فن العصور القديمة: رحلة استكشافية في طريقة صنع القطران

لطالما أثارت المواد الطبيعية الغامضة فضول الإنسان، ومن بين هذه المواد، يحتل القطران مكانة فريدة في تاريخ الحضارات. هذا السائل اللزج الداكن، ذو الرائحة النفاذة والمميزة، لم يكن مجرد مادة خام، بل كان حجر الزاوية في العديد من التطبيقات التي شكلت ملامح الحياة اليومية منذ آلاف السنين. من تشييد البنى التحتية إلى حفظ السفن وصناعة الأدوية، لعب القطران دوراً محورياً، مما يجعل فهم طريقة صنعه أمراً بالغ الأهمية لاستيعاب إسهاماته الحضارية. إن عملية استخلاص القطران، رغم بساطتها الظاهرية، تحمل في طياتها علماً وتقنية تطورت عبر الأجيال، مقدمةً لنا نافذة على براعة أسلافنا في تسخير الطبيعة لخدمة احتياجاتهم.

الجذور التاريخية للقطران: إرث من الاستخدام والإبداع

قبل الغوص في تفاصيل عملية التصنيع، من الضروري استيعاب البعد التاريخي العميق للقطران. تشير الأدلة الأثرية إلى أن الإنسان عرف القطران واستخدمه منذ عصور ما قبل التاريخ. عُثر على بقايا قطرانيّة في مواقع أثرية تعود إلى العصر الحجري الحديث، مما يدل على استخدامه في لصق الأدوات، وعزل الأوعية، وربما حتى في الطقوس المبكرة.

مع بزوغ فجر الحضارات، ازدادت أهمية القطران بشكل ملحوظ. في بلاد الرافدين ومصر القديمة، كان القطران مادة لا غنى عنها في بناء السفن، حيث كان يُستخدم لعزل الألواح الخشبية ومنع تسرب المياه، مما سمح برحلات بحرية أطول وأكثر أماناً. كما استُخدم في ترميم المباني، وفي صناعة المواد اللاصقة، وحتى في المستحضرات الطبية والتحنيط.

لم يقتصر استخدام القطران على حضارات الشرق الأدنى. في اليونان القديمة وروما، كان القطران مادة حيوية في بناء الأساطيل البحرية، وكان يُنتج بكميات كبيرة من أشجار الصنوبر والبلوط. كما استخدمه الرومان في تعبيد الطرق، وفي صناعة الشموع، وفي بعض الأحيان كوقود.

تُظهر هذه الأمثلة كيف أن القطران لم يكن مجرد مادة، بل كان عنصراً أساسياً في تقدم الحضارات، مساهماً في ازدهار التجارة، وتوسع الإمبراطوريات، وتطوير التقنيات. إن فهم طريقة صنعه هو بمثابة فك شيفرة جزء هام من الإرث الإنساني.

مصادر القطران: كنوز الطبيعة المستخرجة

قبل البدء بعملية التصنيع، يجب أن نتعرف على المصادر الطبيعية التي نستمد منها القطران. تختلف هذه المصادر، وبالتالي قد يختلف نوع وخصائص القطران المنتج. تقليدياً، يُستخلص القطران من المواد العضوية الغنية بالكربون، وأهمها:

1. المواد الخشبية (القطران الخشبي):

هذه هي المصدر الأكثر شيوعاً تاريخياً. تُشمل المواد الخشبية أنواعاً مختلفة من الأخشاب، وخاصة الأخشاب الراتنجية مثل الصنوبر، والتنوب، والشوح. الأخشاب التي تحتوي على نسبة عالية من الراتنجات (Resins) والمواد المتطايرة تنتج قطرانًا ذا جودة عالية. تُفضل الأخشاب القديمة أو الميتة أحياناً لأنها قد تكون أكثر تركيزاً بالمواد القابلة للاستخلاص.

2. الفحم النباتي (القطران الناتج عن عملية الفحم):

عندما يتم تحويل الخشب إلى فحم نباتي في أفران مغلقة، تتصاعد غازات وبخارات تحتوي على مركبات عضوية، يمكن تكثيفها للحصول على قطران. هذا النوع من القطران غالباً ما يكون له خصائص مختلفة قليلاً عن القطران المستخلص مباشرة من الخشب.

