Benzinas, kurį naudojate savo automobiliui užpildyti, pradėjo egzistuoti Žemėje maždaug prieš 360 milijonų metų. Pasak mokslininkų, prieš 360 milijonų metų benzinas buvo dumbliai ir planktonas.
Akivaizdu, kad medžiaga, kuri pilama į automobilių bakus, labai skiriasi nuo žalios naftos, kuri Žemėje atsirado išnykus dumbliams ir planktonui. Tačiau degalinėje atsiduriame modifikuotas produktas: Iš kuro pašalinami sunkesni angliavandeniliai ir paliekamas parafinų (alkanų), olefinų (alkenų) ir cikloalkanų (naftenų) mišinys. Naftos rafinavimo procese taip pat pašalinamos tokios priemaišos kaip siera.
Kai kurie iš šių priedų sukelia problemų dėl benzino laikymo. Pavyzdžiui, etanolis, kuris dedamas į mišinį dėl didelio oktaninio skaičiaus, taip pat dėl galimybės sumažinti kenksmingų automobilių išmetamo anglies dvideginio kiekį. Jei benzine yra etanolio, jis gali pradėti traukti iš oro vandens garus. Olefinai, kurie reaguodami su deguonimi yra jautrūs oksidacijai, gali būti problema. Tačiau tai ne paskutinė priežastis, kodėl benzinas gali sugesti. Kadangi kurą sudaro tik lengviausi žalios naftos angliavandeniliai, per ilgą saugojimo laikotarpį iš tikrųjų išgaruos kai kurios molekulės.
Benziną (cheminė formulė - C6H6), kaip vandenilio ir anglies junginį, 1825 m. naftoje atrado Maiklas Faradėjus (Michael Faraday). Benziną pirmą kartą iš benzojinės rūgšties išgavo Harbordas Mičherlichas (Harbord Mitscherlich) 1834 m., vėliau 1848 m. benziną iš deguto išgavo Čarlis B. Mansfeldas (Charles B. Mansfield), miręs nuo stiprių nudegimų, kai eksperimentuojant su benzinu kilo gaisras.
Benzino ir vidaus degimo variklio atsiradimo sąsajos
XX a. pradžioje naftos kompanijos gamino benziną naudodami paprastą naftos distiliavimo metodą, bet greitai įvairios mašinos buvo patobulintos, todėl reikėjo tobulinti ir benzino gamybos metodus.
Išradimą benzino varikliui lėmė technologinės pažangos, ekonominių poreikių ir visuomenės pokyčių derinys XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje. XIX a. pabaigoje pasaulis buvo greitas industrializacija. Veiksmingų ir patikimų transportavimo metodų paklausa augo, o esamų technologijų, tokių kaip garų variklių, nepakako šiems poreikiams patenkinti.
Vidaus degimo varikliai ir jų raida
Vidaus degimo variklių koncepcija veikė nuo XIX amžiaus pradžios, eksperimentams, kuriuose dalyvavo įvairūs degalai, įskaitant vandenilio ir anglies dujas. Tačiau būtent patikimų ir efektyvių uždegimo sistemų sukūrimas leido praktiškai pritaikyti benziną kaip kurą.
Nikolauso Oto išradimo sistema buvo pavadinta jo vardu ir iki šiol vadinama „Oto ciklu”. Jo indėlis į variklių konstrukcijos istoriją yra neįkainojamas, jo keturių cilindrų variklis daugelį metų buvo etalonu šiuolaikiniams varikliams. Pirmieji benzininiai Oto varikliai turėjo vos 0,75 arklio galingumo.
1876 m. Nikolaus Otto pastatė pirmąjį sėkmingą keturių taktų vidaus degimo variklį, kuris tapo žinomas kaip „Otto ciklas“. Šis variklis padėjo pagrindą šiuolaikiniams benzino varikliams.
1885-aisiais Manheime, Vokietijoje, Karlas Benz‘as sukonstravo pirmąjį automobilį su vidaus degimo varikliu ir jį patentavo. 1886 m. Karlas Benzas pastatė pirmąjį automobilį, varomą iš benzino variklio. Jo transporto priemonė, „Benz“ patentų-Motorvagenas, dažnai laikoma pirmąja tikra automobiliu.
Pasaulio automobilių pramonės istorija prasidėjo nuo šio triračio. Pirmąjį „auto ralį” surengė išradėjo žmona Berta. 1888 metų rugpjūčio 5 dieną ji su vaikais nukeliavo daugiau nei šimtą kilometrų pas mamą.
