انواع سوخت: بنزین، گاز، گازوئیل و نفت
سوخت چیست و چگونه کار میکند؟
سوخت به هر مادهای گفته میشود که برای تولید انرژی قابل استفاده، سوزانده یا تغییر شکل میدهد. انرژی ذخیرهشده در سوختها معمولاً از طریق فرآیند احتراق (سوزاندن) آزاد میشود. در این فرآیند شیمیایی، سوخت با اکسیژن واکنش داده و گرما و نور تولید میکند. این اصل پایهای موتورهای خودرو، نیروگاهها و سیستمهای گرمایشی است.
مثلاً وقتی در یک اجاق گاز، شعله روشن میکنید، گاز طبیعی با اکسیژن هوا میسوزد و انرژی گرمایی آزاد میکند که برای پختوپز استفاده میشود. به طور کلی، مقدار انرژیی که از سوزاندن یک کیلوگرم از یک سوخت به دست میآید را ارزش حرارتی مینامند. برای مثال، ارزش حرارتی بنزین بسیار بالاست، به همین دلیل برای به حرکت درآوردن خودروها ایدهآل است.
بررسی انواع اصلی سوختهای فسیلی
سوختهای فسیلی از بقایای جانوران و گیاهانی که میلیونها سال پیش مردهاند، تحت فشار و گرمای زیاد لایههای زمین تشکیل شدهاند. چهار نوع اصلی عبارتند از:
| نام سوخت | منبع اصلی | کاربرد عمده | ویژگی کلیدی |
|---|---|---|---|
| بنزین | پالایش نفت خام | خودروهای سواری، موتورسیکلت | مایع، فرار، اشتعالپذیر |
| گازوئیل (دیزل) | پالایش نفت خام | کامیونها، اتوبوسها، ژنراتورها | مایع، چگالتر از بنزین، قدرت بیشتر |
| گاز طبیعی (CNG)1 | مخازن زیرزمینی | گرمایش خانه، پختوپز، خودروها | گازی شکل، پاکتر، ذخیره تحت فشار |
| نفت (معمولاً نفت سفید) | پالایش نفت خام | سوخت جت، گرمایشی، چراغهای قدیمی | مایع، نقطه اشتعال نسبتاً بالا |
بنزین: سوخت موتورهای اشتعال جرقهای
بنزین یک مایع شفاف و بسیار قابل اشتعال است که از تقطیر نفت خام در پالایشگاه به دست میآید. این سوخت عمدتاً برای موتورهای اشتعال جرقهای استفاده میشود. در این موتورها، مخلوط بنزین و هوا توسط یک شمع فشرده شده و سپس با یک جرقهی الکتریکی منفجر میشود. این انفجار کوچک پیستون را به حرکت درمیآورد و در نهایت نیروی لازم برای حرکت خودرو تولید میکند.
عدد اکتان معیاری برای اندازهگیری مقاومت بنزین در برابر احتراق زودرس (کوبش موتور) است. هرچه این عدد بالاتر باشد، بنزین در برابر حرارت و فشار مقاومت بیشتری دارد و عملکرد موتور نرمتر و بهینهتر خواهد بود. برای مثال، بنزین سوپر عدد اکتان بالاتری نسبت به بنزین معمولی دارد.
گازوئیل: قدرت برای وسایل نقلیه سنگین
گازوئیل که به آن سوخت دیزل نیز میگویند، سنگینتر و روغنیتر از بنزین است. این سوخت برای موتورهای اشتعال فشاری طراحی شده است. در این موتورها، هوا به تنهایی فشرده میشود و آنقدر داغ میشود که وقتی گازوئیل به درون سیلندر پاشیده میشود، بلافاصله بدون نیاز به شمع، خودبهخود مشتعل میشود.
این فرآیند کارایی حرارتی بالاتری دارد، به این معنی که انرژی بیشتری از هر لیتر سوخت استخراج میکند. به همین دلیل است که کامیونها، کشتیها و لوکوموتیوهایی که نیاز به قدرت و گشتاور زیادی دارند، از موتورهای دیزلی استفاده میکنند. معیار کیفیت گازوئیل عدد ستان است که نشاندهندهی سهولت احتراق آن است.