3. الطين الزيتي (القطران النفطي):

في العصور الحديثة، أصبح النفط الخام المصدر الرئيسي للمواد المشابهة للقطران، والتي تُعرف بالأسفلت أو البيتومين. على الرغم من أن طريقة استخلاصها تختلف جوهرياً عن الطرق التقليدية، إلا أن الناتج النهائي يشترك في بعض الخصائص الفيزيائية مع القطران الخشبي، مثل اللزوجة واللون الداكن. لكن في سياق “طريقة صنع القطران” التقليدية، نركز بشكل أساسي على المصادر العضوية النباتية.

الأساس العلمي لعملية التصنيع: التقطير الإتلافي

تعتمد عملية صنع القطران التقليدية على مبدأ كيميائي أساسي يُعرف بالتقطير الإتلافي (Destructive Distillation) أو التحلل الحراري (Pyrolysis). ببساطة، يعني هذا تسخين المادة العضوية (الخشب غالباً) في بيئة خالية من الأكسجين أو ذات كمية محدودة جداً منه.

عندما تتعرض المادة العضوية للحرارة في غياب الأكسجين، فإنها لا تحترق بالمعنى التقليدي (والذي يتطلب وجود أكسجين للتفاعل مع الكربون والهيدروجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء). بدلاً من ذلك، تبدأ الروابط الكيميائية داخل جزيئات هذه المواد في التفكك والتحلل، منتجةً مجموعة من المركبات الجديدة. هذه المركبات تشمل:

الغازات المتطايرة: مثل الميثان، والهيدروجين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، وغيرها. هذه الغازات هي المسؤولة عن الرائحة النفاذة المميزة التي تصاحب عملية التسخين.
السوائل المتطايرة: وهي جوهر عملية صنع القطران. هذه السوائل تتكثف عند تبريد الغازات الناتجة، وتشمل الماء، وحمض الخليك، والميثانول، ومجموعة واسعة من المركبات العضوية المعقدة التي تشكل القطران.
المادة الصلبة المتبقية: وهي الفحم النباتي (Charcoal). هذا هو المنتج الرئيسي الذي كان يسعى إليه الكثيرون في عمليات الفحم التقليدية، بينما كان القطران يعتبر منتجاً ثانوياً قيماً.

يكمن السر في التحكم بدرجة الحرارة وضمان عدم وجود الأكسجين الكافي. إذا كان الأكسجين موجوداً بكمية كافية، فإن المادة العضوية ستحترق بالكامل وتتحول إلى رماد وغازات، ولن يتم الحصول على القطران.

طريقة الصنع التقليدية: الخطوات والتفاصيل

تاريخياً، تطورت عدة طرق لصنع القطران، لكن جوهر العملية يبقى متشابهاً. يمكن تقسيم هذه الطرق إلى فئتين رئيسيتين:

1. الطرق البدائية والميدانية:

هذه الطرق كانت تُستخدم في العصور القديمة وفي المناطق التي يكثر فيها الغابات، حيث يتم استخلاص القطران غالباً في الموقع.

أ. أفران القطران البدائية (Pit Kilns / Mound Kilns):

كانت هذه الطريقة شائعة جداً، وتعتمد على حفر حفرة في الأرض، أو بناء كومة من المواد.
التحضير: يتم جمع كميات كبيرة من الخشب، ويفضل الأخشاب الراتنجية والجافة. تُقطع هذه الأخشاب إلى قطع صغيرة أو تُهرس قليلاً لتسهيل عملية التحلل.
بناء الفرن:
الحفرة (Pit Kiln): تُحفر حفرة كبيرة في الأرض، وغالباً ما تكون مائلة قليلاً نحو أحد الجوانب. تُبطن قاع الحفرة بطبقة من الطين أو الحجارة لضمان عدم تسرب السوائل. في أسفل الحفرة، يُصمم مخرج ضيق أو قناة صغيرة لتجميع القطران المتكثف.
الكومة (Mound Kiln): يُبنى كومة من الخشب على شكل هرمي أو مخروطي. تُغطى الكومة بالكامل بطبقة سميكة من الطين أو التراب، مع ترك فتحات صغيرة جداً في الأعلى لإشعال النار، وفتحة أكبر في الأسفل لتجميع القطران.
التسخين: يُشعل الخشب من فتحات صغيرة في أعلى الكومة أو الحفرة. يتم التحكم في كمية الأكسجين الداخل عبر هذه الفتحات الصغيرة. الهدف هو تسخين الخشب ببطء إلى درجات حرارة عالية (تتراوح عادة بين 400-600 درجة مئوية) في بيئة محدودة الأكسجين.
التكثيف والتجميع: تتصاعد الأبخرة الناتجة عن تحلل الخشب. عندما تلامس الأجزاء الباردة من الكومة أو الأرض المحيطة، تتكثف هذه الأبخرة لتتحول إلى سائل. يتدفق السائل عبر القناة أو المخرج المخصص في أسفل الفرن ليتم تجميعه في أوعية.
النقاء: القطران الناتج عن هذه الطرق غالباً ما يكون مختلطاً بالماء (القطران المائي) وبعض الشوائب. قد يتطلب الأمر عمليات تنقية إضافية.

