Gasoline ( североамериканский английский ) или petrol ( содружество английский ) — нефтехимический продукт, характеризующийся как прозрачная, желтоватая и легковоспламеняющаяся жидкость, обычно используемая в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием . При формулировании в качестве топлива для двигателей бензин химически состоит из органических соединений, полученных путем фракционной перегонки нефти , а затем химически улучшенных присадками к бензину . Это высокообъемный прибыльный продукт, производимый на нефтеперерабатывающих заводах. [1]
Топливные характеристики конкретной бензиновой смеси, которые будут противостоять слишком раннему воспламенению, измеряются как октановое число топливной смеси. Бензиновые смеси со стабильным октановым числом производятся в нескольких сортах топлива для различных типов двигателей. Топливо с низким октановым числом может вызвать детонацию двигателя и снижение эффективности поршневых двигателей . Тетраэтилсвинец когда-то широко использовался для повышения октанового числа, но не используется в современном автомобильном бензине из-за опасности для здоровья . В авиации, внедорожных транспортных средствах и гоночных автомобилях по-прежнему используются этилированные бензины. [2] [3]
Интерес к бензиноподобным топливам начался с изобретения двигателей внутреннего сгорания, пригодных для использования в транспортных целях. Так называемые двигатели Отто были разработаны в Германии в последней четверти XIX века. Топливом для этих ранних двигателей был относительно летучий углеводород, полученный из угольного газа . С температурой кипения около 85 °C (185 °F) ( н -октан кипит при 125,62 °C (258,12 °F) [4] ), он хорошо подходил для ранних карбюраторов (испарителей). Разработка карбюратора с «распылительным соплом» позволила использовать менее летучие виды топлива. Дальнейшие улучшения эффективности двигателя были предприняты при более высоких степенях сжатия , но ранние попытки были заблокированы преждевременным взрывом топлива, известным как детонация . В 1891 году процесс крекинга Шухова стал первым в мире коммерческим методом расщепления более тяжелых углеводородов в сырой нефти для увеличения процента более легких продуктов по сравнению с простой перегонкой.
Коммерческий бензин, а также другие виды жидкого транспортного топлива представляют собой сложные смеси углеводородов. [5] Технические характеристики также меняются в зависимости от сезона, требуя менее летучих смесей летом, чтобы минимизировать потери от испарения.
Бензин производится на нефтеперерабатывающих заводах . Примерно 72 литра (19 галлонов США) бензина получают из 160-литровой (42 галлона США) барреля сырой нефти . [6] Материал, отделенный от сырой нефти путем перегонки , называемый прямым бензином, не соответствует спецификациям для современных двигателей (в частности, октановому числу ; см. ниже), но может быть добавлен в бензиновую смесь.
Основная часть типичного бензина состоит из однородной смеси углеводородов с 4–12 атомами углерода на молекулу (обычно называемых C4–C12). [7] Это смесь парафинов ( алканов ), олефинов ( алкенов ), нафтенов ( циклоалканов ) и ароматических соединений . Использование термина парафин вместо стандартной химической номенклатуры алкан характерно для нефтяной промышленности (которая в значительной степени опирается на жаргон). Состав бензина зависит от:
Различные потоки нефтеперерабатывающих заводов, смешиваемые для производства бензина, имеют различные характеристики. Некоторые важные потоки включают следующее:
Приведенные выше термины являются жаргоном, используемым в нефтяной промышленности, и терминология может различаться.
В настоящее время многие страны устанавливают ограничения на ароматические соединения в бензине в целом, бензол в частности и содержание олефинов (алкенов). Такие правила привели к увеличению предпочтения изомеров алканов, таких как изомеризат или алкилат, поскольку их октановое число выше, чем у н-алканов. В Европейском союзе предел бензола установлен на уровне одного процента по объему для всех марок автомобильного бензина. Обычно это достигается путем избегания подачи C6, в частности циклогексана , в установку риформинга, где он будет преобразован в бензол. Поэтому в установку риформинга подается только (десульфурированная) тяжелая первичная нафта (HVN) [11]
Бензин может также содержать другие органические соединения , такие как органические эфиры (добавленные намеренно), а также небольшие количества загрязняющих веществ, в частности сероорганических соединений (которые обычно удаляются на нефтеперерабатывающем заводе).
