Test Drive Alternatives: PART 1 - Industria di Gas
In l'anni 70, Wilhelm Maybach hà sperimentatu cun diversi disegni di motori à combustione interna, hà cambiatu i meccanismi è hà pensatu à e leghe più adatte per a produzzione di parti individuali. Si dumanda spessu quale di e sostanze combustibili allora cunnisciute sarebbe a più adatta à aduprà in mutori termichi.
In l'anni 70, Wilhelm Maybach hà sperimentatu cun diversi disegni di motori à combustione interna, hà cambiatu i meccanismi è hà pensatu à e leghe più adatte per a produzzione di parti individuali. Si dumanda spessu quale di e sostanze combustibili allora cunnisciute sarebbe a più adatta à aduprà in mutori termichi.
In u 1875, quand'ellu era un impiigatu di a Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach hà decisu di pruvà s'ellu puderia fà un mutore di gasu cù carburante liquidu - più precisamente, nantu à a benzina. Ci hè vinutu à verificà ciò chì succede s'ellu chjude u rubinettu di gasu è invece pusò un pezzu di tela imbiccu in benzina davanti à u manifold d'admission. U mutore ùn si ferma, ma cuntinueghja à travaglià finu à chì "succhia" tuttu u liquidu da u tissutu. Hè cusì chì hè natu l'idea di u primu "carburatore" improvisatu, è dopu à a creazione di a vittura, a benzina diventò u carburante principale per questu.
Vi dicu sta storia per ramintavvi chì prima di l'apparizione di a benzina cum'è alternativa à u carburante, i primi motori usavanu u gasu cum'è carburante. Dopu si trattava di l'usu di (illuminazione) di gas per l'illuminazione, ottenutu per metudi micca cunnisciuti oghje, ma da trasfurmà u carbone. U mutore, inventatu da u svizzeru Isaac de Rivac, u primu mutore "aspiratu naturale" (senza cumpressione) di Etilene Lenoir di qualità industriale dapoi u 1862, è a classica unità à quattru tempi creata da Otto un pocu dopu, funziona à gasu.
Quì hè necessariu di mintuvà a diffarenza trà u gasu naturale è u gasu di petroliu licu. U gasu naturale cuntene 70 à 98% metanu, cù u restu hè più altu gasu organicu è inorganicu cum'è etanu, propanu è butanu, monossidu di carbonu è altri. L'oliu cuntene ancu gasi in proporzioni variate, ma questi gasi sò liberati per distillazione fraccionaria o sò pruduciuti da certi prucessi laterali in raffineria. I campi di gas sò assai diffirenti - gas puro o "secu" (vale à dì, chì cuntene principalmente metanu) è "umitu" (cuntene metanu, etanu, propanu, altri gasi più pesanti, è ancu "gasoline" - liquidu ligeru, fraccioni assai preziosi) . I tipi di olii sò ancu diffirenti, è a cuncentrazione di gasi in elli pò esse o più bassu o più altu. I campi sò spessu cumminati - u gasu s'alza sopra l'oliu è agisce cum'è un "cappu di gas". A cumpusizioni di u "capu" è u campu di l'oliu principale includenu i sustanzi citati sopra, è diverse fraccioni, figurativamente parlante, "flussu" in l'altru. U metanu utilizatu cum'è carburante di i veiculi "vene" da u gasu naturale, è a mistura di propanu-butane chì sapemu vene da i campi di gas naturale è di i campi petroliferi. Circa 6% di u gasu naturale di u mondu hè pruduttu da i dipositi di carbone, chì sò spessu accumpagnati da dipositi di gas.
