Vi bryr oss ikke mye om hva vi har på tanken av drivstoff, prisen er viktigere. Men det som skvulper rundt der nede er avansert kjemi. Se bare her:
Bildet øverst: En klassisk servicestasjon; her får du kanskje ikke kjøpt fossilt drivstoff om en mannsalder eller to, bare (dyr) hydrogen og potetsprit – og elektrisitet – og alt det andre … (Foto: Shell)
Av Stein Bekkevold
Du husker sikkert at flytende, fossile drivstoff er kokt av råolje. Men du vet kanskje ikke så mye om det bensin og diesel inneholder. Og hvor utrolig avgjørende drivstoffenes volatilitet er. Å? Ja, deres evne til å fordampe, å bli mikrodråper (damp) som lettere antennes i sylindrene, av gnist (bensinmotor) eller trykk (dieselmotor).
Kokepunkt?
Volatilitet beskrives med damptrykk eller kokepunkt. Høyt damptrykk betyr høy volatilitet, mens høyt kokepunkt betyr lav. Damptrykk og kokepunkt står i digre tabeller der veldig interesserte kan sammenligne snåle kjemikalier. Tallene finner kjemikere i eksperimenter med en lang rekke temperaturer og trykk.
Kokepunktet er temperaturen der damptrykket i en væske er lik det omgivende trykket. Da vil væsken fordampe raskt – eller koke. Kokepunktet likner damptrykket, men er avhengig av atmosfære- (luft-) trykket. Normalt kokepunkt er det vi ser ved vanlig luftrykk.
Damptrykket viser hvor lett en utfelt (kondensert) væske blir damp ved en viss temperatur. Et stoff i et lukket, lufttomt kar vil ved koking raskt fylle rommet med damp. Etter at likevekt er oppnådd og det ikke kommer mer damp, kan trykket måles. Økt temperatur øker mengden damp – og trykket.
I en blanding som motordrivstoff bidrar hvert stoff til damptrykket, de mest flyktige forbindelsene bidrar mest. Og alt dette ligger også bak metodene for å destillere noe av råolje, for å få ut drivstoff med jevnt god kvalitet.
Fraksjonert destillasjon går ut på at råoljen kokes til damp som stiger til værs i høye destillasjonstårn og kjøles så vi får hydrokarboner i fraksjon etter fraksjon, lettest øverst (nafta) og så lettbensin, tungbensin, flybensin/parafin, diesel, fyringsolje, asfalt, tjære og alt det andre. (Foto: Aral)
Trinnvis
Petroleumsraffinering er trinndestillasjon der kjemikalier med ulik volatilitet tas ut i ett og ett steg. Råolje har flere nyttige kjemikalier som må skilles. Råoljen sendes inn i et destillasjonstårn og kokes, dampens innhold av flyktige saker som nafta, bensin, butan og parafin stiger raskt til værs – de fordamper først. De fyker opp gjennom tårnet og møter på toppen store, kalde flater (oftest vannkjølte) og kondenseres – samles i dråper.
De mest flyktige delene fordamper øverst og blir nafta og bensin, de minst flyktige havner nederst og blir asfalt og tjære. Bensin og diesel lages oftest ved slik kokedestillasjon, men kan også lages ved hydro-generering av brunkull, ved spalting/knusing (cracking) av tungehydrokarboner, eller ved polymerisasjon av de lettere. Det aller meste lages ved destillasjon.
Råbensin
er hydrokarboner som tas ut inntil 220 °C. Ved fraksjonering blir denne oppdelt i petrol-eter(40–70 °C), lettbensin (70–90 °C), motorbensin (90–180 °C) og lakkbensin eller tungbensin (150–180 °C). En del blir løsemidler, men hovedmengden blir drivstoff.
Drivstoffets arbeidsevne kommer av at hydrokarbonene er energilagre, energien ligger i karbonkarbon- og karbonhydrogen-bindingene. Ved forbrenning frigjøres energien, og vi får gassprodukter som vanndamp, karbonmonoksid og karbondioksid (CO/CO2). Det er den kraftige volumutvidelsen som skyver stemplene og gir dreiemoment. I en gassturbin driver slike gasser flere turbinhjul i rekke. Før de strømmer ut bak og gir skyvekraft.
Kvaliteter
Motorenes utvikling har stadig stilt nye krav til drivstoffene, ofte fordi motorene ble lettere og mindre, med større ytelse per slagvolum. De fikk økt kompresjon og bankefastheten måtte økes. Drivstoffblandingens flyktighet justeres etter årstidene (vinterbensin, sommerbensin), og vises i en destillasjonskurve, der særlig interesserte gransker temperaturer der 10, 50 og 90 prosent av bensinen fordampes.
Additiver
Moderne bensin er tilsatt lure stoffer som i små mengder gjør hver sin jobb. Viktigst i mengde er antibankestoffer. En større mengde andre ting tilsettes for å hindre korrosjon, redusere ising og/eller redusere isens virkninger, sikre jevn og riktig tilførsel, gi mer fullstendig forbrenning og senke mengden avsatt materiale på eksosventilene. Blybensin er forbudt. I blyfri bensin har vi derfor organiske stoffer som også hever oktantallet. Dette er aromatiske hydrokarboner og metyltertiær-butyl-eter (MTBE). Heller ikke disse er uproblematiske, aromater kan være kreftskapende og MTBE kan løses i grunnvann og forurense det.
Flere krav stilles: De må være lett løselige i bensin, fordampe med den, de må være lagringsstabile, uløselige i vann, ikke påvirke andre tilsetninger og være minst mulig giftige. I diesel er cetantallet ekstremt viktig, det bestemmer tennvilligheten i det aktuelle arbeidstrykket.
Det var et ekstra poeng med bly: Avleiringer dempet de varme avgassventilenes harde slag mot ventilsetet; når blyet forsvant måtte setene lages mer slagfaste; motorer ble bygget omfor blyfri. Og bransjen måtte sikre at de nye tilsettingene som erstattet blyet ikke skadet drivstoffsystemet. Det skal ikke være lett.
Frost
I kulde kan diesel lage surr i systemet om parafiner felles ut som isnåler og tetter drivstoffilter og annet. Dette unngås ved å fjerne parafiner etter destilleringen – eller å tilsette noe som løser dem opp i brennbare deler. Dette er ofte kjemisk lurium som etylenglykol-monometyl-eter eller di-etylen ditto …
Og det kan være smart med vannfri kjølevæske som ikke gir rust i systemet, og som ikke utvider seg ved koking – kokepunktet er MYE høyere enn vannets – den består av glykol (diol) og litt til, men altså null vann. Smart!
