Kaj je izvor dizelskega goriva?

Leta 1892 izumitelj Rudolf Diesel ustvaril nov revolucionarni izdelek na gorivo, ki danes nosi njegovo ime. Njegov izum, kot je običajno v fizikalnih znanostih, je bil vrhunec let trdega, ponavljajočega se in finančno nekoristnega dela.

Diesela je najprej navdihnilo termodinamično predavanje na Kraljevskem bavarskem politehničnem fakultetu v Münchnu v njegovi rodni Nemčiji. (Termodinamika je preučevanje razmerja med toploto in različnimi drugimi oblikami energije.)

Diesel je dosegel to, kar je naredil v določenem prizadevanju, neke vrste fiziko "sveti gral": zgorevalni motor, ki bi lahko vso toploto pretvoril v koristno delo in bi bil torej 100-odstoten mehansko učinkovita. To so fiziki dokazali teoretično mogoče, toda v praksi je bilo in tudi danes v najboljšem primeru ostaja nedosegljivo.

Kljub temu, da Diesel ni dosegel tega idealnega izkoristka, so bili njegovi motorji še vedno dvakrat bolj učinkoviti kot njihovi predhodniki - približno 25 odstotkov v primerjavi z 10 odstotki. Na žalost se je pogosto soočal s pozivi za vračilo kupnine za svoje izdelke in njegovo življenje se je končalo v revščini, domnevno lastnoročno.

Toda Dieselov prilagojeni nov pristop k vžigu goriva in izum dizelskega motorja ostajata izredno pomembna tudi v dobi v katerem so zaznavanja fosilnih goriv vseh vrst postala izjemno nepriljubljena, četudi se njihova uporaba v veliki meri nadaljuje.

"Energija" v fiziki je osrednji pojem, vendar ga je nekoliko težko razložiti z vsakodnevnimi besedami. Energija ima enote sile, pomnožene z razdaljo, vendar se tudi "pojavlja" v različnih manj merljivih oblikah. Primarni viri energije vključujejo Nuklearna energija, fosilna goriva (olje, premog in zemeljski plin) in tako imenovani obnovljivi viri, kot so:

• ** veter
  
• sončna
  
• geotermalna **
  
• hidroelektrarna moč

Od leta 2016 je približno 81,5 odstotka energije, porabljene v ZDA (največji svetovni porabnik energije med državami), pridobivalo iz fosilnih goriv. Čeprav naj bi se to število do leta 2040 znižalo na manj kot 77 odstotkov, ostaja dejstvo, da industrijska industrija od sveta se ne pričakuje, da se bo kadar koli v predvidljivem času odvadil odvisnosti od nafte, zemeljskega plina in premoga prihodnosti.

To je kljub nepopustljivemu, jasnemu in včasih zelo ostremu klepetu medijev in znanstvenega sektorja o potencialnem uničujoče vplive podnebnih sprememb na okolje, ki naj bi se resno pojavili v drugi polovici sedanjosti stoletja.

Medtem ko so jedrska energija, biomasa, hidroelektrarne in drugi obnovljivi viri prispevali skoraj eno četrtino Ameriške energetske potrebe naj bi se v desetletjih do leta 2009 znatno povečale le v kategoriji "drugi obnovljivi viri" pridi.

Večina virov navaja tri fosilna goriva, ki prispevajo k svetovnemu stroju človeške energije: zemeljsko olje, zemeljski plin in premog. (Četrti, lastniški naftni izdelek, imenovan Orimulsion, se je začel uporabljati v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je prvo desetletje 21. stoletja.) Ti so skupaj predstavljali štiri petine oskrbe z energijo na planetu 2019.

Vse polemike o posledicah uporabe fosilnih goriv na stran, brez njih bi živeli v svetu, ki ga trenutni popotniki na Zemlji ne prepoznajo. Celotna globalna prometna in komunikacijska omrežja se zanašajo na oskrbo z energijo in večino svetovno kritično izdelano blago, kot sta plastika in jeklo, se popolnoma opira na fosilna goriva trenutek.

