Alternativas de proba de condución: PARTE 1 - Industria do gas

Nos anos 70, Wilhelm Maybach experimentou con varios deseños de motores de combustión interna, cambiou os mecanismos e pensou nas aliaxes máis axeitadas para a produción de pezas individuais. A miúdo pregúntase cales das substancias combustibles coñecidas entón serían as máis adecuadas para o seu uso en motores térmicos.

Nos anos 70, Wilhelm Maybach experimentou con varios deseños de motores de combustión interna, cambiou os mecanismos e pensou nas aliaxes máis axeitadas para a produción de pezas individuais. A miúdo pregúntase cales das substancias combustibles coñecidas entón serían as máis adecuadas para o seu uso en motores térmicos.

En 1875, cando era empregado da Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach decidiu probar se podía facer funcionar un motor de gasolina con combustible líquido, máis precisamente, con gasolina. Ocorréuselle comprobar que pasaría se pechaba a chave do gas e, no seu lugar, colocaba un anaco de tea empapado en gasolina diante do colector de admisión. O motor non se para, senón que segue funcionando ata que "succiona" todo o líquido do tecido. Así naceu a idea do primeiro "carburador" improvisado, e despois da creación do coche, a gasolina converteuse no principal combustible.

Estou a contar esta historia para lembrar que antes de que a gasolina fose unha alternativa ao combustible, os primeiros motores usaban gas como combustible. Despois tratábase de usar (iluminación) de gas para a iluminación, obtido por métodos que hoxe non se coñecen, senón procesando carbón. O motor, inventado polo suízo Isaac de Rivac, o primeiro motor de etileno lenoir de calidade industrial "sen aspiración" (sen comprimir) desde 1862 e a clásica unidade de catro tempos creada por Otto un pouco máis tarde, funcionan con gas.

Aquí cómpre mencionar a diferenza entre o gas natural e o gas licuado de petróleo. O gas natural contén entre un 70 e un 98% de metano, sendo o resto gases orgánicos e inorgánicos máis elevados como etano, propano e butano, monóxido de carbono e outros. O petróleo tamén contén gases en proporcións variables, pero estes gases son liberados por destilación fraccionada ou son producidos por algúns procesos secundarios nas refinerías. Os campos de gas son moi diferentes: gas puro ou "seco" (é dicir, que contén principalmente metano) e "húmido" (que conteñen metano, etano, propano, algúns outros gases máis pesados ​​e incluso "gasolina" - líquido lixeiro, fraccións moi valiosas) . Os tipos de aceites tamén son diferentes, e a concentración de gases neles pode ser menor ou maior. Os campos adoitan combinarse: o gas elévase por encima do petróleo e actúa como "tapón de gas". A composición do "tapón" e do campo petrolífero principal inclúe as substancias mencionadas anteriormente e varias fraccións, en sentido figurado, "fluyen" entre si. O metano utilizado como combustible de vehículos "provén" do gas natural, e a mestura de propano-butano que coñecemos procede tanto de xacementos de gas natural como de petróleo. Cerca do 6% do gas natural mundial prodúcese a partir de depósitos de carbón, que adoitan ir acompañados de depósitos de gas.

O propano-butano aparece na escena dun xeito un tanto paradoxal. En 1911, un cliente americano indignado dunha compañía petrolífera encargoulle ao seu amigo, o famoso químico Dr. Snelling, que descubrira os motivos do misterioso suceso. A razón da indignación do cliente é que o cliente se sorprende ao descubrir que a metade do tanque da estación de recheo acaba de encherse. Ford Ela desapareceu por medios descoñecidos durante unha pequena viaxe á súa casa. O tanque non se escapa da nada ... Despois de moitos experimentos, o doutor Snelling descubriu que o motivo do misterio era o alto contido de gas propano e butano no combustible e pouco despois desenvolveu os primeiros métodos prácticos de destilación. eles. É debido a estes avances fundamentais que o doutor Snelling é agora considerado o "pai" da industria.

