Какъв е произходът на дизеловото гориво?

През 1892 г. изобретателят Рудолф Дизел създаде нов революционен горивен продукт, който днес носи неговото име. Неговото изобретение, както обикновено се случва във физическите науки, е кулминацията на години на упорита, повтаряща се и финансово безвъзмездна работа.

Дизелът за пръв път е вдъхновен от лекция по термодинамика в Кралската баварска политехника в Мюнхен, в родната му Германия. (Термодинамика е изследването на връзката между топлината и различните други форми на енергия.)

Дизел постигна това, което направи в решителното преследване, един вид физика "Свещен Граал": двигател с вътрешно горене, който може да преобразува цялата топлина в полезна работа и следователно ще бъде 100 процента механично ефективни. Това беше доказано от физиците на теоретично възможно, но на практика беше, и дори днес остава неуловим в най-добрия случай.

Въпреки че Diesel далеч не достига този идеал за ефективност, двигателите му все още са над два пъти по-ефективни от своите предшественици - около 25% срещу 10%. За съжаление той се сблъскваше с чести призиви за възстановяване на суми за продуктите си и животът му завърши в бедност, според съобщенията от собствената му ръка.

Но специалният нов подход на Дизел за запалване на горивото и изобретяването на дизеловия двигател остават изключително важни дори в епоха в които възприятията за изкопаеми горива от всички видове са станали изключително непопулярни, дори ако тяхната употреба продължава до голяма степен непроверена.

"Енергия" във физиката е централно понятие, но все пак малко трудно да се обясни адекватно с ежедневни думи. Енергията има единици за сила, умножени по разстояние, но също така се „появява“ в различни по-малко количествено измерими облици. Първични енергийни източници включва ядрена енергия, изкопаеми горива (нефт, въглища и природен газ) и така наречените възобновяеми източници като:

• **вятър
  
• слънчева
  
• геотермална **
  
• водноелектрически мощност

Към 2016 г. около 81,5 процента от енергията, използвана в Съединените щати (най-големият потребител на енергия сред държавите), е получена от изкопаеми горива. Докато се очакваше този брой да падне под 77 процента до 2040 г., остава фактът, че промишлеността не се очаква светът да се отучи от зависимостта си от петрол, природен газ и въглища по всяко време в обозримото време бъдеще.

Това е въпреки непреклонните, ясни и на моменти много ярки бърборения на медиите и научния сектор за потенциалното опустошителни въздействия върху околната среда от изменението на климата, които се очаква да възникнат сериозно през втората половина на настоящето век.

Докато ядрената енергия, биомасата, хидроенергията и други възобновяеми енергийни източници са нараснали и допринасят близо една четвърт от Американските енергийни нужди, само категорията "други възобновяеми източници" се очаква да нарасне значително през десетилетията до идвам.

Повечето източници изброяват три изкопаеми горива като участници в глобалната машина за човешка енергия: нефт, природен газ и въглища. (Четвъртият патентован петролен продукт, наречен Orimulsion, влезе в употреба през 80-те години на миналия век, но се превърна в ефективен не-играч в първото десетилетие на 21 век.) Заедно те представляват четири пети от енергийните доставки на планетата към 2019.

Всички противоречия относно последиците от използването на изкопаеми горива настрана, без тях бихме живели в свят, непознаваем за настоящите земни пътешественици. Цялата глобална транспортна и комуникационна мрежа разчита на доставките на енергия и по-голямата част от тях критично произведените в света стоки, като пластмаси и стомана, разчитат на изкопаеми горива абсолютно в момент.

„Изкопаеми горива“ е погрешно наименование, тъй като тези горива не идват от вкаменелости, които обикновено не са дори остатъци от живи същества сами по себе си, но впечатления от онези отдавна мъртви неща в скалите и почвата. Изкопаемите горива идват от разложена биомаса на животни и растения които са живели преди много милиони години, така че изкопаемите горива и действителните вкаменелости са свързани, тъй като и двете служат като косвено доказателство за древния живот на Земята.

Дизеловото гориво е вид петрол, термин, използван взаимозаменяемо в ежедневния разговор с "нефт". Основните характеристики на трите основни изкопаеми горива са както следва:

Нефт. Това изкопаемо гориво се състои предимно от елементите въглерод и водород, което не е изненадващо както изобилието на тези елементи на Земята като цяло, така и изобилието им от живи същества в особено. Смята се, че по-голямата част от него е създадена между около 252 милиона и 66 милиона години, когато голяма част от растителния живот е бил погребан в океаните от това невъобразимо отдавна време.

Използва се нефт - или по-точно, многото различни „маслени“ въглеводороди, които се квалифицират като нефт да се произвеждат редица ежедневни продукти, включително бензин и отоплително масло в допълнение към дизеловото гориво.

Понастоящем изгарянето на тези горива е отговорно за над половината от богатите на въглерод емисии на „парникови газове“ в земната атмосфера, от своя страна се смята, че допринася основно за непрекъснатото затопляне на повърхността и местообитанията на планетата, което се случва от десетилетия.

Нефтът представляваше около 35% от произведената в САЩ енергия към 2016 г., като се очаква статистиката да остане стабилна поне до 2040 г.