ب. استخدام الأوعية المغلقة (Pot Kilns):

في هذه الطريقة، تُستخدم أوعية كبيرة مصنوعة من الفخار أو المعدن.
التحضير: تُملأ الأوعية بالخشب المقطع.
التسخين: تُغلق الأوعية بإحكام (باستخدام الطين أو أغشية أخرى) مع ترك أنبوب صغير أو فوهة لإخراج البخار. تُوضع الأوعية في نار كبيرة أو تُدفن في جمر.
التكثيف: يُمرر البخار الناتج عبر أنبوب يمتد إلى وعاء تجميع بارد، حيث يتكثف السائل.
المميزات: هذه الطريقة توفر تحكماً أفضل في عملية التكثيف وتنتج قطرانًا أنقى نسبياً.

2. الطرق شبه الصناعية والحديثة (تاريخياً):

مع تطور التقنيات، ظهرت طرق أكثر تنظيماً لإنتاج القطران بكميات أكبر.

أ. استخدام الأفران العمودية (Retorts):

هذه الأفران هي عبارة عن حاويات معدنية أو طينية مغلقة، غالباً ما تكون أسطوانية أو مستطيلة، مصممة لتحمل درجات الحرارة العالية.
التحضير: يُشحن الفرن بالخشب أو المواد العضوية الأخرى.
التسخين: يُسخن الفرن من الخارج، إما بواسطة نار مباشرة أو عن طريق غازات الاحتراق التي تمر حوله.
التكثيف: تُوصل الأفران بأنظمة تكثيف معقدة، تتكون من أنابيب مبردة (غالباً ما تكون مغمورة في الماء) لتجميع القطران السائل.
المميزات: هذه الطريقة تسمح بإنتاج كميات أكبر، وتحكم أفضل في درجة الحرارة، وإنتاج قطران أنقى، وتسمح باستعادة بعض الغازات لاستخدامها كوقود.

ب. الاستخلاص باستخدام المذيبات (أقل شيوعاً تاريخياً للقطران الخشبي):

في بعض الحالات، وخاصة عند التعامل مع مواد نباتية غنية بالراتنجات، يمكن استخدام المذيبات لاستخلاص مركبات القطران. لكن هذه الطريقة ليست هي الطريقة التقليدية لصنع القطران من الخشب.

عمليات ما بعد التصنيع: تنقية القطران

القطران الخام الناتج عن عمليات التقطير الإتلافي غالباً ما يكون مزيجاً غير متجانس من مركبات عضوية مختلفة، بالإضافة إلى الماء. للحصول على قطران نقي ذي خصائص محددة، قد يتطلب الأمر عمليات تنقية إضافية:

1. التقطير الإضافي (Fractional Distillation):

هذه هي الطريقة الأكثر شيوعاً لتنقية القطران. يتم فيها تسخين القطران الخام مرة أخرى، ولكن هذه المرة في جهاز تقطير يسمح بفصل المركبات المختلفة بناءً على نقاط غليانها.
المراحل:
الطبقة الخفيفة (Light Oils): تتكثف أولاً وتشمل مركبات أخف مثل الميثانول وحمض الخليك.
الطبقة الوسطى (Middle Oils): وهي الطبقة التي تحتوي على معظم مركبات القطران المرغوبة، مثل الكريوزوت (Creosote)، والفينولات، والهيدروكربونات العطرية.
الطبقة الثقيلة (Heavy Oils): تتكثف أخيراً وتشمل المركبات ذات نقاط الغليان العالية، والتي تكون لزجة جداً.
المادة المتبقية (Pitch): وهي المادة الصلبة أو شبه الصلبة المتبقية في قاع جهاز التقطير، وتُستخدم في تطبيقات مختلفة مثل العزل ومواد التشطيب.
النتائج: ينتج عن هذا التقطير أنواع مختلفة من القطران والزيوت القطرانية ذات نقاء وخصائص محددة، يمكن استخدامها في تطبيقات متخصصة.

