Kokia yra dyzelinio kuro kilmė?

1892 metais išradėjas Rudolfas Dieselas sukūrė naują revoliucinį kuro produktą, kuris šiandien neša jo vardą. Jo išradimas, kaip paprastai būna fizinių mokslų srityje, buvo daugelio metų sunkaus, pasikartojančio ir finansiškai neatlygintino darbo kulminacija.

Pirmą kartą Dyzelį įkvėpė termodinamikos paskaita Miuncheno karališkojoje Bavarijos politechnikume, gimtojoje Vokietijoje. (Termodinamika yra šilumos ir įvairių kitų energijos formų santykio tyrimas.)

Dyzelinas pasiekė tai, ką jis padarė ryžtingai siekdamas tam tikros fizikos „šventosios gralės“: degimo variklio, kuris visą šilumą pavertė naudingu darbu, todėl būtų 100 proc. mechaniškai efektyvus. Tai įrodė fizikai teoriškai įmanoma, bet praktiškai tai buvo ir geriausiu atveju net ir šiandien tebėra nepastebima.

Nepaisant to, kad dyzelinas gerokai nepasiekė šio efektyvumo idealo, jo varikliai vis tiek buvo dvigubai efektyvesni nei jų pirmtakai - apie 25 proc., Palyginti su 10 proc. Deja, jis dažnai ragino grąžinti grąžinamąsias išmokas už savo produktus, o jo gyvenimas baigėsi skurdu, kaip pranešama, jo paties ranka.

Tačiau pritaikytas naujas „Diesel“ požiūris į degalų uždegimą ir dyzelinio variklio išradimas išlieka nepaprastai svarbūs net ir amžiuje visų rūšių iškastinio kuro suvokimas tapo nepopuliarus, net jei jų naudojimas ir toliau beveik netikrinamas.

„Energija“ fizikoje yra pagrindinė sąvoka, tačiau šiek tiek sunku tinkamai paaiškinti kasdieniais žodžiais. Energija turi jėgos vienetus, padaugintus iš atstumo, tačiau taip pat „pasirodo“ įvairiais mažiau kiekybiškai įvertinamais būdais. Pirminiai energijos šaltiniai įtraukti atominė energija, iškastinis kuras (nafta, anglis ir gamtinių dujų) ir vadinamieji atsinaujinantys šaltiniai, tokie kaip:

• ** vėjas
  
• saulės
  
• geoterminis **
  
• hidroelektrinė galia

Nuo 2016 m. Apie 81,5 proc. Jungtinėse Valstijose (didžiausias pasaulyje energijos vartotojas tarp tautų) sunaudojamos energijos buvo gaunama iš iškastinio kuro. Nors iki 2040 m. Buvo tikimasi, kad šis skaičius sumažės iki mažiau nei 77 proc., Išlieka faktas, kad pramoninė Nesitikima, kad pasaulis bet kada iš anksto gali atpratinti savo priklausomybę nuo naftos, gamtinių dujų ir anglies ateityje.

Nepaisant nepalankios, aiškios ir kartais labai griežtos žiniasklaidos ir mokslo sektoriaus plepių apie potencialiai niokojantis klimato kaitos poveikis aplinkai, kuris, kaip manoma, rimtai kils antroje dabarties pusėje amžiaus.

Nors branduolinė energija, biomasė, hidroenergija ir kiti atsinaujinantys energijos šaltiniai išaugo beveik ketvirtadaliu Tikimasi, kad Amerikos energijos poreikiai per dešimtmečius žymiai išaugs tik „kitų atsinaujinančių šaltinių“ kategorijoje ateiti.

Daugelyje šaltinių trys iškastiniai degalai yra prisidedantys prie pasaulinės žmogaus energijos mašinos: naftos, gamtinių dujų ir anglis. (Ketvirtas, patentuotas naftos produktas, vadinamas „Orimulsion“, buvo pradėtas naudoti praėjusio amžiaus devintajame dešimtmetyje, tačiau tapo pirmasis XXI amžiaus dešimtmetis.) Tai kartu sudarė keturis penktadalius planetos energijos 2019.