U propanu-butanu apparisce in scena di manera un pocu paradussale. In u 1911, un cliente americanu indignatu di una cumpagnia petrolifera hà incaricatu u so amicu, u famosu chimicu Dr. Snelling, di scopre i motivi di u misteriosu avvenimentu. A ragione di l'indignazione di u cliente hè chì u cliente hè sorpresu di scopre chì a metà di u tank di a stazione di riempimentu hè stata appena riempita. Ford Hè sparita per mezu scunnisciutu durante un cortu viaghju in casa soia. U tank ùn scorre micca da nulla ... Dopu parechji esperimenti, u duttore Snelling hà scupertu chì u mutivu di u misteru era l'altru cuntenutu di gas propanu è butanu in u carburante, è pocu dopu hà sviluppatu i primi metudi pratichi di distillazione elli. Hè per via di sti avanzamenti fundamentali chì u duttore Snelling hè oramai cunsideratu u "babbu" di l'industria.
Moltu nanzu, circa 3000 anni fà, i pastori anu scupertu una "sorgente fiammeggiante" nantu à u monte Paranas in Grecia. Più tardi, nantu à questu locu "sacru" hè statu custruitu un tempiu cù culonne ardenti, è l'oraculu Delfu leghje e so preghere davanti à u maestosu culossu, pruvucendu à a ghjente di sente un sensu di riconciliazione, paura è ammirazione. Oghje, una parte di quella storia d'amore hè persa perchè sapemu chì a fonte di a fiamma hè u metanu (CH4) chì scorre da e crepe in e rocce assuciate à a prufundità di i campi di gas. Ci sò fochi simili in parechji lochi in Iraq, Iran è Azerbaijan à u largu di u mare Caspiu, chì anu ancu brusgiatu da seculi è sò stati dapoi longu cunnisciuti cum'è "Eterne Fiamme di Persia".
Parechji anni dopu, i Cinesi anu utilizatu ancu gasi da i campi, ma cù un scopu assai pragmaticu - per calà e calde grandi cù l'acqua di mare è estrae u sali da questu. In u 1785, i britannichi creanu un metudu per a pruduzzione di metanu da u carbone (chì hè stata utilizata in i primi mutori di combustione interna), è à u principiu di u XXu seculu, i chimichi tedeschi Kekule è Stradonitz patentatu un prucessu per pruduce carburante liquidu più pesante da ellu.
In u 1881, William Hart hà perforatu u primu pozzu di gasu in a cità americana di Fredonia. Hart hà vistu e bolle chì risaliscenu à a superficia di l'acqua in una baia vicinu per un bellu pezzu è hà decisu di scavà un pirtusu da a terra à u campu di gasu prupostu. À una prufundità di nove metri sottu à a superficia, hà ghjuntu à una vena da a quale u gasu sguassatu, chì dopu catturà, è a so nova Fredonia Gas Light Company diventò un pioniere in l'affari di gas. In ogni casu, malgradu a scuperta di Hart, u gasu di l'illuminazione utilizatu in u XNUMXu seculu hè stata estratta principarmenti da u carbone da u metudu descrittu sopra - soprattuttu per via di a mancanza di putenziali per u sviluppu di tecnulugia per u trasportu di gas naturale da i campi.
Tuttavia, a prima pruduzzione di oliu cummerciale era digià un fattu allora. A so storia principia in i Stati Uniti in u 1859, è l'idea era di utilizà l'oliu estratti per distillà u kerosene per l'illuminazione è l'olii per i mutori di vapore. Ancu tandu, a ghjente era affruntata da u putere distruttivu di u gasu naturale, cumpressu per millaie d'anni in l'intestione di a terra. I pionieri di u gruppu d'Edwin Drake guasi murìu durante a prima perforazione improvvisata vicinu à Titusville, Pennsylvania, quandu u gasu fughjitu da a breccia, un focu giganti hà sbulicatu, chì purtò tutti l'equipaggiu. Oghje, u sfruttamentu di i campi di petroliu è di gasu hè accumpagnatu da un sistema di misure spiciali per bluccà u flussu liberu di gas combustible, ma u focu è l'esplosioni ùn sò micca pocu cumuni. In ogni casu, u listessu gasu hè in parechji casi utilizatu com'è una spezia di "pump" chì spinge l'oliu à a superficia, è quandu a so pressione scende, l'oilisti cumincianu à circà è aduprà altre metudi per caccià "oru neru".
