Aký je pôvod nafty?

V roku 1892 vynálezca Rudolf Diesel vytvoril revolučný nový palivový produkt, ktorý dnes nesie jeho meno. Jeho vynález, ako to vo fyzikálnych vedách býva, bol zavŕšením rokov tvrdej, opakujúcej sa a finančne nenáročnej práce.

Diesel sa najskôr inšpiroval prednáškou termodynamiky na Kráľovskej bavorskej polytechnike v Mníchove v jeho rodnom Nemecku. (Termodynamika je štúdium vzťahu medzi teplom a rôznymi inými formami energie.)

Diesel dosiahol to, čo urobil v odhodlanom prenasledovaní akousi „svätým grálom“ fyziky: spaľovacím motorom, ktorý dokázal premeniť všetko teplo na užitočnú prácu, a preto by bol stopercentný mechanicky efektívne. Toto dokázali fyzici teoreticky možné, ale z praktického hľadiska to bolo a aj dnes zostáva v najlepšom prípade nepolapiteľný.

Aj napriek tomu, že Diesel tento ideál efektívnosti ani zďaleka nedosahoval, boli jeho motory stále dvakrát účinnejšie ako ich predchodcovia - asi 25 percent oproti 10 percentám. Bohužiaľ čelil častým výzvam na vrátenie peňazí za svoje výrobky a jeho život sa údajne skončil vlastnou rukou v chudobe.

Nový prispôsobený prístup Dieselu k zapaľovaniu paliva a vynález naftového motora však zostávajú enormne dôležité aj v dobe v ktorom sa vnímanie fosílnych palív všetkých druhov stalo enormne nepopulárnym, aj keď ich používanie naďalej zostáva do značnej miery nekontrolované.

„Energia“ vo fyzike je ústredný pojem, je však dosť ťažké ho adekvátne vysvetliť každodennými slovami. Energia má jednotky sily vynásobené vzdialenosťou, ale tiež sa „objavuje“ v rôznych menej vyčísliteľných podobách. Primárne zdroje energie zahrnúť jadrová energia, fosílne palivá (ropa, uhlie a zemný plyn) a takzvané obnoviteľné zdroje, ako sú:

• ** vietor
  
• solárne
  
• geotermálna **
  
• hydroelektrický moc

K roku 2016 bolo asi 81,5 percenta energie použitej v USA (najväčší svetový spotrebiteľ energie medzi národmi) z fosílnych palív. Aj keď sa očakávalo, že tento počet do roku 2040 klesne na menej ako 77 percent, faktom zostáva, že priemyselný Od sveta sa neočakáva, že sa kedykoľvek v dohľadnej dobe zbaví závislosti od ropy, zemného plynu a uhlia budúcnosť.

A to aj napriek neústupčivému, jasnému a niekedy veľmi energickému rozhovoru médií a vedy o potenciálnom potenciáli sa očakáva, že v druhej polovici súčasnosti budú mať vážne následky na ničivé účinky zmeny podnebia na životné prostredie storočia.

Zatiaľ čo jadrová energia, biomasa, vodná energia a ďalšie obnoviteľné zdroje vzrástli a prispievajú takmer k jednej štvrtine V prípade amerických energetických potrieb sa očakáva, že v nasledujúcich desaťročiach výrazne vzrastie iba kategória „iné obnoviteľné zdroje energie“ poď.

Väčšina zdrojov uvádza tri fosílne palivá, ktoré prispievajú k globálnemu ľudskému energetickému stroju: ropa, zemný plyn a uhlie. (Štvrtý, patentovaný ropný produkt s názvom Orimulsion, sa začal používať v 80. rokoch, ale stal sa účinným nehráčom v prvé desaťročie 21. storočia.) Spolu tvorili štyri pätiny dodávok energie na planéte k 2019.

Okrem všetkých polemík o dôsledkoch používania fosílnych palív by sme bez nich žili vo svete na nepoznanie súčasným cestujúcim na Zemi. Celá globálna dopravná a komunikačná sieť sa spolieha na ich dodávku energie a väčšina z nich najdôležitejšie svetové komodity, ako sú plasty a oceľ, sa absolútne spoliehajú na fosílne palivá okamih.