1913 m. Henris Fordas.
Benzino variklis nustatė programas įvairiose pramonės šakose, įskaitant žemės ūkį, statybą ir gamybą, kur jis buvo naudojamas mašinoms, generatoriams ir kitai įrangai maitinti.
Augant miestams, o populiacija tapo labiau urbanizuota, padidėjo efektyvių viešojo transporto ir prekių pristatymo paslaugų poreikis.
Vystantis automobilių gamybai, atsirado poreikis ir kurui, kuris kol kas dar buvo parduodamas tik parduotuvėse ir vaistinėse kibirais ar dideliuose buteliuose. Tačiau dėka išradingo žmogaus S.F. Browser, 1905 metais buvo išrastas kuro siurblys, su kuriuo buvo galima prisipildyti degalų. Tad pirmoji pasaulyje degalinė buvo pastatyta 1905 m. Sent Luise Jungtinėse Valstijose, o po poros metų Sietle - antroji. Daugėjant automobilių - daugėjo ir degalinių. Prasidėjo tarpusavio konkurencija, tad degalinėse atsirado ir papildomų paslaugų : vanduo, oras, padangų montavimas ir t.t.
Lietuvoje benzino buvo galima nusipirkti žydų krautuvėlėse.
Švino benzino era ir jos pasekmės
Kadaise benzine buvo toksiško švino. Švinas į benziną buvo įterpiamas dešimtmečiais. Tas degalų priedas vadinamas tetraetilšvinu ir jo formulė, jei domitės chemija, yra Pb(C2H5)4.
Tetraetilšvinas greičiausiai pirmąjį kartą susintetintas ir aprašytas 1853 metais - tai padarė vokiečių chemikas Karlas Jacobas Löwigas. 1859 metais anglų chemikas Georgeas Bowdleris Bucktonas nepriklausomai pasiekė tą patį, bet jau kitais metodais. Tiesa, bent pusę amžiaus tetraetilšvinas domino tik chemikus ir neturėjo rimtos praktinės paskirties. Viskas pradėjo keistis tada, kai chemijos pramonės gigantas DuPont susidomėjo galimybe įterpti tetraetilšviną į benziną.
Ir ne šiaip sau - tuo metu automobilių pramonė ieškojo būdų išspręsti vieną vidaus degimo variklių problemą. Ta problema vadinama detonacija (arba nepageidaujama detonacija/degimu). Benzininiame vidaus degimo variklyje oro ir benzino mišinį uždega degimo žvakės. Jos tai daro tiksliai suplanuotu metu, idealiai parinktu ir kontroliuojamu pagal stūmoklio padėtį cilindre. Problemos kyla tada, kai degus mišinys užsidega ne nuo žvakės kibirkšties, o tiesiog dėl slėgio ar kitų priežasčių. Tuomet degimas įvyksta netinkamu metu ir išsiplėtusios dujos gali ką nors rimtai sugadinti, nes slėgis degimo kameroje pakyla netinkamu metu. Net jei mišinys užsidega tik iš dalies, nuo detonacijos kenčia variklio efektyvumas.
Tai buvo ypač aktualu anksčiau, kai benzinas turėjo žemesnį oktaninį skaičių, jo kokybė buvo prasta, o vidaus degimo variklio technologijos buvo neišvystytos. Tačiau ir dabar detonacija tikrai nėra visiškai išnykęs fenomenas.
Nepageidaujama detonacija 20 amžiaus pradžioje buvo tokia didelė automobilių problema, kad gamintojai negalėjo didinti kompresijos - taip buvo bandoma sumažinti detonacijos pasekmių rimtumą. Tačiau pačioje trečiojo dešimtmečio pradžioje DuPont rūpesčiu buvo surastas priedas, kuris stipriai sumažino detonacijos tikimybę. Tas priedas, kaip jau supratote - tetraetilšvinas. Jis, beje, ne tik mažino detonaciją, bet ir ilgino variklių tarnavimo laiką, nes efektyviai aušino vožtuvus ir lėtino jų susidėvėjimą.
Netrukus General Motors užpatentavo tetraetilšvino priedą benzinui. Prasidėjo jo gamyba ir masinis paplitimas po degalines. Automobilių gamintojai pagaliau turėjo galimybę didinti kompresiją, didėjo automobilių galia ir asmeninis transportas ėmė sparčiai evoliucionuoti. Švinuoto benzino dėka.
