Wat is de oorsprong van dieselbrandstof?

In 1892, de uitvinder Rudolf Diesel creëerde een revolutionair nieuw brandstofproduct dat vandaag zijn naam draagt. Zijn uitvinding, zoals typisch het geval is in de natuurwetenschappen, was het hoogtepunt van jaren van hard, repetitief en financieel ondankbaar werk.

Diesel werd voor het eerst geïnspireerd door een lezing over thermodynamica aan de Royal Bavarian Polytechnic van München, in zijn geboorteland Duitsland. (Thermodynamica is de studie van de relatie tussen warmte en de verschillende andere vormen van energie.)

Diesel bereikte wat hij deed in het vastberaden streven naar een soort fysica "heilige graal": een verbrandingsmotor die alle warmte zou kunnen omzetten in nuttig werk en daarom 100 procent zou zijn mechanisch efficiënt. Dit was bewezen door natuurkundigen aan de theoretisch mogelijk, maar in de praktijk was het, en zelfs vandaag de dag nog op zijn best ongrijpbaar.

Ondanks dat Diesel dit efficiëntie-ideaal ver achterbleef, waren zijn motoren nog steeds meer dan twee keer zo efficiënt als hun voorgangers - ongeveer 25 procent versus 10 procent. Helaas kreeg hij regelmatig te maken met verzoeken om terugbetaling van zijn producten, en zijn leven eindigde in armoede, naar verluidt door zijn eigen hand.

Maar Diesel's op maat gemaakte nieuwe benadering van het ontsteken van brandstof en de uitvinding van de dieselmotor blijven enorm belangrijk, zelfs in een tijdperk waarin de perceptie van alle soorten fossiele brandstoffen enorm impopulair is geworden, zelfs als het gebruik ervan grotendeels ongecontroleerd doorgaat.

"Energie" in de natuurkunde is een centraal begrip, maar toch een beetje moeilijk om adequaat uit te leggen in alledaagse woorden. Energie heeft eenheden van kracht vermenigvuldigd met afstand, maar "verschijnt" ook in verschillende minder kwantificeerbare gedaanten. Primaire energiebronnen omvatten nucleaire energie, fossiele brandstoffen (olie, kolen en natuurlijk gas) en zogenaamde hernieuwbare bronnen zoals:

• **wind
  
• zonne-
  
• geothermisch**
  
• hydro-elektrisch macht

Vanaf 2016 was ongeveer 81,5 procent van de energie die in de Verenigde Staten ('s werelds grootste energieverbruiker onder de landen) wordt gebruikt, afkomstig van fossiele brandstoffen. Hoewel verwacht werd dat dit aantal tegen het jaar 2040 zou dalen tot onder de 77 procent, blijft het een feit dat de industriële de wereld zal naar verwachting niet binnen afzienbare tijd van zijn olie-, aardgas- en steenkoolafhankelijkheid afkomen toekomst.

Dit ondanks onbuigzaam, duidelijk en soms zeer scherp gebabbel in de media en de wetenschapssector over de mogelijk verwoestende milieueffecten van klimaatverandering die zich naar verwachting in de tweede helft van het heden zullen voordoen eeuw.

Terwijl kernenergie, biomassa, waterkracht en andere hernieuwbare energiebronnen zijn gegroeid om bijna een kwart van Amerika's energiebehoeften, alleen de categorie "andere hernieuwbare energiebronnen" zal naar verwachting aanzienlijk groeien in de komende decennia komen.

De meeste bronnen noemen drie fossiele brandstoffen die bijdragen aan de wereldwijde menselijke energiemachine: aardolie, natuurlijk gas en steenkool. (Een vierde, een eigen olieproduct genaamd Orimulsion, werd in de jaren tachtig in gebruik genomen, maar werd een effectieve niet-speler in het eerste decennium van de 21e eeuw.) Samen waren deze goed voor viervijfde van de energievoorziening van de planeet vanaf 2019.

Alle controverses over de gevolgen van het gebruik van fossiele brandstoffen terzijde, zonder deze zouden we in een wereld leven die voor de huidige aardreiziger onherkenbaar is. De hele wereldwijde transport- en communicatienetwerken zijn afhankelijk van hun energievoorziening, en de meeste van de 's werelds kritische gefabriceerde grondstoffen, zoals kunststoffen en staal, zijn absoluut afhankelijk van fossiele brandstoffen moment.

