Test Sürüşü Alternatifleri: BÖLÜM 1 - Gaz Endüstrisi
70'lerde Wilhelm Maybach, çeşitli içten yanmalı motor tasarımlarını denedi, mekanizmaları değiştirdi ve tek tek parçaların üretimi için en uygun alaşımları düşündü. O zamanlar bilinen yanıcı maddelerden hangisinin ısı motorlarında kullanım için en uygun olduğunu sık sık merak ediyor.
70'lerde Wilhelm Maybach, çeşitli içten yanmalı motor tasarımlarını denedi, mekanizmaları değiştirdi ve tek tek parçaların üretimi için en uygun alaşımları düşündü. O zamanlar bilinen yanıcı maddelerden hangisinin ısı motorlarında kullanım için en uygun olduğunu sık sık merak ediyor.
1875 yılında, Gasmotorenfabrik Deutz'un bir çalışanıyken, Wilhelm Maybach bir gaz motorunu sıvı yakıtla, daha doğrusu benzinle çalıştırıp çalıştıramayacağını test etmeye karar verdi. Gaz musluğunu kapatıp bunun yerine emme manifoldunun önüne benzine batırılmış bir bez parçası koyarsa ne olacağını kontrol etmek aklına geldi. Motor durmaz, ancak dokudaki tüm sıvıyı "emene" kadar çalışmaya devam eder. İlk doğaçlama "karbüratör" fikri böyle doğdu ve arabanın yaratılmasından sonra benzin onun ana yakıtı oldu.
Benzinin yakıta alternatif olarak ortaya çıkmasından önce ilk motorların yakıt olarak gazı kullandığını hatırlatmak için bu hikayeyi anlatıyorum. Daha sonra, günümüzde bilinmeyen yöntemlerle ancak kömürün işlenmesiyle elde edilen aydınlatma için (aydınlatma) gazının kullanılması hakkındaydı. İsviçreli Isaac de Rivak tarafından icat edilen motor, 1862'den beri ilk "doğal emişli" (sıkıştırılmamış) endüstriyel sınıf Etilen Lenoir motor ve biraz sonra Otto tarafından oluşturulan klasik dört zamanlı ünite, gazla çalışıyor.
Burada doğal gaz ile sıvılaştırılmış petrol gazı arasındaki farktan bahsetmek gerekir. Doğal gaz %70 ila 98 metan içerir, geri kalanı etan, propan ve bütan, karbon monoksit ve diğerleri gibi daha yüksek organik ve inorganik gazlardır. Petrol ayrıca değişen oranlarda gazlar içerir, ancak bu gazlar fraksiyonel damıtma yoluyla salınır veya rafinerilerde bazı yan işlemlerle üretilir. Gaz alanları çok farklıdır - saf gaz veya "kuru" (yani esas olarak metan içerir) ve "ıslak" (metan, etan, propan, diğer bazı ağır gazlar ve hatta "benzin" - hafif sıvı, çok değerli fraksiyonlar içerir) . Yağ türleri de farklıdır ve içlerindeki gaz konsantrasyonu daha düşük veya daha yüksek olabilir. Alanlar genellikle birleştirilir - gaz petrolün üzerine çıkar ve bir "gaz kapağı" görevi görür. "Kapağın" ve ana petrol sahasının bileşimi, yukarıda belirtilen maddeleri ve mecazi anlamda birbirine "akan" çeşitli fraksiyonları içerir. Taşıt yakıtı olarak kullanılan metan doğal gazdan, bildiğimiz propan-bütan karışımı ise hem doğal gaz sahalarından hem de petrol sahalarından gelmektedir. Dünyadaki doğal gazın yaklaşık %6'sı, genellikle gaz yataklarının eşlik ettiği kömür yataklarından üretilir.
