Sähköajoneuvot, bensiiniongelma ja synteettiset polttoaineet

Kun seisot huoltoasemalla tankkaamassa autoasi, pumpun ohitse kiertävien numeroiden katseleminen voi olla raitistava kokemus. Polttoaineiden, erityisesti bensiinin, hintoja on aina seurattu innokkaasti, joten on vaikea kuvitella aikaa, jolloin bensiini olisi vähäarvoista jätetuotetta. Mutta pääasiassa valaistukseen myytävä kerosiini oli aikoinaan öljyteollisuuden kuningas, ainakin ennen autojen tuloa, siinä määrin, että petrolia jalostettaessa tuotettu bensiini yksinkertaisesti kaadettiin puroihin, jotta siitä pääsisi eroon.

Moderni mieli ehkä vapisee ajatuksesta tämän suuruusluokan ympäristörikoksesta, emmekä voi kuvitella, kuinka kukaan ajattelisi sen olevan hyvä ratkaisu ongelmaan. Ja kuitenkin kohtaamme nyt paljon saman ongelman, sillä maailman moottoriajoneuvojen lisääntyvä sähköistyminen laskee bensiinin kysyntää. Ymmärtääksemme, miksi tämä on ongelma, aloitamme tarkastelemalla, kuinka raakaöljy muodostuu ja kuinka bensiinin vähenevä kysyntä voi itse asiassa aiheuttaa ongelmia, joita meidän tulisi miettiä ennen kuin menemme liian pitkälle.

Laita pieni planktonia säiliöön

Kun täytät ICE- tai hybridiautosi kaasusäiliön ja käynnistät moottorin, suljet kemiallisten prosessien silmukan, joka alkoi miljardeja vuosia sitten. Useimpia ajoneuvoja käyttävä petrokemiallinen polttoaine sai alkunsa ilmakehän hiilidioksidista, jonka lukemattomat biljoonat mikroskooppiset organismit, kuten plankton, levät ja syanobakteerit, nielevät ahneesti fotosynteesin kautta ja lukittuivat niiden biopolymeereihin – lipideihin, hiilihydraatteihin, proteiineihin ja ydinhappoihin. .

Nämä mikro-organismit lisääntyivät hedelmällisesti primitiivisen Maan valtamerissä ja järvissä ja putosivat sedimenttina kuollessaan. Jatkuva kuoleman sade rakensi paksuja sedimenttikerroksia, joissa oli runsaasti orgaanisia molekyylejä. Suurin osa näiden sedimenttien hiilestä hajosi hapetusreaktioiden kautta, mutta joillakin alueilla runsaan orgaanisen liman suuret kerrokset päätyivät geologisten prosessien ansiosta epäorgaanisten sedimenttien peittoon. Nämä osittain hajonneet sedimentit, jotka ovat lukittuina pois hapen syövyttäviltä vaikutuksilta ja kokeneet kasvavaa lämpöä ja painetta niiden päällä olevan materiaalin painon ansiosta, muuttuivat vähitellen kerogeeniksi, sedimenttikiven sisään lukittuneeksi orgaanisen materiaalin kerrostumaksi.

Koneluettavaa tekijää ei ole annettu. Fafner oletti (tekijänoikeusvaatimusten perusteella)., CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commonsin kautta

”data-medium-file=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the-gasoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg?w=320″ data- large-file=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the-bensoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg?w=320″ loading=”laiska” class=”wp-image-499516 size-full” src=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the-bensoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg ” alt=”Näyte öljyliuskeesta, kerogeeni” width=”320″ height=”320″ srcset=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the- gasoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg 320w, https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the-gasoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg?resize =250,250 250 320w” koot=”(max-leveys: 100px) 320vw, XNUMXpx”>

Vaikka kerogeenit sisältävät runsaasti suuria, monimutkaisia ​​hiilivetyjä, ja jotkut ovat jopa tarpeeksi rikkaita käytettäviksi polttoaineena – kivihiili on pohjimmiltaan kerogeeni, jonka biomassan lähtöaine oli suurelta osin maalla sijaitsevia kasveja – useimmat kerogeenit eivät muutu täysin öljyksi. Kerogeenien, kuten Pohjois-Amerikan liuskeöljykenttien, sanotaan olevan "termisesti epäkypsiä" - periaatteessa ne eivät ole kypsyneet tarpeeksi. Mutta muut kerogeenit, joiden päälle on kerrostunut syvempiä sedimenttikerroksia, käyvät läpi lisää geokemiallisia reaktioita ja hajottavat monimutkaiset hiilivedyt yksinkertaisemmiksi ja yksinkertaisemmiksi yhdisteiksi ajan myötä ja muodostavat lopulta valtavia nestemäisen raakaöljyn taskuja.

Lämmönkypsimmät, pisimpään kypsyneet tuotteet ovat lyhytketjuiset kaasumaiset hiilivedyt yksihiilisestä metaanista nelihiiliseen butaaniin. Terminen kypsyysspektrin toisessa päässä pitkäketjuiset hiilivedyt, joiden ketjuissa on ehkä 40 hiiltä tai enemmän, muodostavat paksut, tahmeat asfalttiyhdisteet.

Moottoripolttoaineiden ja voiteluaineiden kannalta tärkeät hiilivedyt tulevat yleensä lämpökypsyysalueen puolivälistä. Diesel, kerosiini ja lentopolttoaineet tulevat yleensä C₉ C: hen₁₆ Pidemmät hiiliketjut muodostavat raskaan laivojen moottoreiden polttoaineena käytettävän bunkkeriöljyn. Lyhyemmässä päässä C₅ C: hen₈ valikoiman hiilivedyt muodostavat suurimman osan bensiinistä, joka on monimutkainen seos monista erilaisista hiilivedyistä, mukaan lukien suoraketjuiset alkaanit, kuten heksaani ja oktaani, sykloalkaanit ja kaikki lisäaineet, kuten eetterit ja alkoholit, mukaan lukien etanoli.

