Яке походження дизельного палива?

У 1892 р. Винахідник Рудольф Дізель створив новий революційний паливний продукт, який сьогодні носить його ім'я. Його винахід, як це зазвичай буває у фізичних науках, стало кульмінацією років важкої, повторюваної та фінансово неприбуткової роботи.

Дизель вперше був натхненний лекцією з термодинаміки у Королівському Баварському політехнічному університеті Мюнхена, у його рідній Німеччині. (Термодинаміка - це вивчення взаємозв’язку між теплом та різними іншими формами енергії.)

Дизель досяг того, що він зробив у рішучих завданнях, свого роду фізики "святий Грааль": двигун внутрішнього згоряння, який міг перетворити все тепло на корисну роботу і, отже, становив би 100 відсотків механічно ефективний. Це було доведено фізиками теоретично можливо, але на практиці це було, і навіть сьогодні залишається невловимим у кращому випадку.

Незважаючи на те, що Дизель далеко не досяг цього ідеального коефіцієнта корисної дії, його двигуни все ще були вдвічі ефективнішими, ніж їх попередники - близько 25 відсотків проти 10 відсотків. На жаль, він часто стикався з вимогою повернути гроші за свою продукцію, і його життя закінчилося бідністю, як повідомляється власноруч.

Але спеціальний новий підхід Diesel до займання палива та винахід дизельного двигуна залишаються надзвичайно важливими навіть у епоху в якому сприйняття викопного палива всіх типів стало надзвичайно непопулярним, навіть якщо їх використання продовжує здебільшого не перевірятися.

"Енергія" у фізиці є центральним поняттям, проте дещо складним для адекватного пояснення повсякденними словами. Енергія має одиниці сили, помножені на відстань, але також "з’являється" у різноманітних менш кількісно виражених видах. Первинні джерела енергії включати атомна енергія, горючі корисні копалини (нафта, вугілля і природний газ) та так звані поновлювані джерела, такі як:

• ** вітер
  
• сонячна
  
• геотермальна **
  
• гідроелектростанція потужність

Станом на 2016 рік, близько 81,5 відсотків енергії, що використовується в Сполучених Штатах (найбільший у світі споживач енергії серед країн), отримували із викопного палива. Хоча до 2040 року це число, як очікувалося, знизиться до 77 відсотків, факт залишається фактом, що промисловий не очікується, що світ у будь-який час у передбачуваному періоді відмовиться від залежності від нафти, природного газу та вугілля майбутнє.

Це незважаючи на непоступливу, чітку і часом дуже сувору базікання ЗМІ та наукового сектору про потенційно руйнівних наслідків зміни клімату на навколишнє середовище, які, як очікується, серйозно виникнуть у другій половині сучасності століття.

У той час як ядерна енергетика, біомаса, гідроенергетика та інші відновлювані джерела зросли, досягаючи майже однієї четвертої частини Потреби Америки в енергетиці, лише категорія "інші відновлювані джерела енергії" значно зросте протягом десятиліть до приходь.

Більшість джерел перелічують три викопні види палива як такі, що сприяють розвитку світової машини людської енергії: нафта, природний газ і вугілля. (Четвертий, запатентований нафтопродукт під назвою Orimulsion, увійшов до використання у 1980-х роках, але став ефективним перше десятиліття 21 століття.) Разом вони становили чотири п'ятих енергозабезпечення планети станом на 2019.

Усі суперечки щодо наслідків використання викопного палива осторонь, без них ми жили б у світі, невпізнанному для нинішніх мандрівників Землі. Всі глобальні транспортні та комунікаційні мережі покладаються на своє постачання енергії, і більшість з них Світові критично вироблені товари, такі як пластмаси та сталь, повністю покладаються на викопне паливо момент.

"Викопне паливо" - неправильна назва, оскільки це паливо не походить від скам'янілостей, які, як правило, навіть не є залишками живих істот як такі, але враження від тих давно мертвих речей у скелях та ґрунті. Викопне паливо дійсно надходить з Росії гнила біомаса тварин і рослин який жив багато мільйонів років тому, тому викопне паливо та фактичні скам’янілі елементи пов’язані між собою тим, що обидва вони слугують непрямим свідченням давнього життя на Землі.

Дизельне паливо - це різновид нафти, термін, що вживається як взаємозамінний у повсякденному розмові з "нафтою". Основні характеристики трьох основних викопних видів палива такі:

Нафта. Це викопне паливо складається в основному з елементів вуглецю та водню, що не дивно як достаток цих елементів на Землі загалом, так і їх кількість у живих істотах в Росії зокрема. Вважається, що більша його частина створена приблизно між 252 мільйонами і 66 мільйонами років тому, коли в океанах того немислимого давнього часу було поховано велику частину рослинного світу.

Використовується нафта - або, точніше, безліч різних "маслянистих" вуглеводнів, які кваліфікуються як нафта виготовляти низку повсякденних товарів, включаючи бензин та мазут на додаток до дизельного палива.

В даний час спалення цих видів палива відповідає за половину багатих вуглецем викидів "парникових газів" в атмосферу Землі, в свою чергу вважається головним фактором постійного потепління поверхні планети та середовищ існування, яке відбувалося протягом десятиліть.

Нафта становила близько 35 відсотків енергії США, виробленої станом на 2016 рік, статистика, як очікується, залишатиметься стабільною щонайменше до 2040 року.

