Alternatif Test Drive: BAGIAN 1 - Industri Gas
Pada tahun 70-an, Wilhelm Maybach bereksperimen dengan berbagai desain mesin pembakaran internal, mengubah mekanisme, dan memikirkan paduan yang paling cocok untuk produksi masing-masing bagian. Dia sering bertanya-tanya zat mana yang kemudian diketahui mudah terbakar yang paling cocok untuk digunakan dalam mesin panas.
Pada tahun 70-an, Wilhelm Maybach bereksperimen dengan berbagai desain mesin pembakaran internal, mengubah mekanisme, dan memikirkan paduan yang paling cocok untuk produksi masing-masing bagian. Dia sering bertanya-tanya zat mana yang kemudian diketahui mudah terbakar yang paling cocok untuk digunakan dalam mesin panas.
Pada tahun 1875, ketika dia menjadi karyawan Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach memutuskan untuk menguji apakah dia dapat menjalankan mesin gas dengan bahan bakar cair - lebih tepatnya, dengan bensin. Terpikir olehnya untuk memeriksa apa yang akan terjadi jika dia menutup keran gas dan malah meletakkan selembar kain yang dibasahi bensin di depan intake manifold. Mesin tidak berhenti, tetapi terus bekerja hingga "menyedot" semua cairan dari jaringan. Begitulah ide "karburator" improvisasi pertama lahir, dan setelah pembuatan mobil, bensin menjadi bahan bakar utamanya.
Saya menceritakan kisah ini untuk mengingatkan Anda bahwa sebelum bensin muncul sebagai alternatif bahan bakar, mesin terlebih dahulu menggunakan gas sebagai bahan bakar. Kemudian tentang penggunaan (penerangan) gas untuk penerangan, diperoleh dengan metode yang tidak dikenal saat ini, tetapi dengan mengolah batubara. Mesin, yang ditemukan oleh Swiss Isaac de Rivak, mesin Ethylene Lenoir tingkat industri "yang disedot secara alami" (tidak dikompresi) pertama sejak tahun 1862, dan unit empat langkah klasik yang dibuat oleh Otto beberapa saat kemudian, menggunakan bahan bakar.
Di sini perlu disebutkan perbedaan antara gas alam dan bahan bakar gas cair. Gas alam mengandung 70 hingga 98% metana, sisanya adalah gas organik dan anorganik yang lebih tinggi seperti etana, propana dan butana, karbon monoksida, dan lainnya. Minyak juga mengandung gas dalam berbagai proporsi, tetapi gas ini dilepaskan melalui distilasi fraksional atau diproduksi oleh beberapa proses sampingan di kilang. Ladang gas sangat berbeda - gas murni atau "kering" (yaitu, terutama mengandung metana) dan "basah" (mengandung metana, etana, propana, beberapa gas berat lainnya, dan bahkan "bensin" - cairan ringan, fraksi yang sangat berharga) . Jenis minyaknya juga berbeda, dan konsentrasi gas di dalamnya bisa lebih rendah atau lebih tinggi. Ladang sering digabungkan - gas naik di atas minyak dan bertindak sebagai "tutup gas". Komposisi "tutup" dan ladang minyak utama mencakup zat-zat yang disebutkan di atas, dan berbagai fraksi, secara kiasan, "saling mengalir". Metana yang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan "berasal" dari gas alam, dan campuran propana-butana yang kita ketahui berasal dari ladang gas alam dan ladang minyak. Sekitar 6% gas alam dunia dihasilkan dari endapan batubara, yang seringkali disertai dengan endapan gas.
Propana-butana muncul di tempat kejadian dengan cara yang agak paradoks. Pada tahun 1911, seorang klien Amerika yang marah dari sebuah perusahaan minyak menginstruksikan temannya, ahli kimia terkenal Dr. Snelling, untuk mencari tahu alasan peristiwa misterius itu. Alasan pelanggan marah adalah pelanggan terkejut mengetahui bahwa setengah dari tangki SPBU baru saja diisi. Ford Dia menghilang dengan cara yang tidak diketahui selama perjalanan singkat ke rumahnya. Tangki tidak mengalir entah dari mana ... Setelah banyak percobaan, Dr. Snelling menemukan bahwa alasan misteri itu adalah tingginya kandungan gas propana dan butana dalam bahan bakar, dan segera setelah itu ia mengembangkan metode penyulingan praktis pertama mereka. Karena kemajuan mendasar inilah Dr. Snelling sekarang dianggap sebagai "bapak" industri ini.
