Кіріспе

Энергия алуға қолданылатын сұйықтықтар

Сұйық отындар – механикалық энергияны жасауға қолданылатын, жануға қабілетті немесе энергия өндіретін молекулалар, көбінесе кинетикалық энергияны тудырады; олар сондай-ақ өздері құйылған ыдыстың пішінін қабылдауы тиіс. Сұйық отынның тұтанғыш болатыны – сұйықтығы емес, оның буы. Көптеген қолданыстағы сұйық отындар қазба отындарынан алынады; алайда, сутегі отыны (көлік құралдарында қолдану үшін), этанол және биодизель сияқты бірнеше түрлері де сұйық отын ретінде жіктеледі. Көптеген сұйық отындар көлік және экономикада маңызды рөл атқарады. Сұйық отындар қатты отындардан және газ тәрізді отындардан өзгеше.

Жалпы қасиеттері

Сұйық отынның кейбір жалпы қасиеттері – оларды тасымалдау оңай, және оларды салыстырмалы түрде жеңіл басқаруға болады. Сұйық отынның физикалық қасиеттері температураға байланысты өзгереді, бірақ газ отынына қарағанда олар аз өзгереді. Осы қасиеттердің кейбіреулері: жалындық температура, тұтанатын будың қалыптасатын ең төменгі температурасы; өрттік температура, будың тұрақты түрде жануын қамтамасыз ететін температура; дизель отыны үшін бұлттану температурасы, еріген балауыз тәрізді заттардың бірігуі басталатын температура, және құю температурасы, отынның еркін құйылуы үшін тым қою болатын температура. Бұл қасиеттер отынның қауіпсіздігіне және оны қолдануға әсер етеді.

Мұнай отындары

Қазіргі кезде қолданылатын көптеген сұйық отындар мұнайдан жасалады. Олардың ең белгілісі – бензин. Ғалымдар мұнайдың жер қыртысының ішінде жылу мен қысымның әсерінен өлген өсімдіктер мен жануарлардың қазбаланған қалдықтарынан пайда болғанына келіседі.

Бензин

Бензин – ең көп қолданылатын сұйық отын. Бензин, АҚШ және Канадада бензин деп аталатын, ал басқа елдерде мұнай, көмірсутек молекулаларынан (тек сутегі мен көміртектен тұратын қосылыстардан) құралады, олар алифалық қосылыстарды, яғни сутек атомдары бекітілген көміртек тізбектерін құрайды. Дегенмен, бензиннің құрамында бензол сияқты көптеген ароматтық қосылыстар (сақина тәрізді көміртек тізбектері) табиғи түрде кездеседі және отынмен ұзақ уақыт қарым-қатынаста болудың денсаулыққа зиянды салдарына себеп болады. Бензин өндірісі шикі мұнайды дистилляциялау арқылы жүзеге асырылады. Мұнай өңдеу зауыттарында шикі мұнайдан қажетті сұйықтық бөліп алынады. Шикі мұнай жер астынан әртүрлі тәсілдермен өндіріледі, олардың ең көп таралғаны – штангалық сорғылар. Бензин алу үшін, алдымен мұнайды шикі мұнайдан бөліп алу қажет. Бензиннің өзі жана бермейді, бірақ оның буы тұтанады, соның салдарынан қалған сұйықтық буланып, жану процесі жүреді. Бензин өте ұшқыр және оңай жануға қабілетті, сондықтан оның ағуы өте қауіпті. Көптеген елдерде сатылатын бензиннің октан саны жарияланады. Октан саны – бензиннің ерте жануға, яғни «детонацияға» қарсы тұру шамасының эмпирикалық өлшемі. Октан саны жоғары болған сайын, отын жоғары қысымда өздігінен тұтануға төзімдірек болады, бұл қысымды арттыруға мүмкіндік береді. Жарыс машиналарын және жоғары өнімділігі бар автомобильдерде қолданылатын, қысым коэффициенті жоғары қозғалтқыштар көбірек қуат бере алады; алайда, мұндай қозғалтқыштарға жоғары октанды отын қажет. Октан санын арттыру үшін бұрын «детонацияға қарсы» қоспалар, мысалы, тетраэтилқорғасын қосылған. Бірақ қорғасын қоспаларының қоршаған ортаға тигізетін зиянынан қазір октан санын детонацияға себеп болатын қоспаларды тазарту арқылы арттырады.

