يتضمن التشريع الأخير الذي اقترحته ولاية نيويورك في الولايات المتحدة لحظر بيع الكربون الأسود في غضون عامين، ما هو الكربون الأسود، ولماذا يجب تقييد استخدامه، واستخدامه في الطباعة وغيرها من الصناعات، وكيفية إنتاجه، وتأثيره المحتمل على البيئة، وجدوى البدائل.
على مرّ الزمن، طوّر الناس طرقًا متنوعة لإنتاج الكربون الأسود بناءً على مستواهم التكنولوجي وظروف الموارد الجغرافية المتاحة. تُعدّ عملية إنتاج الكربون الأسود في الأفران حاليًا الأكثر كفاءةً وانتشارًا، ولكننا سنتناول أيضًا عمليات أخرى.
عملية تحويل الفحم إلى اللون الأسود في الأفران
تستخدم هذه العملية الهيدروكربونات المستخرجة من النفط والغاز الطبيعي كمواد خام لإنتاج معظم الكربون الأسود في العالم. تُحقن المواد الخام في المفاعل للتحلل الحراري، إلا أنها تحترق جزئيًا فقط في بيئات مضبوطة الحرارة والأكسجين. في هذا التفاعل المُتحكم به، تتولد جزيئات الكربون الأسود وتُجمع. في أنظمة المفاعلات الحديثة، يُمكن تطبيق معالجة سطحية عند إنتاج الأصباغ لتحسين أداء تطبيقات محددة (مثل تشتيت الصبغات وتصنيع الأحبار).
يُعدّ الكربون الأسود مسحوقًا يتكون من تكتلات، ويتراوح حجم جسيماته الأولية بين 10 و80 نانومترًا. ولتسهيل عملية التصنيع، يمكن ضغط هذا المسحوق إلى جسيمات. وبالإضافة إلى تعديل معالجة السطح، يمكن أيضًا تعديل ظروف التصنيع للتحكم في خصائص مثل البنية ومساحة السطح.

الانحلال الحراري التحفيزي
تتطلب عملية التكسير الحراري للكربون الأسود ضخ الغاز الطبيعي إلى فرن التسخين المسبق في ظروف خاملة. ثم يتحلل الغاز إلى كربون أسود وغاز هيدروجين. في ظل ظروف لاهوائية، يتشكل الكربون الأسود ببطء، وتكون الجزيئات الناتجة عادةً نقية للغاية. بالمقارنة مع الكربون الأسود الناتج عن الفرن، يكون حجم الجزيئات أكبر وبنيتها أقل جودة. تستخدم هذه العملية فرنَين. عند تسخين أحد الفرنَين مسبقًا، يقوم الفرن الآخر بتحليل الغاز الطبيعي إلى كربون أسود. يمكن استخدام غاز الهيدروجين الناتج أثناء عملية التحلل لتسخين الفرن الثاني مسبقًا لإنتاج الدفعة التالية من المنتجات في هذه العملية غير المستمرة.

عملية تحويل الغاز الأسود (عملية ديغوسا)
طُوّرت عملية إنتاج الكربون الأسود بالغاز في أوروبا باستخدام مشتقات قطران الفحم. يُسخّن الزيت حتى يتبخر، ثم يُنقل الزيت النقي المتبخر إلى غرفة الاحتراق عبر غاز ناقل غني بالهيدروجين. وبفضل وجود الأكسجين، يتميز سطح الكربون الأسود الناتج بدرجة عالية من الوظائفية، إذ يتكون من مجموعات وظيفية أكسجينية. تُنتج هذه العملية كربونًا أسود عالي النقاء وصغير الحجم. ومثل الكربون الأسود المُصنّع في الأفران، تجعل خصائص الكربون الأسود بالغاز منه خيارًا مثاليًا للأحبار والطلاءات.

تشمل الطرق التاريخية الأخرى لإنتاج الكربون الأسود: أسود المصباح، وأسود الأخدود، وأسود الأسيتيلين. إذا أردتَ إنتاج بعض الكربون الأسود بنفسك، فالأمر بسيط للغاية. ضع وعاءً من الماء البارد فوق الشمعة، ولكن داخل اللهب البرتقالي. ستتجمع بعض بقايا الشمع المحترق على شكل كربون أسود في قاع الوعاء. باختصار، إذا أشعلتَ الشموع، أو شويتَ، أو حرقتَ البخور، أو استخدمتَ شموع الليمون لطرد البعوض، فأنت تُنتج فحمًا أسود.

