Jakie jest pochodzenie oleju napędowego?

W 1892 r. wynalazca Rudolf Diesel stworzył rewolucyjny nowy produkt paliwowy, który dziś nosi jego imię. Jego wynalazek, jak to zwykle bywa w naukach fizycznych, był zwieńczeniem lat ciężkiej, powtarzalnej i nieopłacalnej finansowo pracy.

Diesel po raz pierwszy zainspirował się wykładem termodynamiki na Królewskiej Politechnice Bawarskiej w Monachium w jego rodzinnych Niemczech. (Termodynamika jest badaniem związku między ciepłem a różnymi innymi formami energii).

Diesel osiągnął to, co zrobił w zdeterminowanym dążeniu do pewnego rodzaju fizycznego „świętego Graala”: silnik spalinowy, który mógłby przekształcić całe ciepło w użyteczną pracę, a zatem byłby w 100 procentach sprawny mechanicznie. Zostało to udowodnione przez fizyków do teoretycznie możliwe, ale w praktyce tak było i nawet dzisiaj pozostaje w najlepszym razie nieuchwytne.

Pomimo tego, że Diesel nie osiągnął tego ideału wydajności, jego silniki były nadal ponad dwukrotnie wydajniejsze niż ich poprzednicy – ​​około 25 procent w porównaniu z 10 procentami. Niestety spotykał się z częstymi wezwaniami do zwrotu pieniędzy za swoje produkty, a jego życie zakończyło się ubóstwem, podobno z własnej ręki.

Ale dostosowane do potrzeb nowe podejście Diesela do zapłonu paliwa i wynalezienie silnika wysokoprężnego pozostają niezwykle ważne nawet w dzisiejszych czasach w którym postrzeganie wszystkich rodzajów paliw kopalnych stało się niezwykle niepopularne, nawet jeśli ich wykorzystanie jest nadal w dużej mierze niekontrolowane.

„Energia” w fizyce jest pojęciem centralnym, ale dość trudnym do wyjaśnienia w codziennych słowach. Energia ma jednostki siły pomnożone przez odległość, ale także „pojawia się” w różnych mniej wymiernych postaciach. Źródła energii pierwotnej zawierać energia nuklearna, paliwa kopalne (ropa, węgiel i gazu ziemnego) oraz tzw. źródła odnawialne takie jak:

• **wiatr
  
• słoneczny
  
• geotermalna**
  
• hydroelektryczny moc

Od 2016 r. około 81,5% energii zużywanej w Stanach Zjednoczonych (największy światowy konsument energii wśród narodów) pochodziło z paliw kopalnych. Chociaż oczekiwano, że do 2040 r. liczba ta spadnie poniżej 77 procent, faktem jest, że sektor przemysłowy nie oczekuje się, że świat odzwyczai się od uzależnienia od ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla w przewidywalnym czasie przyszłość.

Dzieje się tak pomimo nieustępliwej, jasnej i czasami bardzo ostrej gadaniny w mediach i sektorze naukowym na temat potencjalnie… niszczycielskie skutki środowiskowe zmian klimatu, które mają pojawić się na poważnie w drugiej połowie teraźniejszości stulecie.

Podczas gdy energia jądrowa, biomasa, energia wodna i inne odnawialne źródła energii wzrosły, przyczyniając się do blisko jednej czwartej Potrzeby energetyczne Ameryki, tylko kategoria „inne odnawialne źródła energii” ma znacznie wzrosnąć w ciągu dziesięcioleci, aby chodź.

Większość źródeł wymienia trzy paliwa kopalne jako czynniki wpływające na globalną ludzką maszynę energetyczną: ropa naftowa, gazu ziemnego i węgiel. (Czwarty, zastrzeżony produkt naftowy o nazwie Orimulsion, wszedł do użytku w latach 80., ale stał się skutecznym graczem pierwszej dekadzie XXI wieku). Razem stanowiły one cztery piąte zaopatrzenia planety w energię na dzień 2019.

Pomijając wszelkie kontrowersje dotyczące konsekwencji używania paliw kopalnych, bez nich żylibyśmy w świecie nie do poznania dla obecnych podróżników Ziemi. Cała globalna sieć transportowa i komunikacyjna opiera się na ich dostawach energii, a większość z nich najważniejsze światowe towary przemysłowe, takie jak tworzywa sztuczne i stal, są całkowicie uzależnione od paliw kopalnych za chwilę.