Дизельді

Әдеттегі дизель бензинге ұқсас, ол мұнайдан алынған алифатикалық көмірсутектердің қоспасы. Дизель бензиннен қымбат немесе арзан болуы мүмкін, бірақ өндірісі, әдетте, арзан, өйткені пайдаланылатын өндіру процестері қарапайым. Кейбір елдерде (әсіресе Канада, Үндістан және Италияда) дизель отынына салық ставкалары төмен. Дизель фракциясы тазартылғаннан кейін, әдетте, отындағы күкірт мөлшерін азайту үшін өңделеді. Күкірт көлік құралында коррозияға, қышқыл жаңбырларға және түтін құбырынан (эскеп құбырынан) көбірек қара түтін шығаруға себеп болады. Тарихи тұрғыдан алғанда, Еуропада күкірт деңгейі АҚШ-қа қарағанда төмен болды. Алайда АҚШ-тың соңғы заңнамасы дизельдегі күкірттің ең жоғары мөлшерін 2007 жылы 3000 ppm-ден 500 ppm-ге дейін, ал 2010 жылға қарай 15 ppm-ге дейін төмендетті. Канада, Австралия, Жаңа Зеландия және Азияның бірнеше елінде де осындай өзгерістер жүріп жатыр. Қараңыз: Өте төмен күкіртті дизель. Дизельдік қозғалтқыш – ішкі жанатын қозғалтқыш түрі, ол отынды ауамен алдын ала қысылған жанар камерасына (бұл температураны көтереді) шашыратып тұтандырады, сыртқы тұтану көзін пайдаланудан айырмашылығы, мысалы, ұсқын.

Керосин

Керосин шамдарда, тамақ пісіру, жылыту және кішкентай қозғалтқыштарда қолданылады. Ол жарық беру үшін кит майын ығыстырды. Реактивтік отын түрлі сорттарда (Avtur, Jet A, Jet A 1, Jet B, JP 4, JP 5, JP 7 немесе JP 8) жасалады, бұл керосин негізіндегі қоспалар. Отынның RP 1 деп аталатын бір түрі сұйық оттегімен бірге ракеталық отын ретінде қолданылады. Бұл отынды керосині түтін және қату температурасы көрсеткіштеріне сәйкес келеді. 20 ғасырдың ортасында керосин немесе "TVO" (Тракторлық буландыру майы) тракторлар үшін арзан отын ретінде пайдаланылды. Қозғалтқыш бензинмен іске қосылып, қызғаннан кейін керосинге ауыстырылды. Коллектордағы "жылу клапаны" газды шығару құбыры арқылы бағыттап, керосинді электр ұшқынымен тұтандыруға жеткізеді. Керосин кейде дизель отынына суықта қатып қалмауы үшін қоспа ретінде қолданылады. Дегенмен, кейбір жаңа көлік дизель қозғалтқыштарында мұны істеу ұсынылмайды, себебі ол қозғалтқыштың шығарындыларын бақылау жүйесіне кедергі келтіруі мүмкін.

Сұйытылған мұнай газы (СЖГ)

LP газы – пропан мен бутан қоспасы, екеуі де қалыпты атмосфералық жағдайларда оңай сығылатын газдар. Ол сығымдалған табиғи газдың (СТГ) көптеген артықшылықтарын ұсынады, бірақ одан жақсырақ жана бермейді, ауадан ауыр және әлдеқайда оңай сығылады. Көбінесе тамақ дайындау және үйді жылыту үшін қолданылатын LP газы мен сығылған пропан моторлы көліктерде жиірек қолданылуда; пропан – әлемдегі үшінші ең көп қолданылатын мотор отыны.