2. الغسل والتصفية:

قد يتم غسل القطران بالماء لإزالة بعض الشوائب القابلة للذوبان في الماء. تليها عملية تصفية لإزالة الجسيمات الصلبة.

3. التخزين والمعالجة:

يُخزن القطران في ظروف مناسبة لمنع تدهوره أو تلوثه. قد تخضع بعض أنواع القطران لمعالجات إضافية لتعزيز خصائصها أو لتكييفها لتطبيقات معينة.

استخدامات القطران عبر التاريخ والحاضر

لم يكن القطران مجرد مادة تُصنع، بل كان عنصراً حيوياً في تشكيل العديد من جوانب الحياة الإنسانية. تتنوع استخداماته بشكل كبير:

1. التطبيقات البحرية:

كما ذكرنا سابقاً، كان القطران ضرورياً لعزل وحماية السفن الخشبية من التسرب والتعفن. كانت السفن المقطرة بالقطران تتمتع بعمر أطول وقدرة أكبر على تحمل الظروف البحرية القاسية.

2. البناء والتشييد:

العزل المائي: استُخدم القطران كطبقة عازلة للأسطح، والجدران، والأساسات لمنع تسرب المياه.
المواد اللاصقة: كان يُستخدم كلاصق قوي في صناعة المواد المختلفة.
رصف الطرق: في العصور الرومانية، استُخدم القطران في بعض الأحيان لخلطه مع الحصى والرمل لتكوين طبقة صلبة ومتينة للطرق.

3. المستحضرات الطبية والجلدية:

الأدوية: كان للقطران تاريخ طويل في الطب التقليدي. استُخدم لعلاج الأمراض الجلدية مثل الأكزيما والصدفية، ولتطهير الجروح، ولعلاج بعض مشاكل الجهاز التنفسي. يعود هذا الاستخدام إلى الخصائص المطهرة والمضادة للالتهابات التي تحتوي عليها بعض مركبات القطران.
العناية بالشعر والجلد: استخدمه البعض في خلطات للعناية بالشعر، ولعلاج قشرة الرأس.

4. الصناعات الأخرى:

صناعة الدهانات والأحبار: استُخدم القطران كمادة ملونة في بعض أنواع الدهانات والأحبار.
مادة حافظة: استُخدم لحفظ الأخشاب والجلود.
الوقود: في بعض الأحيان، استُخدم كوقود، خاصة في التطبيقات البحرية.

التحديات والمخاطر الصحية المرتبطة بالقطران

على الرغم من فوائده العديدة، لا يمكن تجاهل الجوانب السلبية والمخاطر المرتبطة بالقطران.

1. المخاطر الصحية:

التعرض المباشر: القطران مادة مهيجة للجلد والعينين والجهاز التنفسي. التعرض المتكرر أو المباشر قد يسبب حروقاً، والتهابات جلدية، ومشاكل تنفسية.
المواد المسرطنة: تحتوي بعض مركبات القطران، وخاصة تلك المستخلصة من الفحم الحجري (قطران الفحم)، على مواد هيدروكربونية عطرية متعددة الحلقات (PAHs) تعتبر مسرطنة. التعرض المزمن لهذه المواد يزيد من خطر الإصابة بأنواع معينة من السرطان، وخاصة سرطان الجلد والرئة.
الآثار الجهازية: يمكن أن تؤدي الجرعات العالية أو التعرض الطويل إلى آثار جهازية على الكبد والكلى.

2. المخاطر البيئية:

التلوث: إنتاج القطران، خاصة بالطرق القديمة، يمكن أن يسبب تلوثاً للهواء والتربة والمياه إذا لم يتم التحكم فيه بشكل صحيح.
النفايات: قد تنتج عن عمليات التصنيع كميات من النفايات التي تتطلب معالجة خاصة.

3. التحديات التنظيمية:

بسبب المخاطر الصحية والبيئية، تخضع صناعة واستخدام القطران، وخاصة قطران الفحم، لقيود تنظيمية صارمة في العديد من البلدان.

القطران في العصر الحديث: تطورات وتطبيقات جديدة

في حين أن استخدام القطران الخشبي قد تراجع بشكل كبير مع ظهور مواد صناعية بديلة، إلا أن القطران ومشتقاته لا تزال تلعب دوراً في بعض الصناعات، وغ