Propan-bütan sahnede biraz paradoksal bir şekilde ortaya çıkıyor. 1911'de, bir petrol şirketinin öfkeli Amerikalı müşterisi, arkadaşı ünlü kimyager Dr. Snelling'e gizemli olayın nedenlerini bulması talimatını verdi. Müşterinin kızmasının nedeni, dolum istasyonunun deposunun yarısının yeni doldurulduğunu öğrenen müşterinin şaşırmasıdır. Ford Evine kısa bir yolculuk sırasında bilinmeyen bir şekilde ortadan kayboldu. Depo birdenbire akmaz... Birçok deneyden sonra, Dr. Snelling, gizemin nedeninin yakıttaki yüksek propan ve bütan gazları içeriği olduğunu keşfetti ve bundan kısa bir süre sonra ilk pratik damıtma yöntemlerini geliştirdi. onlara. Dr. Snelling'in artık endüstrinin "babası" olarak kabul edilmesinin nedeni bu temel gelişmelerdir.
Çok daha önce, yaklaşık 3000 yıl önce, çobanlar Yunanistan'daki Paranas Dağı'nda "yanan bir kaynak" keşfettiler. Daha sonra bu "kutsal" yere alevli sütunları olan bir tapınak inşa edildi ve kehanet Delphius, heybetli devin önünde dualarını okuyarak insanların uzlaşma, korku ve hayranlık hissetmesine neden oldu. Bugün, bu romantizmin bir kısmı kayboldu çünkü alevin kaynağının, gaz alanlarının derinlikleriyle ilişkili kayalardaki çatlaklardan akan metan (CH4) olduğunu biliyoruz. Yüzyıllardır yanan ve uzun zamandır "Pers'in Ebedi Alevleri" olarak bilinen Hazar Denizi kıyısındaki Irak, İran ve Azerbaycan'ın birçok yerinde benzer yangınlar var.
Yıllar sonra Çinliler de tarlalardan gelen gazları kullandılar, ancak çok pragmatik bir amaçla - büyük kazanları deniz suyuyla ısıtmak ve ondan tuz çıkarmak. 1785'te İngilizler (ilk içten yanmalı motorlarda kullanılan) kömürden metan üretmek için bir yöntem geliştirdiler ve yirminci yüzyılın başlarında Alman kimyagerler Kekule ve Stradonitz bundan daha ağır sıvı yakıt üretmek için bir sürecin patentini aldılar.
1881'de William Hart, Amerika'nın Fredonia şehrinde ilk gaz kuyusunu açtı. Hart, yakındaki bir koyda suyun yüzeyine yükselen kabarcıkları uzun süre izledi ve önerilen gaz sahasına yerden bir çukur kazmaya karar verdi. Yüzeyin dokuz metre altında, gazın fışkırdığı ve daha sonra yakaladığı bir damara ulaştı ve yeni kurduğu Fredonia Gas Light Company, gaz işinde öncü oldu. Bununla birlikte, Hart'ın buluşuna rağmen, XNUMX. yüzyılda kullanılan aydınlatma gazı, esas olarak, doğal gazın tarlalardan taşınması için gelişen teknolojilerin bulunmaması nedeniyle, yukarıda açıklanan yöntemle esas olarak kömürden çıkarıldı.
Ancak, ilk ticari petrol üretimi o zamanlar zaten bir gerçekti. Tarihleri 1859'da ABD'de başladı ve fikir, çıkarılan yağı aydınlatma için gazyağı ve buhar motorları için yağları damıtmak için kullanmaktı. O zaman bile insanlar binlerce yıldır yerin bağırsaklarında sıkıştırılmış doğal gazın yok edici gücüyle karşı karşıyaydı. Edwin Drake'in grubunun öncüleri, Pensilvanya, Titusville yakınlarındaki ilk doğaçlama sondaj sırasında neredeyse ölüyordu, gedikten gaz sızdığında, tüm ekipmanı götüren dev bir yangın çıktı. Bugün, petrol ve gaz sahalarının işletilmesine, yanıcı gazın serbest akışını engellemek için özel önlemler sistemi eşlik ediyor, ancak yangınlar ve patlamalar nadir değil. Bununla birlikte, çoğu durumda aynı gaz, petrolü yüzeye iten bir tür "pompa" olarak kullanılır ve basıncı düştüğünde, petrolcüler "siyah altın" çıkarmak için başka yöntemler aramaya ve kullanmaya başlar.
