Каково происхождение дизельного топлива?

В 1892 году изобретатель Рудольф Дизель создал новый революционный топливный продукт, который сегодня носит его имя. Его изобретение, как это обычно бывает в физических науках, стало кульминацией многих лет тяжелой, однообразной и финансово неблагодарной работы.

Впервые Дизеля вдохновила лекция по термодинамике в Королевском баварском политехническом институте Мюнхена, в его родной Германии. (Термодинамика является исследованием взаимосвязи между теплом и различными другими формами энергии.)

Дизель добился того, что он сделал в упорном стремлении, своего рода "святого Грааля" физики: двигатель внутреннего сгорания, который мог бы преобразовывать все тепло в полезную работу и, следовательно, был бы на 100% механически эффективный. Это было доказано физиками на теоретически возможно, но на практике это было и даже сегодня остается в лучшем случае неуловимым.

Несмотря на то, что Дизель далеко не соответствовал этому идеалу эффективности, его двигатели все равно были более чем в два раза эффективнее своих предшественников - примерно 25 процентов против 10 процентов. К сожалению, он сталкивался с частыми призывами вернуть деньги за свою продукцию, и его жизнь закончилась бедностью, как сообщается, из-за его собственной руки.

Но новый подход Дизеля к воспламенению топлива и изобретение дизельного двигателя остаются чрезвычайно важными даже в эпоху в котором представления об ископаемых видах топлива всех типов стали чрезвычайно непопулярными, даже если их использование по-прежнему в значительной степени бесконтрольно.

«Энергия» в физике - это центральное понятие, но его довольно сложно адекватно объяснить обыденными словами. Энергия имеет единицы силы, умноженные на расстояние, но также «появляется» во множестве менее поддающихся количественной оценке обличий. Первичные источники энергии включать ядерная энергия, ископаемое топливо (нефть, уголь а также натуральный газ) и так называемые возобновляемые источники, такие как:

• **ветер
  
• солнечный
  
• геотермальный **
  
• гидроэлектростанция мощность

По состоянию на 2016 год около 81,5 процента энергии, используемой в Соединенных Штатах (крупнейшем в мире потребителе энергии среди стран), было получено из ископаемого топлива. Хотя ожидалось, что к 2040 году это число сократится до менее 77 процентов, факт остается фактом: промышленные не ожидается, что мир в обозримом будущем откажется от своей зависимости от нефти, природного газа и угля. будущее.

И это несмотря на упорную, ясную и порой очень резкую болтовню в СМИ и научном секторе о потенциально разрушительные экологические последствия изменения климата, которые, как ожидается, серьезно начнутся во второй половине настоящего век.

В то время как ядерная энергия, биомасса, гидроэнергетика и другие возобновляемые источники энергии выросли и составляют почти четверть Потребности Америки в энергии, только категория «другие возобновляемые источники энергии», как ожидается, значительно вырастет за десятилетия до прийти.

В большинстве источников указываются три ископаемых топлива, вносящих вклад в глобальную энергетическую машину человека: нефть, натуральный газ а также каменный уголь. (Четвертый, запатентованный нефтяной продукт под названием Orimulsion, начал использоваться в 1980-х годах, но стал практически не участвующим в первое десятилетие 21 века). Вместе они составляли четыре пятых энергоснабжения планеты по состоянию на 2019.

Если оставить в стороне все споры о последствиях использования ископаемого топлива, без них мы жили бы в мире, неузнаваемом для нынешних путешественников по Земле. Все глобальные транспортные и коммуникационные сети зависят от их поставок энергии, а большая часть важнейшие промышленные товары в мире, такие как пластмассы и сталь, полностью зависят от ископаемого топлива. момент.

«Ископаемое топливо» - неправильное название, потому что это топливо не происходит из окаменелостей, которые, как правило, даже не являются остатками живых существ. как таковой, но впечатления от давно умерших вещей в камнях и почве. Ископаемое топливо поступает из разложившаяся биомасса животных и растений которые жили много миллионов лет назад, поэтому ископаемое топливо и настоящие окаменелости связаны тем, что оба служат косвенным доказательством древней жизни на Земле.

Дизельное топливо - это разновидность нефти, термин, используемый в повседневном дискурсе как синоним «нефти». Основные характеристики трех основных видов ископаемого топлива следующие:

Нефть. Это ископаемое топливо состоит в основном из элементов углерода и водорода, что неудивительно, учитывая как изобилие этих элементов на Земле в целом, так и их изобилие в живых существах в специфический. Считается, что большая часть из них была создана примерно между 252 миллионами и 66 миллионами лет назад, когда в то невообразимо давние времена в океанах было погребено большое количество растений.

Нефть - или, точнее говоря, множество различных «маслянистых» углеводородов, которые квалифицируются как нефть, - используется. производить ряд товаров повседневного спроса, в том числе бензин и топочный мазут в дополнение к дизельному топливу.

В настоящее время сжигание этого топлива является причиной более половины выбросов углеродосодержащих «парниковых газов» в атмосферу Земли. в свою очередь, считается одним из основных факторов постоянного потепления поверхности планеты и среды обитания, которое происходило в течение десятилетия.

По состоянию на 2016 год на нефть приходилось около 35 процентов произведенной в США энергии, и ожидается, что эта статистика останется стабильной как минимум до 2040 года.

