Apa Asal-usul Bahan Bakar Diesel?

Pada tahun 1892, penemunya Rudolf Diesel menciptakan produk bahan bakar baru yang revolusioner yang saat ini menyandang namanya. Penemuannya, seperti yang biasa terjadi dalam ilmu fisika, adalah puncak dari kerja keras, berulang-ulang, dan tidak menguntungkan secara finansial selama bertahun-tahun.

Diesel pertama kali terinspirasi oleh kuliah termodinamika di Royal Bavarian Polytechnic of Munich, di negara asalnya Jerman. (Termodinamika adalah studi tentang hubungan antara panas dan berbagai bentuk energi lainnya.)

Diesel mencapai apa yang dia lakukan dalam pengejaran yang ditentukan semacam fisika "cawan suci": mesin pembakaran yang dapat mengubah semua panas menjadi pekerjaan yang berguna dan karenanya akan menjadi 100 persen efisien secara mekanis. Hal ini telah dibuktikan oleh fisikawan untuk secara teoretis mungkin, tetapi dalam istilah praktis itu, dan bahkan hari ini tetap sulit dipahami.

Meskipun Diesel jauh dari efisiensi ideal ini, mesinnya masih dua kali lebih efisien dari pendahulunya – sekitar 25 persen berbanding 10 persen. Sayangnya, dia sering menghadapi panggilan untuk pengembalian uang atas produknya, dan hidupnya berakhir dalam kemiskinan, dilaporkan oleh tangannya sendiri.

Tetapi pendekatan baru yang disesuaikan dengan Diesel untuk menyalakan bahan bakar dan penemuan mesin diesel tetap sangat penting bahkan di zaman ini. di mana persepsi bahan bakar fosil dari semua jenis menjadi sangat tidak populer, bahkan jika penggunaannya terus berlanjut.

"Energi" dalam fisika adalah konsep sentral, namun agak sulit untuk dijelaskan secara memadai dalam kata-kata sehari-hari. Energi memiliki satuan kekuatan dikalikan dengan jarak, tetapi juga "muncul" dalam berbagai samaran yang kurang dapat diukur. Sumber energi primer termasuk energi nuklir, bahan bakar fosil (minyak, batu bara dan gas alam) dan apa yang disebut sumber terbarukan seperti:

• **angin
  
• tenaga surya
  
• panas bumi**
  
• pembangkit listrik tenaga air kekuasaan

Pada 2016, sekitar 81,5 persen energi yang digunakan di Amerika Serikat (konsumen energi terbesar di dunia di antara negara-negara) berasal dari bahan bakar fosil. Sementara jumlah ini diperkirakan akan turun menjadi di bawah 77 persen pada tahun 2040, faktanya tetap bahwa industri dunia tidak diharapkan untuk melepaskan diri dari ketergantungan minyak, gas alam dan batu bara kapan saja di masa mendatang masa depan.

Ini terlepas dari obrolan media dan sektor sains yang keras, jelas, dan terkadang sangat lantang tentang potensi dampak lingkungan yang merusak dari perubahan iklim yang diperkirakan akan muncul dengan sungguh-sungguh pada paruh kedua saat ini abad.

Sementara tenaga nuklir, biomassa, tenaga air, dan energi terbarukan lainnya telah berkembang memberikan kontribusi hampir seperempat dari Kebutuhan energi Amerika, hanya kategori "energi terbarukan lainnya" yang diperkirakan akan tumbuh secara signifikan dalam beberapa dekade ke datang.

Sebagian besar sumber mencantumkan tiga bahan bakar fosil sebagai kontributor mesin energi manusia global: minyak bumi, gas alam dan batu bara. (Yang keempat, produk minyak berpemilik yang disebut Orimulsion, mulai digunakan pada 1980-an tetapi menjadi non-pemain yang efektif dalam dekade pertama abad ke-21.) Bersama-sama, ini menyumbang empat perlima dari pasokan energi planet ini pada 2019.

Terlepas dari semua kontroversi tentang konsekuensi penggunaan bahan bakar fosil, tanpa mereka, kita akan hidup di dunia yang tidak dapat dikenali oleh penjelajah Bumi saat ini. Seluruh jaringan transportasi dan komunikasi global bergantung pada pasokan energi mereka, dan sebagian besar komoditas manufaktur penting dunia, seperti plastik dan baja, sangat bergantung pada bahan bakar fosil di saat.

