Mis on diislikütuse päritolu?

1892. aastal leiutaja Rudolf Diesel loodud revolutsiooniline uus kütusetoode, mis täna kannab tema nime. Tema leiutis, nagu tavaliselt füüsikateadustes, oli aastatepikkuse raske, korduva ja rahaliselt tasumatu töö kulminatsioon.

Esmalt inspireeris Dieselt termodünaamika loeng Münchenis Baieri Kuninglikus Polütehnikumis oma kodumaal Saksamaal. (Termodünaamika on soojuse ja mitmesuguste muude energiavormide vaheliste seoste uurimine.)

Diesel saavutas kindla aja füüsikalise "püha graali" otsinguil: sisepõlemismootor, mis suudaks kogu soojuse muuta kasulikuks tööks ja oleks seega 100 protsenti mehaaniliselt tõhus. Füüsikud olid seda tõestanud teoreetiliselt võimalik, kuid praktilises plaanis oli ja isegi parimal juhul jääb tänaseni tabamatuks.

Hoolimata sellest, et diisel jäi sellest efektiivsuse ideaalist kaugele alla, olid tema mootorid endiselt eelkäijatest üle kahe korra tõhusamad - umbes 25 protsenti võrreldes 10 protsendiga. Kahjuks seisis ta sageli oma toodete tagasimaksete nõudmisel ja tema elu lõppes väidetavalt tema enda käe tõttu vaesusega.

Kuid Dieseli kohandatud uus lähenemisviis kütuse süütamisele ja diiselmootori leiutamine jäävad tohutult oluliseks ka ajastul mille puhul arusaamad igat tüüpi fossiilkütustest on muutunud tohutult ebapopulaarseks, isegi kui nende kasutamist jätkatakse suures osas kontrollimata.

"Energia" füüsikas on keskne mõiste, kuid siiski mõnevõrra keeruline seda igapäevaste sõnadega piisavalt selgitada. Energial on jõuühikud korrutatuna kaugusega, kuid see "ilmub" ka mitmetes vähem kvantifitseeritavates näidetes. Primaarsed energiaallikad hõlmama tuumaenergia, fossiilkütused (õli, kivisüsi ja maagaas) ja nn taastuvatest allikatest nagu:

• ** tuul
  
• päikese
  
• geotermiline **
  
• hüdroelektriline võim

2016. aasta seisuga saadi umbes 81,5 protsenti Ameerika Ühendriikides (maailma riikide suurim energiatarbija) kasutatavast energiast fossiilkütustest. Ehkki 2040. aastaks peaks see arv langema alla 77 protsendi, on tõsiasi, et tööstuslik Eeldatakse, et maailm ei võta end nafta-, maagaasi- ja kivisöesõltuvusest võõrutada tulevik.

Seda hoolimata alistumatust, selgest ja kohati väga teravast meedia- ja teadussektori lobisemisest potentsiaalselt kliimamuutuste laastavad keskkonnamõjud, mis eeldatavasti tõsiselt tekivad käesoleva aasta teisel poolel sajandil.

Kuigi tuumaenergia, biomass, hüdroenergia ja muud taastuvad energiaallikad on kasvanud, moodustades peaaegu neljandiku sellest Ameerika energiavajadus kasvab eeldatavasti aastakümnete jooksul ainult kategooriasse "muud taastuvad energiaallikad" tulge.

Enamik allikaid loetleb kolm fossiilkütust kui ülemaailmse inimese energiamasina panustajat: nafta, maagaas ja kivisüsi. (Neljas, patenteeritud naftatoode nimega Orimulsion, tuli kasutusele 1980. aastatel, kuid sai sellest 21. sajandi esimesel kümnendil.) Kokku moodustasid need neli viiendikku kogu planeedi energiavarust 2019.

Kõik vaidlused fossiilkütuste kasutamise tagajärgede kohta, ilma nendeta elaksime maailmas, mida praegused maarändurid ei tunne. Kogu ülemaailmne transpordi- ja sidevõrk sõltub nende energiavarustusest ja enamik neist maailma kriitilised tooted, nagu plast ja teras, sõltuvad fossiilkütustest absoluutselt hetk.

