Koje je podrijetlo dizel goriva?

1892. izumitelj Rudolf Diesel stvorio revolucionarni novi proizvod goriva koji danas nosi njegovo ime. Njegov je izum, kao što je to obično slučaj u fizičkim znanostima, bio vrhunac godina napornog, ponavljajućeg i financijski nenaplativog rada.

Diesel je prvi put inspiriran predavanjem o termodinamici na Kraljevskom bavarskom veleučilištu u Münchenu, u njegovoj rodnoj Njemačkoj. (Termodinamika je proučavanje odnosa između topline i raznih drugih oblika energije.)

Diesel je postigao ono što je učinio u odlučnom bavljenju svojevrsnom fizikom "svetim gralom": motorom sa izgaranjem koji je mogao pretvoriti svu toplinu u koristan rad i prema tome bi bio 100 posto mehanički učinkovit. To su fizičari dokazali teoretski moguće, ali u praktičnom smislu bilo je, a i danas je u najboljem slučaju nedostižno.

Unatoč tome što je Diesel daleko odmakao od ovog ideala učinkovitosti, njegovi su motori i dalje bili dvostruko učinkovitiji od svojih prethodnika - oko 25 posto naspram 10 posto. Nažalost, suočavao se s čestim pozivima za povrat svojih proizvoda, a život je završio u siromaštvu, navodno vlastitom rukom.

Ali Dieselov novi pristup paljenju goriva i izum dizelskog motora i dalje su izuzetno važni čak iu doba u kojem su percepcije fosilnih goriva svih vrsta postale izuzetno nepopularne, čak i ako se njihova upotreba uglavnom uglavnom ne kontrolira.

"Energija" u fizici središnji je pojam, a donekle ga je teško objasniti svakodnevnim riječima. Energija ima jedinice snage pomnožene s udaljenošću, ali se također "pojavljuje" u raznim manje kvantificiranim oblicima. Primarni izvori energije uključuju nuklearna energija, fosilna goriva (nafta, ugljen i prirodni gas) i takozvani obnovljivi izvori kao što su:

• **vjetar
  
• solarni
  
• geotermalna **
  
• hidroelektrična vlast

Od 2016. godine oko 81,5 posto energije koja se koristi u Sjedinjenim Državama (najveći svjetski potrošač energije među državama) dobivalo se iz fosilnih goriva. Iako se do 2040. godine očekivalo da će ovaj broj pasti na ispod 77 posto, ostaje činjenica da je industrijski ne očekuje se da će se svijet odviknuti od ovisnosti o nafti, prirodnom plinu i ugljenu bilo kada u dogledno vrijeme budućnost.

To je unatoč nepopustljivom, jasnom i ponekad vrlo oštrom brbljanju medija i znanstvenog sektora o potencijalno razorni utjecaji klimatskih promjena na okoliš za koje se očekuje da će se ozbiljno pojaviti u drugoj polovici sadašnjosti stoljeću.

Dok su nuklearna energija, biomasa, hidroenergija i drugi obnovljivi izvori povećali svoj doprinos blizu jedne četvrtine Američke energetske potrebe, samo će se kategorija "ostali obnovljivi izvori" značajno povećati tijekom desetljeća dođi.

Većina izvora navodi tri fosilna goriva koja doprinose globalnom stroju ljudske energije: nafta, prirodni gas i ugljen. (Četvrti, vlasnički naftni proizvod pod nazivom Orimulsion, počeo se koristiti 1980-ih, ali je postao učinkovit igrač koji ne igra prvo desetljeće 21. stoljeća.) Zajedno su oni činili četiri petine opskrbe planeta energijom od 2019.

Sve polemike o posljedicama upotrebe fosilnih goriva na stranu, bez njih bismo živjeli u svijetu koji neprepoznatljiv može biti sadašnjim putnicima na Zemlji. Cjelokupne globalne transportne i komunikacijske mreže oslanjaju se na svoju opskrbu energijom, i to većinom svjetski proizvedene robe, poput plastike i čelika, apsolutno se oslanjaju na fosilna goriva trenutak.

