電気自動車、ガソリン問題、合成燃料

ガソリンスタンドに立って車に給油しているとき、ポンプの数字が反転するのを見ると、身が引き締まるような経験になることがあります。燃料価格、特にガソリンの価格には常に注目が集まっており、ガソリンが価値の低い廃棄物だった時代を想像するのは困難です。しかし、主に照明用に販売されていた灯油は、少なくとも自動車が登場する前にはかつて石油産業の王様であり、灯油を精製する際に生成されるガソリンは単に川に捨てられて廃棄されていました。

現代人の心は、これほど大規模な環境犯罪のことを考えるとおそらく身震いするでしょうし、それが問題の良い解決策だと考える人がいるとは想像もできません。しかし、世界中の自動車の電動化が進み、ガソリン需要が減少しているため、私たちは現在、ほぼ同じ問題に直面しています。なぜこれが問題なのかを理解するために、まず原油がどのように形成されるのか、そしてガソリン需要の減少が実際にどのように問題を引き起こすのかを見ていきます。この問題は、かなり先の話に進む前に考えておく必要があります。

水槽にプランクトンを少し入れましょう

ICE またはハイブリッド車のガソリン タンクを満タンにしてエンジンを始動すると、数十億年前に始まった化学プロセスのループが閉じられることになります。ほとんどの乗り物に動力を供給する石油化学燃料は、大気中の二酸化炭素として始まり、光合成のプロセスを通じてプランクトン、藻類、シアノバクテリアなどの数え切れない数兆の微生物によって貪欲に飲み込まれ、それらの生体高分子（脂質、炭水化物、タンパク質、核酸）に閉じ込められました。 。

これらの微生物は原始地球の海や湖で繁殖し、最終的に死滅すると堆積物として落下しました。絶え間なく降り注ぐ死の雨により、有機分子が豊富に含まれた厚い堆積物の層が形成されました。これらの堆積物中の炭素の大部分は酸化反応によって分解されましたが、一部の地域では、地質学的プロセスのおかげで、豊富な有機スライムの広大な層が無機堆積物で覆われることになりました。酸素の腐食作用から隔離され、その上にある物質の重さによって熱と圧力が高まると、これらの部分的に分解された堆積物は、堆積岩の中に閉じ込められた有機物質の堆積物であるケロジェンに徐々に変化しました。

機械可読な作成者が提供されていません。ファフナーは（著作権の主張に基づいて）想定しています。、 CC BY-SA 3.0、ウィキメディアコモンズ経由

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ケロジェンには大規模で複雑な炭化水素が豊富に含まれており、中には燃料として使用できるほど豊富な炭化水素も含まれていますが、石炭は基本的にケロジェンであり、その出発バイオマスは主に陸上植物でした。ほとんどのケロジェンは完全には石油に変換されません。北米のシェール油田のようなケロジェンは、「熱的に未成熟」であると言われています。つまり、十分に加熱されていないのです。しかし、他のケロゲン、つまりその上に堆積物のより深い層が堆積したものは、さらなる地球化学反応を経て、時間の経過とともに複雑な炭化水素がより単純な化合物に分解され、最終的には広大な液体原油のポケットを形成します。

最も熱的に成熟した生成物、つまり最も長く調理された生成物は、炭素数 40 のメタンから炭素数 XNUMX のブタンまでの短鎖のガス状炭化水素です。熱成熟度スペクトルの対極にある長鎖炭化水素は、おそらく鎖中に XNUMX 個以上の炭素を持ち、厚くて粘着性のあるアスファルト化合物を構成します。

モーター燃料および潤滑油の観点から重要な炭化水素は、熱成熟度範囲の中間から得られる傾向があります。ディーゼル、灯油、ジェット燃料は C から供給される傾向があります。₉ Cへ₁₆ 船舶用エンジンの燃料に使用される重質バンカー油を構成する長い炭素鎖が含まれています。短い方ではC₅ Cへ₈ ガソリンの大部分を占める炭化水素は、ヘキサンやオクタンなどの直鎖アルカン、シクロアルカン、エタノールを含むエーテルやアルコールなどのあらゆる添加剤を含む、さまざまな炭化水素の複雑な混合物です。