Hidrokarbon gazları dünyası
1885'te, William Hart'ın ilk gaz sondajından dört yıl sonra, başka bir Amerikalı, Robert Bunsen, daha sonra "Bunsen brülörü" olarak bilinen bir cihaz icat etti. Buluş, daha sonra güvenli yanma için kullanılabilen gaz ve havayı uygun bir oranda dozajlamaya ve karıştırmaya hizmet eder - bugün sobalar ve ısıtma cihazları için modern oksijen memelerinin temeli olan bu brülördür. Bunsen'in icadı, doğal gaz kullanımı için yeni olanaklar açtı, ancak ilk gaz boru hattı 1891 gibi erken bir tarihte inşa edilmiş olmasına rağmen, mavi yakıt XNUMX. Dünya Savaşı'na kadar ticari önem kazanmadı.
Savaş sırasında, güvenli metal gaz boru hatları inşa etmeyi mümkün kılan yeterince güvenilir kesme ve kaynak yöntemleri yaratıldı. Savaştan sonra Amerika'da binlerce kilometre inşa edildi ve Libya'dan İtalya'ya boru hattı 60'larda inşa edildi. Hollanda'da da büyük doğal gaz yatakları keşfedildi. Bu iki gerçek, bu iki ülkede sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) ve sıvılaştırılmış petrol gazının (LPG) araç yakıtı olarak kullanılmasına yönelik altyapının daha iyi olduğunu açıklamaktadır. Doğal gazın kazanmaya başladığı muazzam stratejik önem şu gerçekle doğrulanıyor - Reagan 80'lerde "Kötü İmparatorluğu" yok etmeye karar verdiğinde, bir gaz boru hattının inşası için yüksek teknoloji ekipman tedarikini veto etti. SSCB'den Avrupa'ya. Avrupa'nın ihtiyaçlarını karşılamak için, Kuzey Denizi'nin Norveç bölgesinden anakara Avrupa'ya bir gaz boru hattının inşası hızlanıyor ve SSCB askıda. O zamanlar, gaz ihracatı Sovyetler Birliği için ana nakit para kaynağıydı ve Reagan'ın önlemlerinden kaynaklanan ciddi kıtlıklar kısa süre sonra 90'ların başındaki iyi bilinen tarihi olaylara yol açtı.
Bugün demokratik Rusya, Almanya'nın enerji ihtiyacı için önemli bir doğal gaz tedarikçisi ve bu alanda önemli bir küresel oyuncu. 70'li yıllardaki iki petrol krizinden sonra önemi artmaya başlayan doğal gaz, günümüzde jeostratejik öneme sahip ana enerji kaynaklarından biridir. Şu anda, doğal gaz ısıtma için en ucuz yakıttır, kimya endüstrisinde, elektrik üretiminde, ev aletlerinde hammadde olarak kullanılır ve "kuzeni" propan, deodorant şişelerinde deodorant olarak bile bulunabilir. ozon tabakasını incelten flor bileşiklerinin yerine kullanılabilir. Doğal gaz tüketimi sürekli artıyor ve gaz boru hattı ağı uzuyor. Bu yakıtın arabalarda kullanılması için bugüne kadar yapılan altyapı konusunda ise her şey çok geride kaldı.