"Fosilna goriva" pogrešno su nazvali, jer ta goriva ne potječu od fosila, koji uglavnom nisu ni ostaci živih bića po sebi, ali dojmovi o onim davno mrtvim stvarima u kamenju i tlu. Fosilna goriva potječu iz raspadnuta biomasa životinja i biljaka koji su živjeli prije mnogo milijuna godina, pa su fosilna goriva i stvarni fosili povezani tako da obojica služe kao neizravni dokaz drevnog života na Zemlji.

Dizel gorivo je vrsta nafte, izraz koji se koristi naizmjenično u svakodnevnom diskursu s "naftom". Osnovne karakteristike tri glavna fosilna goriva su sljedeće:

Nafta. Ovo se fosilno gorivo uglavnom sastoji od elemenata ugljika i vodika, što i ne čudi i obilje ovih elemenata na Zemlji općenito i njihovo obilje u živim bićima u posebno. Vjeruje se da je većina stvorena prije otprilike 252 milijuna i 66 milijuna godina, kada je u oceanima tog nezamislivo davnog vremena zatrpan velik dio biljnog svijeta.

Koristi se ulje - ili točnije, mnogi različiti "uljni" ugljikovodici koji se kvalificiraju kao nafta za izradu brojnih svakodnevnih proizvoda, uključujući benzin i loživo ulje, pored dizel goriva.

Trenutno je sagorijevanje ovih goriva odgovorno za više od polovice emisija "stakleničkih plinova" bogatih ugljikom u Zemljinoj atmosferi, zauzvrat se vjeruje da je glavni doprinos kontinuiranom zagrijavanju površine i staništa planeta koje se događalo tijekom desetljeća.

Nafta je činila oko 35 posto proizvedene američke energije od 2016. godine, a statistika se očekuje da će ostati stabilna barem do 2040. godine.

Prirodni gas. Ovo fosilno gorivo zapaženo je po tome što je bez boje i mirisa, što je u značajnoj suprotnosti s naftom, koja je u tim aspektima posebno nametljiva tvar. Poput nafte, nastao je prije milijuna godina iz ostataka biljne i životinjske tvari, kroz kemijsku tvar i mehanički (npr. pritisak) uvjeti koji su ih stvorili očito nisu bili identični onima koji su nastali ulje.

Proizvodnja prirodnog plina dramatično je porasla u SAD-u u drugom desetljeću 21. stoljeća, što se gotovo u potpunosti može pripisati brzom širenju provedbe "fracking."

Pravilnije nazvano hidrauličko lomljenje, ova kontroverzna tehnika bušenja zahtijeva puno vode i može prouzročiti seizmičku aktivnost (slično potresima) u pogođenim regijama. Prirodni plin donio je oko četvrtine američke opskrbe energijom u 2016. godini, ali očekuje se da će se do 2040. godine poklapati s naftom od 35 posto.

Ugljen. Nekada gotovo jedini izvor goriva za proizvodnju električne energije u elektranama, ugljen je čak stariji od ostalih fosilnih goriva, jer se počeo stvarati prije oko 360 milijuna godina. Za razliku od ostalih fosilnih goriva, također je prešano u karakterističan oblik, iako postoje različiti podtipovi i klasificirani su prema udjelu ugljika.

Ugljen trenutno opskrbljuje otprilike trećinu svjetske opskrbe energijom. Iako je smanjen u pogledu udjela u američkoj energetskoj piti od otprilike 2010. godine, ugljen je i dalje vrlo popularan u zemljama s povijesno labavim ekološkim standardima, poput Kine.

Unatoč čestim proglasima američke vlade od 2019., očekuje se da će se koristiti ugljen pad, ne samo zahvaljujući povećanoj uporabi obnovljivih izvora, već i zbog gore spomenutog porasta prirodnog plina izvlačenje. Ugljen je 2016. donio oko 15 posto američke opskrbe energijom, a očekuje se da će njegova uporaba i dalje umjereno padati prije nego što će se stabilizirati na oko 12 posto do 2040. godine.

