1892 skapade uppfinnaren Rudolf Diesel en revolutionerande ny bränsleprodukt som idag bär hans namn. Hans uppfinning, som vanligtvis är fallet inom de fysiska vetenskaperna, var kulmen på år av hårt, repetitivt och ekonomiskt olönsamt arbete.
Diesel inspirerades först av en termodynamikföreläsning vid den kungliga bayerska polytekniska högskolan i München, i hans hemland Tyskland. (Termodynamik är studiet av förhållandet mellan värme och de olika andra energiformerna.)
Diesel uppnådde vad han gjorde i sin målmedvetna strävan en sorts fysik ”helig gral”: en förbränningsmotor som kunde omvandla all värme till nyttigt arbete och skulle därför vara 100 procent mekaniskt effektiv. Detta hade bevisats av fysiker till det teoretiskt möjliga, men i praktiska termer var det, och än idag är det i bästa fall svårfångat.
Trots att Diesel inte klarade detta effektivitetsideal var hans motorer fortfarande över dubbelt så effektiva som sina föregångare – cirka 25 procent mot 10 procent. Tyvärr råkade han ofta ut för återbetalningar för sina produkter, och hans liv slutade i fattigdom, enligt uppgift av hans egen hand.
Men Diesels skräddarsydda nya tillvägagångssätt för att tända bränsle och uppfinningen av dieselmotorn förblir enormt viktiga även i en tid då uppfattningarna om fossila bränslen av alla slag har blivit enormt impopulära, även om deras användning fortsätter i stort sett okontrollerat.
Energi i den moderna världen
”Energi” i fysiken är ett centralt begrepp, men ändå ett något svår att förklara med vardagliga ord. Energi har kraftenheter multiplicerade med avstånd, men ”uppträder” också i en mängd olika mindre kvantifierbara skepnader. Primära energikällor inkluderar kärnenergi, fossila bränslen (olja, kol och naturgas) och så kallade förnybara källor som:
- vind
- sol
- geotermisk
- vattenkraft
Från och med 2016 användes cirka 81,5 procent av energin i USA (världens största energikonsument bland nationer) härrörde från fossila bränslen. Även om denna siffra förväntades sjunka till under 77 procent till år 2040, kvarstår faktum att industrivärlden inte förväntas avvänja sig från sitt olja-, naturgas- och kolberoende någon gång inom överskådlig framtid.
Detta är trots orubbliga, tydliga och stundtals mycket hårda pratstunder i media och vetenskapssektorn om de potentiellt förödande miljöeffekterna av klimatförändringar som förväntas uppstå på allvar under andra hälften av detta århundrade.
Medan kärnkraft, biomassa, vattenkraft och andra förnybara energikällor har vuxit till att bidra med nära en fjärdedel av USA:s energibehov, förväntas bara kategorin ”annan förnybar” växa avsevärt under de kommande decennierna.
Översikt över fossila Bränslen
De flesta källor listar tre fossila bränslen som bidragsgivare till den globala mänskliga energimaskinen: petroleum, naturgas och kol. (En fjärde, en egen oljeprodukt kallad Orimulsion, togs i bruk på 1980-talet men blev en effektiv icke-aktör under det första decenniet av 2000-talet.) Tillsammans stod dessa för fyra femtedelar av planetens energiförsörjning från och med 2019 .
Alla kontroverser om konsekvenserna av användningen av fossila bränslen bortsett från dem, utan dem skulle vi leva i en värld oigenkännlig för nuvarande jordresande. Hela de globala transport- och kommunikationsnäten är beroende av sin energiförsörjning, och de flesta av världens kritiska tillverkade råvaror, såsom plast och stål, förlitar sig absolut på fossila bränslen för tillfället.
”Fossila bränslen” är en felaktig benämning, eftersom dessa bränslen inte kommer från fossiler, som i allmänhet inte ens är rester av levande varelser
per se, men intryck av de där länge döda sakerna i stenar och jord. Fossila bränslen kommer från den förmultnade biomassan av djur och växter som levde för många miljoner år sedan, så fossila bränslen och faktiska fossil är sammanlänkade genom att de båda fungerar som indirekta bevis på forntida liv på jorden.
Typer av fossila bränslen
Dieselbränsle är ett slags petroleum, en term som används omväxlande i vardaglig diskurs med ”olja”. De väsentliga egenskaperna hos de tre stora fossila bränslena är följande:
Petroleum. Detta fossila bränsle består till största delen av grundämnena kol och väte, vilket inte är förvånande med tanke på både överflödet av dessa grundämnen på jorden i allmänhet och deras överflöd i levande varelser i synnerhet. Det mesta tros ha skapats för mellan cirka 252 miljoner och 66 miljoner år sedan, när en hel del växtliv begravdes i haven för den ofattbart länge sedan.
Olja – eller rättare sagt de många olika ”oljiga” kolvätena som kvalificerar sig som petroleum – används för att tillverka ett antal vardagsprodukter, inklusive bensin och eldningsolja förutom dieselbränsle.
För närvarande är förbränningen av dessa bränslen ansvarig för över hälften av de kolrika utsläppen av ”växthusgaser” i jordens atmosfär, vilket i sin tur tros vara en stor bidragande orsak till den kontinuerliga uppvärmningen av planetens yta och livsmiljöer som har förekommit i decennier.