„Paliwa kopalne” to myląca nazwa, ponieważ paliwa te nie pochodzą z paliw kopalnych, które na ogół nie są nawet pozostałościami organizmów żywych jako taki, ale odciski tych dawno martwych istot w skałach i glebie. Paliwa kopalne pochodzą z zbutwiała biomasa zwierząt i roślin które żyły wiele milionów lat temu, więc paliwa kopalne i rzeczywiste skamieniałości są połączone w ten sposób, że oba służą jako pośredni dowód starożytnego życia na Ziemi.

Olej napędowy to rodzaj ropy naftowej, termin używany zamiennie w codziennym dyskursie z „olejem”. Podstawowe cechy trzech głównych paliw kopalnych są następujące:

Ropa naftowa. To paliwo kopalne składa się głównie z pierwiastków węgla i wodoru, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę zarówno obfitość tych pierwiastków na Ziemi w ogóle, jak i ich obfitość w organizmach żywych w szczególny. Uważa się, że większość z nich powstała między około 252 a 66 milionami lat temu, kiedy wiele roślin zostało zakopanych w oceanach z tamtych niewyobrażalnie dawnych czasów.

Wykorzystywana jest ropa – a dokładniej wiele różnych „oleistych” węglowodorów, które kwalifikują się jako ropa naftowa do wytwarzania szeregu produktów codziennego użytku, w tym benzyny i oleju opałowego oprócz oleju napędowego.

Obecnie spalanie tych paliw odpowiada za ponad połowę emisji „gazów cieplarnianych” bogatych w węgiel w ziemskiej atmosferze, z kolei uważa się, że jest to główny czynnik przyczyniający się do ciągłego ocieplania się powierzchni planety i siedlisk, które ma miejsce od dekady.

Ropa stanowiła około 35 procent energii wyprodukowanej w USA od 2016 r., a statystyki mają pozostać stabilne co najmniej do 2040 r.

Gazu ziemnego. To paliwo kopalne wyróżnia się tym, że jest bezbarwne i bezwonne, co wyraźnie kontrastuje z ropą naftową, substancją szczególnie inwazyjną w tych aspektach. Podobnie jak ropa naftowa powstała miliony lat temu ze szczątków materii roślinnej i zwierzęcej, poprzez substancję chemiczną i mechaniczne (np. ciśnienie), które je stworzyły, oczywiście nie były identyczne z tymi, które dały początek. olej.

Produkcja gazu ziemnego dramatycznie wzrosła w Stanach Zjednoczonych w drugiej dekadzie XXI wieku, efekt prawie w całości można przypisać szybkiemu rozprzestrzenianiu się wdrażania „szczelinowanie."

Bardziej właściwie nazwany szczelinowanie hydrauliczne, ta kontrowersyjna technika wiercenia wymaga dużej ilości wody i może powodować aktywność sejsmiczną (podobną do trzęsień ziemi) w dotkniętych regionach. Gaz ziemny stanowił około jednej czwartej dostaw energii w USA w 2016 r., ale oczekuje się, że do 2040 r. dorówna 35-procentowemu wskaźnikowi ropy naftowej.

Węgiel. Węgiel, niegdyś prawie jedyne źródło paliwa do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach, jest starszy niż inne paliwa kopalne, które zaczęły powstawać około 360 milionów lat temu. W przeciwieństwie do innych paliw kopalnych, również został skompresowany do charakterystycznej postaci, chociaż istnieją różne podtypy i są klasyfikowane według zawartości węgla.

Węgiel dostarcza obecnie około jednej trzeciej światowych dostaw energii. Chociaż udział węgla w amerykańskim torcie energetycznym spadł od około 2010 r., węgiel pozostaje bardzo popularny w krajach o historycznie luźnych standardach środowiskowych, takich jak Chiny.

