Mikä on dieselpolttoaineen alkuperä?

Vuonna 1892 keksijä Rudolf Diesel loi vallankumouksellisen uuden polttoainetuotteen, joka tänään kantaa hänen nimeään. Hänen keksintönsä, kuten tyypillisesti fysiikan aloilla, oli vuosien kovan, toistuvan ja taloudellisesti epärehellisen työn huipentuma.

Diesel inspiroi ensin termodynamiikan luentoa Münchenin Baijerin kuninkaallisessa ammattikorkeakoulussa kotimaassaan Saksassa. (Termodynamiikka on lämmön ja muiden energiamuotojen välisen suhteen tutkimus.)

Diesel saavutti päättäväisessä harjoittamisessaan eräänlaisen fysiikan "pyhän graalin": polttomoottorin, joka pystyi muuttamaan kaiken lämmön hyödylliseksi työksi ja olisi siten 100 prosenttia mekaanisesti tehokas. Fyysikot olivat todistaneet tämän teoreettisesti mahdollista, mutta käytännön näkökulmasta se oli, ja jopa nykyään se on parhaimmillaankin vaikeasti saavutettavissa.

Huolimatta siitä, että diesel ei ole kaukana tästä hyötysuhteesta, hänen moottorinsa olivat silti yli kaksi kertaa tehokkaampia kuin edeltäjänsä - noin 25 prosenttia vs. Valitettavasti hän joutui usein pyytämään hyvityksiä tuotteistaan, ja hänen elämänsä päättyi köyhyyteen, jonka hänen mukaansa väitettiin.

Mutta Dieselin räätälöity uusi lähestymistapa polttoaineen sytyttämiseen ja dieselmoottorin keksiminen ovat edelleen erittäin tärkeitä myös aikakaudella jossa käsitys kaikentyyppisistä fossiilisista polttoaineista on tullut äärimmäisen epäsuosittua, vaikka niiden käyttö jatkuisi suurelta osin valvomattomana.

Fysiikan "energia" on keskeinen käsite, mutta hieman vaikeasti selitettävä riittävästi jokapäiväisillä sanoilla. Energialla on voimayksiköt kerrottuna etäisyydellä, mutta se "ilmestyy" myös erilaisina vähemmän kvantitatiivisesti ilmaistuina. Ensisijaiset energialähteet sisältää ydinenergia, fossiiliset polttoaineet (öljy, hiili ja maakaasu) ja niin kutsutut uusiutuvat lähteet, kuten:

• **tuuli
  
• aurinko-
  
• maalämpö**
  
• vesivoimalla teho

Vuodesta 2016 noin 81,5 prosenttia Yhdysvalloissa (maailman suurin energiankuluttaja kansakuntien keskuudessa) käytetystä energiasta oli peräisin fossiilisista polttoaineista. Vaikka tämän määrän odotettiin laskevan alle 77 prosenttiin vuoteen 2040 mennessä, tosiasia on, että teollisuus maailman ei odoteta vieroittavan öljy-, maakaasu- ja kivihiiliriippuvuuttaan milloin tahansa ennakoitavissa olevassa vaiheessa tulevaisuudessa.

Tämä tapahtuu huolimatta sitkeästä, selkeästä ja toisinaan hyvin ankarasta media- ja tiedesektorin keskustelusta mahdollisista ilmastonmuutoksen tuhoisat ympäristövaikutukset, joiden odotetaan syntyvän tosissaan tämänhetkisen loppupuoliskolla vuosisadalla.

Ydinvoiman, biomassan, vesivoiman ja muiden uusiutuvien energialähteiden osuus on kasvanut lähes neljäsosaan Amerikan energiantarpeen, vain "muut uusiutuvat energialähteet" -luokan odotetaan kasvavan merkittävästi vuosikymmeninä tule.

Useimmissa lähteissä luetellaan kolme fossiilista polttoainetta osallistujina maailmanlaajuiseen ihmisen energiakoneeseen: maaöljy, maakaasu ja hiili. (Neljäs, Orimulsion-niminen öljytuote tuli käyttöön 1980-luvulla, mutta siitä tuli tehokas ei-toimija 2000-luvun ensimmäinen vuosikymmen.) Yhdessä nämä muodostivat neljä viidesosaa planeetan energiansaannista 2019.

Kaikki kiistat fossiilisten polttoaineiden käytön seurauksista, ilman niitä, elämme maailmassa, jota nykyiset maapallon matkustajat eivät tunnista. Koko maailmanlaajuinen kuljetus - ja tietoliikenneverkko riippuu energiansaannistaan ​​ja suurin osa maailman kriittiset valmistetut hyödykkeet, kuten muovi ja teräs, luottavat fossiilisiin polttoaineisiin ehdottomasti hetki.