Природний газ. Це викопне паливо відзначається тим, що не має кольору та запаху, а також властивостями, які суттєво контрастують з нафтою, що є особливо нав'язливою речовиною в цих аспектах. Як і нафта, вона утворилася мільйони років тому із залишків рослинної та тваринного речовин через хімічну речовину і механічні (наприклад, тиск) умови, які їх створювали, очевидно, не були ідентичними тим, що спричиняють олія.

Видобуток природного газу різко зріс у США у друге десятиліття 21 століття, ефект майже повністю пов'язаний із швидким розповсюдженням реалізації "фракінг."

Правильніше називати гідророзрив пласта, ця суперечлива техніка буріння вимагає великої кількості води і може спричинити сейсмічну активність (подібно до землетрусів) у постраждалих регіонах. Природний газ сприяв приблизно чверті енергопостачання США у 2016 році, але, як очікується, до 2040 року цей показник відповідатиме 35-процентному показнику нафти.

Вугілля. Будучи майже єдиним джерелом палива для виробництва електроенергії на електростанціях, вугілля навіть старше за інші викопні види палива, починаючи формуватися близько 360 мільйонів років тому. На відміну від інших викопних видів палива, воно також пресується в характерну форму, хоча існують різні підтипи, які класифікуються за вмістом вуглецю.

В даний час вугілля постачає близько третини світового енергопостачання. Попри частку енергетичного пирога США, яка зменшилася приблизно з 2010 року, вугілля залишається дуже популярним у країнах із історично слабкими екологічними стандартами, такими як Китай.

Незважаючи на часті проголошення протилежних заяв уряду США станом на 2019 рік, використання вугілля очікується спад не лише завдяки зростанню використання відновлюваних джерел енергії, але і завдяки згаданому сплеску природного газу видобуток. Вугілля сприяло приблизно 15 відсоткам енергопостачання США у 2016 році, і, як очікується, його використання буде продовжувати помірне скорочуватися, перш ніж стабілізуватися на рівні близько 12 відсотків до 2040 року.

Дуга життя Рудольфа Дізеля подається як щось трагічне. Дізель був студентом університету в Німеччині на початку 1870-х років, у той час, коли великі міста починали переповнюватися величезна кількість гною, що утворюється конями, що є головним засобом подорожі на великі та короткі відстані, як у цих містах районів.

Багаторічні зусилля Дізеля випустити двигун внутрішнього згоряння на нові висоти ефективності, напевно, були заваджені тягарем його власних очікувань та тих, що були перед громадськістю, яка знала про його цілі. Незважаючи на значний приріст ефективності (хоча далеко не домагаючись Diesel, його двигуни були більш ніж удвічі ефективнішими, ніж стандартні версії того дня).

У 1913 році, приблизно через 40 років після того, як він вперше розпочав свою роботу, Дизель загинув під очевидним, але часом спірним самогубством під час плавання на човні. На жаль, він ніколи не бачив, як його клас винаходів справді злетів у 1920-х і 1930-х.

Дизельний двигун - це двигун внутрішнього згоряння, що означає, що він перетворює хімічну енергію з зв’язків у молекулах палива в механічну. Привідний вал з'єднаний з поршнем через шарнір на зовнішній стороні вала. Поршень знаходиться всередині циліндра, в який закачується або впорскується повітря, особливо кисень (необхідний для згоряння) і паливо.

Контрольований вибух всередині циліндра в результаті сильно підвищеного тиску (і цієї температури) змушує поршень вниз, змушуючи вал обертатися, приводячи поршень назад вгору, коли вал завершує повний оберт, і нагнітається більше палива та повітря. Цей цикл може відбуватися до тисяч разів на хвилину.

«Магія» дизельного двигуна полягає в тому, що на відміну від звичайного двигуна внутрішнього згоряння він не вимагає активного запалювання палива. У звичайному двигуні температура в циліндрі недостатньо висока, щоб паливо запалювалось без електричної допомоги - отже, "свічки запалювання", які роблять машини марними в разі їх виходу з ладу. У дизельному двигуні повітря настільки сильно стискається, що паливо запалюється без допомоги, і менше витрат палива на один хід двигуна, що значно покращує паливну ефективність.

Більша ефективність або економічність цих двигунів робить їх загалом дорожчими та складними в обслуговуванні. За часів Diesel технологія вирішення цих проблем просто ще не була доступною.

Унікальні властивості дизельного двигуна призводять до того, що він може використовувати різні види масла, палива, яке природно називають дизельним паливом. Це паливо виготовляється з сирої нафти і дає близько 11-12 галонів дизельного палива з 42-галонного бареля необробленої нафти. Застосовується у більшості вантажних вантажівок, поїздів, автобусів та човнів, а також сільськогосподарських машин та будівельних та військових машин.

У 2006 році Агентство США з охорони навколишнього середовища (EPA) зобов'язало вміст сірки в дизелі значно знизити кількість палива - міра, яка виявилася надзвичайно ефективною, оскільки впроваджувалась понад час. До 2018 року близько 97 відсотків усього дизельного палива, що використовується на американських дорогах та в інших місцях, складалося із суміші, відомої як дизельний ультранизький рівень сірки (ULSD).

• У 2018 році на дизельне паливо припадало близько 20 відсотків загального споживання нафти в США, або близько 7 відсотків загального споживання американського палива.