Ποια είναι η προέλευση των καυσίμων ντίζελ;

Το 1892, ο εφευρέτης Ρούντολφ Ντίζελ δημιούργησε ένα επαναστατικό νέο προϊόν καυσίμων που σήμερα φέρει το όνομά του. Η εφεύρεσή του, όπως συμβαίνει συνήθως στις φυσικές επιστήμες, ήταν το αποκορύφωμα χρόνων σκληρής, επαναλαμβανόμενης και οικονομικά ανυπολόγιστης εργασίας.

Ο Diesel εμπνεύστηκε για πρώτη φορά από μια διάλεξη θερμοδυναμικής στο Βασιλικό Βαυαρικό Πολυτεχνείο του Μονάχου, στη μητρική του Γερμανία. (Θερμοδυναμική είναι η μελέτη της σχέσης μεταξύ της θερμότητας και των διαφόρων άλλων μορφών ενέργειας.)

Ο Diesel πέτυχε αυτό που έκανε στην αποφασιστική επιδίωξη ένα είδος φυσικής "ιερού grail": μια μηχανή καύσης που θα μπορούσε να μετατρέψει όλη τη θερμότητα σε χρήσιμη εργασία και επομένως θα ήταν 100 τοις εκατό μηχανικά αποδοτικός. Αυτό είχε αποδειχθεί από τους φυσικούς στο θεωρητικά είναι δυνατόν, αλλά στην πράξη ήταν, και ακόμη και σήμερα παραμένει αόριστο στην καλύτερη περίπτωση.

Παρά το γεγονός ότι ο Diesel υπολείπεται αυτής της ιδανικής απόδοσης, οι κινητήρες του ήταν ακόμη υπερδιπλάσιοι από τους προκατόχους τους - περίπου 25% έναντι 10%. Δυστυχώς, αντιμετώπιζε συχνές εκκλήσεις για επιστροφή χρημάτων στα προϊόντα του και η ζωή του τελείωσε στη φτώχεια, σύμφωνα με πληροφορίες από το χέρι του.

Αλλά η προσαρμοσμένη νέα προσέγγιση του Diesel για την ανάφλεξη των καυσίμων και η εφεύρεση του κινητήρα ντίζελ παραμένουν εξαιρετικά σημαντική ακόμη και σε μια εποχή στις οποίες οι αντιλήψεις των ορυκτών καυσίμων όλων των τύπων έχουν γίνει εξαιρετικά μη δημοφιλείς, ακόμη και αν η χρήση τους συνεχίζεται σε μεγάλο βαθμό ανεξέλεγκτη.

Η «ενέργεια» στη φυσική είναι μια κεντρική έννοια, αλλά είναι κάπως δύσκολο να εξηγηθεί επαρκώς με τις καθημερινές λέξεις. Η ενέργεια έχει μονάδες δύναμης πολλαπλασιασμένες με απόσταση, αλλά επίσης "εμφανίζεται" σε μια ποικιλία λιγότερο μετρήσιμων τύπων. Πρωτογενείς πηγές ενέργειας περιλαμβάνω πυρηνική ενέργεια, ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, άνθρακας και φυσικό αέριο) και τις λεγόμενες ανανεώσιμες πηγές όπως:

• **άνεμος
  
• ηλιακός
  
• γεωθερμική **
  
• υδροηλεκτρικός εξουσία

Από το 2016, περίπου το 81,5% της ενέργειας που χρησιμοποιείται στις Ηνωμένες Πολιτείες (ο μεγαλύτερος καταναλωτής ενέργειας στον κόσμο μεταξύ των εθνών) προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Ενώ ο αριθμός αυτός αναμενόταν να μειωθεί στο 77% έως το έτος 2040, το γεγονός παραμένει ότι η βιομηχανική Ο κόσμος δεν αναμένεται να απογαλακτιστεί από την εξάρτηση από το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και τον άνθρακα ανά πάσα στιγμή μελλοντικός.

Αυτό είναι παρά τα ανυπόφορα, ξεκάθαρα και μερικές φορές πολύ αυστηρά μέσα μαζικής ενημέρωσης και επιστημονικός τομέας για τις πιθανές καταστροφικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής που αναμένεται να προκύψουν σοβαρά το δεύτερο μισό του παρόντος αιώνας.