大まかな見積もり

原油の堆積物には炭化水素の混合物が含まれることに注意することが重要です。ある長さの炭化水素鎖が他の鉱床よりも豊富な鉱床もありますが、一般に、各鉱床にはメタンからアスファルトまでのあらゆる留分の少なくとも一部が含まれます。そこに何が含まれているかは、原油を形成したケロジェンが経験した条件と、さまざまな供給源からの炭化水素が時間の経過とともに地下でどのように混合したかによって異なります。

そしてそれは石油採掘という本質的な問題につながります。ディーゼルやガソリンなどの燃料は高度に加工された化学物質ですが、 作成した 原油から。むしろ、彼らは、 そこから洗練された。当たり前のことのように思えるかもしれませんが、重要なポイントです。一般的な原油のバレルには、約 40 ～ 50% のガソリン (より正確には、C₅ Cへ₈ ディーゼル、灯油、バンカーオイルを投入すると、各バレルの 84% が燃料グレードの留分を含みます。

これがガソリン問題の根源だ。現時点では、電気自動車が全車両に占める割合はごく一部であり、おそらく世界中で 3% に過ぎません。しかし、エンジニアリングの向上、政治的圧力、バッテリー技術の向上、気候変動への意識などの組み合わせにより、ある時点で電気自動車の需要が本格的に高まることになるでしょう。 一部の見積もり 2040 年に道路を走る EV の割合は、少なくとも乗用車では 58% になると予想されます。これは、数日ごとに地元のガソリンスタンドに立ち寄って給油することができない膨大な数の車両を意味し、必然的にガソリン需要が急減することを意味する。

しかし、これまで見てきたように、原油の各バレルの約半分は is ガソリン。突然、それほど多くのガソリンが必要でなくなった場合、需要の減少に対処できる唯一の方法は、そもそも原油からガソリンを精製しないことです。他の部分がまだ必要な場合は、おそらく問題が発生します。ディーゼルを例に考えてみましょう。 2019レポート は、4 年までに中型および大型トラックの電動化率はわずか約 2025% にとどまり、そのほとんどはバッテリー寿命の限界により、地方および地域の配送ルートを走るトラックになると予測しています。しかし、長距離トラックはおそらくしばらくの間は電動化されないでしょう。つまり、長距離トラックを走行させるためには依然として原油を蒸留してディーゼルを生産する必要があります。

同じ問題は飛行機にも当てはまります。バッテリー技術が大幅に改善しない限り、原油に含まれる灯油を入手する必要があります。道路建設に必要なアスファルト、貨物船の運行に必要な重いバンカー燃料、ほぼすべての機械を動かすのに必要な潤滑剤、肥料、医薬品、プラスチックに使用される石油留出物を加えれば、石油バレルの中には、たまたまその大部分を占めているガソリンを除いて、すべてが有用であり、必要であるという状況です。

次のステップ

そして、それが問題なのです。私たちが地中から汲み出す原油のおよそ半分は、少なくとも電気自動車が支配する世界では、役に立たなくなる運命にあるものでできています。そして、各バレルの残りの 50% にそれほど有用なものが含まれていないとしても、それはそれほど悪くはありません。そうでなければ、石油を地中に放置しておいて問題は解決したと言えるでしょう。現在燃料を燃やしているすべてのものが他の動力源に転換されれば、それが最終的な解決策になるかもしれないが、それまでの間、廃ガソリンをどうするか考え出すか、炭化水素を入手する方法を見つける必要があるだろう。何か別の方法が必要です。

このシリーズの第 2 部では、合成燃料、合成油、そしてガソリン問題を回避する方法について詳しく掘り下げていきます。

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