İkinci Dünya Savaşı sırasında Japonların çok ihtiyaç duyulan ve kıt akaryakıt üretiminde aldıkları garip kararlardan ve ayrıca Almanya'da sentetik benzin üretim programından bahsetmiştik. Bununla birlikte, Almanya'daki yalın savaş yıllarında oldukça gerçek arabaların olduğu gerçeği hakkında çok az şey biliniyor ... tahta! Bu durumda, bu eski güzel buhar motoruna dönüş değil, orijinal olarak benzinle çalışmak üzere tasarlanmış içten yanmalı motorlardır. Aslında fikir çok karmaşık değil ama hantal, ağır ve tehlikeli bir gaz jeneratörü sisteminin kullanılmasını gerektiriyor. Kömür, odun kömürü veya sadece odun, özel ve çok karmaşık olmayan bir enerji santraline yerleştirilir. Altta oksijen yokluğunda yanarlar ve yüksek sıcaklık ve nem koşullarında karbon monoksit, hidrojen ve metan içeren bir gaz açığa çıkar. Daha sonra soğutulur, temizlenir ve yakıt olarak kullanılmak üzere bir fan tarafından motorun emme manifoldlarına beslenir. Tabii ki, bu makinelerin sürücüleri, itfaiyecilerin karmaşık ve zor işlevlerini yerine getirdi - kazanın periyodik olarak şarj edilmesi ve temizlenmesi gerekiyordu ve sigara içme makineleri gerçekten biraz buharlı lokomotiflere benziyordu.
Bugün, gaz arama, dünyanın en gelişmiş teknolojilerinden bazılarını gerektiriyor ve doğal gaz ve petrolün çıkarılması, bilim ve teknolojinin karşı karşıya olduğu en büyük zorluklardan biri. Bu gerçek, özellikle eski veya terk edilmiş tarlalarda kalan gazı "emmek" ve sözde "sıkı" gazı çıkarmak için giderek daha fazla geleneksel olmayan yöntemin kullanıldığı ABD için geçerlidir. Bilim adamlarına göre 1985'teki teknoloji seviyesinde gaz üretmek için artık iki kat daha fazla sondaj gerekecek. Yöntemlerin etkinliği büyük ölçüde artırıldı ve ekipmanın ağırlığı %75 oranında azaltıldı. Rezervuarların üç boyutlu bilgisayarlı haritalarının oluşturulduğu gravimetrelerden, sismik teknolojilerden ve lazer uydulardan gelen verileri analiz etmek için giderek daha karmaşık bilgisayar programları kullanılmaktadır. Birikintilerin zaman içindeki şekillerini ve hareketlerini görselleştirmenin mümkün olduğu 4 boyutlu görüntüler de oluşturulmuştur. Bununla birlikte, açık deniz doğal gaz üretimi için son teknoloji tesisler kalır - bu alandaki insan ilerlemesinin yalnızca bir kısmı - sondaj için küresel konumlandırma sistemleri, ultra derin sondaj, okyanus tabanı boru hatları ve sıvılaştırılmış temizleme sistemleri. karbon monoksit ve kum.
Yüksek kaliteli benzin üretmek için petrolün rafine edilmesi, gazların rafine edilmesinden çok daha karmaşık bir iştir. Öte yandan, deniz yoluyla gaz nakletmek çok daha maliyetli ve karmaşıktır. LPG tankerlerinin tasarımı oldukça karmaşıktır, ancak LNG taşıyıcıları çarpıcı bir tasarımdır. Bütan -2 derecede sıvılaşırken, propan -42 derecede veya nispeten düşük basınçta sıvılaşır. Ancak metanı sıvılaştırmak için -165 derece gerekiyor! Sonuç olarak, LPG tankerlerinin inşası, doğal gaza göre daha basit kompresör istasyonları ve 20-25 bar gibi çok yüksek olmayan basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmış tanklar gerektirir. Buna karşılık, sıvılaştırılmış doğal gaz tankerleri, sürekli soğutma sistemleri ve süper yalıtımlı tanklarla donatılmıştır - aslında, bu devasa buzdolapları dünyanın en büyük kriyojenik buzdolaplarıdır. Bununla birlikte, gazın bir kısmı bu kurulumları "terk etmeyi" başarır, ancak başka bir sistem onu hemen yakalar ve geminin motor silindirlerine besler.