Jauh sebelumnya, sekitar 3000 tahun yang lalu, para gembala menemukan "mata air yang menyala" di Gunung Paranas di Yunani. Belakangan, sebuah kuil dengan tiang-tiang menyala dibangun di atas tempat "suci" ini, dan oracle Delphius membacakan doanya di depan patung raksasa yang megah itu, menyebabkan orang-orang merasakan rekonsiliasi, ketakutan, dan kekaguman. Saat ini, sebagian dari romantisme itu hilang karena kita tahu bahwa sumber nyala api adalah metana (CH4) yang mengalir dari retakan di bebatuan yang terkait dengan kedalaman ladang gas. Ada kebakaran serupa di banyak tempat di Irak, Iran dan Azerbaijan di lepas pantai Laut Kaspia, yang juga telah menyala selama berabad-abad dan telah lama dikenal sebagai "Api Abadi Persia".
Bertahun-tahun kemudian, orang Cina juga menggunakan gas dari ladang, tetapi dengan tujuan yang sangat pragmatis - untuk memanaskan ketel besar dengan air laut dan mengekstraksi garam darinya. Pada 1785, Inggris menciptakan metode untuk menghasilkan metana dari batu bara (yang digunakan pada mesin pembakaran internal pertama), dan pada awal abad ke-XNUMX, ahli kimia Jerman Kekule dan Stradonitz mematenkan proses untuk menghasilkan bahan bakar cair yang lebih berat darinya.
Pada tahun 1881, William Hart mengebor sumur gas pertama di kota Fredonia, Amerika. Hart menyaksikan gelembung naik ke permukaan air di teluk terdekat untuk waktu yang lama dan memutuskan untuk menggali lubang dari tanah ke ladang gas yang diusulkan. Pada kedalaman sembilan meter di bawah permukaan, dia mencapai vena dari mana gas menyembur keluar, yang kemudian dia tangkap, dan Perusahaan Lampu Gas Fredonia yang baru dibentuknya menjadi pelopor dalam bisnis gas. Namun, terlepas dari terobosan Hart, gas penerangan yang digunakan pada abad ke-XNUMX diekstraksi terutama dari batubara dengan metode yang dijelaskan di atas - terutama karena kurangnya potensi pengembangan teknologi untuk mengangkut gas alam dari ladang.
Namun, produksi minyak komersial pertama sudah menjadi fakta. Sejarah mereka dimulai di Amerika Serikat pada tahun 1859, dan idenya adalah menggunakan minyak yang diekstrak untuk menyuling minyak tanah untuk penerangan dan minyak untuk mesin uap. Meski begitu, manusia dihadapkan pada kekuatan destruktif gas alam, yang terkompresi selama ribuan tahun di perut bumi. Pelopor kelompok Edwin Drake hampir mati selama pengeboran dadakan pertama di dekat Titusville, Pennsylvania, ketika gas bocor dari celah tersebut, kebakaran besar terjadi, yang menghanyutkan semua peralatan. Saat ini, eksploitasi ladang minyak dan gas disertai dengan sistem tindakan khusus untuk memblokir aliran bebas gas yang mudah terbakar, tetapi kebakaran dan ledakan tidak jarang terjadi. Namun, gas yang sama dalam banyak kasus digunakan sebagai semacam "pompa" yang mendorong minyak ke permukaan, dan ketika tekanannya turun, pekerja minyak mulai mencari dan menggunakan metode lain untuk mengekstraksi "emas hitam".
Dunia gas hidrokarbon
Pada tahun 1885, empat tahun setelah pengeboran gas pertama William Hart, orang Amerika lainnya, Robert Bunsen, menemukan alat yang kemudian dikenal sebagai "pembakar Bunsen". Penemuan ini berfungsi untuk mengukur dan mencampur gas dan udara dalam proporsi yang sesuai, yang kemudian dapat digunakan untuk pembakaran yang aman - pembakar inilah yang saat ini menjadi dasar nosel oksigen modern untuk kompor dan peralatan pemanas. Penemuan Bunsen membuka kemungkinan baru untuk penggunaan gas alam, tetapi meskipun pipa gas pertama dibangun pada awal tahun 1891, bahan bakar biru tidak mendapatkan kepentingan komersial sampai Perang Dunia II.