„Fosílne palivá“ sú nesprávnym pomenovaním, pretože tieto palivá nepochádzajú z fosílií, ktoré vo všeobecnosti nie sú ani pozostatkom živých vecí. per se, ale dojmy z tých dávno mŕtvych vecí v skalách a pôde. Fosílne palivá pochádzajú z rozpadnutá biomasa živočíchov a rastlín ktorí žili pred mnohými miliónmi rokov, takže fosílne palivá a skutočné fosílie sú spojené v tom, že obe slúžia ako nepriamy dôkaz o starodávnom živote na Zemi.

Nafta je druh ropy, termín, ktorý sa v každodennom diskurze zamieňa s „olejom“. Základné charakteristiky troch hlavných fosílnych palív sú tieto:

Ropa. Toto fosílne palivo sa skladá väčšinou z prvkov uhlík a vodík, čo nie je prekvapujúce jednak hojnosť týchto prvkov na Zemi, jednak ich hojnosť v živých organizmoch najmä. Predpokladá sa, že väčšina z nich bola vytvorená pred asi 252 miliónmi až 66 miliónmi rokov, keď bolo v oceánoch tej nepredstaviteľne dlhej doby pochované veľké množstvo rastlinného života.

Používa sa olej - alebo presnejšie, množstvo rôznych „olejových“ uhľovodíkov, ktoré sa kvalifikujú ako ropa vyrábať okrem motorovej nafty aj množstvo výrobkov každodennej potreby vrátane benzínu a vykurovacieho oleja.

V súčasnosti je spaľovanie týchto palív zodpovedné za viac ako polovicu emisií skleníkových plynov bohatých na uhlík v zemskej atmosfére, na druhej strane sa predpokladá, že významnou mierou prispieva k neustálemu otepľovaniu povrchu planéty a biotopov, ku ktorému dochádza desaťročia.

Ropa predstavovala asi 35 percent americkej energie vyrobenej od roku 2016, štatistika sa očakáva, že zostane stabilná minimálne počas roku 2040.

Zemný plyn. Toto fosílne palivo je charakteristické tým, že je bezfarebné a bez zápachu a jeho vlastnosti sú v príkrom rozpore s ropou, ktorá je v týchto aspektoch obzvlášť rušivá. Rovnako ako ropa vznikla pred miliónmi rokov zo zvyškov rastlinnej a živočíšnej hmoty prostredníctvom chemickej látky a mechanické (napr. tlakové) podmienky, ktoré ich vytvorili, zjavne neboli totožné s tými, ktoré ich vyvolali olej.

Produkcia zemného plynu v USA v druhom desaťročí 21. storočia dramaticky vzrástla, čo je takmer úplne možné za následok rýchleho šírenia implementácie „frakovanie."

Správnejšie nazvaný hydraulické štiepenie, táto kontroverzná technika vŕtania vyžaduje veľké množstvo vody a v postihnutých oblastiach môže spôsobiť seizmickú aktivitu (podobnú zemetraseniam). Zemný plyn prispel v roku 2016 asi štvrtinou dodávok energie do USA, ale do roku 2040 sa očakáva, že sa vyrovná 35-percentnej hodnote ropy.

Uhlie. Uhlie, ktoré bolo kedysi takmer jediným zdrojom paliva na výrobu elektriny v elektrárňach, je ešte staršie ako ostatné fosílne palivá a začalo sa formovať asi pred 360 miliónmi rokov. Na rozdiel od ostatných fosílnych palív bol tiež stlačený do charakteristickej formy, hoci existujú rôzne podtypy a sú klasifikované podľa obsahu uhlíka.

Uhlie v súčasnosti dodáva asi jednu tretinu svetových dodávok energie. Aj keď od roku 2010 z hľadiska podielu na energetickom koláči USA klesá, uhlie zostáva veľmi populárne v krajinách s historicky laxnými environmentálnymi normami, ako je Čína.

Aj napriek tomu, že americká vláda od roku 2019 opakovane vyhlasuje opak, očakáva sa, že k použitiu uhlia dôjde pokles nielen vďaka nárastu využívania obnoviteľných zdrojov, ale aj kvôli vyššie uvedenému nárastu zemného plynu extrakcia. Uhlie sa v roku 2016 podieľalo na dodávkach energie v USA asi 15 percentami a očakáva sa, že jeho využitie bude naďalej mierne klesať, kým sa do roku 2040 stabilizuje na zhruba 12 percentách.

