Alternatives de prova de conducció: PART 1 - Indústria del gas
Als anys 70, Wilhelm Maybach va experimentar amb diversos dissenys de motors de combustió interna, canviant els mecanismes i pensant en els aliatges més adequats per a la producció de peces individuals. Sovint es preguntava quines de les substàncies combustibles conegudes aleshores serien més adequades per al seu ús en motors tèrmics.
Als anys 70, Wilhelm Maybach va experimentar amb diversos dissenys de motors de combustió interna, canviant els mecanismes i pensant en els aliatges més adequats per a la producció de peces individuals. Sovint es preguntava quines de les substàncies combustibles conegudes aleshores serien més adequades per al seu ús en motors tèrmics.
El 1875, mentre era empleat de Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach va decidir provar si podia fer funcionar un motor de gas amb combustible líquid, o millor dit, gasolina. Se li va ocórrer veure què passaria si tanqués la vàlvula del gas i, en canvi, col·loqués un tros de tela amarada amb gasolina davant del col·lector d'admissió. El motor no s'atura, sinó que continua funcionant fins que "succiona" tot el líquid del teixit. Així va néixer la idea del primer "carburador" improvisat, i després de la creació del cotxe, la gasolina es va convertir en el combustible principal.
Us explico aquesta història per recordar-vos que abans que la gasolina s'introduís com a combustible alternatiu, els primers motors utilitzaven el gas com a combustible. Aleshores es tractava d'utilitzar gas (il·luminant) per a la il·luminació, obtingut no per mètodes coneguts avui dia, sinó per processament de carbó. El motor inventat pel suís Isaac de Rivac, el primer motor "atmosfèric" (que funciona sense compressió) d'importància industrial, Ethylene Lenoir de 1862, així com la clàssica unitat de quatre temps creada per Otto una mica més tard, funcionen tots amb gas.
Aquí cal esmentar la diferència entre el gas natural i el gas liquat del petroli. El gas natural conté del 70 al 98% de metà, i la resta són més gasos orgànics i inorgànics com l'etan, propà i butà, monòxid de carboni i altres. El petroli també conté gasos en proporcions variables, però aquests gasos s'alliberen per destil·lació fraccionada o produïts per determinats subproductes a les refineries. Els dipòsits de gas són molt diferents: gas pur o "sec" (és a dir, que conté principalment metà) i "humit" (que conté metà, etan, propà, alguns altres gasos més pesats i fins i tot "gasolina" - un líquid lleuger, fraccions molt valuoses) . Els tipus d'olis també són diferents i la concentració de gasos en ells pot ser inferior o superior. Els camps sovint es combinen: el gas s'eleva per sobre del petroli i actua com a "tapa de gas". La composició del "tap" i el camp petrolier principal inclou les substàncies esmentades anteriorment i diverses fraccions, parlant en sentit figurat, "flueixen" les unes a les altres. El metà utilitzat com a combustible dels vehicles "prové" del gas natural, i la barreja de propà-butà que coneixem prové tant de jaciments de gas natural com de jaciments de petroli. Al voltant del 6% del gas natural del món es produeix a partir de jaciments de carbó, que sovint van acompanyats de jaciments de gas.
El propà-butà apareix en escena d'una manera una mica paradoxal. L'any 1911, un indignat client nord-americà d'una companyia petroliera va encarregar al seu amic, el famós químic Dr. Snelling, que esbrinés les raons del misteriós esdeveniment. El motiu de la indignació del client és que el client se sorprèn al saber que la meitat del dipòsit de la benzinera s'acaba d'omplir. Ford Ella va desaparèixer per mitjans desconeguts durant un curt viatge a casa seva. No obstant això, el dipòsit no es filtra de cap lloc... Després de molts experiments, el doctor Snelling va descobrir que la causa del misteri era l'alt contingut de gasos propà i butà en el combustible, i poc després va desenvolupar els primers mètodes pràctics per destil·lar-los. . És a causa d'aquests èxits fonamentals que ara el Dr. Snelling es considera el "pare" d'aquesta indústria.