Мұнайдан басқа табиғи жанар-жағармайлар

Мұнай оңай қол жетімді болмаған жағдайда, Фишер-Тропш процесі сияқты химиялық процестер көмірден немесе табиғи газдан сұйық отын алу үшін қолданылуы мүмкін. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Германия әскері үшін көмірден синтетикалық отын өндіру стратегиялық маңызға ие болды. Бүгінде табиғи газдан синтетикалық отын шығарылады, себебі көліктік құралдарда сұйық отынның құны жоғарырақ.

Табиғи газ

Табиғи газ, негізінен метандан тұрады, сұйық күйге сығылып, басқа дәстүрлі сұйық отындардың орнына қолданылуы мүмкін. Оның жануы басқа көмірсутекті отындарға қарағанда әлдеқайда таза, бірақ отынның төмен қайнау температурасы оны сұйық күйде сақтау үшін жоғары қысымда ұстауды қажет етеді. Бензин сияқты отындарға қарағанда оның тұтану температурасы төмен болғанымен, жоғары автоматты тұтану температурасы және төмен тығыздығының арқасында көп жағдайда қауіпсіз, себебі ауаға шыққанда ол тез таралады.

Биодизель

Биодизель дизельге ұқсас, бірақ бензин мен этанол арасындағы айырмашылықтарға жақын. Мысалы, биодизельдің цетан саны жоғары (мұнайдан алынған дизельдің 45-50-мен салыстырғанда 45-60) және ол ластану мен шөгінділерді тазартатын құрал ретінде әрекет етеді. Оның экономикалық тиімділігі мұнай бағасы барреліне 80 доллардан (2007 жылдың ақпан айының соңында 40 фунт стерлинг немесе 60 евро) асып кеткенде ғана мүмкін екені айтылады. Дегенмен, бұл жағдайға, экономикалық ахуалға, үкіметтің биодизельге қатысты ұстанымына және тағы да басқа көптеген факторларға байланысты. Кейбір елдерде оның төмен құнмен қолжетімді екені дәлелденген. Сонымен қатар, ол обыкновенный дизельге қарағанда шамамен 10%-ға аз энергия береді. Жоғары октанды спирттер мен бензин үшін ұшқышпен жанатын қозғалтқыштарда қолданылатын жоғары сығылу коэффициенттері сияқты, биодизельдің жоғары цетан санын пайдалану қарапайым 2-ші дизельге қарағанда энергия тапшылығын жоюға мүмкіндік береді.

Алкогольдер

Көбінесе, "алкоголь" термині этанолға, адамдар жасаған алғашқы органикалық химиялық затқа қатысты айтылады, бірақ кез келген алкоголь отын ретінде жағуға жарамды. Этанол және метанол ең көп қолданылатыны, олар тиімді болу үшін жеткілікті түрде арзан.

Метанол

Метанол – табиғи газдың құрамына кіретін метаннан алынатын ең жеңіл және қарапайым спирт. Оның қолданылуы негізінен уыттылығымен (бензин сияқты) және жоғары коррозиялық қасиеттерімен, сондай-ақ сумен жақсы араласуымен шектеледі. Октандарды арттыру үшін бензиннің кейбір түрлеріне шамалы мөлшерде қосылады. Метанол негізіндегі отын жарыс машиналарын және модельдік ұшақтарда қолданылады. Метанол метил спирті немесе ағаш спирті деп те аталады, себебі бұрын ол ағаш құрамынан дистилляциялау арқылы алынған. Оны метил гидраты деп те біледі.