Природен газ. Това изкопаемо гориво се отличава с това, че е без цвят и без мирис, качества, които са в ярък контраст с петрола, особено натрапчиво вещество в тези аспекти. Подобно на петрола, той се е образувал преди милиони години от остатъците от растителни и животински вещества, чрез химикала и механичните (напр. налягане) условия, които ги създават, очевидно не са идентични с тези, които пораждат масло.

Производството на природен газ се е увеличило драстично в САЩ през второто десетилетие на 21-ви век, което почти изцяло се дължи на бързото разпространение на прилагането на "фракинг."

По-правилно наречен хидравлично разбиване, тази противоречива техника на сондиране изисква много вода и може да предизвика сеизмична активност (подобна на земетресенията) в засегнатите региони. Природният газ допринася за около една четвърт от енергийните доставки в САЩ през 2016 г., но се очаква да съответства на 35-процентовия петрол до 2040 г.

Въглища. Някога почти единственият източник на гориво за производство на електроенергия в електроцентралите, въглищата са дори по-стари от останалите изкопаеми горива, като са започнали да се формират преди около 360 милиона години. За разлика от другите изкопаеми горива, той също е компресиран в характерна форма, въпреки че съществуват различни подтипове и са класифицирани според съдържанието на въглерод.

В момента въглищата доставят около една трета от енергийните доставки в света. Въпреки че е намалял по отношение на дела си от енергийния пай в САЩ от около 2010 г., въглищата остават много популярни в страни с исторически слаби екологични стандарти като Китай.

Въпреки честите прокламации на правителството на САЩ от 2019 г., се очаква използването на въглища спад не само благодарение на нарастването на използването на възобновяеми енергийни източници, но и поради гореспоменатия скок на природен газ екстракция. Въглищата допринесоха за около 15 процента от енергийните доставки в САЩ през 2016 г. и се очаква използването му да продължи да намалява умерено, преди да се стабилизира на около 12 процента до 2040 г.

Дъгата на живота на Рудолф Дизел се представя като нещо като трагичен разказ. Дизел е бил студент в Германия в началото на 70-те години на миналия век, по времето, когато големите градове започват да бъдат смазвани от огромно количество тор, генерирано от конете, служещи като основно средство за пътуване на дълги и къси разстояния, както в тези градски условия области.

Дългогодишните усилия на Дизел да пусне двигателя с вътрешно горене до нови висоти на ефективност вероятно са били възпрепятствани от тежестта на собствените му очаквания и тези на обществеността, която е била наясно с целите му. Въпреки постигането на голяма ефективност (макар и далеч от стремежите на Diesel, двигателите му бяха повече от два пъти по-ефективни от стандартните версии на деня).

През 1913 г., около 40 години след като за пръв път започва работата си, Дизел загива при очевидно, но понякога оспорвано самоубийство по време на пътуване с лодка. За съжаление той така и не успя да види как класът му изобретения действително излита през 20-те и 30-те години.

Дизеловият двигател е двигател с вътрешно горене, което означава, че преобразува химическата енергия от връзките в молекулите на горивото в механична енергия. Задвижващ вал е свързан към бутало чрез шарнир от външната страна на вала. Буталото е вътре в цилиндър, в който се изпомпва или инжектира въздух, специално кислород (необходим за горенето) и горивото.

Контролираният взрив вътре в цилиндъра в резултат на силно повишено налягане (и тази температура) принуждава буталото надолу, карайки вала да се върти, задвижвайки буталото обратно нагоре, докато валът завършва пълно завъртане и се изпомпва повече гориво и въздух. Този цикъл може да се появи до много хиляди пъти в минута.

„Магията“ на дизеловия двигател е, че за разлика от обикновения двигател с вътрешно горене, той не изисква активно запалване на гориво. При нормален двигател температурата в цилиндъра не достига достатъчно висока, за да може горивото да се запали без електрическа помощ - следователно "свещи", които правят автомобилите безполезни, когато се повредят. При дизелов двигател въздухът е толкова силно компресиран, че горивото се запалва без помощ и е необходимо по-малко гориво на ход на двигателя, което значително подобрява горивната ефективност.

По-голямата ефективност или икономичност на тези двигатели ги прави по-скъпи и трудни за поддръжка. По времето на Diesel технологията за справяне с тези проблеми просто още не беше налична.

Уникалните свойства на дизеловия двигател водят до това, че той може да използва различни видове масло, гориво, естествено наречено дизелово гориво. Това гориво се произвежда от суров нефт и дава около 11 до 12 галона дизелово гориво от 42-литров барел необработен нефт. Използва се в повечето товарни камиони, влакове, автобуси и лодки, както и в селскостопански превозни средства и строителни и военни превозни средства.

През 2006 г. Американската агенция за защита на околната среда (EPA) определи съдържанието на сяра в дизела горивата да бъдат значително намалени, мярка, която се е доказала изключително ефективна, тъй като е била приложена повече време. Към 2018 г. около 97% от целия дизел, използван по американските пътища и другаде, се състои от смес, известна като дизелов двигател с ултра ниско съдържание на сяра (ULSD).

• През 2018 г. дизеловото гориво представляваше около 20% от общото потребление на петрол в САЩ или около 7% от американския разход на гориво като цяло.