Ενώ η πυρηνική ενέργεια, η βιομάζα, η υδροηλεκτρική ενέργεια και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν αναπτυχθεί για να συμβάλουν σχεδόν στο ένα τέταρτο του Οι ενεργειακές ανάγκες της Αμερικής, μόνο η κατηγορία "άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας" αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά κατά τις δεκαετίες έως Έλα.

Οι περισσότερες πηγές αναφέρουν τρία ορυκτά καύσιμα ως συνεισφέροντες στην παγκόσμια μηχανή ανθρώπινης ενέργειας: πετρέλαιο, φυσικό αέριο και κάρβουνο. (Ένα τέταρτο, ένα ιδιόκτητο προϊόν πετρελαίου που ονομάζεται Orimulsion, τέθηκε σε χρήση τη δεκαετία του 1980, αλλά έγινε ένα αποτελεσματικό μη παίκτη στο την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα.) Μαζί, αυτά αντιστοιχούσαν στα τέσσερα πέμπτα του ενεργειακού εφοδιασμού του πλανήτη από 2019.

Όλες οι αντιπαραθέσεις σχετικά με τις συνέπειες της χρήσης ορυκτών καυσίμων, χωρίς αυτές, θα ζούσαμε σε έναν κόσμο που δεν είναι αναγνωρίσιμο από τους σημερινούς ταξιδιώτες της Γης. Ολόκληρα τα παγκόσμια δίκτυα μεταφορών και επικοινωνιών βασίζονται στον εφοδιασμό τους με ενέργεια, και το μεγαλύτερο μέρος του Τα κρίσιμα βιομηχανικά προϊόντα του κόσμου, όπως τα πλαστικά και ο χάλυβας, βασίζονται απολύτως στα ορυκτά καύσιμα στιγμή.

Τα «ορυκτά καύσιμα» είναι ένα ψευδές όνομα, επειδή αυτά τα καύσιμα δεν προέρχονται από απολιθώματα, τα οποία γενικά δεν είναι καν υπολείμματα ζωντανών πραγμάτων καθαυτή, αλλά εντυπώσεις από αυτά τα μακρόψυχα πράγματα σε βράχους και χώμα Τα ορυκτά καύσιμα προέρχονται από το αποσυντεθειμένη βιομάζα ζώων και φυτών που έζησε πριν από πολλά εκατομμύρια χρόνια, έτσι τα ορυκτά καύσιμα και τα πραγματικά απολιθώματα συνδέονται στο ότι και τα δύο χρησιμεύουν ως έμμεση απόδειξη της αρχαίας ζωής στη Γη.

Το καύσιμο ντίζελ είναι ένα είδος πετρελαίου, ένας όρος που χρησιμοποιείται εναλλακτικά στον καθημερινό λόγο με το «λάδι». Τα βασικά χαρακτηριστικά των τριών μεγάλων ορυκτών καυσίμων είναι τα εξής:

Πετρέλαιο. Αυτό το ορυκτό καύσιμο αποτελείται κυρίως από τα στοιχεία άνθρακα και υδρογόνο, κάτι που δεν προκαλεί έκπληξη Τόσο η αφθονία αυτών των στοιχείων στη Γη γενικά όσο και η αφθονία τους στα έμβια όντα ιδιαιτερος. Το μεγαλύτερο μέρος πιστεύεται ότι δημιουργήθηκε μεταξύ περίπου 252 εκατομμυρίων και 66 εκατομμυρίων ετών πριν, όταν θάφτηκε μεγάλο μέρος της φυτικής ζωής στους ωκεανούς αυτού του ασυναίσθητου χρόνου.

Χρησιμοποιείται λάδι - ή ακριβέστερα, χρησιμοποιούνται οι πολλοί διαφορετικοί "λιπαροί" υδρογονάνθρακες που χαρακτηρίζονται ως πετρέλαιο για να φτιάξετε μια σειρά από καθημερινά προϊόντα, συμπεριλαμβανομένης της βενζίνης και του πετρελαίου θέρμανσης εκτός από το καύσιμο ντίζελ.

Προς το παρόν, η καύση αυτών των καυσίμων είναι υπεύθυνη για πάνω από το ήμισυ των πλούσιων σε άνθρακα εκπομπών "αερίων θερμοκηπίου" στην ατμόσφαιρα της Γης, με τη σειρά του πιστεύεται ότι συμβάλλει σημαντικά στη συνεχή θέρμανση της επιφάνειας του πλανήτη και των οικοτόπων που έχει συμβεί για δεκαετίες.