U mondu di i gasi idrocarburi
In u 1885, quattru anni dopu à a prima perforazione di gasu di William Hart, un altru americanu, Robert Bunsen, hà inventatu un dispositivu chì più tardi diventò cunnisciutu com'è "Bunsen Burner". L'invenzione serve per dosà è mischjà u gasu è l'aria in una proporzione adattata, chì pò esse aduprata per una combustione sicura - hè questu bruciatore chì oghje hè a basa di ughjetti d'ossigenu muderni per stufa è apparecchi di riscaldamentu. L'invenzione di Bunsen hà apertu novi pussibulità per l'usu di u gasu naturale, ma ancu s'è u primu gasodu hè statu custruitu in u 1891, u carburante blu ùn hà micca guadagnatu impurtanza cummerciale finu à a Siconda Guerra Munniali.
Hè stata durante a guerra chì i metudi abbastanza affidabili di taglio è saldatura sò stati creati, chì hà permessu di custruisce pipelines di gasu di metalli sicuru. Migliaia di chilometri di elli sò stati custruiti in America dopu a guerra, è u pipeline da a Libia à l'Italia hè statu custruitu in l'anni 60. Grandi dipositi di gas naturale sò stati scuperti ancu in l'Olanda. Questi dui fatti spiegà a megliu infrastruttura per l'usu di gas naturale cumpressu (CNG) è gasu di petroliu licuatu (GPL) cum'è carburante di veiculi in questi dui paesi. L'impurtanza strategica enormosa chì u gasu naturale principia à acquistà hè cunfirmata da u fattu chì seguita - quandu Reagan hà decisu di distrughje l'"Imperu di u male" in l'anni 80, hà vetu u fornimentu di l'equipaggiu d'alta tecnulugia per a custruzzione di un pipeline di gas da u URSS à l'Europa. Per cumpensà i bisogni europei, a custruzzione di un pipeline di gasu da u settore norvegese di u Mari di u Nordu à l'Europa continentale s'accelerà, è l'URSS hè pendu. À l'epica, l'espurtazioni di gasu eranu a principale fonte di valuta dura per l'Unioni Suviètica, è a severa penuria risultatu da e misure Reagan hà purtatu prestu à l'avvenimenti storichi ben cunnisciuti di i primi anni 90.
Oghje, a Russia demucratica hè un grande fornitore di gas naturale per i bisogni energetichi di a Germania è un attore globale maiò in questa zona. L'impurtanza di u gasu naturali hà cuminciatu à cresce dopu à e duie crise petrolifere di l'anni 70, è oghje hè una di e risorse energetiche principali di impurtanza geostrategica. Attualmente, u gasu naturale hè u carburante più prezzu per u riscaldamentu, hè adupratu com'è materia prima in l'industria chimica, per a generazione di l'electricità, per l'apparecchi domestici, è u so "cuginu" propanu pò ancu esse truvatu in buttigli di desodorante cum'è desodorante. sustituisce i composti di fluoru chì deplete l'ozonu. U cunsumu di gasu naturale hè in constantemente crescente, è a reta di gasodu hè più longu. In quantu à l'infrastruttura custruita finu à avà per l'usu di stu carburante in vitture, tuttu hè luntanu.