گاز طبیعی: سوخت پاک و همهکاره
گاز طبیعی عمدتاً از متان (CH4) تشکیل شده است و به صورت گازی در مخازن زیرزمینی یافت میشود. این سوخت به دلیل انتشار آلایندههای کمتر نسبت به بنزین و گازوئیل، یک سوخت پاکتر محسوب میشود. برای استفاده در خودروها، گاز طبیعی تحت فشار زیاد فشرده میشود (CNG) و در کپسولهای مخصوص ذخیره میگردد.
کاربرد اصلی آن در منازل برای پختوپز، گرمایش آب و فضای خانه است. همچنین بسیاری از خودروهای عمومی مانند تاکسیها به سیستم دوگانهسوز (بنزین و گاز) مجهز هستند تا هم هزینه سوخت کمتری پرداخت کنند و هم آلودگی کمتری ایجاد نمایند.
نفت (سفید): از گرمایش تا پرواز
اصطلاح "نفت" میتواند عمومی باشد، اما معمولاً در این زمینه به نفت سفید اشاره دارد. این سوخت مایع نسبتاً سبک است و نقطه اشتعال بالاتری نسبت به بنزین دارد، یعنی برای مشتعل شدن به گرمای بیشتری نیاز دارد که آن را برای استفاده در مصارف خانگی ایمنتر میکند.
از نفت سفید به طور سنتی در چراغهای نفتی و بخاریهای برخی از خانهها استفاده میشود. اما مهمترین کاربرد امروزی آن به عنوان سوخت جت (Jet A-1) در هواپیماهای توربینی است. این سوخت باید در ارتفاعات بالا و دمای بسیار کم عملکرد مطمئنی داشته باشد.
انتخاب سوخت مناسب برای کاربردهای مختلف
انتخاب نوع سوخت به عواملی مانند بازدهی انرژی، هزینه، در دسترس بودن و ملاحظات زیستمحیطی بستگی دارد. برای مثال، یک راننده تاکسی در شهر ممکن است به دلیل ارزانتر و پاکتر بودن، گاز طبیعی (CNG) را انتخاب کند، در حالی که یک راننده کامیون بین شهری به دلیل قدرت و برد بیشتر، گازوئیل را ترجیح میدهد.
در مقیاس بزرگتر، کشورها سبد انرژی خود را بر اساس منابع طبیعی که در اختیار دارند (مانند چاههای نفت یا میدانهای گازی) مدیریت میکنند. معادله سادهای برای محاسبه بازدهی یک موتور بر اساس انرژی ورودی (سوخت) و انرژی خروجی (کار مفید) وجود دارد:
$ \text{بازدهی} = \dfrac{\text{کار مفید خروجی}}{\text{انرژی ورودی}} \times 100\% $
مثلاً اگر یک موتور دیزلی از سوختی با انرژی $ 100 $ واحد، $ 40 $ واحد کار مفید تولید کند، بازدهی آن $ 40\% $ است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، این کار به شدت به موتور آسیب میزند. سیستم احتراق و پمپهای سوخت این دو موتور کاملاً متفاوت طراحی شدهاند. استفاده از سوخت اشتباه میتواند منجر به هزینههای تعمیرات بسیار گزاف شود.
پاسخ: زیرا در مقایسه با بنزین و گازوئیل، سوختن آن دیاکسید کربن (CO2) کمتری تولید میکند و تقریباً هیچیک از آلایندههای مضر مانند ذرات معلق یا اکسیدهای گوگرد را منتشر نمینماید. با این حال، هنوز یک سوخت فسیلی است و انتشار کربن آن صفر نیست.
پاسخ: نفت خام ماده خام و تصفیهنشدهای است که از زمین استخراج میشود. این ماده ترکیبی پیچیده از صدها هیدروکربن مختلف است. نفت سفید یکی از محصولات پالایش نفت خام است؛ یعنی در پالایشگاه، نفت خام حرارت داده میشود و اجزای آن مانند بنزین، گازوئیل و نفت سفید از هم جدا میشوند.
پاورقی
1CNG: Compressed Natural Gas (گاز طبیعی فشرده). گاز طبیعی که تحت فشار بسیار بالا (~200 بار) فشرده شده تا حجم آن برای ذخیرهسازی و استفاده به عنوان سوخت خودرو کاهش یابد.
