سواءً المستخدمة لأغراض التبريد أو إطفاء الحرائق؛ مثل: فريون R11 ، فريون R12 ، فريون R13 ، فريون R14، فريون R22، فريون R21، فريون R134a، فريون123

2- الهالونات (Halons): 

Chlorofluorocarbons (CFCs) and Bromo fluorocarbons/Bromo chlorofluorocarbons (Halons)

كلوروفلوروكربونات (CFCs) وبروموفلوروكربونات/بروموكلوروفلوروكربونات (الهالونات) التي تمَّ تطويرها في 1930، لها خصائص فريدة من نوعها، فهي منخفضة السُّمية، وغير قابلة للاشتعال، وغير قابلة للتآكل، ومتوافقة مع المواد الأخرى، بالإضافة إلى ذلك: لها خصائص ديناميكية حرارية ومادية تجعلها مثاليَّة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات، وقد استخدمت مُركَّبات الكربون الكلورية فلورية كمادة دافعة للهباء الجوي، والمبردات، وعوامل نفخ للرغوات البلاستيكية، وعوامل تنظيف للمكونات المعدنية والإلكترونية، وفي تطبيقات أخرى كثيرة, واستُخْدمت مُركَّبات الهالون كعوامل إطفاء الحرائق، ومثبطات الانفجار لحماية المُعدَّات عالية القيمة, ويتمُّ استخدامها في طفايات الحريق المحمولة باليد، وأنظمة الفيضان الكلية، وأنظمة التطبيقات الموضعية.

ولأنَّ لهذه المُركَّبات عناصر ذات استقرار جوي لذراتها عند اقترانها مع البروم أو محتوى الكلور، فقد تمَّ ربطها بنضوب طبقة الأوزون الواقية للأرض، ونتيجة لذلك يتمُّ التخلص التدريجي من هذه المُركَّبات, وهناك مُركَّبات بديلة مقبولة بيئيًّا؛ مثل: HFC–227ea كبديل لبعض مُركَّبات الكربون الكلورية فلورية والهالونات؛ مثل: هالون1211 (CBrClF2)، والذي يعمل بنظام التدفُّق, وكذا هالون 1301)(CBrF3)) الذي يعمل بنظام الغمر الكلي, وما زالت تستخدم هذه الهالونات جزئيًّا في وسائل مكافحة حرائق كابينات الطائرات والمحركات كأسطوانات إطفاء يدوية متنقلة وثابتة، وأيضًا تستخدم في شبكات وأنظمة الإطفاء المركزية التلقائية؛ كون هذه الغازات أُدرِجَتْ ضمن المواد الخاضعة للرقابة على استخدامها بطريقة محدودة؛ كونها فعالةً في إطفاء الحرائق دون أثرٍ يُذكَر بعد المكافحة، وخصوصًا إذا ما قُورِنَتْ بمُركَّبات الكربون المشبعة بالفلور، والأكثر تدميرًا للأوزون وتلوث البيئة، وقد تمَّ التخلُّص من معظم الهالونات، واستبدال مواد حديثة بتلك الهالونات، والتي لا تؤثر على طبقة الأوزون, وبرغم أنَّ معظم مُكوِّنات الهالونات ما زالت مستخدمةً بعد إضافة بعض المُركَّبات على عناصرها لإزالة درجة السُّمية، وتقليل تأثيراتها الضارَّة بتطوير بدائل؛ مثل: مُركَّبات الهالوكربون مع مواد مخلوطة وغازات خاملة.

3- رابع كلوريد الكربون (CCL4): كان يُستخدَم في الماضي كمُذِيبٍ ومُنظِّفٍ صناعيٍّ، وقد تمَّ التوقُّف الكامل عن استخدامه.

4- الهيدروكلوروفلوروكربونات (HCFCs): يوجد منها حاليًا أنواع تستخدم على نطاق واسع، وتعتبر أقل تأثيرًا على طبقة الأوزون، وأهمُّها: ((HCFC-22 الذي يستخدم مع أجهزة تكييف الهواء، وتُعرَف هذه المواد بالمواد الانتقالية، حيث إنَّها حلَّت محل الفريونات (CFCs).

الخاتمة:

 جميع المواد والوسائل التي تُسْتخدَم لإطفاء الحرائق لها سلبيات وإيجابيات، ولا يمكن أن نجد مادةً واحدةً تصلح لإطفاء جميع أنواع الحرائق، أو إنه ليس لديها أي مساوئ، وكلما كانت مادة إطفاء الحريق مناسبةً وملائمةً لمُكوِّنات المكان المراد تأمينه، كان لها فوائد كثيرة، واعتمادية كلية بكفاءة عالية لمواجهة مخاطر الحرائق، وفي مقال قادم سنتكلَّم بالتفصيل عن جميع أنواع مواد الإطفاء البديلة للهالونات والنظيفة، والتي تعتبر صديقةً للبيئة، ولا تضرُّ بطبقة الأوزون.

العدد 34 -نوفمبر 2023