Moito antes, hai uns 3000 anos, os pastores descubriron unha "fonte de lume" no monte Paranas en Grecia. Máis tarde, construíuse un templo con columnas en chamas neste lugar "sagrado" e o oráculo Delfio leu as súas oracións ante o maxestoso coloso, facendo que a xente sentise reconciliación, medo e admiración. Hoxe en día, parte dese romance pérdese porque sabemos que a fonte da chama é o metano (CH4) que flúe das gretas das rochas asociadas ás profundidades dos campos de gas. Hai incendios similares en moitos lugares de Iraq, Irán e Acerbaixán fronte ás costas do mar Caspio, que tamén levan séculos ardendo e foron coñecidos como as "Chamas eternas de Persia".

Moitos anos despois, os chineses tamén usaban gases dos campos, pero cunha finalidade moi pragmática: quentar grandes caldeiras con auga do mar e extraer sal dela. En 1785, os británicos crearon un método para producir metano a partir de carbón (que se utilizou nos primeiros motores de combustión interna), e a principios do século XX, os químicos alemáns Kekule e Stradonitz patentaron un proceso para producir combustible líquido máis pesado a partir del.

En 1881, William Hart perfora o primeiro pozo de gas na cidade estadounidense de Fredonia. Hart observou durante moito tempo as burbullas subindo á superficie da auga nunha baía próxima e decidiu cavar un burato desde o chan ata o campo de gas proposto. A unha profundidade de nove metros baixo a superficie, chegou a unha vea da que saía gas, que posteriormente capturou, e a súa recentemente formada Fredonia Gas Light Company converteuse nun pioneiro no negocio do gas. Non obstante, a pesar do avance de Hart, o gas de iluminación utilizado no século XIX foi extraído principalmente do carbón polo método descrito anteriormente, principalmente debido á falta de potencial para desenvolver tecnoloxías para o transporte de gas natural dos campos.

Porén, a primeira produción comercial de petróleo xa era un feito entón. A súa historia comezou nos Estados Unidos en 1859, e a idea era utilizar o aceite extraído para destilar queroseno para a iluminación e aceites para máquinas de vapor. Mesmo entón, a xente enfrontábase ao poder destrutivo do gas natural, comprimido durante miles de anos nas entrañas da terra. Os pioneiros do grupo de Edwin Drake case morreron durante a primeira perforación improvisada preto de Titusville, Pensilvania, ao saírse gas da brecha, produciuse un incendio xigante, que levou todo o equipo. Hoxe, a explotación dos xacementos de petróleo e gas vai acompañada dun sistema de medidas especiais para bloquear o libre fluxo de gas combustible, pero os incendios e explosións non son raros. Non obstante, o mesmo gas utilízase en moitos casos como unha especie de "bomba" que empuxa o petróleo á superficie e, cando a súa presión baixa, os petroleiros comezan a buscar e utilizar outros métodos para extraer "ouro negro".

O mundo dos gases de hidrocarburos

En 1885, catro anos despois da primeira perforación de gas de William Hart, outro estadounidense, Robert Bunsen, inventou un dispositivo que máis tarde se coñeceu como "queimador Bunsen". A invención serve para dosificar e mesturar gas e aire nunha proporción axeitada, que logo pode usarse para unha combustión segura: este queimador é hoxe a base das modernas boquillas de osíxeno para cociñas e aparellos de calefacción. O invento de Bunsen abriu novas posibilidades para o uso do gas natural, pero aínda que o primeiro gasoduto foi construído xa en 1891, o combustible azul non adquiriu importancia comercial ata a Segunda Guerra Mundial.