"Fossiele brandstoffen" is een verkeerde benaming, omdat deze brandstoffen niet afkomstig zijn van fossielen, die over het algemeen niet eens overblijfselen zijn van levende wezens per se, maar impressies van die lang geleden gestorven dingen in rotsen en aarde. Fossiele brandstoffen komen wel uit de verteerde biomassa van dieren en planten die vele miljoenen jaren geleden leefden, dus fossiele brandstoffen en echte fossielen zijn met elkaar verbonden doordat ze beide dienen als indirect bewijs van het oude leven op aarde.

Dieselbrandstof is een soort aardolie, een term die in de dagelijkse omgang met 'olie' door elkaar wordt gebruikt. De essentiële kenmerken van de drie belangrijkste fossiele brandstoffen zijn als volgt:

Aardolie. Deze fossiele brandstof bestaat voornamelijk uit de elementen koolstof en waterstof, wat niet verwonderlijk is gegeven zowel de overvloed van deze elementen op aarde in het algemeen als hun overvloed aan levende wezens in bijzonder. Het meeste ervan wordt verondersteld te zijn ontstaan ​​tussen ongeveer 252 miljoen en 66 miljoen jaar geleden, toen een groot deel van het plantenleven werd begraven in de oceanen van die onvoorstelbaar lang geleden.

Er wordt olie gebruikt – of beter gezegd, de vele verschillende "olieachtige" koolwaterstoffen die kwalificeren als aardolie om een ​​aantal alledaagse producten te maken, waaronder benzine en stookolie naast diesel.

Momenteel is de verbranding van deze brandstoffen verantwoordelijk voor meer dan de helft van de koolstofrijke uitstoot van "broeikasgas" in de atmosfeer van de aarde, op zijn beurt wordt aangenomen dat het een belangrijke bijdrage levert aan de voortdurende opwarming van het oppervlak en de habitats van de planeet die al jaren plaatsvindt. tientallen jaren.

Olie was goed voor ongeveer 35 procent van de Amerikaanse energieproductie vanaf 2016, een statistiek die naar verwachting stabiel zal blijven tot ten minste 2040.

Natuurlijk gas. Deze fossiele brandstof staat bekend als kleurloos en geurloos, eigenschappen die in schril contrast staan ​​met aardolie, een bijzonder opdringerige stof in deze aspecten. Net als aardolie is het miljoenen jaren geleden gevormd uit de overblijfselen van plantaardig en dierlijk materiaal, door de chemische stof en mechanische (bijv. druk) omstandigheden die ze creëerden waren duidelijk niet identiek aan die die aanleiding gaven tot olie.

De aardgasproductie is in de VS in het tweede decennium van de 21e eeuw dramatisch gestegen, een effect dat bijna volledig te wijten is aan de snelle verspreiding van de implementatie van "fracken."

Meer correct genoemd hydraulisch breken, deze controversiële boortechniek vereist veel water en kan seismische activiteit (vergelijkbaar met aardbevingen) veroorzaken in getroffen gebieden. Aardgas droeg in 2016 voor ongeveer een kwart bij aan de Amerikaanse energievoorziening, maar zal naar verwachting tegen 2040 het aandeel van 35 procent van aardolie evenaren.

Steenkool. Ooit bijna de enige brandstofbron voor het opwekken van elektriciteit in elektriciteitscentrales, is steenkool zelfs ouder dan de andere fossiele brandstoffen, die zich ongeveer 360 miljoen jaar geleden begonnen te vormen. In tegenstelling tot de andere fossiele brandstoffen is het ook gecomprimeerd tot een karakteristieke vorm, hoewel er verschillende subtypes bestaan ​​en worden geclassificeerd op basis van het koolstofgehalte.

Steenkool levert momenteel ongeveer een derde van de wereldenergievoorziening. Hoewel het sinds ongeveer 2010 is gedaald in termen van zijn aandeel in de Amerikaanse energietaart, blijft steenkool erg populair in landen met historisch lakse milieunormen zoals China.