Molt abans, fa uns 3000 anys, els pastors van descobrir una "font de foc" al mont Paranàs a Grècia. Més tard, en aquest lloc "sagrat" es va construir un temple amb columnes en flames, i l'oracle Delfos va llegir les seves oracions davant el majestuós colós, provocant sentiments de reconciliació, por i admiració entre la gent. Avui, part d'aquest romanç s'ha perdut perquè sabem que la font de les flames és el metà (CH4) que s'escapa de les esquerdes de les roques associades a jaciments de gas profunds. Hi ha incendis similars a molts llocs de l'Iraq, l'Iran i l'Azerbaidjan prop del mar Càspi, que també han estat cremant durant segles i que durant molt de temps es coneixen com les "Flames Eternes de Pèrsia".
Molts anys després, els xinesos també van utilitzar gasos dels camps, però amb un propòsit molt pragmàtic: escalfar grans calderes amb aigua de mar i extreure-ne sal. El 1785, els britànics van crear un mètode per produir metà a partir del carbó (que es va utilitzar en els primers motors de combustió interna), i a principis del segle XX, els químics alemanys Kekule i Stradonitz van patentar un procés per produir combustible líquid més pesat a partir d'aquest.
El 1881, William Hart va perforar el primer pou de gas a la ciutat nord-americana de Fredonia. Hart va passar molt de temps observant les bombolles que pujaven a la superfície de l'aigua en una badia propera i va decidir cavar un forat des del terra fins al jaciment de gas proposat. Nou metres sota la superfície va arribar a una vena de la qual brollava gas, que després va capturar i la seva recentment creada Fredonia Gas Light Company es va convertir en pionera en el negoci del gas. Tanmateix, malgrat l'avenç de Hart, el gas d'il·luminació utilitzat al segle XIX es va extreure principalment del carbó mitjançant el mètode anterior, en gran part a causa de la manca de capacitat per desenvolupar tecnologies per transportar gas natural dels jaciments.
Tanmateix, la primera producció industrial de petroli ja era un fet aleshores. La seva història va començar als EUA l'any 1859, i la idea era utilitzar l'oli extret per destil·lar querosè per a il·luminació i olis per a màquines de vapor. Fins i tot llavors, la gent es va enfrontar al poder destructiu del gas natural, comprimit durant milers d'anys a les entranyes de la terra. Els pioners del grup d'Edwin Drake gairebé van morir durant la seva primera perforació improvisada a prop de Titusville, Pennsilvània, quan es va filtrar gas de l'avenç i va esclatar un incendi gegant, que va destruir tot l'equip. Avui dia, l'explotació dels jaciments de petroli i gas va acompanyada d'un sistema de mesures especials per bloquejar el lliure flux de gas inflamable, però els incendis i les explosions no són estranys. Tanmateix, aquest mateix gas s'utilitza en molts casos com una mena de "bomba" que empeny el petroli a la superfície i, quan la seva pressió baixa, els treballadors del petroli comencen a buscar i utilitzar altres mètodes per extreure "or negre".
El món dels gasos hidrocarburs
El 1885, quatre anys després de la primera perforació de gas de William Hart, un altre nord-americà, Robert Bunsen, va inventar un aparell que més tard es coneixia com el "cremador Bunsen". La invenció serveix per dosificar i barrejar gas i aire en una proporció adequada, que després es pot utilitzar per a una combustió segura: aquest cremador avui és la base de les modernes broquets d'oxigen per a forns i aparells de calefacció. La invenció de Bunsen va obrir noves possibilitats per a l'ús del gas natural, però tot i que el primer gasoducte es va construir el 1891, el combustible blau no va adquirir importància industrial fins a la Segona Guerra Mundial.
