Vad är dieselbränslets ursprung?

1892 uppfinnaren Rudolf Diesel skapade en revolutionerande ny bränsleprodukt som idag bär hans namn. Hans uppfinning, som vanligtvis är fallet inom fysik, var kulmen på år av hårt, repetitivt och ekonomiskt obetalt arbete.

Diesel inspirerades först av en termodynamikföreläsning vid Royal Bavarian Polytechnic i München, i sitt hemland Tyskland. (Termodynamik är studien av förhållandet mellan värme och de olika andra energiformerna.)

Diesel uppnådde vad han gjorde i den beslutsamma strävan efter ett slags fysik "helig gral": en förbränningsmotor som kunde omvandla all värme till användbart arbete och skulle därför vara 100 procent mekaniskt effektiv. Detta hade bevisats av fysiker till teoretiskt praktiskt sett var det, och även idag förblir det i bästa fall svårfångat.

Trots att Diesel saknade detta effektivitetsideal, var hans motorer fortfarande över dubbelt så effektiva som sina föregångare - cirka 25 procent mot 10 procent. Tyvärr mötte han ofta återkrav om återbetalning av sina produkter, och hans liv slutade i fattigdom, enligt uppgift av hans egen hand.

Men Diesels skräddarsydda nya sätt att tända bränsle och uppfinningen av dieselmotorn är fortfarande oerhört viktigt även i en tid där uppfattningen om alla typer av fossila bränslen har blivit enormt impopulär, även om deras användning i stort sett inte kontrolleras.

"Energi" inom fysik är ett centralt begrepp, men ändå något svårt att förklara tillräckligt i vardagliga ord. Energi har kraftenheter multiplicerat med avstånd, men "uppträder" också i en mängd mindre kvantifierbara former. Primära energikällor omfatta kärnenergi, fossila bränslen (olja, kol och naturgas) och så kallade förnybara källor som:

• **vind
  
• sol-
  
• geotermisk**
  
• vattenkraft kraft

Från och med 2016 härrörde cirka 81,5 procent av den energi som användes i USA (världens största energikonsument bland nationer) från fossila bränslen. Medan detta antal förväntades sjunka till under 77 procent fram till 2040, är ​​faktum fortfarande att det industriella världen förväntas inte avvänja sig från sitt olje-, naturgas- och kolberoende när som helst inom det förutsebara framtida.

Detta trots oupphörlig, tydlig och ibland mycket strid media- och vetenskapssektor samtal om det potentiellt förödande miljöeffekter av klimatförändringar som förväntas uppstå på allvar under andra halvan av nuet århundrade.

Medan kärnkraft, biomassa, vattenkraft och andra förnybara energikällor har vuxit till att bidra med nästan en fjärdedel av Amerikas energibehov, bara kategorin "andra förnybara energikällor" förväntas växa betydligt under årtiondena komma.

De flesta källor listar tre fossila bränslen som bidragande till den globala mänskliga energimaskinen: petroleum, naturgas och kol. (En fjärde, en egen oljeprodukt som heter Orimulsion, togs i bruk på 1980-talet men blev en effektiv icke-aktör inom det första decenniet av 2000-talet.) Tillsammans svarade dessa för fyra femtedelar av planetens energiförsörjning från och med det 2019.

Alla kontroverser om konsekvenserna av användningen av fossila bränslen åt sidan, utan dem skulle vi leva i en värld som är oigenkännlig för nuvarande jordresenärer. Hela det globala transport- och kommunikationsnätet är beroende av deras energiförsörjning, och de flesta världens kritiskt tillverkade råvaror, som plast och stål, är helt beroende av fossila bränslen ögonblick.

"Fossila bränslen" är en felaktig benämning, eftersom dessa bränslen inte kommer från fossiler, som i allmänhet inte ens är rester av levande saker. i sig, men intryck av de länge döda sakerna i stenar och jord. Fossila bränslen kommer från förfallen biomassa av djur och växter som levde för många miljoner år sedan, så fossila bränslen och faktiska fossiler är kopplade genom att de båda tjänar som indirekt bevis på det forntida livet på jorden.

Dieselbränsle är ett slags petroleum, en term som används omväxlande i vardagens diskurs med "olja". De viktigaste egenskaperna hos de tre viktigaste fossila bränslena är följande:

Petroleum. Detta fossila bränsle består till största delen av elementen kol och väte, vilket inte är förvånande med tanke på både överflödet av dessa element på jorden i allmänhet och deras överflöd av levande saker i särskild. Det mesta antas ha skapats för ungefär 252 miljoner till 66 miljoner år sedan, då en hel del växtliv begravdes i haven av den otänkbart länge sedan.

Olja - eller mer exakt, de många olika "oljiga" kolväten som kvalificerar sig som petroleum - används att tillverka ett antal vardagsprodukter, inklusive bensin och eldningsolja förutom diesel.

För närvarande ansvarar förbränningen av dessa bränslen för över hälften av de kolrika "växthusgaserna" i jordens atmosfär. i sin tur tros vara en viktig bidragsgivare till den kontinuerliga uppvärmningen av planetens yta och livsmiljöer som har inträffat i årtionden.

Olja stod för cirka 35 procent av den amerikanska energin som producerades från 2016, en statistik som förväntas förbli stabil till minst 2040.