Selama perang itulah metode pemotongan dan pengelasan yang cukup andal diciptakan, yang memungkinkan untuk membangun pipa gas logam yang aman. Ribuan kilometer di antaranya dibangun di Amerika setelah perang, dan pipa dari Libya ke Italia dibangun pada tahun 60-an. Deposit besar gas alam juga telah ditemukan di Belanda. Kedua fakta ini menjelaskan infrastruktur yang lebih baik untuk menggunakan gas alam terkompresi (CNG) dan bahan bakar gas cair (LPG) sebagai bahan bakar kendaraan di kedua negara tersebut. Kepentingan strategis yang sangat besar yang mulai diperoleh gas alam dikonfirmasi oleh fakta berikut - ketika Reagan memutuskan untuk menghancurkan "Evil Empire" di tahun 80-an, dia memveto pasokan peralatan berteknologi tinggi untuk pembangunan pipa gas dari Uni Soviet ke Eropa. Untuk mengimbangi kebutuhan Eropa, pembangunan pipa gas dari sektor Laut Utara Norwegia ke daratan Eropa dipercepat, dan Uni Soviet digantung. Pada saat itu, ekspor gas merupakan sumber utama mata uang keras untuk Uni Soviet, dan kekurangan yang parah akibat tindakan Reagan segera menyebabkan peristiwa sejarah yang terkenal di awal 90-an.
Saat ini, Rusia yang demokratis adalah pemasok utama gas alam untuk kebutuhan energi Jerman dan pemain global utama di bidang ini. Pentingnya gas alam mulai meningkat setelah dua krisis minyak tahun 70-an, dan saat ini merupakan salah satu sumber daya energi utama yang memiliki kepentingan geostrategis. Saat ini, gas alam adalah bahan bakar termurah untuk pemanas, digunakan sebagai bahan baku industri kimia, pembangkit listrik, peralatan rumah tangga, dan propana "sepupunya" bahkan dapat ditemukan dalam botol deodoran sebagai deodoran. pengganti senyawa fluor yang menipiskan ozon. Konsumsi gas bumi terus meningkat, dan jaringan pipa gas semakin panjang. Adapun infrastruktur yang dibangun selama ini untuk penggunaan bahan bakar ini pada mobil, semuanya tertinggal jauh.
Kami telah memberi tahu Anda tentang keputusan aneh yang dibuat Jepang dalam produksi bahan bakar yang sangat dibutuhkan dan langka selama Perang Dunia Kedua, dan juga menyebutkan program produksi bensin sintetis di Jerman. Namun, sedikit yang diketahui tentang fakta bahwa pada tahun-tahun perang yang sulit di Jerman, ada mobil yang sangat nyata yang berjalan di atas ... kayu! Dalam hal ini, ini bukan kembali ke mesin uap lama yang bagus, tetapi mesin pembakaran internal, yang awalnya dirancang untuk bekerja dengan bensin. Padahal, idenya tidak terlalu rumit, tetapi membutuhkan penggunaan sistem generator gas yang besar, berat, dan berbahaya. Batubara, arang atau hanya kayu ditempatkan di pembangkit listrik khusus dan tidak terlalu rumit. Di dasarnya, mereka terbakar tanpa oksigen, dan dalam kondisi suhu dan kelembapan tinggi, gas yang mengandung karbon monoksida, hidrogen, dan metana dilepaskan. Kemudian didinginkan, dibersihkan, dan diumpankan oleh kipas ke intake manifold mesin untuk digunakan sebagai bahan bakar. Tentu saja, pengemudi mesin ini menjalankan fungsi petugas pemadam kebakaran yang rumit dan sulit - ketel harus diisi dan dibersihkan secara berkala, dan mesin pengasap benar-benar mirip lokomotif uap.
Saat ini, eksplorasi gas memerlukan beberapa teknologi tercanggih di dunia, dan ekstraksi gas alam dan minyak merupakan salah satu tantangan terbesar yang dihadapi sains dan teknologi. Fakta ini terutama berlaku di AS, di mana semakin banyak metode yang tidak konvensional digunakan untuk "menyedot" gas yang tersisa di ladang lama atau terbengkalai, serta untuk mengekstraksi apa yang disebut gas "ketat". Menurut para ilmuwan, sekarang dibutuhkan dua kali lebih banyak pengeboran untuk menghasilkan gas pada tingkat teknologi pada tahun 1985. Efisiensi metode sangat meningkat, dan bobot peralatan telah berkurang hingga 75%. Program komputer yang semakin canggih digunakan untuk menganalisis data dari gravimeter, teknologi seismik, dan satelit laser, yang darinya peta reservoir terkomputerisasi tiga dimensi dibuat. Apa yang disebut gambar 4D juga telah dibuat, yang memungkinkan untuk memvisualisasikan bentuk dan pergerakan endapan dari waktu ke waktu. Namun, fasilitas canggih tetap ada untuk produksi gas alam lepas pantai—hanya sebagian kecil dari kemajuan manusia di area ini—sistem pemosisian global untuk pengeboran, pengeboran ultra-dalam, jaringan pipa dasar laut, dan sistem pembersihan cair. karbon monoksida dan pasir.