Visi ginčai dėl iškastinio kuro naudojimo pasekmių, be jų, gyventume dabartinių Žemės keliautojų neatpažįstamame pasaulyje. Visi pasauliniai transporto ir ryšių tinklai priklauso nuo energijos tiekimo ir didžioji dalis pasaulio kritiškai gaminamos prekės, tokios kaip plastikas ir plienas, visiškai priklauso nuo iškastinio kuro momentas.

„Iškastinis kuras“ yra klaidingas pavadinimas, nes šis kuras nėra iš fosilijų, kurios paprastai net nėra gyvų dalykų likučiai per se, bet įspūdžiai apie tuos seniai mirusius daiktus uolose ir dirvožemyje. Iškastinis kuras gaunamas iš sunykusi gyvūnų ir augalų biomasė gyvenęs prieš daugelį milijonų metų, todėl iškastinis kuras ir tikrosios fosilijos yra susijusios, nes jos abi yra netiesioginis senovės gyvenimo Žemėje įrodymas.

Dyzelinis kuras yra tam tikra nafta, ši sąvoka vartojama pakaitomis kasdieniame diskurse su „nafta“. Pagrindinės trijų pagrindinių iškastinio kuro savybės yra šios:

Nafta. Šį iškastinį kurą daugiausia sudaro anglies ir vandenilio elementai, o tai nenuostabu ir šių elementų gausa Žemėje apskritai, ir jų gausa gyvosiose būtybėse ypač. Manoma, kad didžioji jo dalis buvo sukurta maždaug prieš 252–66 milijonus metų, kai to neįsivaizduojamai seno laiko vandenynuose buvo palaidota daug augalų.

Naudojamas aliejus arba, tiksliau tariant, daugybė skirtingų „aliejinių“ angliavandenilių, kurie gali būti laikomi nafta gaminti daugybę kasdienių produktų, įskaitant dyzelinį kurą, įskaitant benziną ir mazutą.

Šiuo metu deginant šiuos degalus išmetama daugiau nei pusė anglies dioksido turinčių šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų Žemės atmosferoje, savo ruožtu manoma, kad tai yra pagrindinis indėlis į nuolatinį planetos paviršiaus ir buveinių atšilimą, kuris dešimtmečiais.

Nafta sudarė apie 35 proc. JAV pagamintos energijos nuo 2016 m., Tikimasi, kad statistika išliks stabili mažiausiai 2040 m.

Gamtinių dujų. Šis iškastinis kuras pasižymi bespalviu ir bekvapiu poveikiu, kuris labai skiriasi nuo naftos, kuri šiais aspektais yra ypač įkyri medžiaga. Kaip ir nafta, ji prieš milijonus metų susidarė iš augalinių ir gyvūninių medžiagų liekanų per cheminę medžiagą ir jas sukūrusios mechaninės (pvz., slėgio) sąlygos akivaizdžiai nebuvo tapačios toms, kurios jas sukelia Alyva.

Antrojo XXI amžiaus dešimtmečio metu JAV labai išaugo gamtinių dujų gamyba. Šis efektas beveik visiškai siejamas su greitu „skaldymas."

Tinkamiau vadinama hidraulinis skaldymas, šiai prieštaringai vertinamai gręžimo technikai reikia daug vandens ir nukentėjusiuose regionuose ji gali sukelti seisminę veiklą (panašią į žemės drebėjimus). Gamtinės dujos 2016 m. Sudarė maždaug ketvirtadalį JAV energijos tiekimo, tačiau tikimasi, kad iki 2040 m. Naftos rodikliai atitiks 35 proc.

Anglis. Kadaise buvęs beveik vienintelis kuro šaltinis elektrai gaminti elektrinėse, anglis yra senesnė nei kitas iškastinis kuras, pradėjęs formuotis maždaug prieš 360 milijonų metų. Skirtingai nuo kitų iškastinių degalų, jis taip pat buvo suspaustas į būdingą formą, nors egzistuoja įvairūs potipiai ir jie klasifikuojami pagal anglies kiekį.

Šiuo metu anglis tiekia maždaug trečdalį pasaulio energijos. Nors maždaug nuo 2010 m. Ji sumažėjo pagal JAV energetinio pyrago dalį, anglis išlieka labai populiari šalyse, kuriose istoriškai taikomi ekologiški standartai, pavyzdžiui, Kinija.