Foi durante a guerra cando se crearon métodos suficientemente fiables de corte e soldadura, o que permitiu construír gasodutos metálicos seguros. Miles de quilómetros deles foron construídos en América despois da guerra, e o gasoduto de Libia a Italia foi construído nos anos 60. Tamén se descubriron grandes depósitos de gas natural nos Países Baixos. Estes dous feitos explican a mellor infraestrutura para utilizar o gas natural comprimido (GNC) e o gas licuado de petróleo (GLP) como combustible de vehículos nestes dous países. A enorme importancia estratéxica que comeza a adquirir o gas natural vén confirmada polo seguinte feito: cando Reagan decidiu destruír o "Imperio do Mal" nos anos 80, vetou a subministración de equipos de alta tecnoloxía para a construción dun gasoduto desde o URSS a Europa. Para compensar as necesidades europeas, a construción dun gasoduto desde o sector noruegués do Mar do Norte ata a Europa continental estase acelerando, e a URSS está pendente. Nese momento, as exportacións de gas eran a principal fonte de moeda forte para a Unión Soviética, e as graves escasezas derivadas das medidas de Reagan provocaron pronto os coñecidos acontecementos históricos de principios dos anos noventa.

Hoxe, a Rusia democrática é un importante provedor de gas natural para as necesidades enerxéticas de Alemaña e un actor global importante nesta área. A importancia do gas natural comezou a medrar despois das dúas crises do petróleo dos anos 70, e hoxe é un dos principais recursos enerxéticos de importancia xeoestratéxica. Na actualidade, o gas natural é o combustible máis barato para a calefacción, utilízase como materia prima na industria química, para a xeración de electricidade, para os electrodomésticos, e o seu "primo" propano mesmo pódese atopar en botellas de desodorizantes como desodorante. substituto dos compostos de flúor que agotan a capa de ozono. O consumo de gas natural está en constante crecemento, e a rede de gasodutos é cada vez máis longa. En canto ás infraestruturas construídas ata agora para o uso deste combustible nos automóbiles, todo queda atrás.

Xa vos falamos das estrañas decisións que tomaron os xaponeses na produción de combustible tan necesario e escaso durante a Segunda Guerra Mundial, e tamén mencionamos o programa de produción de gasolina sintética en Alemaña. Non obstante, pouco se sabe sobre o feito de que nos anos da guerra magra en Alemaña había coches bastante reais funcionando con... madeira! Neste caso, non se trata dunha volta á antiga e boa máquina de vapor, senón de motores de combustión interna, deseñados orixinalmente para funcionar con gasolina. De feito, a idea non é moi complicada, pero require o uso dun sistema xerador de gas voluminoso, pesado e perigoso. O carbón, o carbón vexetal ou só madeira colócase nunha central eléctrica especial e non moi complexa. Na súa parte inferior arden en ausencia de osíxeno e, en condicións de alta temperatura e humidade, despréndese un gas que contén monóxido de carbono, hidróxeno e metano. Despois arrefríase, límpase e introdúcese mediante un ventilador nos colectores de admisión do motor para o seu uso como combustible. Por suposto, os condutores destas máquinas realizaban as funcións complexas e difíciles dos bombeiros: a caldeira tiña que ser cargada e limpada periódicamente e as máquinas de fumar realmente parecían locomotoras de vapor.

Hoxe, a exploración de gas require algunhas das tecnoloxías máis sofisticadas do mundo, e a extracción de gas natural e petróleo é un dos maiores desafíos aos que se enfronta a ciencia e a tecnoloxía. Este feito é especialmente certo en EE.UU., onde cada vez se utilizan métodos pouco convencionais para "succionar" o gas que queda en campos vellos ou abandonados, así como para extraer o chamado gas "estático". Segundo os científicos, agora será necesario o dobre de perforación para producir gas ao nivel de tecnoloxía en 1985. A eficiencia dos métodos increméntase moito e o peso do equipo reduciuse nun 75%. Cada vez máis sofisticados programas informáticos utilízanse para analizar datos de gravímetros, tecnoloxías sísmicas e satélites láser, a partir dos cales se crean mapas informatizados tridimensionais de encoros. Tamén se crearon as chamadas imaxes 4D, grazas ás cales é posible visualizar as formas e os movementos dos depósitos ao longo do tempo. Non obstante, quedan instalacións de última xeración para a produción de gas natural en alta mar —só unha fracción do progreso humano nesta área— sistemas de posicionamento global para perforación, perforación ultraprofunda, gasodutos do fondo oceánico e sistemas de depuración licuada. monóxido de carbono e area.