Va ser durant la guerra que es van crear mètodes de tall i soldadura bastant fiables, que van permetre construir gasoductes metàl·lics segurs. Milers de quilòmetres d'ells es van construir a Amèrica després de la guerra, i als anys 60 es va construir un gasoducte des de Líbia fins a Itàlia. També s'han descobert grans jaciments de gas natural als Països Baixos. Aquests dos fets expliquen la disponibilitat d'una millor infraestructura per a l'ús del gas natural comprimit (GNC) i del gas liquat de petroli (GLP) com a combustible de vehicles en aquests dos països. L'enorme importància estratègica que comença a adquirir el gas natural es confirma pel fet següent: quan Reagan va decidir destruir l'"Imperi del Mal" als anys 80, va vetar el subministrament d'equips d'alta tecnologia per a la construcció d'un gasoducte des del URSS a Europa. Per compensar les necessitats europees, s'accelera la construcció d'un gasoducte des del sector noruec del mar del Nord fins a l'Europa continental, mentre l'URSS aguanta. En aquella època, les exportacions de gas eren la principal font de divises fortes per a la Unió Soviètica, i la greu escassetat derivada de les mesures de Reagan va provocar aviat els famosos esdeveniments històrics de principis dels anys 90.
Avui, la Rússia democràtica és un important proveïdor de gas natural per a les necessitats energètiques d'Alemanya i un actor global important en aquest camp. El gas natural va començar a créixer en importància després de les dues crisis del petroli dels anys 70, i avui és un dels principals recursos energètics d'importància geoestratègica. Actualment, el gas natural és el combustible de calefacció més barat, utilitzat com a matèria primera en la indústria química, per a la generació d'electricitat, per a electrodomèstics, i el seu “cosí” propà fins i tot es pot trobar en ampolles de desodorant com a desodorant. substitueix els compostos de fluor que esgoten la capa d'ozó. El consum de gas natural creix constantment i la xarxa de gasoductes s'allarga. Pel que fa a la infraestructura construïda fins ara per utilitzar aquest combustible als cotxes, tot queda molt enrere.
Ja us hem parlat de les estranyes decisions que van prendre els japonesos per produir el combustible tan necessari i escàs durant la Segona Guerra Mundial, i també hem esmentat el programa de gasolina sintètica d'Alemanya. No obstant això, se sap poc del fet que durant els anys de la guerra magra a Alemanya hi havia cotxes molt reals propulsats per... fusta! En aquest cas, no es tracta d'un retorn a la bona i antiga màquina de vapor, sinó de motors de combustió interna, originalment dissenyats per funcionar amb gasolina. De fet, la idea no és gaire complicada, però requereix l'ús d'un sistema generador de gas voluminós, pesat i perillós. El carbó, el carbó vegetal o simplement la fusta es col·loquen en una central elèctrica especial i poc complicada. Al seu fons cremen en absència d'oxigen, i en condicions d'alta temperatura i humitat alliberen gasos que conté monòxid de carboni, hidrogen i metà. Després es refreda, es neteja i es ventila als col·lectors d'admissió del motor per utilitzar-lo com a combustible. Per descomptat, els conductors d'aquests vehicles realitzaven les complexes i difícils funcions dels bombers: la caldera s'havia de carregar i netejar periòdicament i les màquines de fumar s'assemblaven una mica a locomotores de vapor.
Avui en dia, l'exploració de gas requereix algunes de les tecnologies més sofisticades del món, i la producció de gas natural i petroli és un dels majors reptes als quals s'enfronta la ciència i la tecnologia. Aquest fet és especialment cert als Estats Units, on cada cop s'estan utilitzant més mètodes poc convencionals per “aspirar” el gas que queda en camps vells o abandonats, així com per extreure l'anomenat gas “estricte”. Els científics estimen que la producció de gas als nivells tecnològics de 1985 requerirà ara el doble de perforació. S'ha augmentat significativament l'eficiència dels mètodes i el pes de l'equip s'ha reduït un 75%. S'utilitzen programes informàtics cada cop més sofisticats per analitzar dades de gravimetres, tecnologies sísmiques i satèl·lits làser, a partir dels quals es creen mapes de dipòsits en 4D generats per ordinador. També s'han creat les anomenades imatges XNUMXD, gràcies a les quals és possible visualitzar les formes i els moviments dels sediments al llarg del temps. No obstant això, les instal·lacions més avançades romanen per a la producció de gas natural en alta mar: només una part del progrés humà en aquesta àrea són els sistemes de posicionament de perforació global, la perforació ultraprofunda, les canonades del fons oceànic i els sistemes de buits liquats. monòxid de carboni i sorra.