Nepaisant to, kad nuo 2019 m. JAV vyriausybė dažnai skelbia priešingai, tikimasi, kad anglis bus naudojama nuosmukis ne tik dėl atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo padidėjimo, bet ir dėl jau minėto gamtinių dujų gavyba. Anglis 2016 m. Sudarė apie 15 proc. JAV energijos tiekimo, ir tikimasi, kad jos naudojimas ir toliau kukliai sumažės, o iki 2040 m. Stabilizuosis maždaug 12 proc.

Rudolfo Dieselio gyvenimo lankas yra tragiškas pasakojimas. 1870-ųjų pradžioje dyzelinas buvo universiteto studentas Vokietijoje, tuo metu, kai didžiuosius miestus ėmė didžiulis mėšlo kiekis, kurį sukuria arkliai, kurie yra pagrindinė priemonė važinėti dideliais ir trumpais atstumais šiuose miestuose srityse.

Daugelį metų trukusias dyzelino pastangas paleisti degimo variklį į naujas efektyvumo aukštumas tikriausiai apsunkino jo paties ir jo tikslus žinančios visuomenės lūkesčiai. Nepaisant to, kad pasiektas didelis efektyvumo padidėjimas (nors ir gerokai nepasiekęs „Diesel“ siekių, jo varikliai buvo daugiau nei dvigubai efektyvesni nei standartinės dienos versijos).

1913 m., Praėjus maždaug 40 metų nuo pirmojo darbo pradžios, Dieselis žuvo akivaizdžioje, tačiau kartais ginčijamoje savižudybėje per kelionę laivu. Deja, jis niekada nematė, kad jo išradimų klasė 1920–1930 m.

Dyzelinis variklis yra vidaus degimo variklis, o tai reiškia, kad jis paverčia cheminę energiją iš kuro molekulėse esančių jungčių į mechaninę energiją. Varomasis velenas yra sujungtas su stūmokliu per vyrį veleno išorėje. Stūmoklis yra cilindro viduje, į kurį pumpuojamas arba įpurškiamas oras, ypač deguonis (reikalingas degimui) ir kuras.

Valdomas sprogimas cilindro viduje dėl labai padidėjusio slėgio (ir šios temperatūros) verčia stūmoklį žemyn, sukdamas veleną, stūmoklis varomas atgal į viršų, kai velenas užbaigia visą sukimąsi ir pumpuojamas daugiau degalų ir oro. Šis ciklas gali pasireikšti iki daugybės tūkstančių kartų per minutę.

Dyzelinio variklio „magija“ yra ta, kad, priešingai nei įprastas degimo variklis, jam nereikia jokio aktyvaus kuro uždegimo. Įprasto variklio temperatūra cilindre nėra pakankamai aukšta, kad degalai galėtų užsidegti be elektros pagalbos - taigi „žvakės“, dėl kurių automobiliai sugenda, tampa nenaudingi. Dyzeliniame variklyje oras yra taip stipriai suspaustas, kad degalai užsidega be pagalbos ir reikia mažiau degalų per vieną variklio eigą, o tai labai pagerina degalų efektyvumą.

Didesnis šių variklių efektyvumas arba ekonomiškumas juos paprastai brangina ir juos sunku prižiūrėti. Savo paties Diesel laikais technologijos šioms problemoms spręsti dar nebuvo.

Dėl unikalių dyzelinio variklio savybių jis gali naudoti įvairių rūšių alyvą, kurą, natūraliai vadinamą dyzeliniu kuru. Šis kuras gaminamas iš žalios naftos ir iš 42 galonų barelio neapdoroto naftos duoda apie 11–12 galonų dyzelino. Jis naudojamas daugumoje krovininių sunkvežimių, traukinių, autobusų ir valčių, taip pat ūkio transporto priemonių ir statybinių bei karinių transporto priemonių.

2006 m. JAV aplinkos apsaugos agentūra (AAA) įpareigojo sieros kiekį dyzeline kuro kiekis bus labai sumažintas - ši priemonė pasirodė esanti itin veiksminga, nes buvo įgyvendinta laikas. Iki 2018 m. Apie 97 procentus viso dyzelino, naudojamo Amerikos keliuose ir kitur, sudarė mišinys, žinomas kaip ypač mažai sieros turintis dyzelinas (ULSD).

• 2018 m. Dyzelinis kuras sudarė apie 20 procentų viso JAV naftos sunaudojimo arba apie 7 procentus visų amerikiečių degalų suvartojimo.