Bet tai, kad švinas žmogui yra nuodingas, buvo žinoma dar 19 amžiuje. Ir kai šis sunkusis metalas atsirado benzine, buvo manančių, kad tai - ne į naudą. Išmetamosios dujos su švinu ne tik nuodijo žmones, bet ir nugulė ant laukų, kuriuose auga maistas. Be to, 1924 metais Naujajame Džersyje naftos perdirbimo gamykloje įvyko nelaimė - pasklidusiu tetraetilšvinu buvo mirtinai nunuodyti keli darbininkai. Tačiau tyrimų trūko, jie buvo užgniaužti ir žiniasklaida bei pramonė rėkė, kad negalima stoti į kelią prieš galingesnius variklius ir transporto technologijų pažangą apskritai.
Tačiau sveikatos tyrimai kone kiekvieną dešimtmetį vis rodė, kad švinuotas benzinas blogina oro taršos situaciją. Šeštojo dešimtmečio pradžioje geochemikas Clairas Cameronas Pattersonas pastebėjo, kad aplinkoje aptinkamos švino taršos amžius idealiai sutampa su tetraetilšvino naudojimo pradžia. Didžiausią nerimą kėlė tai, kad tai buvo pastebima ir Grenlandijoje, kur praktiškai nėra automobilių.
Aštuntojo dešimtmečio pradžioje mokslininkas Herbertas Needlemanas įrodė, kad švino tarša yra susijusi su prastesniu vaikų pasirodymu mokykloje - švino tarša visuotinai kenkia smegenims, protiniam darbui. Švino pramonė prieštaravo tam tyrimui, bet daugelis suprato, kad tai - tiesa. Ir tai - šalia to, kad tetraetilšvinas yra gerai žinomas kancerogenas.
Tai, kad švinas kenkia žmogaus nervų sistemai, buvo žinoma jau seniai. Sujungti taškus nebuvo taip jau sunku - automobilių skaičius išaugo, sunaudojama daugiau švinuoto benzino, į orą išmetama daugiau švino, žmonės juo kvėpuoja. Tai buvo viena iš priežasčių, kodėl aštuntajame dešimtmetyje JAV ėmė aktyviai kovoti su oro tarša (ir kodėl didžiausi amerikietiški varikliai neteko daug galios).
Atsisakymas nuo švininio benzino ir ateities tendencijos
Švino benzine buvo atsisakyta 20 amžiaus pabaigoje - 21 amžiaus pradžioje.
Švino priedai benzine buvo vis labiau ribojami, kol galiausiai buvo visai uždrausti. JAV tai įvyko 1996 metais, Europoje - 1989-2005 metais. Japonija, beje, buvo pirmoji uždraudusi švino priedus benzinui - tai įvyko 1986 metais.
O ką darė gamintojai? Jie prisitaikė. Variklių technologijos pažengė pirmyn, benzino kokybė pagerėjo, padidėjo oktaninis skaičius - detonacija nebėra tokia didelė problema kaip anksčiau. Net ir vožtuvai pradėti gaminti iš kietesnio plieno. Modernūs automobiliai gaminami moderniems degalams. Tiesa, dėl to seni automobiliai, pagaminti dar benzinui su švinu, nemėgsta šiuolaikinių degalų.
Dauguma automobilių Brazilijoje naudoja etanolį, bet ar žinote, kodėl? Tai, kad Brazilijoje dauguma automobilių naudoja etanolį, yra susiję su biokuro plėtros politika ir siekiu mažinti priklausomybę nuo naftos.
Lietuvoje, pavyzdžiui, 2008 m. pasirodo, kad taip žymimas Europoje pamažu populiarėjantis “kokteilis” iš 85 proc. etanolio ir 15 proc. benzino. Šį biokurą liaupsinantys specialistai tikina, kad jis ne tik padeda saugoti aplinką (teršalų kiekis sumažėja maždaug 80 proc.), duoda darbo ūkininkams, bet ir leidžia atpiginti keliones.
Biokuro gamyba
„Naudojant daugiau etanolio, reikėtų šiek tiek perdirbti automobilio degalų tiekimo sistemą (sumontuoti vamzdelius iš nerūdijančio plieno), pakeisti tarpines bei degimo sistemos darbą kontroliuojančią programinę įrangą. Viso to reikia todėl, kad etanolio oktaninis skaičius yra 104, jis yra kiek agresyvesnis nei benzinas”, - pasakojo “Biofuture” eksporto ir logistikos padalinio vadovas Gediminas Kvaraciejus.