Refinar petróleo para producir gasolina de alta calidade é unha tarefa moito máis complexa que refinar gases. Por outra banda, o transporte de gas por mar é moito máis custoso e complexo. Os petroleiros de GLP teñen un deseño bastante complexo, pero os transportistas de GNL son unha creación abraiante. O butano se licúa a -2 graos, mentres que o propano se licúa a -42 graos ou a presión relativamente baixa. Non obstante, fai falta -165 graos para licuar o metano. En consecuencia, a construción de buques cisterna de GLP require estacións de compresión máis sinxelas que para o gas natural e depósitos que están deseñados para soportar presións non especialmente altas de 20-25 bar. Pola contra, os buques cisterna de gas natural licuado están equipados con sistemas de refrixeración continuo e tanques súper illados; de feito, estes colosos son os frigoríficos crioxénicos máis grandes do mundo. Porén, parte do gas consegue "saír" destas instalacións, pero outro sistema inmediatamente captao e introdúceo nos cilindros do motor do barco.

Polos motivos anteriores, é bastante comprensible que xa en 1927 a tecnoloxía permitise sobrevivir os primeiros tanques de propano-butano. Este é o traballo da Dutch-English Shell, que daquela xa era unha empresa xigante. O seu xefe Kessler é un home avanzado e un experimentador que soñaba desde hai tempo con utilizar dalgunha forma a enorme cantidade de gas que ata agora se filtraba á atmosfera ou queimou nas refinerías de petróleo. Na súa idea e iniciativa, creouse o primeiro buque offshore cunha capacidade de carga de 4700 toneladas para transportar gases de hidrocarburos de aspecto exótico e impresionantes dimensións sobre os tanques da cuberta.

Non obstante, son necesarios outros trinta e dous anos para construír o primeiro metaneiro Methane Pioneer, construído por encargo da compañía de gas Constock International Methane Limited. Shell, que xa conta cunha infraestrutura estable para a produción e distribución de GLP, comprou esta empresa e, moi pronto, construíronse outros dous enormes petroleiros: Shell comezou a desenvolver o negocio de gas natural licuado. Cando os habitantes da illa inglesa de Conway, onde a empresa está a construír instalacións de almacenamento de metano, se dan conta do que realmente se almacena e transporta á súa illa, quedan conmocionados e asustados, pensando (e con razón) que os barcos son só bombas xigantes. Daquela o problema da seguridade era realmente relevante, pero hoxe os buques cisterna para o transporte de metano licuado son extremadamente seguros e non só son un dos máis seguros, senón tamén un dos máis respectuosos co medio ambiente, incomparablemente máis seguros para o medio ambiente que os petroleiros. O maior cliente da flota de petroleiros é Xapón, que practicamente non ten fontes de enerxía locais, e a construción de gasodutos ata a illa é unha empresa moi difícil. Xapón tamén ten o maior "parque" de vehículos de gas. Os principais provedores de gas natural licuado (GNL) na actualidade son Estados Unidos, Omán e Qatar, Canadá.

Recentemente, o negocio de producir hidrocarburos líquidos a partir de gas natural fíxose cada vez máis popular. Trátase principalmente de combustible diésel ultralimpo sintetizado a partir de metano, e espérase que esta industria se desenvolva a un ritmo acelerado no futuro. Por exemplo, a política enerxética de Bush esixe o uso de fontes de enerxía locais, e Alaska ten grandes depósitos de gas natural. Estes procesos son estimulados polos prezos relativamente altos do petróleo, que crean requisitos previos para o desenvolvemento de tecnoloxías caras - GTL (Gas-to-Liquids) é só un deles.