Avemu digià parlatu di e decisioni strane chì i Giapponesi anu fattu in a produzzione di carburante assai necessariu è scarsu durante a Siconda Guerra Munniali, è ancu mintuatu u prugramma per a produzzione di benzina sintetica in Germania. In ogni casu, pocu hè cunnisciutu di u fattu chì in l'anni di guerra magra in Germania ci eranu vitture abbastanza vere chì correvanu nantu à ... legnu! In questu casu, questu ùn hè micca un ritornu à u bonu vechju mutore di vapuri, ma i mutori di combustione interna, urigginariamenti cuncepiti per funziunà à gasoline. In fatti, l'idea ùn hè micca assai cumplicata, ma esige l'usu di un sistema di generatore di gas voluminoso, pisanti è periculosi. Coal, charcoal or just wood is placed in a special and not very complex power plant. À u so fondu, brusgianu in l'absenza di l'ossigenu, è in cundizioni d'alta temperatura è umidità, un gasu hè liberatu chì cuntene monossidu di carbonu, idrogenu è metanu. Dopu hè rinfriscatu, pulitu, è alimentatu da un fan in i manifolds d'admission di u mutore per usà cum'è carburante. Di sicuru, i cunduttori di sti machini anu realizatu e funzioni cumplessi è difficiuli di i pompieri - a caldaia duvia esse caricata è pulita periodicamente, è e macchine di fumo parevanu veramente un pocu cum'è locomotive a vapore.
Oghje, l'esplorazione di u gasu necessita una parte di e tecnulugia più sufisticate di u mondu, è l'estrazione di gas naturale è oliu hè una di e sfide più grande chì facenu a scienza è a tecnulugia. Stu fattu hè soprattuttu veru in i Stati Uniti, induve i metudi di più in più micca cunvinziunali sò usati per "succhiare" u gasu lasciatu in i campi vechji o abbandunati, è ancu per caccià u gasu chjamatu "strettu". Sicondu i scientisti, avà da piglià duie volte più di perforazione per pruduce gasu à u livellu di a tecnulugia in u 1985. L'efficienza di i metudi hè assai aumentata, è u pesu di l'equipaggiu hè stata ridutta da 75%. Programmi di computer sempre più sofisticati sò utilizati per analizà e dati da gravimetri, tecnulugii sismichi è satelliti laser, da quale sò creati carte tridimensionali computerizzate di reservoirs. L'imaghjini chjamati 4D sò stati ancu creati, grazie à quale hè pussibule di visualizà e forme è i movimenti di dipositi in u tempu. Tuttavia, strutture di punta restanu per a produzzione di gas naturale offshore - solu una frazione di u prugressu umanu in questa zona - sistemi di posizionamentu globale per perforazione, perforazione ultra-profunda, pipeline di u pianu di l'oceanu è sistemi di liquidazione liquefied. monossidu di carbonu è sabbia.
A raffinazione di l'oliu per pruduce gasoline d'alta qualità hè un compitu assai più cumplessu chè a raffinazione di gasi. Per d 'altra banda, u trasportu di gasu per mare hè assai più caru è cumplessu. I cisterna di LPG sò abbastanza cumplessi in u disignu, ma i trasportatori di LNG sò una creazione stupente. U butanu liquefies à -2 gradi, mentri u propanu liquefies à -42 gradi o pressione relativamente bassa. Tuttavia, ci vole à -165 gradi per licuà u metanu! In cunseguenza, a custruzzione di cisterna di GPL necessita di stazioni di compressore più simplici chè per u gasu naturale è i tanki chì sò pensati per sustene pressioni micca particularmente elevate di 20-25 bar. In cuntrastu, i cisterna di gas naturale licu sò furnuti cù sistemi di rinfrescante cuntinuu è tanki super-insulati - in fattu, questi colossi sò i frigorifici criogeni più grandi di u mondu. In ogni casu, una parte di u gasu riesce à "lascià" queste installazioni, ma un altru sistema cattura immediatamente è l'alimenta in i cilindri di u mutore di a nave.
