מה מקור הדלק הסולרי?

בשנת 1892, הממציא רודולף דיזל יצר מוצר דלק חדש ומהפכני הנושא את שמו. המצאתו, כפי שקורה בדרך כלל במדעי הפיסיקה, הייתה שיאה של שנים של עבודה קשה, חוזרת ונשנית כלכלית.

דיזל קיבל השראה לראשונה מהרצאה תרמודינמיקה במכון הפוליטכני המלכותי בוואריה במינכן, בגרמניה. (תֶרמוֹדִינָמִיקָה הוא חקר הקשר בין חום לצורות האנרגיה השונות האחרות.)

דיזל הגיע למה שעשה במרדף הנחוש מעין "גביע קדוש" בפיסיקה: מנוע בעירה שיכול להמיר את כל החום לעבודה מועילה ולכן יהיה 100 אחוז. יעילה מכנית. זה הוכח על ידי הפיזיקאים בפני תיאורטית אפשרי, אבל מבחינה מעשית זה היה, וגם היום נשאר חמקמק במקרה הטוב.

למרות שדיזל נפל בהרבה מאידיאל היעילות הזה, המנועים שלו עדיין היו יעילים פי שניים מקודמיהם - בערך 25 אחוזים לעומת 10 אחוזים. למרבה הצער, הוא עמד בפני קריאות תכופות להחזר על מוצריו, וחייו הסתיימו בעוני, על פי הדיווחים בידו.

אולם הגישה החדשה המותאמת של דיזל להצית דלק והמצאת מנוע הדיזל נותרה חשובה מאוד גם בעידן שתפיסתם של דלקים מאובנים מכל הסוגים הפכה לא פופולרית מאוד, גם אם השימוש בהם נמשך במידה רבה ללא בקרה.

"אנרגיה" בפיזיקה היא מושג מרכזי, אך עדיין קשה למדי להסביר במילים יומיומיות. לאנרגיה יש יחידות כוח המוכפלות במרחק, אך גם "מופיעות" במגוון לבושים פחות ניתנים לכימות.

• **רוּחַ
  
• סוֹלָרִי
  
• גיאותרמית **
  
• הידרואלקטרית כּוֹחַ

נכון לשנת 2016, כ -81.5 אחוז מהאנרגיה המשמשת בארצות הברית (צרכן האנרגיה הגדול ביותר בעולם בין המדינות) נגזרה מדלקים מאובנים. בעוד מספר זה היה צפוי לרדת עד מתחת ל -77% עד שנת 2040, העובדה היא שהתעשייה העולם לא צפוי להיגמל מתלותו בנפט, בגז הטבעי ובפחם בכל עת עתיד.

זאת למרות קשקושים תקשורתיים ומגזרים מדעיים לא קלים, ברורים ולעיתים מאוד נוקשים לגבי הפוטנציאל השפעות סביבתיות הרסניות של שינויי אקלים שצפויות להתעורר ברצינות במחצית השנייה של ימינו מֵאָה.

בעוד שאנרגיה גרעינית, ביומסה, הידרו אנרגיה ומתחדשים אחרים צמחו לתרום קרוב לרבע מכמות זו צרכי האנרגיה של אמריקה, רק הקטגוריה "מתחדשים אחרים" צפויה לגדול משמעותית בעשורים האחרונים לבוא.

מרבית המקורות מציגים שלושה דלקים מאובנים כתורמים למכונת האנרגיה האנושית העולמית: נֵפט, גז טבעי ו פֶּחָם. (רביעית, מוצר נפט קנייני בשם Orimulsion, נכנס לשימוש בשנות השמונים אך הפך לשחקן לא יעיל בתחום בעשור הראשון של המאה ה -21.) יחד היוו ארבע חמישיות מאספקת האנרגיה של כדור הארץ נכון להיום 2019.

כל המחלוקות לגבי ההשלכות של השימוש בדלקים מאובנים מלבד, בלעדיהן, היינו חיים בעולם שאינו מוכר למטיילים הנוכחיים בכדור הארץ. כל רשתות התחבורה והתקשורת העולמיות מסתמכות על אספקת האנרגיה שלהן, ורובן סחורות מיוצרות קריטיות בעולם, כגון פלסטיק ופלדה, מסתמכות על דלקים מאובנים לחלוטין רֶגַע.