Oljen stod för cirka 35 procent av USA:s energiproduktion från och med 2016, en statistik som förväntas förbli stabil till åtminstone 2040.
Naturgas. Detta fossila bränsle är känt 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 miljoner år sedan från resterna av växt- och djurmaterial, genom de kemiska och mekaniska (t.ex. tryck) förhållanden som skapade dem uppenbarligen inte var identiska med dem som gav upphov till olja.
Naturgasproduktionen har ökat dramatiskt i USA under det andra decenniet av 2000-talet, en effekt som nästan helt kan tillskrivas den snabba spridningen av implementeringen av ” fracking.”
Mer korrekt kallat hydraulisk sprickbildning, denna kontroversiella borrteknik kräver mycket vatten och kan orsaka seismisk aktivitet (liknande jordbävningar) i drabbade områden. Naturgas bidrog med ungefär en fjärdedel av USA:s energiförsörjning 2016, men förväntas matcha petroleums siffra på 35 procent till 2040.
Kol. En gång i tiden nästan den enda källan till bränsle för att generera elektricitet vid kraftverk, är kol till och med äldre än de andra fossila bränslena, efter att ha börjat bildas för cirka 360 miljoner år sedan. Till skillnad från de andra fossila bränslena har det också komprimerats till en karakteristisk form, även om olika undertyper finns och klassificeras efter kolinnehåll.
Kol står för närvarande för ungefär en tredjedel av världens energiförsörjning. Även om det har sjunkit i sin andel av den amerikanska energikakan sedan omkring 2010, är kol fortfarande mycket populärt i länder med historiskt slappa miljöstandarder som Kina.
Trots frekventa proklamationer om motsatsen från den amerikanska regeringen från och med 2019, förväntas användningen av kol minska, inte bara tack vare en ökning av användningen av förnybara energikällor men på grund av den tidigare nämnda ökningen av naturgasutvinning. Kol bidrog med cirka 15 procent av USA:s energiförsörjning 2016, och dess användning förväntas fortsätta att minska måttligt innan det stabiliseras på cirka 12 procent till 2040.
Ursprunget och historien om Dieselbränsle
Bågen av Rudolf Diesels liv framstår som något av en tragisk skildring. Diesel var en universitetsstudent i Tyskland i början av 1870-talet, vid en tidpunkt då stora städer började bli överväldigade av den stora mängd gödsel som genererades av hästarna som fungerade som det främsta sättet att resa långa och korta sträckor i dessa stadsområden.
Diesels år långa ansträngningar att lansera förbränningsmotorn till nya höjder av effektivitet hämmades förmodligen av bördan av hans egna förväntningar, och av en offentlig som var medveten om hans mål. Trots att de gjorde stora effektivitetsvinster (även om det var långt ifrån Diesels ambitioner, var hans motorer mer än dubbelt så effektiva som dagens standardversioner).
1913, cirka 40 år efter att han först började sitt arbete, omkom Diesel i ett uppenbart men ibland omtvistat självmord under en båtresa. Tyvärr fick han aldrig se sin klass av uppfinningar verkligen ta fart på 1920- och 1930-talen.
Dieselmotorn
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 inuti en cylinder i vilken luft, speciellt syre (som krävs för förbränning) och bränsle pumpas eller sprutas in.
Den kontrollerade explosionen inuti cylindern till följd av kraftigt ökat tryck (och denna temperatur) tvingar ner kolven, vilket får axeln att rotera, driva 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.
Det ”magiska” med en dieselmotor är att den, till skillnad från en vanlig förbränningsmotor, inte kräver någon aktiv bränsletändning. I en normal motor blir temperaturen i cylindern inte riktigt hög nog för att bränslet ska antändas utan elektrisk hjälp – därav ”tändstift”, som gör bilar oanvändbara när de går sönder. I en dieselmotor är luften så kraftigt komprimerad att bränslet antänds utan hjälp och mindre bränsle behövs per motorslag, vilket avsevärt förbättrar bränsleeffektiviteten.
Den högre effektiviteten, eller ekonomin, hos dessa motorer gör dem i allmänhet dyrare och svårare att underhålla. På Diesels egen tid var tekniken för att ta itu med dessa problem helt enkelt ännu inte tillgänglig.
Dieselbränsleegenskaper
En dieselmotors unika egenskaper gör att den kan använda olika sorters olja, ett bränsle som naturligt kallas diesel. Detta bränsle är tillverkat av råolja och ger cirka 11 till 12 liter dieselbränsle per 42-liters fat obearbetad petroleum. Den används i de flesta godslastbilar, tåg, bussar och båtar samt lantbruksfordon och bygg- och militärfordon.
År 2006 gav US Environmental Protection Agency (EPA) mandat att svavlet r innehållet i dieselbränslen kraftigt reduceras, en åtgärd som har visat sig mycket effektiv då den har genomförts över tid. År 2018 bestod cirka 97 procent av all diesel som användes på amerikanska vägar och på andra håll av en blandning känd som ultralågsvavlig diesel (ULSD).
Under 2018 stod diesel för cirka 20 procent av den totala amerikanska petroleumanvändningen, eller cirka 7 procent av den totala amerikanska bränsleförbrukningen.