القضايا التنظيمية
عند الحديث عن المسائل التنظيمية المتعلقة بالكربون الأسود، فإن الخطوة الأولى هي التمييز بين نوعين رئيسيين. هل نتحدث عن مسحوق الكربون الأسود الجاف كصبغة، أم عن الكربون الأسود الموجود في أغشية الحبر الجاف؟ دعونا أولاً نلقي نظرة على مسحوق الكربون الأسود الذي تتلقاه شركات تصنيع الأحبار.
المخاطر الصحية
يكمن الخطر الأكبر الخفي للكربون الأسود في احتمالية حدوث انفجارات غبارية إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. فإذا تجاوز تركيز الغبار المتولد 50 غرامًا لكل متر مكعب، يزداد خطر الانفجار أو الاحتراق في حال وجود مصدر اشتعال. ويمكن تقليل هذا الخطر إلى أدنى حد ممكن باتباع أساليب إدارة سليمة وإزالة مصادر الحريق بعناية.
أما المسألة الثانية فهي الاستنشاق. جزيئات صبغة الكربون الأسود صغيرة جدًا، وإذا لم تُغطَّ، يسهل انتشارها. قد يُسبب استنشاق غبار الكربون الأسود لفترة قصيرة تهيجًا وعدم راحة في الجهاز التنفسي العلوي، مما قد يؤدي إلى السعال والصفير. ولكن لا يوجد دليل يشير إلى أن التعرض الحاد له قد يُهدد الحياة.
قد يؤدي استنشاق الكربون الأسود لفترات طويلة لدى الحيوانات إلى إجهاد الرئتين والتهابهما. ورغم أن الالتهاب قد يُسبب آثارًا سامة على الجينات، إلا أن الكربون الأسود نفسه لا يُعتبر مُطفرًا. إضافةً إلى ذلك، تتشابه هذه النتائج مع نتائج دراسات أخرى أُجريت على الجسيمات غير العضوية غير القابلة للذوبان في دراسات الاستنشاق. ونظرًا لأن التعرض طويل الأمد للكربون الأسود وغيره من الجسيمات غير القابلة للذوبان يُؤدي إلى انخفاض سعة الرئة، يُنصح دائمًا بارتداء معدات الوقاية الشخصية واتباع عادات صحية مهنية سليمة عند استخدام مسحوق الكربون الأسود.
لا يُسبب الكربون الأسود تهيجًا للعينين أو الجلد. ولكنه قد يُسبب تهيجًا ميكانيكيًا، وقد يُسبب جفاف الجلد، مثله مثل المساحيق الأخرى.
تصنف الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) مسحوق الكربون الأسود ضمن المجموعة 2B من المواد المسرطنة. وتعتقد الرابطة الدولية للكربون الأسود أن أساس هذا التصنيف هو حساسية فئران المختبر بشكل خاص لاستنشاق جرعات عالية من الجزيئات منخفضة الذوبان. ولا توجد أدلة كافية لإثبات وجود علاقة بين الكربون الأسود وسرطان الرئة لدى الإنسان. وقد خلص المؤتمر الأمريكي غير الربحي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH) إلى أن الكربون الأسود مادة مسرطنة مؤكدة للحيوانات، لكن علاقته بالبشر لا تزال غير واضحة.
بمجرد تحويل الكربون الأسود إلى حبر أو طلاء، تزول جميع المخاطر المرتبطة باستخدامه كجسيمات غير قابلة للذوبان. هذا فرق جوهري، ويبدو أن مشروع قانون مجلس الشيوخ يتجاهله، إذ يشير خطأً إلى الكربون الأسود كمادة سامة. وقد صرّح جورج فوكس، مدير الشؤون التنظيمية والتكنولوجيا في الرابطة الوطنية لمصنعي الدهانات والمساحيق (NAPIM): "نشعر بقلق بالغ إزاء هذا الأمر، وقد وحّدنا جهودنا مع العديد من منظمات الصناعة والأعمال لمعارضة هذا التشريع غير المدروس والذي يأتي بنتائج عكسية".
التأثير البيئي
تشير التقديرات إلى أنه خلال إنتاج أكثر من 15 مليون طن من الكربون الأسود، سينبعث ما بين 29 و79 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون. وفي حال استخدام الهيدروجين بدلاً من الغاز الطبيعي، يُمكن خفض البصمة الكربونية بنسبة 19%. وتشمل الآثار البيئية المحتملة الأخرى انبعاث أول أكسيد الكربون.

كما ذكرنا سابقًا، تُصنع أصباغ الكربون الأسود بشكل رئيسي من مشتقات البترول. يُنتج الكربون الأسود من مواد مُستعملة مثل الإطارات، وتستخدم بعض الشركات حاليًا موارد متجددة لإنتاجه. تُنتج شركة "ليفينج إنك" الكربون الأسود من نفايات الكتلة الحيوية من خلال عملية تُقلل انبعاثات الكربون. وقد حسّنت الشركة عملية إنتاج أحبار الطباعة بالشاشة الحريرية، وأحبار الطباعة الأوفست، وأحبار الطباعة الفلكسوغرافية. ومن المُرجّح أن نشهد في المستقبل القريب منتجات مُخصصة للطباعة النافثة للحبر. ومثل الكربون الأسود التقليدي، تُنتج أصباغ الكربون الأسود المُشتقة من الكتلة الحيوية عن طريق الاحتراق في بيئات لاهوائية. مع الأسف، ستُحظر هذه الأشكال المُتجددة من الكربون الأسود بموجب تشريعات مُقترحة على مستوى الولايات.

إذا كنت ترغب في الاستفسار عن منتجاتنا، يُرجى إرسال بريد إلكتروني إلى:

نحن: lemsun002@126.com.