"Bahan bakar fosil" adalah istilah yang salah, karena bahan bakar ini tidak berasal dari fosil, yang umumnya bahkan bukan sisa-sisa makhluk hidup. sendiri, tapi kesan benda-benda yang sudah lama mati di bebatuan dan tanah. Bahan bakar fosil memang berasal dari biomassa hewan dan tumbuhan yang membusuk yang hidup jutaan tahun yang lalu, jadi bahan bakar fosil dan fosil sebenarnya saling terkait sehingga keduanya berfungsi sebagai bukti tidak langsung kehidupan purba di Bumi.

Bahan bakar diesel adalah sejenis minyak bumi, istilah yang digunakan secara bergantian dalam wacana sehari-hari dengan "minyak". Karakteristik penting dari tiga bahan bakar fosil utama adalah sebagai berikut:

Minyak bumi. Bahan bakar fosil ini sebagian besar terdiri dari unsur karbon dan hidrogen, yang tidak mengherankan mengingat baik kelimpahan unsur-unsur ini di Bumi secara umum maupun kelimpahannya dalam makhluk hidup di tertentu. Sebagian besar diyakini telah dibuat antara sekitar 252 juta dan 66 juta tahun yang lalu, ketika banyak kehidupan tanaman terkubur di lautan pada waktu yang sangat lama yang tak terbayangkan.

Minyak – atau lebih tepatnya, banyak hidrokarbon "berminyak" yang berbeda yang memenuhi syarat sebagai minyak bumi - digunakan untuk membuat sejumlah produk sehari-hari, termasuk bensin dan minyak pemanas selain solar.

Saat ini, pembakaran bahan bakar ini bertanggung jawab atas lebih dari setengah emisi "gas rumah kaca" yang kaya karbon di atmosfer bumi, pada gilirannya diyakini sebagai kontributor utama pemanasan terus-menerus dari permukaan planet dan habitat yang telah terjadi selama dekade.

Minyak menyumbang sekitar 35 persen dari energi AS yang diproduksi pada 2016, sebuah statistik yang diperkirakan akan tetap stabil hingga setidaknya 2040.

Gas alam. Bahan bakar fosil ini terkenal karena tidak berwarna dan tidak berbau, kualitas yang sangat kontras dengan minyak bumi, zat yang sangat mengganggu dalam aspek ini. Seperti minyak bumi, ia terbentuk jutaan tahun yang lalu dari sisa-sisa materi tumbuhan dan hewan, melalui bahan kimia dan kondisi mekanis (misalnya, tekanan) yang menciptakannya jelas tidak identik dengan yang menimbulkan minyak.

Produksi gas alam telah meningkat secara dramatis di AS pada dekade kedua abad ke-21, sebuah efek yang hampir seluruhnya disebabkan oleh penyebaran cepat penerapan "fracking."

Lebih tepat disebut rekahan hidrolik, teknik pengeboran kontroversial ini membutuhkan banyak air dan dapat menyebabkan aktivitas seismik (mirip dengan gempa bumi) di daerah yang terkena dampak. Gas alam menyumbang sekitar seperempat dari pasokan energi AS pada tahun 2016, tetapi diperkirakan akan menyamai angka 35 persen minyak bumi pada tahun 2040.

Batu bara. Setelah hampir menjadi satu-satunya sumber bahan bakar untuk menghasilkan listrik di pembangkit listrik, batu bara bahkan lebih tua dari bahan bakar fosil lainnya, yang mulai terbentuk sekitar 360 juta tahun yang lalu. Berbeda dengan bahan bakar fosil lainnya, ia juga telah dikompresi menjadi bentuk yang khas, meskipun ada berbagai subtipe dan diklasifikasikan menurut kandungan karbonnya.

Batubara saat ini memasok sekitar sepertiga dari pasokan energi dunia. Meskipun telah turun dalam hal pangsa kue energi A.S. sejak sekitar 2010, batubara tetap sangat populer di negara-negara dengan standar lingkungan yang secara historis lemah seperti China.