Memurnikan minyak untuk menghasilkan bensin berkualitas tinggi adalah tugas yang jauh lebih rumit daripada memurnikan gas. Di sisi lain, pengangkutan gas melalui laut jauh lebih mahal dan kompleks. Tanker LPG memiliki desain yang cukup rumit, tetapi pengangkut LNG adalah ciptaan yang menakjubkan. Butana mencair pada -2 derajat, sedangkan propana mencair pada -42 derajat atau tekanan yang relatif rendah. Namun, dibutuhkan -165 derajat untuk mencairkan metana! Akibatnya, pembangunan kapal tanker LPG membutuhkan stasiun kompresor yang lebih sederhana daripada gas alam dan tangki yang dirancang untuk menahan tekanan 20-25 bar yang tidak terlalu tinggi. Sebaliknya, kapal tanker gas alam cair dilengkapi dengan sistem pendingin kontinu dan tangki super-terisolasi - faktanya, colossi ini adalah lemari es cryogenic terbesar di dunia. Namun, sebagian gas berhasil "meninggalkan" instalasi ini, tetapi sistem lain segera menangkapnya dan memasukkannya ke dalam silinder mesin kapal.
Untuk alasan di atas, cukup dapat dimengerti bahwa pada tahun 1927 teknologi memungkinkan tangki propana-butana pertama bertahan. Ini adalah karya Dutch-English Shell yang saat itu sudah menjadi perusahaan raksasa. Bosnya, Kessler, adalah seorang pria tingkat lanjut dan seorang pelaku eksperimen yang telah lama bermimpi menggunakan sejumlah besar gas yang sejauh ini telah bocor ke atmosfer atau terbakar di kilang minyak. Atas ide dan inisiatifnya, kapal lepas pantai pertama dengan kapasitas angkut 4700 ton diciptakan untuk mengangkut gas hidrokarbon dengan dimensi yang tampak eksotis dan mengesankan di atas tangki geladak.
Namun, tiga puluh dua tahun lagi diperlukan untuk membangun pembawa metana Pioneer Metana pertama, yang dibangun atas perintah perusahaan gas Constock International Methane Limited. Shell, yang sudah memiliki infrastruktur produksi dan distribusi LPG yang stabil, membeli perusahaan ini, dan segera dibangun dua kapal tanker besar lagi - Shell mulai mengembangkan bisnis gas alam cair. Ketika penduduk pulau Conway Inggris, tempat perusahaan membangun fasilitas penyimpanan metana, menyadari apa yang sebenarnya disimpan dan diangkut ke pulau mereka, mereka terkejut dan takut, mengira (dan memang demikian) bahwa kapal-kapal itu hanyalah bom raksasa. Kemudian masalah keselamatan benar-benar relevan, tetapi saat ini kapal tanker untuk pengangkutan metana cair sangat aman dan tidak hanya salah satu yang paling aman, tetapi juga salah satu kapal laut yang paling ramah lingkungan - jauh lebih aman bagi lingkungan daripada kapal tanker minyak. Pelanggan terbesar armada kapal tanker adalah Jepang, yang praktis tidak memiliki sumber energi lokal, dan pembangunan jaringan pipa gas ke pulau tersebut merupakan pekerjaan yang sangat sulit. Jepang juga memiliki "taman" kendaraan berbahan bakar gas terbesar. Pemasok utama gas alam cair (LNG) saat ini adalah Amerika Serikat, Oman dan Qatar, Kanada.
Baru-baru ini, bisnis produksi hidrokarbon cair dari gas alam menjadi semakin populer. Ini terutama bahan bakar diesel ultra-bersih yang disintesis dari metana, dan industri ini diperkirakan akan berkembang dengan kecepatan yang dipercepat di masa depan. Misalnya, kebijakan energi Bush mensyaratkan penggunaan sumber energi lokal, dan Alaska memiliki cadangan gas alam yang besar. Proses ini dirangsang oleh harga minyak yang relatif tinggi, yang menciptakan prasyarat untuk pengembangan teknologi mahal - GTL (Gas-to-Liquids) hanyalah salah satunya.