"דלקים מאובנים" הוא שם לא נכון, מכיוון שדלקים אלה אינם מגיעים מאובנים, שבדרך כלל אינם אפילו שרידים של יצורים חיים. כְּשֶׁלְעַצמוֹ, אך רשמים מאותם דברים מתים מזמן בסלעים ובאדמה. דלקים מאובנים אכן מגיעים מה- ביומסה נרקבת של בעלי חיים וצמחים שחיו לפני מיליוני שנים רבות, ולכן דלקים מאובנים ומאובנים אמיתיים קשורים בכך ששניהם משמשים כראיה עקיפה לחיים קדומים בכדור הארץ.

סולר הוא סוג של נפט, מונח המשמש להחלפה בשיח היומיומי עם "נפט". המאפיינים המהותיים של שלושת הדלקים המאובנים הם כדלקמן:

נֵפט. דלק מאובנים זה מורכב בעיקר מהיסודות פחמן ומימן, מה שלא מפתיע בהתחשב בכך הן את שפע היסודות הללו על פני כדור הארץ בכלל והן את שפע היצורים החיים שלהם מיוחד. ההערכה היא שרובו נוצר בין כ- 252 מיליון ל -66 מיליון שנה, כאשר הרבה צמחים נקברו באוקיאנוסים של אותה תקופה מזמן שלא ניתן לדמיין.

משתמשים בשמן - או ליתר דיוק, בפחמימנים ה"שמנים "הרבים השונים שמאחזים בנפט לייצר מספר מוצרים יומיומיים, כולל בנזין וחימום נפט בנוסף לסולר.

נכון לעכשיו שריפת דלקים אלה אחראית למעל מחצית מפליטת "גזי החממה" העשירה בפחמן באטמוספירה של כדור הארץ, בתורו האמין כי הוא תורם עיקרי להתחממות מתמדת של פני כדור הארץ ובתי הגידול שהתרחשה במשך עשרות שנים.

הנפט היווה כ -35% מהאנרגיה האמריקאית שהופקה נכון לשנת 2016, נתון שצפוי להישאר יציב לפחות בשנת 2040.

גז טבעי. דלק מאובנים זה בולט בשל היותו חסר צבע וחסר ריח, תכונות העומדות בניגוד מוחלט לנפט, חומר פולשני במיוחד בהיבטים אלה. כמו נפט, הוא נוצר לפני מיליוני שנים משרידי חומר צמחי ובעלי חיים דרך הכימיקל והתנאים המכניים (למשל, לחץ) שיצרו אותם לא היו ברור זהים לאלו שהולידו שמן.

ייצור הגז הטבעי עלה בצורה דרמטית בארה"ב בעשור השני של המאה ה -21, והשפעה כמעט כולה נובעת מהתפשטות המהירה של יישום "fracking."

נכון יותר נקרא שבר הידראולי, טכניקת קידוח שנויה במחלוקת זו מצריכה מים רבים ועלולה לגרום לפעילות סייסמית (בדומה לרעידות אדמה) באזורים שנפגעו. גז טבעי תרם כרבע מאספקת האנרגיה בארה"ב בשנת 2016, אך הוא צפוי להתאים לנתון הנפט של 35 אחוזים עד שנת 2040.

פֶּחָם. בעבר, כמעט מקור הדלק היחיד לייצור חשמל בתחנות כוח, הפחם אפילו ישן יותר משאר הדלקים המאובנים, לאחר שהחל להיווצר לפני כ -360 מיליון שנה. בניגוד לשאר הדלקים המאובנים, הוא נדחס גם לצורה אופיינית, אם כי קיימים תת-סוגים שונים ומסווגים לפי תכולת פחמן.

הפחם מספק כיום כרגע כשליש מאספקת האנרגיה בעולם. למרות שהיא נפלה מבחינת חלקה בעוגת האנרגיה בארה"ב מאז שנת 2010, הפחם נשאר פופולרי מאוד במדינות עם תקנים סביבתיים רופפים היסטורית כמו סין.

למרות הכרזות תכופות המנוגדות מצד ממשלת ארה"ב נכון לשנת 2019, השימוש בפחם צפוי ירידה, לא רק בזכות עלייה בשימוש בחומרים מתחדשים, אלא בגלל הזינוק של הגז הטבעי הנ"ל הוֹצָאָה. הפחם תרם כ -15% מאספקת האנרגיה בארה"ב בשנת 2016, והשימוש בו צפוי להמשיך ולרדת בצניעות לפני שהתייצב על 12% עד 2040.

