כלי רכב חשמליים, בעיית הבנזין ודלקים סינתטיים

כשאתה עומד בתחנת הדלק וממלא את המכונית שלך, לראות את הספרות האלה על המשאבה מתהפך יכול להיות חוויה מפוכחת. מחירי הדלק, במיוחד מחיר הבנזין, תמיד נצפו בקפידה, כך שקשה לדמיין תקופה שבה בנזין היה מוצר פסולת בעל ערך נמוך. אבל נפט, שנמכר בעיקר לתאורה, היה פעם מלך תעשיית הנפט, לפחות לפני שהמכונית הגיעה, עד כדי כך שהבנזין שהופק בזמן זיקוק הנפט פשוט הושלך לנחלים כדי להיפטר ממנו.

המוח המודרני אולי רועד מהמחשבה על פשע סביבתי בסדר גודל כזה, ואנחנו לא יכולים לתאר לעצמנו איך מישהו יחשוב שזה פתרון טוב לבעיה. ובכל זאת אנו מתמודדים כעת עם אותה בעיה, שכן החשמול הגובר של צי כלי הרכב העולמי דוחף את הביקוש לבנזין. כדי להבין מדוע זו בעיה, נתחיל בכך שנבחן כיצד נוצר נפט גולמי, וכיצד ירידה בביקוש לבנזין עשויה למעשה לגרום לבעיות שעלינו לחשוב עליהן לפני שאנו מתרחקים מדי בדרך.

שים מעט פלנקטון בטנק שלך

כשאתה ממלא את מיכל הדלק ברכב ה-ICE או ההיברידי שלך ומתניע את המנוע, אתה סוגר מעגל לגבי תהליכים כימיים שהחלו לפני מיליארדי שנים. הדלק הפטרוכימי שמניע את רוב כלי הרכב התחיל כפחמן דו חמצני אטמוספרי, שנבלע בתאווה על ידי טריליוני אורגניזמים מיקרוסקופיים ללא ספור כמו פלנקטון, אצות וציאנובקטריות באמצעות תהליך הפוטוסינתזה, וננעל בביו-פולימרים שלהם - שומנים, פחמימות, חלבונים וגרעינים. .

מיקרואורגניזמים אלה התרבו פוריות באוקיינוסים ובאגמים של כדור הארץ הפרימיטיבי, ונפלו כמשקעים כאשר בסופו של דבר מתו. גשם המוות הקבוע בנה שכבות עבות של משקעים, עשירות במולקולות אורגניות. רוב הפחמן במשקעים הללו התפרק באמצעות תגובות חמצון, אך באזורים מסוימים, שכבות עצומות של הרפש האורגני העשיר התכסו בסופו של דבר במשקעים אנאורגניים הודות לתהליכים גיאולוגיים. נעולים מההשפעות הקורוזיות של החמצן וחווים חום ולחץ גוברים הודות למשקל החומר שעליהם, משקעים מפורקים חלקית אלו הפכו בהדרגה לקרוגן, משקע של חומר אורגני הננעל בתוך סלע משקע.

No machine-readable author provided. Fafner assumed (based on copyright claims)., CC BY-SA 3.0באמצעות Wikimedia Commons

” 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-gasoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg?w=320″ loading=”lazy” class=”wp-image-499516 size-full” src=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2021/10/electric-vehicles-the-gasoline-problem-and-synthetic-fuels.jpg” alt=”A sample of oil shale, a kerogen” 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 250w” sizes=”(max-width: 320px) 100vw, 320px”>

בעוד שקרוגנים עשירים בפחמימנים גדולים ומורכבים, וחלקם אפילו עשירים מספיק כדי לשמש כדלק - פחם הוא בעצם קרוגן שהביומסה ההתחלתית שלו הייתה בעיקר צמחים מבוססי יבשה - רוב הקרוגנים אינם הופכים במלואם לנפט. קרוגנים כמו שדות הנפט מפצלי פצלים בצפון אמריקה אומרים שהם "בוסריים מבחינה תרמית" - בעצם, הם לא בישלו מספיק. אבל קרוגנים אחרים, כאלה שיש להם שכבות עמוקות יותר של משקעים המופקדות מעליהם, עוברים תגובות גיאוכימיות נוספות, מפרקים את הפחמימנים המורכבים שלהם לתרכובות פשוטות ופשוטות יותר ככל שעובר הזמן, ובסופו של דבר יוצרים כיסים עצומים של נפט גולמי נוזלי.

המוצרים הבשלים ביותר מבחינה תרמית, אלו שהתבשלו הכי הרבה זמן, הם הפחמימנים הגזיים קצרי השרשרת מהמתאן החד-פחמן ועד הבוטאן בעל ארבעה פחמנים. בקצה השני של ספקטרום הבשלות התרמית, פחמימנים ארוכי שרשרת, עם אולי 40 פחמנים או יותר בשרשראות שלהם, מרכיבים את תרכובות האספלט העבות והדביקות.