Pomimo częstych odmiennych oświadczeń ze strony rządu USA od 2019 r., oczekuje się, że wykorzystanie węgla będzie spadek, nie tylko ze względu na wzrost wykorzystania OZE, ale także ze względu na wspomniany wzrost gazu ziemnego ekstrakcja. Węgiel stanowił około 15 procent dostaw energii w USA w 2016 roku i oczekuje się, że jego zużycie będzie nadal umiarkowanie spadać, zanim ustabilizuje się na poziomie około 12 procent do 2040 roku.

Łuk życia Rudolfa Diesela przedstawia się jako tragiczna relacja. Diesel był studentem uniwersytetu w Niemczech na początku lat 70. XIX wieku, w czasie, gdy duże miasta zaczęły być przytłaczane przez ogromna ilość nawozu generowanego przez konie służące jako główny środek pokonywania długich i krótkich dystansów zarówno w tych miastach obszary.

Wieloletnie starania Diesela o wprowadzenie silnika spalinowego na nowe wyżyny wydajności były prawdopodobnie utrudnione przez ciężar oczekiwań jego własnych i odbiorców świadomych jego celów. Pomimo znacznego wzrostu wydajności (choć daleko od aspiracji Diesela, jego silniki były ponad dwa razy wydajniejsze niż standardowe wersje tego dnia).

W 1913 roku, około 40 lat po rozpoczęciu swojej pracy, Diesel zginął w pozornym, ale czasami kwestionowanym samobójstwie podczas rejsu statkiem. Niestety, nigdy nie zobaczył, jak jego klasa wynalazków naprawdę wystartowała w latach 20. i 30. XX wieku.

Silnik wysokoprężny jest silnikiem spalinowym, co oznacza, że ​​przekształca energię chemiczną z wiązań w cząsteczkach paliwa na energię mechaniczną. Wał napędowy jest połączony z tłokiem za pomocą zawiasu na zewnątrz wału. Tłok znajduje się wewnątrz cylindra, do którego pompowane lub wtryskiwane jest powietrze, zwłaszcza tlen (niezbędny do spalania) oraz paliwo.

Kontrolowana eksplozja wewnątrz cylindra wynikająca ze znacznie podwyższonego ciśnienia (i tej temperatury) wymusza ruch tłoka w dół, powodując obrót wału, napędzając tłok z powrotem w górę, gdy wał kończy pełny obrót i wpompowuje się więcej paliwa i powietrza. Ten cykl może wystąpić nawet wiele tysięcy razy na minutę.

„Magia” silnika wysokoprężnego polega na tym, że w przeciwieństwie do zwykłego silnika spalinowego nie wymaga on aktywnego zapłonu paliwa. W normalnym silniku temperatura w cylindrze nie jest wystarczająco wysoka, aby paliwo mogło się zapalić bez wspomagania elektrycznego – stąd „świece zapłonowe”, które czynią samochody bezużytecznymi, gdy ulegną awarii. W silniku wysokoprężnym powietrze jest tak silnie sprężone, że paliwo zapala się samoczynnie i zużywa mniej paliwa na suw silnika, co znacznie poprawia zużycie paliwa.

Większa wydajność lub ekonomiczność tych silników sprawia, że ​​są one generalnie droższe i trudniejsze w utrzymaniu.. W czasach Diesela technologia rozwiązywania tych problemów po prostu nie była jeszcze dostępna.

Unikalne właściwości silnika wysokoprężnego powodują, że może on wykorzystywać różne rodzaje oleju, czyli paliwa, które naturalnie nazywa się olejem napędowym. Paliwo to jest wytwarzane z ropy naftowej i daje około 11 do 12 galonów oleju napędowego na 42 galonową baryłkę nieprzetworzonej ropy naftowej. Znajduje zastosowanie w większości ciężarówek, pociągów, autobusów i łodzi, a także w pojazdach rolniczych, budowlanych i wojskowych.

W 2006 roku Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) nakazała, aby zawartość siarki w oleju napędowym paliwa zostały znacznie zredukowane, środek, który okazał się niezwykle skuteczny, ponieważ został wdrożony ponad czas. Do 2018 roku około 97 procent całego oleju napędowego używanego na amerykańskich drogach i w innych częściach świata stanowiło mieszankę znaną jako olej napędowy o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD).

• W 2018 r. olej napędowy stanowił około 20 procent całkowitego zużycia ropy naftowej w USA lub około 7 procent ogólnego zużycia paliwa w USA.