Basicamente, GTL non é unha tecnoloxía nova. Foi creado na década de 20 polos químicos alemáns Franz Fischer e Hans Tropsch, mencionados en números anteriores como parte do seu programa sintético. Porén, en contraste coa hidroxenación destrutiva do carbón, aquí teñen lugar os procesos de unión de moléculas lixeiras en enlaces máis longos. Sudáfrica leva producindo tal combustible a escala industrial desde os anos 50. Non obstante, o interese por elas creceu nos últimos anos en busca de novas oportunidades para reducir as emisións nocivas de combustibles nos Estados Unidos. As principais compañías petrolíferas como BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol e Royal Dutch/Shell están gastando grandes cantidades no desenvolvemento de tecnoloxías relacionadas con GTL e, como resultado destes desenvolvementos, os aspectos políticos e sociais están sendo cada vez máis discutidos no fronte aos incentivos. impostos aos consumidores de combustible limpo. Estes combustibles permitirán que moitos consumidores de gasóleo poidan substituílo por un máis respectuoso co medio ambiente e reducirán o custo para as compañías de automóbiles para cumprir cos novos niveis de emisións nocivas fixados pola lei. Probas en profundidade recentes mostran que os combustibles GTL reducen o monóxido de carbono nun 90%, os hidrocarburos nun 63% e o hollín nun 23% sen necesidade de filtros de partículas diésel. Ademais, a natureza de baixo contido de xofre deste combustible permite o uso de catalizadores adicionais que poden reducir aínda máis as emisións dos vehículos.

Unha vantaxe importante do combustible GTL é que pode usarse directamente en motores diésel sen modificacións nas unidades. Tamén se poden mesturar con combustibles que conteñan de 30 a 60 ppm de xofre. A diferenza do gas natural e dos gases licuados do petróleo, non é necesario modificar a infraestrutura de transporte existente para transportar combustibles líquidos. Segundo o presidente de Rentech, Denis Yakubson, este tipo de combustible podería complementar idealmente o potencial económico ecolóxico dos motores diésel e actualmente Shell está a construír unha gran planta de 22,3 millóns de dólares en Qatar cunha capacidade de deseño de XNUMX millóns de litros de combustible sintético ao día. ... O maior problema destes combustibles vén do enorme investimento necesario en novas instalacións e do proceso de produción normalmente custoso.

Biogás

Non obstante, a fonte de metano non son só os depósitos subterráneos. En 1808 Humphry Davy experimentou con palla colocada nunha retorta ao baleiro e produciu un biogás que contén principalmente metano, dióxido de carbono, hidróxeno e nitróxeno. Daniel Defoe tamén fala do biogás na súa novela sobre a “illa perdida”. Non obstante, a historia desta idea é aínda máis antiga: no século 1776, Jan Baptita Van Helmont cría que se podían obter gases combustibles a partir da descomposición de substancias orgánicas, e o conde Alexander Volta (o creador da batería) tamén chegou a conclusións similares. en 1859. A primeira planta de biogás comezou a funcionar en Bombai e estableceuse o mesmo ano en que Edwin Drake produciu a primeira perforación petroleira exitosa. Unha planta india procesa fecais e subministra gas para farolas.

Pasará moito tempo antes de que os procesos químicos na produción de biogás sexan comprendidos e estudados a fondo. Isto só foi posible nos anos 30 do século XX e é o resultado dun salto no desenvolvemento da microbioloxía. Resulta que este proceso é causado por bacterias anaerobias, que son unha das formas de vida máis antigas da Terra. "Moen" a materia orgánica nun ambiente anaerobio (a descomposición aeróbica require moito osíxeno e xera calor). Estes procesos tamén se producen de forma natural en pantanos, marismas, campos de arroz, lagoas cubertas, etc.

Os sistemas modernos de produción de biogás son cada vez máis populares nalgúns países, e Suecia é líder tanto na produción de biogás como en vehículos adaptados para funcionar con el. As unidades de síntese usan bioxeradores especialmente deseñados, dispositivos relativamente económicos e sinxelos que crean un ambiente axeitado para as bacterias, que, segundo o seu tipo, "funcionan" de forma máis eficiente a temperaturas que oscilan entre os 40 e os 60 graos. Os produtos finais das plantas de biogás, ademais do gas, tamén conteñen compostos ricos en amoníaco, fósforo e outros elementos aptos para o seu uso na agricultura como fertilizantes do solo.