Yukarıdaki nedenlerden dolayı, 1927'de teknolojinin ilk propan-bütan tanklarının hayatta kalmasına izin vermesi oldukça anlaşılır. Bu, o zamanlar zaten dev bir şirket olan Dutch-English Shell'in işi. Patronu Kessler, ileri düzey bir adam ve şimdiye kadar atmosfere sızan veya petrol rafinerilerinde yanan çok büyük miktarda gazı bir şekilde kullanmayı uzun zamandır hayal eden bir deneyci. Onun fikri ve inisiyatifiyle, güverte tanklarının üzerinde egzotik görünümlü ve etkileyici boyutlara sahip hidrokarbon gazlarını taşımak için 4700 ton taşıma kapasiteli ilk açık deniz gemisi yaratıldı.
Bununla birlikte, gaz şirketi Constock International Methane Limited'in emriyle inşa edilen ilk Metan Pioneer metan taşıyıcısını inşa etmek için otuz iki yıl daha gerekiyor. Halihazırda LPG üretimi ve dağıtımı için istikrarlı bir altyapıya sahip olan Shell, bu şirketi satın aldı ve çok geçmeden iki büyük tanker daha inşa edildi - Shell, sıvılaştırılmış doğal gaz işini geliştirmeye başladı. Şirketin metan depolama tesisleri inşa ettiği İngiliz Conway adasının sakinleri, gerçekte neyin depolanıp adalarına taşındığını fark ettiklerinde, gemilerin sadece dev bombalar olduğunu düşünerek (ve haklı olarak) şok olur ve korkarlar. O zaman güvenlik sorunu gerçekten önemliydi, ancak bugün sıvılaştırılmış metanın taşınması için tankerler son derece güvenlidir ve yalnızca en güvenli değil, aynı zamanda en çevre dostu deniz gemilerinden biridir - çevre için petrol tankerlerinden kıyaslanamayacak kadar daha güvenlidir. Tanker filosunun en büyük müşterisi, neredeyse hiçbir yerel enerji kaynağına sahip olmayan Japonya'dır ve adaya gaz boru hatlarının inşası çok zor bir iştir. Japonya ayrıca en büyük gazlı araç "parkına" sahiptir. Bugün sıvılaştırılmış doğal gazın (LNG) ana tedarikçileri Amerika Birleşik Devletleri, Umman ve Katar, Kanada'dır.
Son zamanlarda, doğal gazdan sıvı hidrokarbon üretme işi giderek daha popüler hale geldi. Bu, esas olarak metandan sentezlenen ultra temiz dizel yakıttır ve bu endüstrinin gelecekte daha hızlı gelişmesi beklenmektedir. Örneğin, Bush'un enerji politikası yerel enerji kaynaklarının kullanılmasını gerektiriyor ve Alaska'da büyük doğal gaz yatakları var. Bu süreçler, pahalı teknolojilerin geliştirilmesi için ön koşullar yaratan nispeten yüksek petrol fiyatları tarafından teşvik edilir - GTL (Gazdan Sıvıya) bunlardan sadece biridir.
Temel olarak, GTL yeni bir teknoloji değildir. 20'lerde, önceki sayılarda sentetik programlarının bir parçası olarak bahsedilen Alman kimyagerler Franz Fischer ve Hans Tropsch tarafından yaratıldı. Bununla birlikte, kömürün yıkıcı hidrojenasyonunun aksine, hafif molekülleri daha uzun bağlar halinde birleştirme süreçleri burada gerçekleşir. Güney Afrika, 50'lerden beri endüstriyel ölçekte bu tür yakıt üretiyor. Ancak, son yıllarda Amerika Birleşik Devletleri'nde zararlı yakıt emisyonlarını azaltmak için yeni fırsatlar arayışıyla bunlara olan ilgi arttı. BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol ve Royal Dutch/Shell gibi büyük petrol şirketleri, GTL ile ilgili teknolojileri geliştirmek için büyük meblağlar harcıyor ve bu gelişmelerin bir sonucu olarak, politik ve sosyal yönler giderek daha fazla tartışılıyor. teşviklerle karşı karşıya. temiz yakıt tüketicilerine uygulanan vergiler. Bu yakıtlar, birçok tüketicinin dizel yakıtı daha çevre dostu olanla değiştirmesine olanak sağlayacak ve otomobil şirketlerinin kanunla belirlenen yeni zararlı emisyon seviyelerini karşılama maliyetini azaltacaktır. Son zamanlarda yapılan derinlemesine testler, GTL yakıtlarının dizel partikül filtrelerine ihtiyaç duymadan karbon monoksiti %90, hidrokarbonları %63 ve kurumu %23 azalttığını göstermektedir. Ek olarak, bu yakıtın düşük kükürtlü yapısı, araç emisyonlarını daha da azaltabilecek ek katalizörlerin kullanılmasına izin verir.