Ondanks frequente verklaringen van het tegendeel van de Amerikaanse regering vanaf 2019, wordt verwacht dat het gebruik van steenkool zal daling, niet alleen dankzij een toename van het gebruik van hernieuwbare energiebronnen, maar ook door de eerder genoemde toename van aardgas extractie. Steenkool droeg in 2016 voor ongeveer 15 procent bij aan de Amerikaanse energievoorziening en het gebruik ervan zal naar verwachting bescheiden blijven dalen voordat het zich in 2040 stabiliseert op ongeveer 12 procent.

De boog van het leven van Rudolf Diesel presenteert zich als een tragisch verhaal. Diesel was een universiteitsstudent in Duitsland in het begin van de jaren 1870, in een tijd dat grote steden overweldigd begonnen te raken door de enorme hoeveelheid mest die door de paarden wordt gegenereerd en die in deze stedelijke gebieden het belangrijkste middel is om zowel lange als korte afstanden af ​​te leggen gebieden.

Diesels jarenlange inspanningen om de verbrandingsmotor naar nieuwe hoogten van efficiëntie te brengen, werden waarschijnlijk gehinderd door de last van zijn eigen verwachtingen en die van een publiek dat zich bewust was van zijn doelen. Ondanks grote efficiëntiewinsten (hoewel verre van Diesel's ambities, waren zijn motoren meer dan twee keer zo efficiënt als de standaardversies van de dag).

In 1913, zo'n 40 jaar nadat hij met zijn werk begon, kwam Diesel om in een schijnbare maar soms betwiste zelfmoord tijdens een boottocht. Helaas heeft hij zijn klasse van uitvindingen nooit echt van de grond gekregen in de jaren twintig en dertig.

Een dieselmotor is een verbrandingsmotor, wat betekent dat hij chemische energie van de bindingen in de brandstofmoleculen omzet in mechanische energie. Een aandrijfas is verbonden met een zuiger via een scharnier aan de buitenkant van de as. De zuiger bevindt zich in een cilinder waarin lucht, in het bijzonder zuurstof (nodig voor verbranding) en de brandstof wordt gepompt of geïnjecteerd.

De gecontroleerde explosie in de cilinder als gevolg van sterk verhoogde druk (en deze temperatuur) dwingt de zuiger naar beneden, waardoor de as draait, waardoor de zuiger weer omhoog wordt geduwd terwijl de as een volledige rotatie voltooit en er meer brandstof en lucht naar binnen wordt gepompt. Deze cyclus kan tot vele duizenden keren per minuut plaatsvinden.

De "magie" van een dieselmotor is dat deze, in tegenstelling tot een gewone verbrandingsmotor, geen actieve brandstofontsteking nodig heeft. In een normale motor wordt de temperatuur in de cilinder niet hoog genoeg om de brandstof te laten ontbranden zonder elektrische hulp - vandaar "bougies", die auto's onbruikbaar maken als ze defect raken. In een dieselmotor wordt de lucht zo sterk gecomprimeerd dat de brandstof zonder hulp ontbrandt en er minder brandstof nodig is per motorslag, wat de brandstofefficiëntie aanzienlijk verbetert.

De grotere efficiëntie of zuinigheid van deze motoren maakt ze over het algemeen duurder en moeilijker te onderhouden. In Diesels eigen tijd was de technologie om deze problemen aan te pakken gewoon nog niet beschikbaar.

De unieke eigenschappen van een dieselmotor zorgen ervoor dat hij verschillende soorten olie kan gebruiken, een brandstof die van nature dieselbrandstof wordt genoemd. Deze brandstof is gemaakt van ruwe olie en levert ongeveer 11 tot 12 gallon dieselbrandstof op per 42 gallon vat onbewerkte aardolie. Het wordt gebruikt in de meeste vrachtwagens, treinen, bussen en boten, maar ook in landbouwvoertuigen en bouw- en militaire voertuigen.

In 2006 heeft het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) verplicht gesteld dat het zwavelgehalte van diesel brandstoffen aanzienlijk worden verminderd, een maatregel die zeer effectief is gebleken omdat deze in de loop van de tijd. In 2018 bestond ongeveer 97 procent van alle diesel in gebruik op de Amerikaanse wegen en elders uit een mengsel dat bekend staat als ultra-laagzwavelige diesel (ULSD).

• In 2018 was dieselbrandstof goed voor ongeveer 20 procent van het totale Amerikaanse aardolieverbruik, of ongeveer 7 procent van het totale Amerikaanse brandstofverbruik.