הפחמימנים החשובים מבחינת דלק מנוע וחומרי סיכה נוטים להגיע מאמצע טווח הבשלות התרמית. דיזל, נפט ודלק סילוני נוטים להגיע מה-C₉ ל C₁₆ טווח, עם שרשראות פחמן ארוכות יותר המרכיבות את שמן הבונקר הכבד המשמש לדלק מנועים ימיים. בקצה הקצר יותר, ה-C₅ ל C₈ מגוון פחמימנים מהווים את עיקר הבנזין, שהוא תערובת מורכבת של פחמימנים רבים ושונים, כולל אלקנים בעלי שרשרת ישרה כמו הקסאן ואוקטן, ציקלו-אלקנים וכל מספר של תוספים כמו אתרים ואלכוהול, כולל אתנול.

הערכות גולמיות

חשוב לציין שכל מרבץ נפט גולמי יכיל תערובת של פחמימנים. חלקם יהיו עשירים יותר בשרשראות פחמימנים באורך אחד מאשר אחר, אבל באופן כללי, בכל מרבץ יהיה לפחות חלק מכל חלק, ממתאן ועד ביטומן. מה שיש שם תלוי בתנאים שהקרוגן שיצר את הנפט הגולמי חווה, ובאופן שבו פחמימנים ממקורות שונים התערבבו מתחת לאדמה לאורך זמן.

וזה מוביל לבעיה המהותית של הפקת נפט. בעוד שדלקים כמו סולר ובנזין הם כימיקלים מהונדסים ביותר, הם לא נוצר מנפט גולמי. ליתר דיוק, הם כן מעודן ממנו. זה אולי נראה מובן מאליו, אבל זו נקודה חשובה. חבית טיפוסית של נפט גולמי מכילה כ-40-50% בנזין (או ליתר דיוק, ה-C₅ ל C₈ חלקים שמעורבבים בבנזין), ו-84% מכל חבית מכילים חלקים בדרגת דלק, כאשר אתה זורק סולר, נפט ונפט בונקר.

זה שורש בעיית הבנזין. נכון לעכשיו, כלי רכב חשמליים מהווים חלק זעיר מכלל הצי - אולי 3% ברחבי העולם. אבל בשלב מסוים, באמצעות שילוב של הנדסה טובה יותר, לחץ פוליטי, טכנולוגיית סוללות משופרת ומודעות לאקלים, הביקוש לרכב חשמלי הולך להמריא בצורה רצינית. יש הערכות הצמד את אחוז רכבי החשמל על הכביש בשנת 2040 ל-58%, לפחות עבור כלי רכב נוסעים. מדובר במספר עצום של כלי רכב שלא יעצור ליד תחנת הדלק המקומית כדי להתמלא כל יומיים, כלומר הביקוש לבנזין בהכרח יצנח.

אבל, כפי שראינו, כמחצית מכל חבית של נפט גולמי is בֶּנזִין. אם אנחנו פתאום לא צריכים כל כך הרבה בנזין, הדרך היחידה שבה נוכל להתמודד עם הירידה בביקוש היא לא לזכך אותו מנפט גולמי מלכתחילה. זה מהווה בעיה אם אנחנו עדיין צריכים כל אחד מהשברים האחרים, מה שסביר להניח שנצטרך. קחו לדוגמה את הדיזל. דו"ח משנת 2019 מעריך שצי המשאיות הבינוניות והכבדות יהיה רק ​​כ-4% חשמלי עד 2025, ושרוב זה יהיו משאיות הפועלות בנתיבי אספקה ​​מקומיים ואזוריים, בעיקר בגלל מגבלות בחיי הסוללה. עם זאת, משאיות ארוכות טווח, ככל הנראה, לא יחושמלו במשך זמן מה, כלומר עדיין יהיה צורך לזקק נפט גולמי כדי לייצר סולר כדי להפעיל אותן.

אותה בעיה חלה על מטוסים - אלא אם כן טכנולוגיית הסוללה תשתפר באופן דרסטי, עדיין נצטרך להגיע לנפט שנמצא בנפט גולמי. תוסיפו את האספלט הדרוש לבניית כבישים, את הדלק הבונקר הכבד הדרוש כדי לשמור על ספינות משא, את חומרי הסיכה הדרושים להפעיל כמעט כל דבר מכני, ואת תזקיקי הנפט שנכנסים לדשנים, תרופות ופלסטיק, וקיבלתם מצב שבו כל דבר בחבית נפט הוא גם שימושי וגם נחוץ - חוץ מבנזין, שהוא במקרה החלק הארי של מה שיש שם.

השלבים הבא

וזו הבעיה: בערך מחצית מכל חבית של נפט גולמי שאנו שואבים מהאדמה עשויה ממשהו שנועד להיות חסר תועלת, לפחות בעולם שנשלט על ידי כלי רכב חשמליים. וזה לא יהיה כל כך נורא אם 50% האחרים של כל חבית לא היו מכילים דברים שהם כל כך שימושיים; אחרת, נוכל פשוט להשאיר את השמן באדמה ולפתור את הבעיה. זה אולי הפתרון בסופו של דבר, ברגע שכל מה ששורף כרגע דלק יומר למקור כוח אחר, אבל בינתיים, נצטרך להבין מה לעשות עם פסולת הבנזין, או למצוא דרך להשיג את הפחמימנים אנחנו צריכים דרך אחרת.

הישאר בחלק השני של הסדרה הזו, שבו נחפור בדלקים סינתטיים, שמנים סינתטיים, ואיך אולי נוכל לעקוף את בעיית הבנזין.

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