Hva er opprinnelsen til diesel?

I 1892, oppfinneren Rudolf Diesel skapt et revolusjonerende nytt drivstoffprodukt som i dag bærer navnet hans. Hans oppfinnelse, som det vanligvis er tilfelle i naturvitenskap, var kulminasjonen av mange års hardt, repeterende og økonomisk lite lønnsomt arbeid.

Diesel ble først inspirert av en termodynamikkforedrag ved Royal Bavarian Polytechnic of Munich, i hjemlandet Tyskland. (Termodynamikk er studiet av forholdet mellom varme og de forskjellige andre energiformene.)

Diesel oppnådde det han gjorde i den målrettede jakten på en slags fysikk "Holy Grail": en forbrenningsmotor som kunne konvertere all varme til nyttig arbeid og ville derfor være 100 prosent mekanisk effektiv. Dette hadde fysikerne bevist for teoretisk mulig, men i praksis var det, og fremdeles i dag er det i beste fall unnvikende.

Til tross for at Diesel falt langt fra dette effektivitetsidealet, var motorene hans fortsatt over dobbelt så effektive som forgjengerne - omtrent 25 prosent mot 10 prosent. Dessverre møtte han hyppige krav om refusjon på produktene sine, og livet endte i fattigdom, angivelig av hans egen hånd.

Men Diesels skreddersydde nye tilnærming til å tenne drivstoff og oppfinnelsen av dieselmotoren er enormt viktig selv i en tid der oppfatningen av fossile brensler av alle typer har blitt enormt upopulær, selv om bruken av dem i stor grad fortsetter å være ukontrollert.

"Energi" i fysikk er et sentralt begrep, men likevel noe vanskelig å forklare tilstrekkelig i dagligdagse ord. Energi har kraftenheter multiplisert med avstand, men "vises" også i en rekke mindre kvantifiserbare drakter. Primære energikilder inkludere kjernekraft, fossile brensler (olje, kull og naturgass) og såkalte fornybare kilder som:

• **vind
  
• solenergi
  
• geotermisk **
  
• vannkraft makt

Fra og med 2016 var omtrent 81,5 prosent av energien som ble brukt i USA (verdens største energiforbruker blant nasjoner) hentet fra fossilt brensel. Mens dette tallet var forventet å synke til under 77 prosent innen 2040, er faktum at industrien verden forventes ikke å avvenne seg av sin avhengighet av olje, naturgass og kull når som helst i det forutsigbare framtid.

Dette til tross for uhåndterlig, tydelig og til tider veldig streng media- og vitenskapssektor snakk om det potensielt ødeleggende miljøeffekter av klimaendringer som forventes å oppstå for alvor i andre halvdel av nåtiden århundre.

Mens kjernekraft, biomasse, vannkraft og annen fornybar energi har vokst til å bidra med nær en fjerdedel av Amerikas energibehov, bare kategorien "andre fornybare energikilder" forventes å vokse betydelig i tiårene til komme.

De fleste kilder viser tre fossile brensler som bidragsytere til den globale menneskelige energimaskinen: petroleum, naturgass og kull. (Et fjerde, et proprietært oljeprodukt kalt Orimulsion, kom i bruk på 1980-tallet, men ble en effektiv ikke-aktør innen det første tiåret av det 21. århundre.) Til sammen utgjorde disse fire femtedeler av planetens energiforsyning pr 2019.

Alle kontroverser om konsekvensene av bruk av fossilt brensel til side, uten dem, ville vi leve i en verden som ikke var gjenkjennelig for dagens jordreisende. Hele det globale transport- og kommunikasjonsnettet er avhengig av deres tilførsel av energi, og det meste av det verdens kritisk produserte varer, som plast og stål, er avhengige av fossile brensler absolutt på øyeblikk.

"Fossile drivstoff" er en feilbetegnelse, fordi disse drivstoffene ikke kommer fra fossiler, som vanligvis ikke en gang er rester av levende ting per se, men inntrykk av de lenge døde tingene i steiner og jord. Fossilt brensel kommer fra forfallet biomasse av dyr og planter som levde for mange millioner år siden, så fossile brensler og faktiske fossiler henger sammen ved at de begge fungerer som indirekte bevis på det eldgamle livet på jorden.

Diesel er en slags petroleum, et begrep som brukes om hverandre i hverdagens diskurs med "olje". De viktigste egenskapene til de tre viktigste fossile brenslene er som følger:

Petroleum. Dette fossile drivstoffet består hovedsakelig av grunnstoffene karbon og hydrogen, noe som ikke er overraskende gitt både overflod av disse elementene på jorden generelt og deres overflod i levende ting i bestemt. Det meste antas å ha blitt opprettet for rundt 252 millioner til 66 millioner år siden, da mye planteliv ble begravet i havene på den ufattelig lenge siden.

Olje - eller mer nøyaktig, de mange forskjellige "oljete" hydrokarboner som kvalifiserer som petroleum - brukes å lage en rekke hverdagsprodukter, inkludert bensin og fyringsolje i tillegg til diesel.

For øyeblikket er forbrenningen av disse drivstoffene ansvarlig for over halvparten av de karbonrike "klimagassutslippene" i jordens atmosfære, antas igjen å være en viktig bidragsyter til den kontinuerlige oppvarmingen av planetens overflate og habitater som har skjedd i tiår.

Olje utgjorde omtrent 35 prosent av amerikansk energi produsert fra 2016, en statistikk som forventes å forbli stabil gjennom minst 2040.