קשת חייו של רודולף דיזל מציגה משהו של סיפור טרגי. דיזל היה סטודנט באוניברסיטה בגרמניה בראשית שנות ה -70 של המאה העשרים, בתקופה בה ערים גדולות החלו להיות המומות מה כמות זבל עצומה שנוצרת על ידי הסוסים המשמשים כאמצעי העיקרי לנסיעה למרחקים ארוכים וקצרים כאחד בערים אלה אזורים.

המאמצים ארוכי השנים של דיזל להשיק את מנוע הבעירה לגבהים יעילים חדשים נפגעו ככל הנראה בנטל הציפיות שלו, ובציבור שהיה מודע למטרותיו. למרות שעשה רווחי יעילות גדולים (למרות שהם רחוקים משאיפותיו של דיזל, המנועים שלו היו יעילים פי שניים מהגרסאות הסטנדרטיות של היום).

בשנת 1913, כ 40 שנה לאחר תחילת עבודתו, דיזל נספה בהתאבדות לכאורה אך שנויה במחלוקת במהלך הפלגה בסירה. למרבה הצער, הוא מעולם לא זכה לראות את מעמד ההמצאות שלו ממריא באמת בשנות העשרים והשלושים.

מנוע דיזל הוא מנוע בעירה פנימית, כלומר ממיר אנרגיה כימית מהקשרים במולקולות הדלק לאנרגיה מכנית. פיר כונן מחובר לבוכנה דרך ציר בחלקו החיצוני של הפיר. הבוכנה נמצאת בתוך גליל שאליו נשאב או מזריקים אוויר, במיוחד חמצן (נדרש לבעירה) והדלק.

הפיצוץ המבוקר בתוך הגליל הנובע מלחץ מוגבר מאוד (וטמפרטורה זו) מכריח את הבוכנה כלפי מטה, גורם לסיבוב הפיר, הנעת הבוכנה חזרה כלפי מעלה כאשר הפיר משלים סיבוב מלא ונשאב יותר דלק ואוויר. מחזור זה יכול להתרחש עד אלפי פעמים בדקה.

ה"קסם "של מנוע דיזל הוא שבניגוד למנוע בעירה רגיל, הוא אינו מצריך שום הצתה של דלק פעיל. במנוע רגיל, הטמפרטורה בתוך הצילינדר לא די גבוהה כדי שהדלק יתלקח ללא סיוע חשמלי - ומכאן "מצתים", מה שהופך את המכוניות לחסרות תועלת כאשר הן נכשלות. במנוע דיזל האוויר דחוס כל כך חזק, עד שהדלק נדלק ללא עזרה ויש צורך בפחות דלק לכל פעימות מנוע, מה שמשפר מאוד את יעילות הדלק.

היעילות, או החיסכון הגבוה יותר של מנועים אלה הופכת אותם בדרך כלל ליקרים יותר וקשים יותר לתחזוקה. בתקופת דיזל עצמה הטכנולוגיה לטיפול בבעיות אלה פשוט עדיין לא הייתה זמינה.

המאפיינים הייחודיים של מנוע דיזל גורמים לכך שהוא יכול להשתמש בסוגים שונים של נפט, דלק הנקרא באופן טבעי דלק סולר. דלק זה מיוצר מנפט גולמי, ומניב כ -11 עד 12 ליטרים סולר לכל חבית נפט לא מעובדת. הוא משמש ברוב משאיות משא, רכבות, אוטובוסים וסירות, כמו גם רכבים חקלאיים ורכבי בנייה וצבא.

בשנת 2006, הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית (EPA) חייבה את תכולת הגופרית בסולר דלקים מופחתים מאוד, אמצעי שהוכיח יעילות רבה ככל שיושם זְמַן. עד שנת 2018, כ -97% מכל הסולר בשימוש בכבישי אמריקה ובמקומות אחרים היה מורכב מתערובת המכונה סולר נמוך-גופרית נמוכה (ULSD).

• בשנת 2018, הסולר היווה כ -20% מסך השימוש בנפט בארה"ב, או כ -7% מכלל צריכת הדלק האמריקאית.