Refinar petroli per produir gasolina d'alta qualitat és una tasca molt més complexa que processar gasos. D'altra banda, el transport de gas per mar resulta molt més car i complex. Els vaixells cisterna de GLP tenen un disseny força complex, però els cisterna de GNL són una creació impressionant. El butà es liqua a -2 graus, mentre que el propà es liqua a -42 graus, o una pressió relativament baixa. No obstant això, es necessiten -165 graus per liqüer el metà! En conseqüència, la construcció de camions cisterna de GLP requereix estacions de compressió més senzilles que les de gas natural i dipòsits dissenyats per suportar pressions no especialment elevades de 20-25 bar. En canvi, els camins cisterna de gas natural liquat estan equipats amb sistemes de refrigeració continu i dipòsits súper aïllats, essencialment els gegants de refrigeradors criogènics més grans del món. No obstant això, una part del gas aconsegueix "escapar" d'aquestes instal·lacions, però un altre sistema immediatament el captura i el subministra als cilindres dels motors del vaixell.
Per les raons exposades anteriorment, és força comprensible que ja l'any 1927 la tecnologia permetés sobreviure els primers tancs de propà-butà. Aquest és el treball de la Shell holandesa-anglès, que en aquell moment ja era una empresa gegant. El seu cap, Kessler, és un visionari i experimentador que fa temps que somia amb utilitzar d'alguna manera les grans quantitats de gas que encara s'estan filtrant a l'atmosfera o que es cremen a les refineries de petroli. A partir de la seva idea i iniciativa, es va crear el primer vaixell marítim amb una capacitat de càrrega de 4700 tones per al transport de gasos d'hidrocarburs amb un aspecte exòtic i unes dimensions impressionants sobre els dipòsits de coberta.
Tanmateix, calen trenta-dos anys més per construir el primer transportador de metà, Methane Pioneer, construït per a la companyia de gas Constock International Methane Limited. Shell, que ja tenia una infraestructura estable per a la producció i distribució de GLP, va comprar aquesta empresa i molt aviat es van construir dos grans vaixells cisterna més: Shell va començar a desenvolupar el negoci del gas natural liquat. Quan els residents de l'illa anglesa de Conway, on l'empresa està construint instal·lacions d'emmagatzematge de metà, s'adonen del que realment s'emmagatzema i transporta a la seva illa, s'espanten i pensen (correctament) que els vaixells són només bombes gegants. Aleshores, el tema de la seguretat era realment urgent, però avui els vaixells metaners liquats són extremadament segurs i no només són un dels vaixells marítims més segurs, sinó també un dels més respectuosos amb el medi ambient, incomparablement més segurs per al medi ambient que els petroliers. El client més gran de la flota de petroliers és el Japó, que pràcticament no té fonts d'energia locals, i la construcció de gasoductes a l'illa és una empresa molt complexa. El Japó també té la flota més gran de vehicles de gas. Els principals proveïdors de gas natural liquat (GNL) actualment són els EUA, Oman i Qatar, Canadà.
Recentment, el negoci de produir hidrocarburs líquids a partir de gas natural s'ha popularitzat cada vegada més. Es tracta principalment de combustible dièsel ultra net sintetitzat a partir de metà, i s'espera que aquesta indústria creixi a un ritme accelerat en el futur. Per exemple, la política energètica de Bush demana fonts d'energia locals, i Alaska té grans dipòsits de gas natural. Aquests processos estan estimulats pels preus del petroli força elevats, que creen les condicions prèvies per al desenvolupament de tecnologies cares - GTL (Gas-to-Liquids) és només un d'ells.