Oblúk života Rudolfa Diesela predstavuje niečo ako tragickú správu. Diesel bol vysokoškolským študentom v Nemecku začiatkom 70. rokov 19. storočia, v čase, keď veľké mestá začali byť ohromené samotné množstvo hnoja, ktoré vytvorili kone, ktoré slúžia ako hlavný prostriedok na prekonávanie dlhých aj krátkych vzdialeností v týchto mestách oblastiach.

Roky trvajúce úsilie spoločnosti Diesel naštartovať spaľovací motor na vyššiu úroveň účinnosti pravdepodobne sťažilo bremeno jeho vlastných očakávaní a očakávaní verejnosti, ktorá si bola vedomá jeho cieľov. Napriek veľkému zvýšeniu efektivity (aj keď zďaleka nedosahoval predpokladov spoločnosti Diesel, jeho motory boli viac ako dvakrát účinnejšie ako štandardné verzie dňa).

V roku 1913, asi 40 rokov potom, čo prvýkrát začal pracovať, zahynul Diesel pri plavbe loďou zjavnou, ale niekedy spornou samovraždou. Je smutné, že v 20. a 30. rokoch sa nikdy nedočkal skutočného rozbehu svojej triedy vynálezov.

Naftový motor je spaľovací motor, čo znamená, že premieňa chemickú energiu z väzieb v molekulách paliva na mechanickú energiu. Kĺbový hriadeľ je spojený s piestom prostredníctvom závesu na vonkajšej strane hriadeľa. Piest je vo vnútri valca, do ktorého sa čerpá alebo vstrekuje vzduch, špeciálne kyslík (potrebný na spaľovanie), palivo.

Kontrolovaná explózia vo vnútri valca, ktorá je výsledkom výrazne zvýšeného tlaku (a tejto teploty), tlačí piest nadol, čo spôsobí otáčanie hriadeľa, poháňanie piestu späť nahor, keď sa hriadeľ dokončí v plnej rotácii a vstrekuje sa viac paliva a vzduchu. Tento cyklus sa môže vyskytnúť až tisíckrát za minútu.

„Kúzlom“ naftového motora je, že na rozdiel od bežného spaľovacieho motora nevyžaduje žiadne aktívne zapaľovanie paliva. V normálnom motore nie je teplota vo valci dosť vysoká na to, aby sa palivo vznietilo bez elektrickej pomoci - teda „sviečky“, vďaka ktorým sú autá pri poruche nepoužiteľné. V naftovom motore je vzduch tak silne stlačený, že sa palivo vznieti bez toho, aby ho vznietil, a na jeden zdvih motora je potrebných menej paliva, čo výrazne zlepšuje palivovú účinnosť.

Vyššia účinnosť alebo hospodárnosť týchto motorov spôsobuje, že sú všeobecne nákladnejšie a ťažšie sa udržiavajú. Vo vlastnom čase spoločnosti Diesel technológia na riešenie týchto problémov jednoducho ešte nebola k dispozícii.

Vďaka jedinečným vlastnostiam naftového motora je schopný používať rôzne druhy oleja, palivo, ktoré sa prirodzene nazýva nafta. Toto palivo je vyrobené z ropy a poskytuje asi 11 až 12 galónov nafty na 42-galónový sud nespracovanej ropy. Používa sa vo väčšine nákladných vozidiel, vlakov, autobusov a člnov, ako aj na poľnohospodárskych vozidlách a stavebných a vojenských vozidlách.

V roku 2006 americká agentúra pre ochranu životného prostredia (EPA) nariadila, aby bol obsah síry v nafte výrazne znížené, čo sa ukázalo ako mimoriadne účinné opatrenie, pretože sa vykonávalo počas celého obdobia čas. Do roku 2018 asi 97 percent všetkej nafty používanej na amerických cestách a inde tvorila zmes známa ako nafta s veľmi nízkym obsahom síry (ULSD).

• V roku 2018 predstavovala motorová nafta asi 20 percent z celkovej spotreby ropy v USA alebo asi 7 percent z celkovej americkej spotreby paliva.