Pada dasarnya, GTL bukanlah teknologi baru. Itu dibuat pada 20-an oleh ahli kimia Jerman Franz Fischer dan Hans Tropsch, yang disebutkan dalam edisi sebelumnya sebagai bagian dari program sintetik mereka. Namun, berbeda dengan hidrogenasi batubara yang merusak, proses penggabungan molekul ringan menjadi ikatan yang lebih panjang terjadi di sini. Afrika Selatan telah memproduksi bahan bakar tersebut dalam skala industri sejak tahun 50-an. Namun, minat pada mereka telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir untuk mencari peluang baru untuk mengurangi emisi bahan bakar berbahaya di Amerika Serikat. Perusahaan minyak besar seperti BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol dan Royal Dutch/Shell menghabiskan banyak uang untuk mengembangkan teknologi terkait GTL, dan sebagai hasil dari perkembangan ini, aspek politik dan sosial semakin banyak dibahas di menghadapi insentif. pajak pada konsumen bahan bakar bersih. Bahan bakar ini akan memungkinkan banyak konsumen solar menggantinya dengan bahan bakar yang lebih ramah lingkungan dan akan mengurangi biaya bagi perusahaan mobil untuk memenuhi tingkat baru emisi berbahaya yang ditetapkan oleh undang-undang. Pengujian mendalam baru-baru ini menunjukkan bahwa bahan bakar GTL mengurangi karbon monoksida sebesar 90%, hidrokarbon sebesar 63%, dan jelaga sebesar 23% tanpa memerlukan filter partikulat diesel. Selain itu, sifat rendah sulfur dari bahan bakar ini memungkinkan penggunaan katalis tambahan yang selanjutnya dapat mengurangi emisi kendaraan.
Keuntungan penting dari bahan bakar GTL adalah dapat digunakan langsung di mesin diesel tanpa modifikasi apa pun pada unitnya. Mereka juga dapat dicampur dengan bahan bakar yang mengandung sulfur 30 hingga 60 ppm. Tidak seperti gas alam dan gas minyak cair, infrastruktur transportasi yang ada tidak perlu diubah untuk mengangkut bahan bakar cair. Menurut Presiden Rentech Denis Yakubson, bahan bakar jenis ini idealnya dapat melengkapi potensi ekonomi mesin diesel yang ramah lingkungan, dan Shell saat ini sedang membangun pabrik besar senilai $ 22,3 miliar di Qatar dengan kapasitas rancangan XNUMX juta liter bahan bakar sintetis per hari. ... Masalah terbesar dengan bahan bakar ini berasal dari investasi besar yang diperlukan untuk fasilitas baru dan proses produksi yang biasanya mahal.
Biogas
Namun, sumber metana bukan hanya endapan bawah tanah. Pada tahun 1808 Humphry Davy bereksperimen dengan jerami yang ditempatkan dalam retort vakum dan menghasilkan biogas yang terutama mengandung metana, karbon dioksida, hidrogen, dan nitrogen. Daniel Defoe juga berbicara tentang biogas dalam novelnya tentang "pulau yang hilang". Namun, sejarah gagasan ini bahkan lebih tua - pada abad ke-1776, Jan Baptita Van Helmont percaya bahwa gas yang mudah terbakar dapat diperoleh dari penguraian zat organik, dan Count Alexander Volta (pencipta baterai) juga sampai pada kesimpulan serupa. pada tahun 1859. Pabrik biogas pertama mulai beroperasi di Bombay dan didirikan pada tahun yang sama ketika Edwin Drake menghasilkan pengeboran minyak pertama yang sukses. Sebuah pabrik di India mengolah kotoran dan memasok gas untuk lampu jalan.
Butuh waktu lama sebelum proses kimia dalam produksi biogas benar-benar dipahami dan dipelajari. Ini menjadi mungkin hanya pada 30-an abad XX dan merupakan hasil lompatan dalam perkembangan mikrobiologi. Ternyata proses ini disebabkan oleh bakteri anaerob, yang merupakan salah satu bentuk kehidupan tertua di Bumi. Mereka "menggiling" bahan organik dalam lingkungan anaerobik (dekomposisi aerobik membutuhkan banyak oksigen dan menghasilkan panas). Proses seperti itu juga terjadi secara alami di rawa-rawa, rawa-rawa, sawah, laguna tertutup, dll.
Sistem produksi biogas modern menjadi lebih populer di beberapa negara, dan Swedia adalah pemimpin dalam produksi biogas dan kendaraan yang diadaptasi untuk berjalan di atasnya. Unit sintesis menggunakan biogenerator yang dirancang khusus, perangkat yang relatif murah dan sederhana yang menciptakan lingkungan yang cocok untuk bakteri, yang, tergantung pada jenisnya, "bekerja" paling efisien pada suhu berkisar antara 40 hingga 60 derajat. Produk akhir dari pembangkit biogas, selain gas, juga mengandung senyawa yang kaya akan amoniak, fosfor dan unsur lain yang cocok untuk digunakan dalam pertanian sebagai pupuk tanah.