Per i motivi sopra, hè abbastanza capisci chì digià in u 1927 a tecnulugia hà permessu di sopravvive à i primi tanki di propanu-butanu. Questu hè u travagliu di l'olandese-inglese Shell, chì in quellu tempu era digià una cumpagnia gigante. U so capu Kessler hè un omu avanzatu è un sperimentatore chì hà longu sunniatu d'utilizà in qualchì modu l'immensa quantità di gasu chì finu à avà hè filtratu in l'atmosfera o brusgiatu in e raffinerie di petroliu. Per a so idea è l'iniziativa, u primu bastimentu offshore cù una capacità di trasportu di 4700 tunnellate hè statu creatu per trasportà gasi d'idrocarburi cù dimensioni esotiche è impressiunanti sopra i tanki di ponte.
Tuttavia, altri trenta-dui anni sò necessarii per custruisce u primu trasportatore di metanu Methane Pioneer, custruitu per ordine di a cumpagnia di gasu Constock International Methane Limited. Shell, chì hà digià una infrastruttura stabile per a produzzione è a distribuzione di GPL, hà compru sta cumpagnia, è prestu prestu dui cisterna più enormi sò stati custruiti - Shell hà cuminciatu à sviluppà l'affari di gas naturale licu. Quandu l'abitanti di l'isula inglesa di Conway, induve a cumpagnia custruiscia stazioni di almacenamentu di metanu, capiscenu ciò chì hè veramente almacenatu è trasportatu à a so isula, sò sconvolti è spaventati, pensendu (è ghjustu) chì i navi sò solu bombe giganti. Allora u prublema di sicurità era veramente pertinenti, ma oghje i cisterna per u trasportu di metanu liquefied sò estremamente sicuri è ùn sò micca solu unu di i più sicuri, ma ancu unu di i navi marittimi più amichevuli di l'ambiente - incomparablemente più sicuri per l'ambiente chì i cisterna di petroliu. U più grande cliente di a flotta di cisterna hè u Giappone, chì ùn hà praticamente micca fonti d'energia lucale, è a custruzzione di gasoducti à l'isula hè una impresa assai difficiule. U Giappone hà ancu u più grande "parcu" di veiculi di gas. I principali fornitori di gas naturale liquefied (LNG) oghje sò i Stati Uniti, Oman è Qatar, Canada.
Ricertamenti, l'affari di pruduce l'idrocarburi liquidi da u gasu naturali hè diventatu sempri più populari. Questu hè soprattuttu carburante diesel ultra-pulitu sintetizatu da u metanu, è sta industria hè prevista per sviluppà à un ritmu acceleratu in u futuru. Per esempiu, a pulitica energetica di Bush esige l'usu di e fonti energetiche lucali, è l'Alaska hà grandi dipositi di gas naturale. Sti prucessi sò stimulati da i prezzi di u petroliu relativamente altu, chì creanu prerequisiti per u sviluppu di tecnulugia caru - GTL (Gas-to-Liquids) hè solu unu di elli.
In fondu, GTL ùn hè micca una nova tecnulugia. Hè stata creata in l'anni 20 da i chimichi tedeschi Franz Fischer è Hans Tropsch, citati in i numeri precedenti cum'è parte di u so prugramma sinteticu. In ogni casu, in cuntrastu à l'idrogenazione distruttiva di u carbone, i prucessi di unisce e molécule di luce in ligami più longu sò quì. L'Africa Sudafrica hà pruduciutu tali carburante à una scala industriale dapoi l'anni 50. Tuttavia, l'interessu per elli hè cresciutu in l'ultimi anni in cerca di novi opportunità per riduce l'emissioni di carburanti dannosi in i Stati Uniti. Cumpagnia petrolifera maiò, cum'è BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol è Royal Dutch/Shell spende enormi somme per sviluppà tecnulugii ligati à GTL, è per via di questi sviluppi, l'aspetti pulitichi è suciali sò sempre più discututi in u gruppu. faccia di incentivi. tasse nantu à i cunsumatori di carburanti puliti. Questi carburanti permettenu à parechji cunsumatori di carburante diesel per rimpiazzà cù più amichevuli di l'ambiente è riduceranu u costu per l'imprese di vitture per scuntrà i novi livelli di emissioni dannosi stabiliti da a lege. Testi approfonditi recenti mostranu chì i carburanti GTL riducenu u monossidu di carbonu da 90%, l'idrocarburi da u 63% è u fuliggine da u 23% senza bisognu di filtri di particulate diesel. Inoltre, a natura bassu di zolfo di stu carburante permette l'usu di catalizzatori supplementari chì ponu ancu riduce l'emissioni di i veiculi.