"Fosilna goriva" je napačno poimenovanje, ker ta goriva ne izvirajo iz fosilov, ki na splošno niso niti ostanki živih bitij same po sebi, ampak vtise teh davno mrtvih stvari v skalah in tleh. Fosilna goriva prihajajo iz razpadla biomasa živali in rastlin ki je živel pred mnogimi milijoni let, zato so fosilna goriva in dejanski fosili povezani tako, da so oba posredna dokazi o starodavnem življenju na Zemlji.

Dizelsko gorivo je vrsta nafte, izraz, ki se v vsakdanjem govoru uporablja kot nafta. Bistvene značilnosti treh glavnih fosilnih goriv so naslednje:

Nafta. To fosilno gorivo je večinoma sestavljeno iz elementov ogljika in vodika, kar ni presenetljivo tako številčnost teh elementov na Zemlji nasploh kot njihova številčnost v živih bitjih v posebno. Večina naj bi nastala med približno 252 milijoni in 66 milijoni let, ko je bilo v oceanih tistega nepredstavljivo davnega časa pokopano veliko rastlinskega sveta.

Uporablja se olje - ali natančneje, številni različni "oljni" ogljikovodiki, ki spadajo med naftna goriva izdelati številne vsakdanje izdelke, vključno z bencinom in kurilnim oljem poleg dizelskega goriva.

Trenutno je izgorevanje teh goriv odgovorno za več kot polovico z ogljikom bogatih emisij "toplogrednih plinov" v zemeljsko ozračje, po drugi strani pa naj bi prispeval k nenehnemu segrevanju površja in habitatov planeta, ki se je desetletjih.

Nafta je od leta 2016 predstavljala približno 35 odstotkov proizvedene energije v ZDA, statistika pa naj bi ostala stabilna vsaj do leta 2040.

Zemeljski plin. To fosilno gorivo je opazno po tem, da je brez barve in vonja, kar je močno v nasprotju z zemeljskim oljem, ki je v teh vidikih še posebej vsiljiva snov. Tako kot nafta se je pred milijoni let oblikovala iz ostankov rastlinskih in živalskih snovi s pomočjo kemikalije in mehanski (npr. tlačni) pogoji, ki so jih ustvarili, očitno niso bili enaki tistim, ki so nastali olje.

Proizvodnja zemeljskega plina se je v ZDA v drugem desetletju 21. stoletja močno povečala, kar je skoraj v celoti mogoče pripisati hitremu širjenju izvajanja "fracking."

Pravilneje imenovan hidravlično lomljenje, ta kontroverzna tehnika vrtanja zahteva veliko vode in lahko v prizadetih regijah povzroči potresno aktivnost (podobno kot potresi). Zemeljski plin je leta 2016 prispeval približno četrtino ameriške oskrbe z energijo, vendar naj bi do leta 2040 dosegel 35-odstotno vrednost nafte.

Premog. Nekoč skoraj edini vir goriva za proizvodnjo električne energije v elektrarnah je premog celo starejši od ostalih fosilnih goriv, ​​saj je začel nastajati pred približno 360 milijoni let. Za razliko od drugih fosilnih goriv je bilo tudi stisnjeno v značilno obliko, čeprav obstajajo različni podtipi in so razvrščeni glede na vsebnost ogljika.

Trenutno premog dobavlja približno tretjino svetovne oskrbe z energijo. Čeprav je delež ameriškega energetskega kolača od približno leta 2010 upadel, ostaja premog zelo priljubljen v državah z zgodovinsko ohlapnimi okoljskimi standardi, kot je Kitajska.

Kljub pogostim razglasitvam nasprotne vlade ameriške vlade od leta 2019 naj bi se uporaba premoga upadanje, ne le zahvaljujoč povečanju uporabe obnovljivih virov, temveč tudi zaradi zgoraj omenjenega povečanja naravnega plina pridobivanje. Premog je leta 2016 prispeval približno 15 odstotkov ameriške oskrbe z energijo, njegova poraba pa naj bi še naprej zmerno upadala, preden se bo do leta 2040 ustalila na približno 12 odstotkih.