Luk života Rudolfa Diesela predstavlja kao nešto tragično. Diesel je bio sveučilišni student u Njemačkoj početkom 1870-ih, u vrijeme kada su veliki gradovi počeli biti preplavljeni ogromna količina stajskog gnoja koji generiraju konji koji u ovim urbanim područjima služe kao glavno sredstvo za putovanje na velike i kratke udaljenosti područja.

Višegodišnji napori Diesela da lansira motor sa unutrašnjim izgaranjem do novih visina učinkovitosti vjerojatno su bili ometeni teretom njegovih vlastitih očekivanja i javnosti koja je bila svjesna njegovih ciljeva. Usprkos velikom porastu učinkovitosti (iako daleko od Dieselovih težnji, njegovi su motori bili više nego dvostruko učinkovitiji od standardnih verzija dana).

1913., nekih 40 godina nakon što je prvi put započeo svoj posao, Diesel je stradao u očitom, ali ponekad osporavanom samoubojstvu tijekom plovidbe brodom. Nažalost, nikada nije vidio kako se njegova klasa izuma stvarno zamahala u 1920-ima i 1930-ima.

Dizelski motor je motor s unutarnjim izgaranjem, što znači da kemijsku energiju iz veza u molekulama goriva pretvara u mehaničku. Pogonsko vratilo povezano je s klipom pomoću šarke na vanjskoj strani vratila. Klip je unutar cilindra u koji se pumpa ili ubrizgava zrak, posebno kisik (potreban za izgaranje) i gorivo.

Kontrolirana eksplozija unutar cilindra koja je posljedica jako povišenog tlaka (i ove temperature) prisiljava klip prema dolje, uzrokujući okretanje osovine, vozeći klip natrag prema gore dok osovina dovršava potpuno okretanje i ubrizgava se više goriva i zraka. Ovaj se ciklus može dogoditi do tisuće puta u minuti.

"Čarolija" dizelskog motora je u tome što za razliku od uobičajenog motora s unutrašnjim izgaranjem ne zahtijeva aktivno paljenje goriva. U normalnom motoru temperatura unutar cilindra ne postaje dovoljno visoka da se gorivo može zapaliti bez električne pomoći - otuda "svjećice", koje čine automobile beskorisnima u kvaru. U dizelskom motoru zrak je toliko snažno komprimiran da se gorivo pali bez pomoći i potrebno je manje goriva po hodu motora, što uvelike poboljšava učinkovitost goriva.

Veća učinkovitost ili ekonomičnost ovih motora čine ih općenito skupljima i težima za održavanje. U Dieselovo vrijeme tehnologija za rješavanje ovih problema jednostavno još nije bila dostupna.

Jedinstvena svojstva dizelskog motora rezultiraju mogućnošću korištenja različitih vrsta ulja, goriva koje se prirodno naziva dizel gorivo. To se gorivo proizvodi od sirove nafte i daje oko 11 do 12 galona dizelskog goriva po barelu neprerađene nafte od 42 litre. Koristi se u većini teretnih kamiona, vlakova, autobusa i čamaca, kao i u poljoprivrednim vozilima i građevinskim i vojnim vozilima.

Američka agencija za zaštitu okoliša (EPA) 2006. je odredila da sumpor sadrži dizel goriva znatno smanjiti, mjera koja se pokazala izuzetno učinkovitom tijekom provedbe vrijeme. Do 2018. godine oko 97 posto cjelokupnog dizela koji se koristi na američkim cestama i drugdje sastojao se od mješavine poznate kao ultra nisko sumporni dizel (ULSD).

• U 2018. godini dizelsko gorivo činilo je oko 20 posto ukupne američke potrošnje nafte ili oko 7 posto ukupne američke potrošnje goriva.