Un vantaghju impurtante di u carburante GTL hè chì pò esse adupratu direttamente in i motori diesel senza alcuna modificazione à l'unità. Puderanu ancu esse mischiati cù carburanti chì cuntenenu 30 à 60 ppm di zolfu. A differenza di u gas naturale è di i gasi petroliferi liquefatti, ùn ci hè bisognu di cambià l'infrastruttura di trasportu esistente per trasportà carburanti liquidi. Sicondu u presidente di Rentech, Denis Yakubson, stu tippu di carburante puderia cumplementà idealmente u putenziale ecunomicu ecologicu di i motori diesel, è Shell attualmente custruisce una grande pianta di 22,3 miliardi di dollari in Qatar cù una capacità di cuncepimentu di XNUMX milioni di litri di carburante sinteticu per ghjornu. ... U prublema più grande di questi carburanti vene da l'investimentu tamantu necessariu in e nuove strutture è u prucessu di produzione tipicamente costosu.
Biogas
Tuttavia, a surgente di metanu ùn hè micca solu i dipositi sotterranei. In u 1808 Humphry Davy hà sperimentatu cù a paglia posta in una retorta di vacuum è pruduce un biogas chì cuntene principalmente metanu, diossidu di carbonu, idrogenu è nitrogenu. Daniel Defoe parla ancu di u biogas in u so rumanzu annantu à l'« isula persa ». In ogni casu, a storia di sta idea hè ancu più vechja - in u 1776 seculu, Jan Baptita Van Helmont hà cridutu chì i gasi combustibili puderanu esse ottenuti da a descomposizione di sustanzi organici, è u Conte Alexander Volta (u creatore di a bateria) hè ancu ghjuntu à cunclusioni simili. in u 1859. A prima pianta di biogas hà cuminciatu à operare in Bombay è hè stata stabilita in u stessu annu chì Edwin Drake hà pruduttu a prima perforazione di petroliu successu. Una pianta indiana processa feci è furnisce gas per i lampi di strada.
Ci vurrà un bellu pezzu prima chì i prucessi chimichi in a produzzione di biogas sianu capiti è studiati à fondu. Questu hè diventatu pussibule solu in l'anni 30 di u XX seculu è hè u risultatu di un saltu in u sviluppu di a microbiologia. Si face chì stu prucessu hè causatu da batteri anaerobici, chì sò una di e forme di vita più antiche di a Terra. Anu "macinatu" a materia urganica in un ambiente anaerobicu (a decomposizione aerobica richiede assai ossigenu è genera calore). Tali prucessi si trovanu ancu di manera naturale in e padule, padule, paddie, lagune cuperte, ecc.
I sistemi di produzzione di biogas muderni sò diventati più populari in certi paesi, è a Svezia hè un capu sia in a produzzione di biogas sia in i veiculi adattati per eseguisce. L'unità di sintesi utilizanu biogeneratori apposta, dispusitivi relativamente prezzu è simplici chì creanu un ambiente adattatu per i batteri, chì, secondu u so tipu, "funcionanu" più efficaci à temperature chì varienu da 40 à 60 gradi. I prudutti finali di e piante di biogas, in più di u gasu, cuntenenu ancu cumposti ricchi di ammonia, fosforu è altri elementi adattati per l'usu in l'agricultura cum'è fertilizzanti di terra.