Lok življenja Rudolfa Diesela predstavlja nekaj tragičnega. Diesel je bil univerzitetni študent v Nemčiji v zgodnjih 1870-ih, v času, ko so velika mesta začela preplavljati velika količina gnoja, ki ga konji ustvarijo kot glavno sredstvo za potovanje na dolge in kratke razdalje v teh mestih območjih.

Dolgoletna prizadevanja Diesela, da bi motor z notranjim zgorevanjem spustil na nove višine učinkovitosti, so verjetno ovirala bremena njegovih lastnih pričakovanj in javnosti, ki se je zavedala njegovih ciljev. Kljub velikemu povečanju učinkovitosti (čeprav so Dieselovi cilji precej manjkali, so bili njegovi motorji več kot dvakrat bolj učinkoviti kot običajne različice dneva).

Leta 1913, približno 40 let po svojem prvem delu, je Diesel med navideznim, a včasih spornim samomorom umrl med plovbo z ladjo. Na žalost ni videl, kako se je njegov razred izumov resnično povzpel v dvajsetih in tridesetih letih.

Dizelski motor je motor z notranjim zgorevanjem, kar pomeni, da pretvarja kemično energijo iz vezi v molekulah goriva v mehansko. Pogonska gred je s tečajem na zunanji strani gredi priključena na bat. Bat je v valju, v katerega se črpa ali vbrizga zrak, zlasti kisik (potreben za zgorevanje) in gorivo.

Nadzorovana eksplozija v jeklenki, ki je posledica močno povečanega tlaka (in te temperature), potisne bat navzdol, povzroči, da se gred vrti, potiskanje bata nazaj navzgor, ko gred zaključi polno vrtenje in vbrizga več goriva in zraka. Ta cikel se lahko pojavi do več tisoč krat na minuto.

"Čarobnost" dizelskega motorja je, da za razliko od običajnega motorja z notranjim zgorevanjem ne zahteva aktivnega vžiga goriva. V običajnem motorju temperatura v valju še ni dovolj visoka, da bi se gorivo vžgalo brez električne pomoči - torej "vžigalne svečke", zaradi katerih avtomobili postanejo neuporabni. V dizelskem motorju je zrak tako močno stisnjen, da se gorivo vžge brez pomoči in je na gorivo motorja potrebno manj goriva, kar močno izboljša učinkovitost porabe goriva.

Zaradi večje učinkovitosti ali varčnosti teh motorjev so na splošno dražji in jih je težko vzdrževati. V Dieselovem času tehnologija za reševanje teh težav preprosto še ni bila na voljo.

Zaradi edinstvenih lastnosti dizelskega motorja lahko uporablja različne vrste olja, goriva, ki ga naravno imenujemo dizelsko gorivo. To gorivo je narejeno iz surove nafte in daje približno 11 do 12 litrov dizelskega goriva na 42-litrski sod nepredelane nafte. Uporablja se v večini tovornih tovornjakov, vlakov, avtobusov in čolnov, pa tudi v kmetijskih vozilih ter gradbenih in vojaških vozilih.

Leta 2006 je ameriška agencija za varstvo okolja (EPA) določila vsebnost žvepla v dizelskem gorivu goriv močno zmanjšati, ukrep, ki se je izkazal za zelo učinkovitega, ko se je že izvajal čas. Do leta 2018 je približno 97 odstotkov vsega dizelskega goriva, ki se uporablja na ameriških cestah in drugod, sestavljala mešanica, znana kot ultra nizko žveplov dizel (ULSD).

• Leta 2018 je dizelsko gorivo predstavljalo približno 20 odstotkov celotne porabe nafte v ZDA ali približno 7 odstotkov celotne ameriške porabe goriva.