Naturgas. Detta fossila bränsle är anmärkningsvärt för att vara färglöst och luktfritt, egenskaper som står i skarp kontrast till petroleum, ett särskilt påträngande ämne i dessa aspekter. Liksom petroleum bildades det för miljontals år sedan från resterna av växt- och djurmaterial genom kemikalien och mekaniska (t.ex. tryck) förhållanden som skapade dem var uppenbarligen inte identiska med de som gav upphov till olja.

Produktion av naturgas har ökat dramatiskt i USA under det andra decenniet av 2000-talet, en effekt som nästan helt kan hänföras till den snabba spridningen av genomförandet av "fracking."

Mer korrekt kallad hydraulisk spräckning, denna kontroversiella borrteknik kräver mycket vatten och kan orsaka seismisk aktivitet (liknande jordbävningar) i drabbade regioner. Naturgas bidrog med ungefär en fjärdedel av den amerikanska energiförsörjningen 2016, men förväntas matcha petroleums 35-procentiga siffror till 2040.

Kol. En gång nästan den enda bränslekällan för att generera elektricitet vid kraftverk är kol ännu äldre än de andra fossila bränslena, efter att ha börjat bildas för cirka 360 miljoner år sedan. Till skillnad från andra fossila bränslen har den också komprimerats till en karakteristisk form, även om olika undertyper finns och klassificeras efter kolinnehåll.

Kol levererar för närvarande cirka en tredjedel av världens energiförsörjning. Medan det har fallit i termer av sin andel av den amerikanska energipajen sedan omkring 2010, är ​​kol fortfarande mycket populärt i länder med historiskt svaga miljöstandarder som Kina.

Trots frekventa proklamationer från USA: s regering från och med 2019 förväntas användningen av kol göra det nedgång, inte bara tack vare en ökad användning av förnybara energikällor utan på grund av den ovannämnda ökningen av naturgas extraktion. Kol bidrog med cirka 15 procent av den amerikanska energiförsörjningen 2016, och dess användning förväntas fortsätta att minska blygsamt innan den stabiliserades på cirka 12 procent fram till 2040.

Livets båge av Rudolf Diesel presenterar som något av en tragisk berättelse. Diesel var en universitetsstudent i Tyskland i början av 1870-talet, i en tid då stora städer började bli överväldigade av den stora mängden gödsel som genereras av hästarna som tjänar som det främsta sättet att resa långa och korta sträckor lika i dessa urbana områden.

Diesels årslånga ansträngningar för att starta förbränningsmotorn till nya effektivitetshöjder hindrades troligen av hans egna förväntningar och en allmänhet som var medveten om hans mål. Trots att han gjorde stora effektivitetsvinster (även om de är långt ifrån Diesels ambitioner var hans motorer mer än dubbelt så effektiva som dagens standardversioner).

År 1913, ungefär 40 år efter att han först började sitt arbete, omkom Diesel i ett uppenbart men ibland omtvistat självmord under en båttur. Tyvärr fick han aldrig se sin klass av uppfinningar verkligen ta fart på 1920- och 1930-talet.

En dieselmotor är en förbränningsmotor, vilket innebär att den omvandlar kemisk energi från bindningarna i bränslemolekylerna till mekanisk energi. En drivaxel är ansluten till en kolv via ett gångjärn på utsidan av axeln. Kolven är inne i en cylinder i vilken luft, speciellt syre (krävs för förbränning) och bränslet pumpas eller injiceras.

Den kontrollerade explosionen inuti cylindern till följd av kraftigt ökat tryck (och denna temperatur) tvingar ner kolven, orsakar att axeln roterar, kör kolven uppåt när axeln fullbordar en full rotation och mer bränsle och luft pumpas in. Denna cykel kan inträffa upp till många tusen gånger per minut.

En "dieselmotors" magi är att den, till skillnad från en vanlig förbränningsmotor, inte kräver något aktivt bränsletändning. I en vanlig motor blir inte temperaturen i cylindern tillräckligt hög för att bränslet ska antändas utan elhjälpmedel - därav "tändstift", vilket gör bilar värdelösa när de misslyckas. I en dieselmotor komprimeras luften så starkt att bränslet antänds utan hjälp och mindre bränsle behövs per motorslag, vilket förbättrar bränsleeffektiviteten avsevärt.

Den högre effektiviteten eller ekonomin hos dessa motorer gör dem i allmänhet dyrare och svåra att underhålla. På Diesels tid var tekniken för att ta itu med dessa problem helt enkelt ännu inte tillgänglig.

De unika egenskaperna hos en dieselmotor resulterar i att den kan använda olika typer av olja, ett bränsle som naturligt kallas diesel. Detta bränsle är tillverkat av råolja och ger cirka 11 till 12 liter diesel per 42-liters fat obearbetat petroleum. Den används i de flesta godsvagnar, tåg, bussar och båtar samt lantbruksfordon och bygg- och militärfordon.

År 2006 gav US Environmental Protection Agency (EPA) mandat att svavelhalten i diesel bränslen minskas kraftigt, en åtgärd som har visat sig vara extremt effektiv eftersom den har genomförts över tid. År 2018 bestod cirka 97 procent av all diesel som används på Amerikas vägar och på andra håll av en blandning som kallas ultra-low sulfur diesel (ULSD).

• År 2018 stod diesel för cirka 20 procent av den totala amerikanska petroleumsanvändningen, eller cirka 7 procent av den amerikanska bränsleförbrukningen totalt.