En principi, GTL no és una tecnologia nova. Va ser creat a la dècada de 20 pels químics alemanys Franz Fischer i Hans Tropsch, esmentats en números anteriors com a part del seu programa sintètic. Tanmateix, a diferència de la hidrogenació destructiva del carbó, aquí es produeixen processos de combinació de molècules lleugeres en enllaços més llargs. Sud-àfrica ha estat produint aquest combustible en quantitats industrials des dels anys 50. No obstant això, l'interès per ells ha crescut en els darrers anys a la recerca de noves oportunitats per reduir les emissions de combustibles nocius als Estats Units. Les principals companyies petrolieres com BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol i Royal Dutch/Shell estan gastant grans quantitats en el desenvolupament de tecnologies relacionades amb GTL, i com a resultat d'aquests desenvolupaments hi ha una discussió creixent sobre els aspectes polítics i socials del davant dels incentius. impostos als consumidors de combustible net. Aquest tipus de combustible permetrà a molts consumidors substituir el gasoil per un combustible més net i reduirà els costos de les empreses automobilístiques per aconseguir els nous nivells d'emissions establerts per la llei. Les proves recents en profunditat mostren que el combustible GTL redueix els nivells de monòxid de carboni en un 90%, els hidrocarburs en un 63% i el sutge en un 23% sense necessitat de filtres de partícules. A més, la naturalesa baixa en sofre d'aquest combustible permet l'ús de catalitzadors addicionals que poden reduir encara més les emissions nocives dels vehicles.
Un avantatge important del combustible GTL és que es pot utilitzar directament en motors dièsel sense cap modificació a les unitats. També es poden barrejar amb combustible que contingui de 30 a 60 ppm de sofre. A diferència del gas natural i els gasos liquats del petroli, no cal canviar la infraestructura de transport existent per transportar combustibles líquids. Segons el president de Rentech, Denis Jakubson, aquest tipus de combustible podria complementar idealment el potencial econòmic ecològic dels motors dièsel, i actualment Shell està construint una gran planta de cinc mil milions de dòlars a Qatar amb una capacitat de disseny de 22,3 milions de litres de combustible sintètic per cada. dia. . El problema més gran d'aquests combustibles és la gran inversió necessària en noves instal·lacions i el procés generalment car per produir-los.
Biogàs
No obstant això, la font de metà no són només els dipòsits subterranis. El 1808, Humphry Davy va experimentar amb palla col·locada en una rèplica al buit i va produir biogàs que contenia principalment metà, diòxid de carboni, hidrogen i nitrogen. Daniel Defoe també parla del biogàs a la seva novel·la L'illa perduda. Tanmateix, la història d'aquesta idea és encara més antiga: al segle 1776, Jan Baptist Van Helmont creia que es podien obtenir gasos inflamables a partir de la descomposició de substàncies orgàniques, i el comte Alexander Volta (el creador de la bateria) també va arribar a conclusions similars. el 1859. La primera planta de biogàs va començar a funcionar a Bombai i es va crear el mateix any que Edwin Drake va dur a terme la primera perforació de petroli amb èxit. Una planta índia processa les femtes i subministra gas per als fanals.
Passarà molt de temps abans que els processos químics implicats en la producció de biogàs s'entenguin i s'estudiin a fons. Això només va ser possible als anys 30 del segle XX i és el resultat d'un salt en el desenvolupament de la microbiologia. Resulta que aquest procés és causat per bacteris anaeròbics, que són una de les formes de vida més antigues de la Terra. "Molen" la matèria orgànica en un ambient anaeròbic (la descomposició aeròbica requereix grans quantitats d'oxigen i produeix calor). Aquests processos també es donen de manera natural als pantans, pantans, arrossars, llacunes cobertes, etc.
Els sistemes moderns de producció de biogàs són cada cop més populars en alguns països, i Suècia és líder tant en la producció de biogàs com en la producció d'automòbils adaptats per funcionar-hi. Les unitats de síntesi utilitzen biogeneradors especialment dissenyats: dispositius relativament econòmics i senzills que creen un entorn adequat per als bacteris, que, depenent del seu tipus, "funcionen" amb més eficàcia a temperatures que oscil·len entre els 40 i els 60 graus. Els productes finals de les plantes de biogàs, a més del gas, també contenen compostos rics en amoníac, fòsfor i altres elements, adequats per al seu ús a l'agricultura com a fertilitzants del sòl.