Το πετρέλαιο αντιπροσώπευε περίπου το 35% της ενέργειας των ΗΠΑ που παράγεται από το 2016, μια στατιστική που αναμένεται να παραμείνει σταθερή έως το 2040 τουλάχιστον.

Φυσικό αέριο. Αυτό το ορυκτό καύσιμο είναι αξιοσημείωτο ότι είναι άχρωμο και άοσμο, ποιότητες που έρχονται σε πλήρη αντίθεση με το πετρέλαιο, μια ιδιαίτερα ενοχλητική ουσία σε αυτές τις πτυχές. Όπως το πετρέλαιο, σχηματίστηκε πριν από εκατομμύρια χρόνια από τα υπολείμματα φυτικής και ζωικής ύλης, μέσω της χημικής ουσίας και μηχανικές συνθήκες (π.χ. πίεση) που τις δημιούργησαν προφανώς δεν ήταν πανομοιότυπες με εκείνες που δημιουργούσαν λάδι.

Η παραγωγή φυσικού αερίου αυξήθηκε δραματικά στις ΗΠΑ κατά τη δεύτερη δεκαετία του 21ου αιώνα, αποτέλεσμα που αποδίδεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στην ταχεία εξάπλωση της εφαρμογής του "fracking."

Πιο σωστά καλείται υδραυλική ρωγμάτωση, αυτή η αμφιλεγόμενη τεχνική γεώτρησης απαιτεί πολύ νερό και μπορεί να προκαλέσει σεισμική δραστηριότητα (παρόμοια με τους σεισμούς) στις πληγείσες περιοχές. Το φυσικό αέριο συνέβαλε περίπου στο ένα τέταρτο του ενεργειακού εφοδιασμού των ΗΠΑ το 2016, αλλά αναμένεται να ταιριάξει με το 35% του πετρελαίου έως το 2040.

Κάρβουνο. Μόλις σχεδόν η μοναδική πηγή καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας, ο άνθρακας είναι ακόμη μεγαλύτερος από τα άλλα ορυκτά καύσιμα, έχοντας αρχίσει να σχηματίζει περίπου 360 εκατομμύρια χρόνια πριν. Σε αντίθεση με τα άλλα ορυκτά καύσιμα, έχει επίσης συμπιεστεί σε χαρακτηριστική μορφή, αν και υπάρχουν διάφοροι υπότυποι και ταξινομούνται ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα.

Ο άνθρακας προμηθεύει περίπου το ένα τρίτο του ενεργειακού εφοδιασμού στον κόσμο. Ενώ έχει μειωθεί όσον αφορά το μερίδιο της ενεργειακής πίτας των ΗΠΑ από το 2010, ο άνθρακας παραμένει πολύ δημοφιλής σε χώρες με ιστορικά χαλαρά περιβαλλοντικά πρότυπα όπως η Κίνα.

Παρά τις συχνές διακηρύξεις αντίθετα από την κυβέρνηση των ΗΠΑ από το 2019, η χρήση άνθρακα αναμένεται μείωση, όχι μόνο χάρη στην αύξηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αλλά λόγω της προαναφερθείσας αύξησης του φυσικού αερίου εξαγωγή. Ο άνθρακας συνέβαλε περίπου στο 15% του ενεργειακού εφοδιασμού των ΗΠΑ το 2016 και η χρήση του αναμένεται να συνεχίσει να μειώνεται μετρίως πριν σταθεροποιηθεί στο 12% περίπου έως το 2040.

Το τόξο της ζωής του Ρούντολφ Ντίζελ παρουσιάζει ως κάτι τραγικό απολογισμό. Ο Ντίζελ ήταν φοιτητής πανεπιστημίου στη Γερμανία στις αρχές της δεκαετίας του 1870, σε μια εποχή που οι μεγάλες πόλεις άρχισαν να κατακλύζονται από το τεράστια ποσότητα κοπριάς που παράγεται από τα άλογα που χρησιμεύουν ως ο κύριος τρόπος ταξιδιού μεγάλων και μικρών αποστάσεων σε αυτές τις αστικές περιοχές περιοχές.

Οι πολυετείς προσπάθειες του Diesel να εκτοξεύσει τον κινητήρα καύσης σε νέα ύψη αποδοτικότητας πιθανότατα παρεμποδίστηκαν από το βάρος των προσδοκιών του και εκείνων ενός κοινού που γνώριζε τους στόχους του. Παρά τα μεγάλα κέρδη της απόδοσης (αν και πολύ χαμηλότερα από τις επιδιώξεις του Diesel, οι κινητήρες του ήταν υπερδιπλάσιοι από τους τυπικούς εκδόσεις της ημέρας).