Meskipun sering ada proklamasi yang bertentangan dari pemerintah AS pada 2019, penggunaan batu bara diperkirakan akan menurun, tidak hanya karena peningkatan penggunaan energi terbarukan tetapi juga karena lonjakan gas alam yang disebutkan di atas. ekstraksi. Batubara menyumbang sekitar 15 persen dari pasokan energi AS pada tahun 2016, dan penggunaannya diperkirakan akan terus turun sedikit sebelum stabil di sekitar 12 persen pada tahun 2040.

Busur kehidupan Rudolf Diesel disajikan sebagai sesuatu yang tragis. Diesel adalah seorang mahasiswa di Jerman pada awal 1870-an, pada saat kota-kota besar mulai kewalahan oleh banyaknya kotoran yang dihasilkan oleh kuda yang berfungsi sebagai sarana utama untuk melakukan perjalanan jarak jauh dan pendek di perkotaan ini alike daerah.

Upaya Diesel selama bertahun-tahun untuk meluncurkan mesin pembakaran ke tingkat efisiensi yang baru mungkin terhambat oleh beban harapannya sendiri, dan beban harapan publik yang menyadari tujuannya. Meskipun membuat keuntungan efisiensi yang besar (walaupun jauh dari aspirasi Diesel, mesinnya lebih dari dua kali lebih efisien dari versi standar hari itu).

Pada tahun 1913, sekitar 40 tahun setelah ia pertama kali memulai pekerjaannya, Diesel tewas dalam sebuah bunuh diri yang tampak tetapi kadang-kadang diperdebatkan selama perjalanan dengan kapal. Sayangnya, dia tidak pernah melihat kelas penemuannya benar-benar lepas landas pada 1920-an dan 1930-an.

Mesin diesel adalah mesin pembakaran internal, yang berarti mengubah energi kimia dari ikatan dalam molekul bahan bakar menjadi energi mekanik. Poros penggerak terhubung ke piston melalui engsel di bagian luar poros. Piston berada di dalam silinder di mana udara, khususnya oksigen (diperlukan untuk pembakaran) dan bahan bakar dipompa, atau disuntikkan.

Ledakan terkontrol di dalam silinder yang dihasilkan dari tekanan yang sangat meningkat (dan suhu ini) memaksa piston turun, menyebabkan poros berputar, mendorong piston kembali ke atas saat poros menyelesaikan putaran penuh dan lebih banyak bahan bakar dan udara dipompa masuk. Siklus ini dapat terjadi hingga ribuan kali per menit.

"Keajaiban" mesin diesel adalah, tidak seperti mesin pembakaran biasa, mesin ini tidak memerlukan penyalaan bahan bakar aktif. Dalam mesin normal, suhu di dalam silinder tidak cukup tinggi untuk bahan bakar menyala tanpa bantuan listrik - maka "busi", yang membuat mobil tidak berguna ketika gagal. Dalam mesin diesel, udara dikompresi dengan sangat kuat sehingga bahan bakar menyala tanpa bantuan dan lebih sedikit bahan bakar yang dibutuhkan per langkah mesin, sangat meningkatkan efisiensi bahan bakar.

Efisiensi yang lebih besar, atau ekonomi, dari mesin ini membuat mereka umumnya lebih mahal dan sulit untuk dirawat. Di masa Diesel sendiri, teknologi untuk mengatasi masalah ini belum tersedia.

Sifat unik dari mesin diesel menghasilkan kemampuannya untuk menggunakan berbagai jenis minyak, bahan bakar yang secara alami disebut bahan bakar diesel. Bahan bakar ini terbuat dari minyak mentah, dan menghasilkan sekitar 11 hingga 12 galon bahan bakar diesel per 42 galon barel minyak bumi yang belum diproses. Ini digunakan di sebagian besar truk barang, kereta api, bus dan kapal serta kendaraan pertanian dan konstruksi dan kendaraan militer.

Pada tahun 2006, Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) mengamanatkan bahwa kandungan belerang dari solar bahan bakar menjadi sangat berkurang, suatu tindakan yang telah terbukti sangat efektif karena telah diterapkan selama ini waktu. Pada tahun 2018, sekitar 97 persen dari semua diesel yang digunakan di jalan-jalan Amerika dan di tempat lain terdiri dari campuran yang dikenal sebagai diesel sulfur ultra-rendah (ULSD).

• Pada tahun 2018, bahan bakar diesel menyumbang sekitar 20 persen dari total penggunaan minyak bumi AS, atau sekitar 7 persen dari konsumsi bahan bakar Amerika secara keseluruhan.