Švedai, prieš keletą metų pradėję gaminti “SAAB 9-5” versijas “BioPower”, užfiksavo, kad dėl aukšto etanolio oktaninio skaičiaus variklio pajėgumas ūgteli 30 AG iki 180 AG (biodegalams adaptuoto 2,0 litro darbo tūrio, 4 cilindrų variklio su turbina nominali galia 150 AG), o maksimalus sukimo momentas - 40 Nm iki 280 Nm. “Kadangi “SAAB 9-5 BioPower” gali dirbti naudodamas tiek tradicinį benziną, tiek E85 degalus, pastebėjome, kad nuo 0 iki 100 km/val. sedanas įsibėgėja per 8,5 sekundės, o su benzinu - per 9,8 sekundės. “SAAB 9-5 BioPower” su universalo kėbulu atitinkamai įsibėgėja per 9 ir 10,2 sekundės. Įjungus 4-ąją pavarą, sedanas nuo 60 iki 100 km/val. įsibėgėja per 7,9 sek., o naudojant benziną - per 9,6 sekundės”, - teigė P.Galas.
Kad spiritu varomi automobiliai dinaminėmis charakteristikomis lenkia benzininius, buvo galima įsitikinti ir važinėjant Lietuvoje. Sostinės gatvėmis manevruoti su “SAAB 9-5 BioPower” sedanu buvo tikras malonumas - tiksliai valdoma mašina į akseleratoriaus spustelėjimą reaguoja kaip ristūnas į raitelio pentinus ir akimirksniu šoka pirmyn. Tiesa, į baką pripylus E85 “kokteilio”, pastebimai - apie 15-20 proc. - padidėja kuro sąnaudos.
Benzino-bioetanolio mišinys Skandinavijoje maždaug 20 proc. pigesnis negu benzinas, o “BioPower” modeliams taikomos mokesčių lengvatos ir papildomos nuolaidos, leidžiančios sutaupyti pusę automobilio metinių mokesčių (pavyzdžiui, tokius keturračius galima nemokamai palikti miestų centre esančiose stovėjimo aikštelėse). Pasak P.Galo, šie dalykai paverčia “SAAB 9-5 BioPower” patrauklia preke.
Viso to reikia todėl, kad etanolio oktaninis skaičius yra 104, jis yra kiek agresyvesnis nei benzinas. Ekologiški automobiliai noriai perkami, nepaisant to, kad yra šiek tiek brangesni už įprastą kurą naudojančius analogus - Švedijoje kainų skirtumas siekia maždaug 5 proc.
Biodegalų asociacijos prezidentas Mindaugas Palijanskas teigė nematąs kliūčių pradėti prekybą E85 degalais pačioje artimiausioje ateityje, nes tam tikros ekonominės paskatos yra jau dabar. “Kadangi litras etanolio kainuoja apie 2,4 lito, ekologiškas mišinys su benzinu galėtų kainuoti 30-50 centų pigiau nei įprastas kuras. Degalinės nesunkiai galėtų užleisti šiems degalams nepopuliaraus A92 markės benzino rezervuarus. Žinoma, su sąlyga, kad kas nors E85 “kokteilį” pirks. Situaciją galima lyginti su amžinąja dilema “kas atsirado pirma - višta ar kiaušinis?”. Akivaizdu, kad biodegalais varomų automobilių parkas neaugs, kol nebus kur papildyti jų bakų. Degalinės taip pat greičiausiai neinvestuos ir nekurs E85 pasiūlos, kol Lietuvoje važinėjančios ekologiškosios mašinos bus suskaičiuojamos ant pirštų”, - dėstė M.Palijanskas.
Jei šios prognozės pildysis, 2008-aisiais mūsų šalyje biodegalai sudarys maždaug 15 proc. viso transporto sektoriuje sunaudojamo kiekio, o nuo 2009-ųjų galėtų šoktelėti net iki 25 - 30 proc. Paskaičiuota, kad norint aprūpinti biokuro gamintojus rapsų grūdais, bendrą rapsų derlių reikėtų mažų mažiausiai padvigubinti. Ekspertai mano, kad panaudojant apleistų žemių dalį šią problemą būtų galima nesunkiai išspręsti.