Karkeat arviot

On tärkeää huomata, että kaikki raakaöljyesiintymät sisältävät sekoituksen hiilivetyjä. Jotkut ovat rikkaampia yhden pituisten hiilivetyketjujen suhteen, mutta yleensä jokaisessa esiintymässä tulee olemaan ainakin osa jokaisesta fraktiosta metaanista bitumiin. Mitä siellä on, riippuu olosuhteista, joita raakaöljyn muodostanut kerogeeni koki ja kuinka eri lähteistä peräisin olevat hiilivedyt sekoittuvat maan alla ajan myötä.

Ja se johtaa öljyn talteenoton olennaiseen ongelmaan. Vaikka polttoaineet, kuten diesel ja bensiini, ovat pitkälle kehitettyjä kemikaaleja, ne eivät ole luotu raakaöljystä. Pikemminkin ne ovat siitä jalostettuna. Se saattaa tuntua itsestään selvältä, mutta se on tärkeä seikka. Tyypillinen raakaöljytynnyri sisältää noin 40-50 % bensiiniä (tai tarkemmin sanottuna C₅ C: hen₈ jakeet, jotka sekoitetaan bensiiniin), ja täysin 84 % kustakin tynnyristä sisältää polttoainelaatuisia fraktioita, kun heität siihen dieseliä, kerosiinia ja bunkkeriöljyä.

Tämä on bensiiniongelman syy. Tällä hetkellä sähköajoneuvot muodostavat pienen osan koko ajoneuvokannasta – ehkä 3 % maailmanlaajuisesti. Mutta jossain vaiheessa paremman suunnittelun, poliittisen painostuksen, parannetun akkuteknologian ja ilmastotietoisuuden yhdistelmän ansiosta sähköajoneuvojen kysyntä kasvaa vakavasti. Joitakin arvioita Kiinnitä sähköautojen osuus tieliikenteessä 2040 prosenttiin vuonna 58 ainakin henkilöautojen osalta. Se on valtava määrä ajoneuvoja, jotka eivät pysähdy paikalliselle huoltoasemalle tankkaamaan muutaman päivän välein, mikä tarkoittaa, että bensiinin kysyntä romahtaa.

Mutta kuten olemme nähneet, noin puolet jokaisesta raakaöljytynnyristä is bensiini. Jos emme yhtäkkiä tarvitse yhtä paljon bensiiniä, ainoa tapa, jolla voimme käsitellä vähentynyttä kysyntää, on olla jalostamatta sitä raakaöljystä. Tämä on ongelma, jos tarvitsemme edelleen muita murto-osia, minkä todennäköisesti tulemmekin tekemään. Otetaan esimerkkinä diesel. 2019-raportti arvioi, että keskisuurten ja raskaiden kuorma-autojen kalusto on vain noin 4 % sähkökäyttöinen vuoteen 2025 mennessä ja että suurin osa niistä on paikallisilla ja alueellisilla toimitusreiteillä toimivia kuorma-autoja, mikä johtuu pääasiassa akun käyttöiän rajoituksista. Kaukoliikenteen kuorma-autoja ei kuitenkaan todennäköisesti sähköistetä pitkään aikaan, mikä tarkoittaa, että raakaöljyä on edelleen tislattava dieselin valmistamiseksi.

Sama ongelma koskee lentokoneita – ellei akkutekniikka paranna merkittävästi, meidän on silti päästävä käsiksi raakaöljyssä olevaan kerosiiniin. Kun lisäät teiden rakentamiseen tarvittavan asfaltin, rahtilaivojen pyörittämiseen tarvittavan raskaan bunkkeripolttoaineen, voiteluaineet, jotka tarvitaan lähes kaiken mekaanisen pyörittämiseen, ja öljytisleet, jotka menevät lannoitteisiin, lääkkeisiin ja muoveihin, niin saat tilanne, jossa kaikki öljytynnyrissä on hyödyllistä ja tarpeellista – paitsi bensiini, joka sattuu olemaan suurin osa siellä olevasta.

Seuraavat vaiheet

Ja se on ongelma: suunnilleen puolet jokaisesta maasta pumppaamastamme raakaöljytynnyristä on valmistettu jostakin, joka on tarkoitettu olemaan hyödytöntä, ainakin sähköajoneuvojen hallitsemassa maailmassa. Ja se ei olisi niin paha, jos loput 50% kustakin tynnyristä eivät sisältäisi tavaraa, joka on niin hyödyllistä; muuten voisimme jättää öljyn maahan ja kutsua ongelmaa ratkaistuksi. Se voi olla lopullinen ratkaisu, kun kaikki, mikä tällä hetkellä polttaa polttoainetta, muunnetaan joksikin muuksi voimalähteeksi, mutta sillä välin meidän on joko keksittävä mitä tehdä hukkabensiinille tai löydettävä tapa saada hiilivedyt. tarvitsemme jonkun muun tavan.

Pysy tämän sarjan toisessa osassa, jossa perehdymme synteettisiin polttoaineisiin, synteettisiin öljyihin ja siihen, miten voimme ehkä suunnitella polkumme bensiiniongelman ympärille.

Lähde: https://hackaday.com/2021/10/18/electric-vehicles-the-gasoline-problem-and-synthetic-fuels-part-1/