Этанол

Этанол, сондай-ақ астық спирті немесе этил спирті деп аталады, көбінесе алкогольді сусындарда кездеседі. Дегенмен, ол отын ретінде де қолданылуы мүмкін, әсіресе бензинмен қосылып. Көбінесе бензиннің экологиялық зиянын азайту үшін 9:1 қатынасында бензин мен этанол қоспасы қолданылады. 85% этанол мен 15% бензиннен тұратын қоспаны пайдалануға қызығушылық артып келеді. Бұл отын қоспасы E85 деп аталады және оның октан саны көптеген премиум бензиндерден жоғары. Қазіргі заманғы Flexible fuel көліктерінде пайдаланғанда, этанолдың төмен энергетикалық сыйымдылығына байланысты отынның көп жұмсалуы есебінен, ол ауыстыратын бензинге қарағанда жоғары өнімділік береді. Бензин және өнеркәсіптік мақсаттарға қолданылатын этанол көбінесе астық немесе қант қамысынан ашыту арқылы өндірілгенге қарағанда арзан мұнай өнімі – этиленнен синтезделетін болғандықтан, оны қазылған отын деп санауға болады.

Бутанол

Бутанол – спирт, оны қозғалтқышты өзгертпестен көптеген бензинді ішкі жану қозғалтқыштарында отын ретінде қолдануға болады. Ол әдетте Clostridium acetobutylicum бактериясының (Вейцман организмі деп те аталады) биомассаны ашыту нәтижесінде түзіледі. Бұл процесті алғаш рет 1916 жылы Хаим Вейцманн түтінсіз оқ-дәрі, кордит жасау үшін крахмалдан ацетон өндіруді сипаттады. Бутанолдың артықшылықтары – оның жоғары октан саны (100-ден астам) және жоғары энергетикалық құндылығы, бензинге қарағанда шамамен 10%-ға төмен, содан кейін этанолдан 50%-ға, ал метанолдан 100%-ға артық. Бутанолдың негізгі кемшіліктері – оның жоғары тұтану температурасы (35°C немесе 95°F), уыттылығы (уыттылық деңгейлері бар, бірақ нақты расталмаған) және жаңаруға жарамды бутанолдың ашыту процесі жағымсыз иіс шығарады. Вейцман организмі бутанолдың 2%-ға дейін ғана концентрациясына төзімді, ал этанол мен ашытқы 14%-ға дейін төзе алады. Мұнайдан бутанол өндіргенде мұндай иіс пайда болмайды, бірақ мұнай қорының шектеулігі және қоршаған ортаға тигізетін зияны балама отынның мақсатына қайшы келеді. Бутанолдың құны шамамен 1,25–1,32 доллар за килограмм (0,57–0,58 доллар за фунт немесе 4 доллар шамасында АҚШ галлоны үшін). Бутанол этанолдан (шамамен 0,40 доллар литріне немесе 1,50 доллар галлонына) және метанолдан әлдеқайда қымбат. 2006 жылдың 20 маусымында DuPont және BP компаниялары қант қызылшасынан жылына 9 миллион галлон (34 000 текше метр) бутанол өндіру үшін қолданыстағы этанол зауытын қайта жабдықтау туралы хабарлады. DuPont компаниясы субсидиясыз мұнаймен бәсекелесуді мақсат етіп отыр, яғни баға айырмасы этанолмен салыстырғанда азайып келеді.

Сутек

Сұйытылған сутек – сутек элементінің сұйық күйі. Ол ракеталық қолданыстар үшін кеңінен қолданылатын сұйық ракета отыны және ішкі жану қозғалтқышында немесе отын жасушасында отын ретінде пайдаланылуы мүмкін. Сутекпен жүретін көліктердің әртүрлі концепцияларында көлемдік энергия төмендеуімен, жану үшін қажетті сутек көлемі үлкен болады. Сутекті алғаш рет 1898 жылы Джеймс Дьюар сұйытқан.

Аммиак

Аммиак (NH3) отын ретінде бұрын, бензин қолжетімсіз болған кезде пайдаланылған (мысалы, екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Бельгиядағы автобустар үшін). Оның көлемдік энергия тығыздығы литріне 17 мегаджоульді құрайды (сутек үшін – 10, метанол үшін – 18, диметил эфирі үшін – 21 және бензин үшін – 34). Оны сұйық отын ретінде пайдалану үшін қысып немесе салқындату қажет, бірақ сутекті сұйыту үшін қажеттідей криогендік салқындау қажет емес.