"Fossiiliset polttoaineet" on väärä nimi, koska nämä polttoaineet eivät ole peräisin fossiileista, jotka eivät yleensä ole edes elävien olentojen jäännöksiä sinänsä, mutta vaikutelmia noista kauan kuolleista asioista kivissä ja maaperässä. Fossiiliset polttoaineet ovat peräisin eläinten ja kasvien pilaantunut biomassa joka asui miljoonia vuosia sitten, joten fossiiliset polttoaineet ja todelliset fossiilit ovat yhteydessä toisiinsa, koska ne molemmat toimivat epäsuorana todisteena muinaisesta elämästä maapallolla.

Dieselpolttoaine on eräänlainen öljy, termiä, jota käytetään vaihdettavasti jokapäiväisessä keskustelussa "öljyn" kanssa. Kolmen tärkeimmän fossiilisen polttoaineen olennaiset ominaisuudet ovat seuraavat:

Maaöljy. Tämä fossiilinen polttoaine koostuu pääosin hiilestä ja vedystä, mikä ei ole yllättävää sekä näiden alkuaineiden runsaus maapallolla yleensä että niiden runsaus elävissä olennoissa tietty. Suurimman osan siitä uskotaan syntyneen noin 252–66 miljoonaa vuotta sitten, jolloin suuren määrän kasvien elämää haudattiin tuon käsittämättömän kauan sitten valtameriin.

Öljyä - tai tarkemmin sanottuna, käytetään monia erilaisia ​​"öljyisiä" hiilivetyjä, jotka luokitellaan öljyksi valmistaa useita päivittäistuotteita, mukaan lukien bensiini ja polttoöljy dieselpolttoaineen lisäksi.

Tällä hetkellä näiden polttoaineiden polttaminen aiheuttaa yli puolet hiilidioksidipäästöistä maapallon ilmakehässä, puolestaan ​​uskotaan vaikuttavan merkittävästi maapallon pinnan ja elinympäristöjen jatkuvaan lämpenemiseen, joka on tapahtunut vuosikymmenien ajan.

Öljyn osuus oli noin 35 prosenttia Yhdysvaltain tuotetusta energiasta vuodesta 2016, ja sen odotetaan pysyvän vakaana ainakin vuoteen 2040 saakka.

Maakaasu. Tämä fossiilinen polttoaine on merkittävä värittömästä ja hajuttomasta, ominaisuuksiltaan jyrkässä vastakohdassa öljylle, joka on näissä asioissa erityisen tunkeileva aine. Öljyn tavoin se muodostui miljoonia vuosia sitten kasvi- ja eläinaineksen jäännöksistä kemikaalin välityksellä ja mekaaniset (esim. paine) olosuhteet, jotka loivat ne, eivät ilmeisesti olleet identtisiä synnyttävien olosuhteiden kanssa öljy.

Maakaasun tuotanto on noussut dramaattisesti Yhdysvalloissa 2000-luvun toisella vuosikymmenellä, mikä on melkein kokonaan seurausta "murtuminen."

Kutsutaan paremmin hydraulinen murtaminen, tämä kiistanalainen porausmenetelmä vaatii paljon vettä ja voi aiheuttaa seismistä aktiivisuutta (samanlaista kuin maanjäristykset) kärsineillä alueilla. Maakaasun osuus oli noin neljännes Yhdysvaltain energiantuotannosta vuonna 2016, mutta sen odotetaan vastaavan öljyn 35 prosentin määrää vuoteen 2040 mennessä.

Hiili. Kun hiili oli melkein ainoa sähköntuotantolaitos, se on jopa vanhempi kuin muut fossiiliset polttoaineet, sillä se on alkanut muodostua noin 360 miljoonaa vuotta sitten. Toisin kuin muut fossiiliset polttoaineet, se on myös puristettu tyypilliseen muotoon, vaikka erilaisia ​​alatyyppejä on ja ne luokitellaan hiilipitoisuuden mukaan.

Kivihiili toimittaa tällä hetkellä noin kolmanneksen maailman energiansaannista. Vaikka hiili on laskenut osuutensa Yhdysvaltain energiapiirakasta noin vuodesta 2010, hiili on edelleen erittäin suosittua maissa, joissa on historiallisesti löyhät ympäristöstandardit, kuten Kiina.

Huolimatta Yhdysvaltain hallituksen toistuvista päinvastaisista julistuksista vuodesta 2019, hiilen käytön odotetaan olevan lasku, ei pelkästään uusiutuvien energialähteiden käytön lisääntyessä, vaan myös edellä mainitun maakaasun lisääntymisen vuoksi uuttaminen. Hiilen osuus Yhdysvaltojen energiantuotannosta oli noin 15 prosenttia vuonna 2016, ja sen käytön odotetaan edelleen laskevan maltillisesti ennen kuin se vakiintuu noin 12 prosenttiin vuoteen 2040 mennessä.