Naturgass. Dette fossile brenselet er kjent for å være fargeløst og luktfritt, egenskaper som står i sterk kontrast til petroleum, et spesielt påtrengende stoff i disse aspektene. I likhet med petroleum dannet den for millioner av år siden fra restene av plante- og dyrestoff, gjennom kjemikaliet og mekaniske (f.eks. trykk) forhold som skapte dem var åpenbart ikke identiske med de som ga opphav til olje.

Produksjon av naturgass har økt dramatisk i USA i det andre tiåret av det 21. århundre, en effekt som nesten helt kan tilskrives den raske spredningen av implementeringen av "fracking."

Mer riktig kalt hydraulisk brudd, krever denne kontroversielle boreteknikken mye vann og kan forårsake seismisk aktivitet (i likhet med jordskjelv) i berørte regioner. Naturgass bidro med omtrent en fjerdedel av den amerikanske energiforsyningen i 2016, men forventes å matche petroleums 35-prosentstall innen 2040.

Kull. En gang nesten den eneste drivstoffkilden for å produsere elektrisitet på kraftverk, er kull enda eldre enn de andre fossile brenslene, og begynte å danne seg for rundt 360 millioner år siden. I motsetning til de andre fossile brenslene har det også blitt komprimert til en karakteristisk form, selv om det eksisterer forskjellige undertyper og er klassifisert etter karboninnhold.

Kull leverer for tiden omtrent en tredjedel av verdens energiforsyning. Selv om det har falt i forhold til sin andel av den amerikanske energikaka siden 2010, er kull veldig populært i land med historisk slappe miljøstandarder som Kina.

Til tross for hyppige proklamasjoner fra USAs regjering fra 2019, forventes bruk av kull å nedgang, ikke bare takket være en økning i bruken av fornybar energi, men på grunn av den nevnte økningen i naturgass utdrag. Kull bidro med omtrent 15 prosent den amerikanske energiforsyningen i 2016, og bruken forventes å fortsette å falle beskjedent før den stabiliserte seg på rundt 12 prosent innen 2040.

Livbuen til Rudolf Diesel presenterer som noe av en tragisk beretning. Diesel var en universitetsstudent i Tyskland tidlig på 1870-tallet, i en tid da store byer begynte å bli overveldet av ren mengde gjødsel generert av hestene som fungerer som det viktigste middel for å reise lange og korte avstander i disse urbane områdene områder.

Diesels mangeårige innsats for å starte forbrenningsmotoren til nye effektivitetshøyder ble sannsynligvis hemmet av byrden av hans egne forventninger, og de fra et publikum som var klar over hans mål. Til tross for at han oppnådde store effektivitetsgevinster (selv om de langt fra Diesel ønsket, var motorene hans mer enn dobbelt så effektive som dagens standardversjoner).

I 1913, omtrent 40 år etter at han først startet sitt arbeid, omkom Diesel i et tilsynelatende, men noen ganger omstridt selvmord under en båttur. Dessverre fikk han aldri se sin klasse av oppfinnelser virkelig ta fart på 1920- og 1930-tallet.

En dieselmotor er en forbrenningsmotor, noe som betyr at den omdanner kjemisk energi fra bindingene i drivstoffmolekylene til mekanisk energi. En drivaksel er koblet til et stempel via et hengsel på utsiden av akselen. Stempelet er inne i en sylinder der luft, spesielt oksygen (nødvendig for forbrenning) og drivstoff pumpes eller injiseres.

Den kontrollerte eksplosjonen inne i sylinderen som skyldes sterkt økt trykk (og denne temperaturen) tvinger stempelet ned, forårsaker at akselen roterer, kjører stempelet oppover når akselen fullfører full rotasjon og mer drivstoff og luft pumpes inn. Denne syklusen kan forekomme opptil mange tusen ganger i minuttet.

"Magien" med en dieselmotor er at den, i motsetning til en vanlig forbrenningsmotor, ikke krever noe aktivt drivstofftenning. I en vanlig motor blir ikke temperaturen inne i sylinderen helt høy nok til at drivstoffet kan antennes uten elektrisk hjelpemiddel - derav "tennplugger", som gjør bilene ubrukelige når de svikter. I en dieselmotor er luften så kraftig komprimert at drivstoffet antennes uten hjelp, og mindre drivstoff er nødvendig per motorslag, noe som forbedrer drivstoffeffektiviteten.

Jo større effektivitet, eller økonomi, til disse motorene gjør dem generelt dyrere og vanskelig å vedlikeholde. På Diesels egen tid var teknologien for å løse disse problemene rett og slett ikke tilgjengelig ennå.

De unike egenskapene til en dieselmotor resulterer i at den kan bruke forskjellige typer olje, et drivstoff som naturlig kalles diesel. Dette drivstoffet er laget av råolje, og gir omtrent 11 til 12 liter diesel per 42 liter fat ubearbeidet petroleum. Den brukes i de fleste godsvogner, tog, busser og båter, samt gårdskjøretøyer og konstruksjons- og militære kjøretøy.

I 2006 ga US Environmental Protection Agency (EPA) mandat om at svovelinnholdet i diesel drivstoff reduseres kraftig, et tiltak som har vist seg å være ekstremt effektivt etter hvert som det har blitt implementert tid. Innen 2018 besto omtrent 97 prosent av all diesel i bruk på Amerikas veier og andre steder av en blanding kjent som ultra-low sulfur diesel (ULSD).

• I 2018 utgjorde diesel omtrent 20 prosent av total amerikansk petroleumsbruk, eller omtrent 7 prosent av det amerikanske drivstofforbruket totalt.