GTL yakıtının önemli bir avantajı, ünitelerde herhangi bir değişiklik yapmadan doğrudan dizel motorlarda kullanılabilmesidir. 30 ila 60 ppm kükürt içeren yakıtlarla da karıştırılabilirler. Doğal gaz ve sıvılaştırılmış petrol gazlarının aksine, sıvı yakıtları taşımak için mevcut ulaşım altyapısını değiştirmeye gerek yoktur. Rentech Başkanı Denis Yakubson'a göre, bu tür yakıt, dizel motorların çevre dostu ekonomik potansiyelini ideal olarak tamamlayabilir ve Shell şu anda Katar'da günde 22,3 milyon litre sentetik yakıt tasarım kapasitesine sahip XNUMX milyar dolarlık büyük bir tesis inşa ediyor. ... Bu yakıtlarla ilgili en büyük sorun, yeni tesisler için gereken büyük yatırımdan ve tipik olarak pahalı üretim sürecinden kaynaklanmaktadır.
Biyogaz
Ancak metanın kaynağı sadece yer altı yatakları değildir. 1808'de Humphry Davy, vakumlu bir imbik içine yerleştirilmiş samanla deneyler yaptı ve esas olarak metan, karbon dioksit, hidrojen ve nitrojen içeren bir biyogaz üretti. Daniel Defoe, "kayıp ada" romanında biyogazdan da bahsediyor. Bununla birlikte, bu fikrin tarihi daha da eskidir - 1776. yüzyılda Jan Baptita Van Helmont, yanıcı gazların organik maddelerin ayrışmasından elde edilebileceğine inanıyordu ve Kont Alexander Volta (pilin yaratıcısı) da benzer sonuçlara vardı. 1859'da İlk biyogaz tesisi Bombay'da faaliyete geçti ve Edwin Drake'in ilk başarılı petrol sondajını yaptığı yıl kuruldu. Bir Hint fabrikası dışkıyı işliyor ve sokak lambaları için gaz sağlıyor.
Biyogaz üretimindeki kimyasal işlemlerin iyice anlaşılması ve incelenmesi uzun zaman alacaktır. Bu ancak XX yüzyılın 30'larında mümkün oldu ve mikrobiyolojinin gelişimindeki bir sıçramanın sonucudur. Bu sürecin, dünyadaki en eski yaşam formlarından biri olan anaerobik bakterilerden kaynaklandığı ortaya çıktı. Anaerobik bir ortamda organik maddeyi "öğütürler" (aerobik ayrışma çok fazla oksijen gerektirir ve ısı üretir). Bu tür işlemler ayrıca bataklıklarda, bataklıklarda, çeltik tarlalarında, kapalı lagünlerde vb. Doğal olarak meydana gelir.
Modern biyogaz üretim sistemleri bazı ülkelerde daha popüler hale geliyor ve İsveç hem biyogaz üretiminde hem de bununla çalışacak şekilde uyarlanmış araçlarda lider. Sentez ünitelerinde, türlerine bağlı olarak en verimli şekilde 40 ila 60 derece arasında değişen sıcaklıklarda "çalışan" bakteriler için uygun bir ortam yaratan nispeten ucuz ve basit cihazlar olan özel olarak tasarlanmış biyojeneratörler kullanılır. Biyogaz tesislerinin son ürünleri, gaza ek olarak, amonyak, fosfor ve toprak gübresi olarak tarımda kullanılmaya uygun diğer elementler açısından zengin bileşikler de içerir.