Rudolf Dieselin elämänkaari on eräs traaginen kertomus. Diesel oli yliopisto-opiskelija Saksassa 1870-luvun alussa, aikana, jolloin suurkaupungit alkoivat olla valtava määrä lantaa, joka syntyy hevosista, jotka ovat tärkein tapa kuljettaa pitkiä ja lyhyitä matkoja samankaltaisesti näissä kaupunkialueilla alueilla.

Dieselin vuosikausia pyrkimyksiä käynnistää polttomoottori uusille tehokkuuden korkeuksille todennäköisesti vaikeuttivat hänen omien odotustensa ja hänen tavoitteistaan ​​tietoisen yleisön odotukset. Huolimatta suurista hyötysuhde-eduista (vaikka kaukana Dieselin pyrkimyksistä, hänen moottorit olivat yli kaksi kertaa yhtä tehokkaita kuin päivän vakioversiot).

Vuonna 1913, noin 40 vuotta työn aloittamisen jälkeen, Diesel kuoli ilmeisessä mutta toisinaan kiistanalaisessa itsemurhassa veneretkellä. Valitettavasti hän ei koskaan nähnyt keksintöluokkansa todella nousevan 1920- ja 1930-luvuilla.

Dieselmoottori on polttomoottori, mikä tarkoittaa, että se muuntaa kemiallisen energian polttoainemolekyylien sidoksista mekaaniseksi energiaksi. Vetoakseli on kytketty mäntään akselin ulkopuolella olevan saranan kautta. Mäntä on sylinterin sisällä, johon ilmaa, erityisesti happea (tarvitaan polttamiseen) ja polttoainetta pumpataan tai ruiskutetaan.

Hallittu räjähdys sylinterin sisällä, joka johtuu voimakkaasti kasvaneesta paineesta (ja tästä lämpötilasta) pakottaa männän alas, aiheuttaen akselin pyörimisen, männän ajaminen takaisin ylöspäin, kun akseli suorittaa täydellisen pyörimisen ja lisää polttoainetta ja ilmaa pumpataan sisään. Tämä sykli voi esiintyä jopa tuhansia kertoja minuutissa.

Dieselmoottorin "taika" on, että toisin kuin tavallinen polttomoottori, se ei vaadi aktiivista polttoainesytytystä. Normaalimoottorissa sylinterin lämpötila ei nouse riittävän korkeaksi polttoaineen syttymiseen ilman sähköapua - siten "sytytystulpat", jotka tekevät autoista käyttökelvottomia kaatumisen yhteydessä. Dieselmoottorissa ilma puristuu niin voimakkaasti, että polttoaine syttyy avustamatta ja polttoainetta tarvitaan vähemmän moottorin iskua kohden, mikä parantaa huomattavasti polttoainetehokkuutta.

Näiden moottoreiden suurempi hyötysuhde tai taloudellisuus tekee niistä yleensä kalliimpia ja vaikeasti ylläpidettäviä. Dieselin omana aikana tekniikka näiden ongelmien ratkaisemiseksi ei yksinkertaisesti ollut vielä saatavilla.

Dieselmoottorin ainutlaatuiset ominaisuudet johtavat siihen, että se voi käyttää erilaisia ​​öljyjä, polttoaineita, joita luonnollisesti kutsutaan dieselpolttoaineiksi. Tämä polttoaine on valmistettu raakaöljystä, ja se tuottaa noin 11-12 gallonaa dieselpolttoainetta 42 gallonan tynnyriltä käsittelemätöntä öljyä. Sitä käytetään useimmissa kuorma-autoissa, junissa, linja-autoissa ja veneissä sekä maatalousajoneuvoissa sekä rakennus- ja sotilasajoneuvoissa.

Vuonna 2006 Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) määräsi dieselin rikkipitoisuuden polttoaineiden määrää vähennetään huomattavasti, mikä on osoittautunut erittäin tehokkaaksi sen toteutuessa aika. Vuoteen 2018 mennessä noin 97 prosenttia kaikesta Amerikan teillä ja muualla käytetystä dieselöljystä koostui seoksesta, joka tunnetaan nimellä erittäin matalarikkinen diesel (ULSD).

• Vuonna 2018 dieselpolttoaineen osuus oli noin 20 prosenttia Yhdysvaltain öljyn kokonaiskulutuksesta eli noin 7 prosenttia Yhdysvaltain kokonaiskulutuksesta.