Το 1913, περίπου 40 χρόνια αφότου ξεκίνησε για πρώτη φορά τη δουλειά του, ο Ντίζελ χάθηκε σε μια φαινομενική αλλά μερικές φορές αμφισβητούμενη αυτοκτονία κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού με βάρκα. Δυστυχώς, ποτέ δεν κατάφερε να δει την κατηγορία των εφευρέσεών του να απογειώνεται πραγματικά στις δεκαετίες του 1920 και του 1930.

Ένας κινητήρας ντίζελ είναι ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης, που σημαίνει ότι μετατρέπει τη χημική ενέργεια από τους δεσμούς των μορίων καυσίμου σε μηχανική ενέργεια. Ένας κινητήριος άξονας συνδέεται με ένα έμβολο μέσω ενός μεντεσέ στο εξωτερικό του άξονα. Το έμβολο βρίσκεται μέσα σε έναν κύλινδρο στον οποίο αέρας, ειδικά οξυγόνο (απαιτείται για καύση) και το καύσιμο αντλείται ή εγχύεται.

Η ελεγχόμενη έκρηξη μέσα στον κύλινδρο που προκύπτει από την πολύ αυξημένη πίεση (και αυτή η θερμοκρασία) αναγκάζει το έμβολο προς τα κάτω, προκαλώντας την περιστροφή του άξονα, οδηγώντας το έμβολο πίσω προς τα πάνω καθώς ο άξονας ολοκληρώνει μια πλήρη περιστροφή και αντλείται περισσότερο καύσιμο και αέρα. Αυτός ο κύκλος μπορεί να συμβεί έως και πολλές χιλιάδες φορές ανά λεπτό.

Η «μαγεία» ενός κινητήρα ντίζελ είναι ότι, σε αντίθεση με έναν κανονικό κινητήρα καύσης, δεν απαιτεί ανάφλεξη ενεργού καυσίμου. Σε έναν κανονικό κινητήρα, η θερμοκρασία μέσα στον κύλινδρο δεν είναι αρκετά υψηλή ώστε το καύσιμο να αναφλέγεται χωρίς ηλεκτρικό βοήθημα - εξ ου και τα "μπουζί", τα οποία καθιστούν τα αυτοκίνητα άχρηστα όταν αστοχούν. Σε έναν κινητήρα ντίζελ, ο αέρας συμπιέζεται τόσο έντονα ώστε το καύσιμο να αναφλέγεται χωρίς βοήθεια και λιγότερο καύσιμο απαιτείται ανά διαδρομή κινητήρα, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση καυσίμου.

Η μεγαλύτερη απόδοση ή οικονομία αυτών των κινητήρων τους καθιστά γενικά πιο ακριβά και δύσκολα συντηρούνται. Στην εποχή του Diesel, η τεχνολογία για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων δεν ήταν ακόμη διαθέσιμη.

Οι μοναδικές ιδιότητες ενός κινητήρα ντίζελ έχουν ως αποτέλεσμα να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν διαφορετικά είδη λαδιού, ένα καύσιμο που καλείται φυσικά ντίζελ. Αυτό το καύσιμο παράγεται από αργό πετρέλαιο και αποδίδει περίπου 11 έως 12 γαλόνια ντίζελ ανά 42 γαλόνια βαρέλι μη επεξεργασμένου πετρελαίου. Χρησιμοποιείται στα περισσότερα φορτηγά, τρένα, λεωφορεία και σκάφη καθώς και αγροτικά οχήματα και οχήματα κατασκευής και στρατιωτικών.

Το 2006, ο Οργανισμός Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (EPA) ανέθεσε στην περιεκτικότητα ντίζελ σε θείο τα καύσιμα θα μειωθούν σημαντικά, ένα μέτρο που έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικό καθώς έχει εφαρμοστεί χρόνος. Μέχρι το 2018, περίπου το 97% του συνόλου του ντίζελ που χρησιμοποιείται στους δρόμους της Αμερικής και αλλού αποτελούταν από ένα μείγμα γνωστό ως ντίζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (ULSD).

• Το 2018, το πετρέλαιο ντίζελ αντιπροσώπευε περίπου το 20 τοις εκατό της συνολικής χρήσης πετρελαίου στις ΗΠΑ ή περίπου 7 τοις εκατό της αμερικανικής κατανάλωσης καυσίμου συνολικά.