"Fossiilkütused" on vale nimetus, sest need kütused ei pärine fossiilidest, mis pole üldjuhul isegi elusolendite jäänused iseenesest, kuid muljed neist ammu surnud asjadest kivimites ja mullas. Fossiilkütused pärinevad lagunenud loomade ja taimede biomass mis elasid miljoneid aastaid tagasi, nii et fossiilkütused ja tegelikud fossiilid on omavahel seotud sellega, et mõlemad on kaudsed tõendid iidsest elust Maal.

Diislikütus on omamoodi nafta, seda terminit kasutatakse igapäevases diskursuses vaheldumisi "õliga". Kolme suurema fossiilkütuse põhiomadused on järgmised:

Nafta. See fossiilkütus koosneb peamiselt süsiniku ja vesiniku elementidest, mis pole üllatav nii nende elementide rohkus Maal üldiselt kui ka nende elusolendite rohkus eriti. Arvatakse, et suurem osa sellest on loodud umbes 252–66 miljonit aastat tagasi, kui tolle kujuteldamatult ammu aega ookeanidesse maeti palju taimeelu.

Kasutatakse õli - või täpsemalt öeldes paljusid erinevaid "õliseid" süsivesinikke, mis kvalifitseeruvad naftaks valmistada mitmeid igapäevaseid tooteid, sealhulgas lisaks diislikütusele ka bensiini ja kütteõli.

Praegu on nende kütuste põletamine põhjustanud üle poole süsinikurikastest kasvuhoonegaaside emissioonidest Maa atmosfääris, arvatakse omakorda olevat peamine panustaja planeedi pinna ja elupaikade pidevas soojenemises, mis on toimunud aastakümneid.

Nafta moodustas 2016. aasta seisuga umbes 35 protsenti USA toodetud energiast. Statistika peaks püsima stabiilsena vähemalt 2040. aastani.

Maagaas. See fossiilne kütus on märkimisväärne värvuse ja lõhnatu omaduste poolest, mis on teravas kontrastis naftaga, mis on nendes aspektides eriti pealetükkiv aine. Nagu nafta, moodustus see miljoneid aastaid tagasi taime- ja loomsete ainete jäänustest kemikaali kaudu ja nende tekitanud mehaanilised (nt rõhu) tingimused ei olnud ilmselgelt identsed põhjustavate tingimustega õli.

Maagaasi tootmine on 21. sajandi teisel kümnendil USA-s dramaatiliselt tõusnud, mille mõju on peaaegu täielikult tingitud rakendamise kiirest levikustmurdmine."

Õigemini kutsutud hüdrauliline purustamine, see vastuoluline puurimistehnika nõuab palju vett ja võib kahjustatud piirkondades põhjustada seismilist aktiivsust (sarnane maavärinatega). Maagaas andis 2016. aastal umbes veerandi USA energiavarustusest, kuid eeldatavasti vastab see 2040. aastaks nafta 35-protsendilisele näitajale.

Süsi. Kunagi oli elektrijaamades peaaegu ainus kütuseallikas, kivisüsi isegi vanem kui teised fossiilkütused, mis hakkasid tekkima umbes 360 miljonit aastat tagasi. Erinevalt teistest fossiilkütustest on see kokku surutud ka iseloomulikku vormi, ehkki on olemas erinevaid alamtüüpe ja need on klassifitseeritud süsinikusisalduse järgi.

Söe tarnib praegu umbes kolmandiku kogu maailma energiavarust. Kuigi USA energiakoogi osakaal on alates umbes 2010. aastast langenud, on kivisüsi endiselt väga populaarne ajalooliselt lõdva keskkonnastandardiga riikides nagu Hiina.

Hoolimata USA valitsuse poolt alates 2019. aastast levinud sagedastest vastupidistest kuulutustest eeldatakse söe kasutamist vähenemine mitte ainult tänu taastuvate energiaallikate kasutamise tõusule, vaid ka tänu ülalmainitud maagaasi tõusule kaevandamine. Söe panustas 2016. aastal USA energiavarustusse umbes 15 protsenti ja eeldatakse, et selle kasutamine väheneb jätkuvalt tagasihoidlikult, enne kui 2040. aastaks stabiliseerub umbes 12 protsendi juures.

