Qual é a origem do combustível diesel?

Em 1892, o inventor Rudolf Diesel criou um novo produto de combustível revolucionário que hoje leva seu nome. Sua invenção, como é tipicamente o caso nas ciências físicas, foi o culminar de anos de trabalho árduo, repetitivo e financeiramente ingrato.

Diesel foi inicialmente inspirado por uma palestra de termodinâmica na Royal Bavarian Polytechnic de Munique, em sua Alemanha natal. (Termodinâmica é o estudo da relação entre o calor e as várias outras formas de energia.)

Diesel alcançou o que fez na busca determinada uma espécie de "Santo Graal" da física: um motor de combustão que poderia converter todo o calor em trabalho útil e, portanto, seria 100 por cento mecanicamente eficiente. Isso foi provado por físicos para o teoricamente possível, mas em termos práticos era, e ainda hoje permanece indefinido, na melhor das hipóteses.

Apesar de Diesel ficar muito aquém desse ideal de eficiência, seus motores ainda eram duas vezes mais eficientes que seus predecessores - cerca de 25 por cento contra 10 por cento. Infelizmente, ele enfrentou pedidos frequentes de reembolso de seus produtos e sua vida terminou na pobreza, supostamente por suas próprias mãos.

Mas a nova abordagem personalizada da Diesel para a ignição do combustível e a invenção do motor a diesel permanecem extremamente importantes mesmo em uma época em que as percepções dos combustíveis fósseis de todos os tipos se tornaram enormemente impopulares, mesmo que seu uso continue em grande parte sem controle.

"Energia" na física é um conceito central, embora um tanto difícil de explicar adequadamente em palavras do dia-a-dia. A energia tem unidades de força multiplicadas pela distância, mas também "aparece" em uma variedade de formas menos quantificáveis. Fontes primárias de energia incluir energia nuclear, combustíveis fósseis (óleo, carvão e gás natural) e as chamadas fontes renováveis, tais como:

• **vento
  
• solar
  
• geotérmico**
  
• hidroelétrica potência

Em 2016, cerca de 81,5 por cento da energia usada nos Estados Unidos (o maior consumidor de energia do mundo entre as nações) era derivada de combustíveis fósseis. Embora se esperasse que esse número caísse para menos de 77 por cento até o ano de 2040, o fato é que o setor industrial não se espera que o mundo se desligue de sua dependência de petróleo, gás natural e carvão a qualquer momento no previsível futuro.

Isso apesar da conversa implacável, clara e às vezes muito estridente da mídia e do setor científico sobre o potencial efeitos ambientais devastadores da mudança climática que devem surgir para valer na segunda metade do presente século.

Enquanto a energia nuclear, biomassa, energia hidrelétrica e outras energias renováveis ​​cresceram para contribuir com quase um quarto dos Necessidades de energia da América, apenas a categoria de "outras energias renováveis" deve crescer significativamente nas décadas para venha.

A maioria das fontes lista três combustíveis fósseis como contribuintes para a máquina de energia humana global: petróleo, gás natural e carvão. (Um quarto, um produto de petróleo patenteado chamado Orimulsion, entrou em uso na década de 1980, mas tornou-se um não-jogador eficaz em a primeira década do século 21). Juntos, eles responderam por quatro quintos do suprimento de energia do planeta a partir de 2019.

Todas as controvérsias sobre as consequências do uso de combustíveis fósseis à parte, sem eles, viveríamos em um mundo irreconhecível para os atuais viajantes da Terra. Todas as redes globais de transporte e comunicações dependem de seu fornecimento de energia, e a maior parte do commodities manufaturadas essenciais do mundo, como plásticos e aço, dependem de combustíveis fósseis absolutamente no momento.

"Combustíveis fósseis" é um termo impróprio, porque esses combustíveis não vêm de fósseis, que geralmente não são nem mesmo restos de seres vivos per se, mas impressões daquelas coisas mortas há muito tempo em rochas e solo. Os combustíveis fósseis vêm de biomassa em decomposição de animais e plantas que viveu há muitos milhões de anos, portanto, os combustíveis fósseis e os fósseis reais estão ligados, pois ambos servem como evidência indireta de vida antiga na Terra.

O óleo diesel é uma espécie de petróleo, um termo usado alternadamente no discurso cotidiano com "petróleo". As características essenciais dos três principais combustíveis fósseis são as seguintes:

Petróleo. Este combustível fóssil consiste principalmente nos elementos carbono e hidrogênio, o que não é surpreendente, dado tanto a abundância desses elementos na Terra em geral quanto sua abundância em coisas vivas em especial. Acredita-se que a maior parte dela tenha sido criada entre cerca de 252 milhões e 66 milhões de anos atrás, quando grande parte da vida vegetal foi enterrada nos oceanos daquela época inimaginavelmente longínqua.

Petróleo - ou mais precisamente, os muitos hidrocarbonetos "oleosos" diferentes que se qualificam como petróleo - é usado para fazer uma série de produtos de uso diário, incluindo gasolina e óleo para aquecimento, além de óleo diesel.

Atualmente, a queima desses combustíveis é responsável por mais da metade das emissões de "gases de efeito estufa" ricas em carbono na atmosfera da Terra, por sua vez, acredita-se ser um dos principais contribuintes para o aquecimento contínuo da superfície do planeta e habitats que vem ocorrendo há décadas.

O petróleo foi responsável por cerca de 35 por cento da energia produzida nos EUA em 2016, uma estatística que deve permanecer estável até pelo menos 2040.