Натуральный газ. Это ископаемое топливо примечательно тем, что оно не имеет цвета и запаха - качества, которые резко контрастируют с нефтью, особенно навязчивым веществом в этих аспектах. Как и нефть, он образовался миллионы лет назад из остатков растительной и животной материи в результате химических реакций. и механические (например, давление) условия, которые их создали, были явно не идентичны тем, которые вызывали масло.

Добыча природного газа в США резко выросла во втором десятилетии XXI века, и этот эффект почти полностью объясняется быстрым распространением внедрения "гидроразрыв."

Правильнее называть гидроразрыв, этот неоднозначный метод бурения требует большого количества воды и может вызвать сейсмическую активность (подобную землетрясениям) в пострадавших регионах. В 2016 году на природный газ приходилось около четверти энергоснабжения США, но ожидается, что к 2040 году он будет соответствовать 35-процентному показателю от нефти.

Каменный уголь. Когда-то почти единственный источник топлива для выработки электроэнергии на электростанциях, уголь даже старше, чем другие ископаемые виды топлива, поскольку он начал формироваться около 360 миллионов лет назад. В отличие от других ископаемых видов топлива, оно также было сжато в характерную форму, хотя существуют различные подтипы, которые классифицируются в соответствии с содержанием углерода.

В настоящее время уголь обеспечивает около одной трети мировых запасов энергии. Хотя его доля в энергетическом пироге США снизилась примерно с 2010 года, уголь по-прежнему очень популярен в странах с исторически слабыми экологическими стандартами, таких как Китай.

Несмотря на частые заявления об обратном со стороны правительства США с 2019 года, ожидается, что использование угля спад, не только из-за роста использования возобновляемых источников энергии, но и из-за вышеупомянутого всплеска природного газа добыча. На долю угля в энергоснабжении США в 2016 году приходилось около 15 процентов, и ожидается, что его потребление продолжит незначительно сокращаться, а к 2040 году стабилизируется на уровне примерно 12 процентов.

История жизни Рудольфа Дизеля представляет собой нечто вроде трагедии. Дизель учился в университете в Германии в начале 1870-х годов, в то время, когда большие города начали захлестывать огромное количество навоза, производимого лошадьми, служащее основным средством передвижения на длинные и короткие расстояния в этих городских области.

Многолетним усилиям Дизеля по выводу двигателя внутреннего сгорания на новый уровень эффективности, вероятно, препятствовали его собственные ожидания и ожидания общественности, которая знала о его целях. Несмотря на значительный прирост эффективности (хотя он и далек от ожиданий Дизеля, его двигатели были более чем в два раза эффективнее стандартных версий того времени).

В 1913 году, примерно через 40 лет после того, как он впервые начал свою работу, Дизель погиб в результате очевидного, но иногда спорного самоубийства во время плавания на лодке. К сожалению, в 1920-е и 1930-е годы ему так и не удалось увидеть по-настоящему взлёт своего класса изобретений.

Дизельный двигатель - это двигатель внутреннего сгорания, что означает, что он преобразует химическую энергию из связей в молекулах топлива в механическую энергию. Приводной вал соединен с поршнем через шарнир на внешней стороне вала. Поршень находится внутри цилиндра, в который закачивается или впрыскивается воздух, особенно кислород (необходимый для сгорания) и топливо.

Контролируемый взрыв внутри цилиндра в результате значительного повышения давления (и этой температуры) заставляет поршень опускаться, заставляя вал вращаться, перемещая поршень обратно вверх, когда вал совершает полный оборот и в него закачивается больше топлива и воздуха. Этот цикл может происходить до многих тысяч раз в минуту.

«Магия» дизельного двигателя в том, что он, в отличие от обычного двигателя внутреннего сгорания, не требует активного зажигания топлива. В нормальном двигателе температура внутри цилиндра не становится достаточно высокой, чтобы топливо могло воспламениться без помощи электричества - отсюда и «свечи зажигания», которые делают автомобили бесполезными при выходе из строя. В дизельном двигателе воздух настолько сильно сжат, что топливо воспламеняется без посторонней помощи, и на один такт двигателя требуется меньше топлива, что значительно повышает топливную экономичность.

Большая эффективность или экономичность этих двигателей обычно делает их более дорогими и сложными в обслуживании. Во времена Дизеля технологии для решения этих проблем просто еще не было.

Уникальные свойства дизельного двигателя приводят к тому, что он может использовать различные виды масла, топливо, которое называют дизельным топливом. Это топливо производится из сырой нефти и дает от 11 до 12 галлонов дизельного топлива на баррель необработанной нефти объемом 42 галлона. Он используется в большинстве грузовых автомобилей, поездов, автобусов и лодок, а также в сельскохозяйственных, строительных и военных машинах.

В 2006 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) постановило, что содержание серы в дизельном топливе топлива будет значительно сокращено, мера, которая оказалась чрезвычайно эффективной, поскольку она была реализована в время. К 2018 году около 97 процентов всего дизельного топлива, используемого на дорогах Америки и в других местах, состояло из смеси, известной как дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD).

• В 2018 году на дизельное топливо приходилось около 20 процентов от общего потребления нефти в США, или около 7 процентов от общего потребления топлива в США.