Rudolf Dieseli elukaar esitab midagi traagilist kirjeldust. Diesel oli 1870. aastate alguses Saksamaal ülikooliõpilane, ajal, mil suured linnad hakkasid hobuste tekitatud sõnnikuhulk, mis on peamine linnapea pikkade ja lühikeste vahemaade läbimiseks piirkondades.

Dieseli aastaid kestnud jõupingutusi sisepõlemismootori käivitamiseks uutele tõhususe kõrgustele takistasid ilmselt tema enda ja tema eesmärkidest teadliku üldsuse ootused. Hoolimata suurest efektiivsuse tõusust (ehkki diisli püüdlustest kaugel, ei olnud tema mootorid enam kui kaks korda efektiivsemad kui selle päeva standardversioonid).

Aastal 1913, umbes 40 aastat pärast oma töö alustamist, hukkus Diesel paadireisil ilmse, kuid mõnikord vaidlustatud enesetapu tagajärjel. Kahjuks ei saanud ta kunagi näha, kuidas 1920. ja 1930. aastatel tema leiutiste klass tõepoolest õhku tõusis.

Diiselmootor on sisepõlemismootor, mis tähendab, et see muudab kütuse molekulides olevate sidemete keemilise energia mehaaniliseks energiaks. Veovõll on ühendatud kolviga võlli välisküljel oleva hinge kaudu. Kolb on silindri sees, kuhu pumbatakse või süstitakse õhku, eriti hapnikku (vajalik põlemiseks) ja kütust.

Kontrollitud plahvatus silindri sees, mis tuleneb tugevalt suurenenud rõhust (ja sellest temperatuurist), sunnib kolvi alla, põhjustades võlli pöörlemise, ajades kolvi tagasi ülespoole, kui võlli lõpeb täielik pöörlemine ja pumbatakse rohkem kütust ja õhku. See tsükkel võib esineda kuni mitu tuhat korda minutis.

Diiselmootori "võlu" seisneb selles, et erinevalt tavalisest sisepõlemismootorist ei vaja see aktiivset kütust. Tavalises mootoris ei tõuse silindrisisene temperatuur piisavalt kõrgeks, et kütus süttiks ilma elektrilise abita - seega "süüteküünlad", mis muudavad autod rikke korral kasutuks. Diiselmootoris surutakse õhk nii tugevalt kokku, et kütus süttib abita ja mootori käigu kohta on vaja vähem kütust, parandades oluliselt kütusesäästlikkust.

Nende mootorite suurem efektiivsus või säästlikkus muudab need üldiselt kallimaks ja neid on raske hooldada. Dieseli enda ajal polnud nende probleemide lahendamise tehnoloogia lihtsalt veel saadaval.

Diiselmootori ainulaadsete omaduste tõttu on võimalik kasutada erinevat tüüpi õli - kütus, mida looduslikult nimetatakse diislikütuseks. See kütus on valmistatud toornaftast ja see annab umbes 11–12 gallonit diislikütust 42 galloni barreli töötlemata nafta kohta. Seda kasutatakse enamikus kaubaveokites, rongides, bussides ja paatides, samuti põllutöömasinates ning ehitus- ja sõjaväesõidukites.

2006. aastal andis USA keskkonnakaitseagentuur (EPA) ülesandeks diislikütuse väävlisisaldus kütuseid saab oluliselt vähendada - meede on osutunud ülitõhusaks pärast selle rakendamist aeg. 2018. aastaks koosnes umbes 97 protsenti kogu Ameerika teedel ja mujal kasutatavast diislikütusest segust, mida nimetatakse ülimadalväävliseks diislikütuseks (ULSD).

• 2018. aastal moodustas diislikütus umbes 20 protsenti kogu USA nafta kasutamisest ehk umbes 7 protsenti kogu Ameerika kütusekulust.