Gás natural. Esse combustível fóssil se destaca por ser incolor e inodoro, qualidades que contrastam fortemente com o petróleo, substância notavelmente intrusiva nesses aspectos. Como o petróleo, formou-se há milhões de anos a partir de restos de matéria vegetal e animal, por meio do produto químico e as condições mecânicas (por exemplo, pressão) que os criaram obviamente não eram idênticas às que deram origem a óleo.

A produção de gás natural aumentou dramaticamente nos EUA na segunda década do século 21, um efeito quase inteiramente atribuível à rápida disseminação da implementação de "fracking."

Mais apropriadamente chamado fraturamento hidráulico, esta polêmica técnica de perfuração requer uma grande quantidade de água e pode causar atividade sísmica (semelhante a terremotos) nas regiões afetadas. O gás natural contribuiu com cerca de um quarto do fornecimento de energia dos EUA em 2016, mas espera-se que corresponda aos 35 por cento do petróleo até 2040.

Carvão. Antes quase a única fonte de combustível para a geração de eletricidade em usinas, o carvão é ainda mais antigo que os outros combustíveis fósseis, tendo começado a se formar há cerca de 360 ​​milhões de anos. Ao contrário dos outros combustíveis fósseis, também foi comprimido em uma forma característica, embora existam vários subtipos e sejam classificados de acordo com o teor de carbono.

O carvão atualmente fornece cerca de um terço do suprimento mundial de energia. Embora tenha caído em termos de sua participação no bolo de energia dos EUA desde cerca de 2010, o carvão continua muito popular em países com padrões ambientais historicamente frouxos, como a China.

Apesar das frequentes proclamações em contrário do governo dos EUA a partir de 2019, o uso de carvão deve declínio, não só pelo aumento do uso de energias renováveis, mas pelo já citado aumento do gás natural Extração. O carvão contribuiu com cerca de 15 por cento do fornecimento de energia dos EUA em 2016, e seu uso deve continuar a cair modestamente antes de se estabilizar em cerca de 12 por cento até 2040.

O arco da vida de Rudolf Diesel se apresenta como uma espécie de relato trágico. Diesel era um estudante universitário na Alemanha no início da década de 1870, numa época em que as grandes cidades estavam começando a ficar sobrecarregadas pelo pura quantidade de estrume gerado pelos cavalos servindo como o principal meio de viajar longas e curtas distâncias nestas áreas urbanas áreas.

Os esforços de anos de Diesel para lançar o motor de combustão a novos patamares de eficiência foram provavelmente prejudicados pelo peso de suas próprias expectativas e as de um público que estava ciente de seus objetivos. Apesar de obter grandes ganhos de eficiência (embora muito aquém das aspirações de Diesel, seus motores eram duas vezes mais eficientes que as versões padrão da época).

Em 1913, cerca de 40 anos depois de começar seu trabalho, Diesel morreu em um suicídio aparente, mas às vezes contestado, durante uma viagem de barco. Infelizmente, ele nunca viu sua classe de invenções realmente decolar nas décadas de 1920 e 1930.

Um motor a diesel é um motor de combustão interna, o que significa que converte a energia química das ligações nas moléculas do combustível em energia mecânica. Um eixo de transmissão é conectado a um pistão por meio de uma dobradiça na parte externa do eixo. O pistão está dentro de um cilindro no qual o ar, especialmente o oxigênio (necessário para a combustão) e o combustível são bombeados ou injetados.

A explosão controlada dentro do cilindro resultante do grande aumento da pressão (e desta temperatura) força o pistão para baixo, fazendo com que o eixo gire, conduzindo o pistão para cima conforme o eixo completa uma rotação completa e mais combustível e ar são bombeados. Esse ciclo pode ocorrer até muitos milhares de vezes por minuto.

A "mágica" de um motor diesel é que, ao contrário de um motor de combustão normal, ele não requer nenhuma ignição de combustível ativo. Em um motor normal, a temperatura dentro do cilindro não chega a ficar alta o suficiente para que o combustível entre em ignição sem auxílio elétrico - daí as "velas de ignição", que tornam os carros inúteis quando eles falham. Em um motor a diesel, o ar é tão fortemente comprimido que o combustível se inflama sem ajuda e menos combustível é necessário por curso do motor, melhorando muito a eficiência do combustível.

A maior eficiência, ou economia, desses motores geralmente os torna mais caros e difíceis de manter. Na época da Diesel, a tecnologia para resolver esses problemas simplesmente ainda não estava disponível.

As propriedades únicas de um motor a diesel resultam em ser capaz de usar diferentes tipos de óleo, um combustível naturalmente chamado de óleo diesel. Este combustível é feito de petróleo bruto e rende cerca de 11 a 12 galões de óleo diesel por barril de 42 galões de petróleo não processado. É usado na maioria dos caminhões de carga, trens, ônibus e barcos, bem como veículos agrícolas e veículos de construção e militares.

Em 2006, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) determinou que o teor de enxofre do diesel combustíveis sejam bastante reduzidos, uma medida que se provou extremamente eficaz, uma vez que foi implementada ao longo Tempo. Em 2018, cerca de 97 por cento de todo o diesel em uso nas estradas dos Estados Unidos e em outros lugares consistia em uma mistura conhecida como diesel de ultra baixo teor de enxofre (ULSD).

• Em 2018, o combustível diesel foi responsável por cerca de 20 por cento do uso total de petróleo nos EUA, ou cerca de 7 por cento do consumo total de combustível nos EUA.