В среднем, нефтеперерабатывающие заводы США производят около 19-20 галлонов бензина, 11-13 галлонов дистиллятного топлива дизельного топлива и 3-4 галлона реактивного топлива из каждого 42-галлонного (152-литрового) барреля сырой нефти. Соотношение продуктов зависит от переработки на нефтеперерабатывающем заводе и анализа сырой нефти . [12]
Удельный вес бензина колеблется от 0,71 до 0,77, [13] причем более высокие плотности имеют большую объемную долю ароматических соединений. [14] Готовый товарный бензин продается (в Европе) по стандартной норме 0,755 килограмма на литр (6,30 фунта/галлон США), (7,5668 фунтов/галлон имп), его цена повышается или понижается в зависимости от его фактической плотности. [ необходимо разъяснение ] Из-за своей низкой плотности бензин плавает на воде, и поэтому вода, как правило, не может быть использована для тушения горящего бензина, если только она не применяется в виде мелкого тумана.
Качественный бензин должен быть стабильным в течение шести месяцев при правильном хранении, но со временем может деградировать. Бензин, хранившийся в течение года, скорее всего, можно будет сжигать в двигателе внутреннего сгорания без особых проблем. Однако последствия длительного хранения будут становиться все более заметными с каждым месяцем, пока не наступит время, когда бензин придется разбавлять все большим количеством свежего топлива, чтобы старый бензин мог быть использован. Если его не разбавлять, произойдет неправильная работа, и это может включать повреждение двигателя из-за пропусков зажигания или отсутствия надлежащего действия топлива в системе впрыска топлива и из-за попытки бортового компьютера компенсировать (если применимо к автомобилю). Бензин в идеале следует хранить в герметичном контейнере (для предотвращения окисления или смешивания водяного пара с газом), который может выдерживать давление паров бензина без вентиляции (для предотвращения потери более летучих фракций) при стабильной прохладной температуре (для снижения избыточного давления от расширения жидкости и снижения скорости любых реакций разложения). При неправильном хранении бензина могут образовываться смолы и твердые частицы, которые могут разъедать компоненты системы и накапливаться на влажных поверхностях, что приводит к состоянию, называемому «несвежим топливом». Бензин, содержащий этанол, особенно подвержен поглощению атмосферной влаги, затем образуя смолы, твердые частицы или две фазы (углеводородная фаза, плавающая поверх водно-спиртовой фазы).
Присутствие этих продуктов разложения в топливном баке или топливопроводах, а также в карбюраторе или компонентах впрыска топлива затрудняет запуск двигателя или приводит к снижению производительности двигателя [15] При возобновлении регулярного использования двигателя накопление может или не может быть в конечном итоге очищено потоком свежего бензина. Добавление стабилизатора топлива к бензину может продлить срок службы топлива, которое не хранится или не может храниться должным образом, хотя удаление всего топлива из топливной системы является единственным реальным решением проблемы долгосрочного хранения двигателя, машины или транспортного средства. Типичные стабилизаторы топлива представляют собой фирменные смеси, содержащие уайт-спирит , изопропиловый спирт , 1,2,4-триметилбензол или другие добавки . Стабилизаторы топлива обычно используются для небольших двигателей, таких как двигатели газонокосилок и тракторов, особенно когда их использование является спорадическим или сезонным (мало или совсем не используется в течение одного или нескольких сезонов года). Пользователям рекомендуется держать емкости с бензином более чем наполовину полными и надлежащим образом закрытыми, чтобы уменьшить воздействие воздуха, избегать хранения при высоких температурах, запускать двигатель на десять минут, чтобы стабилизатор прошёл через все компоненты перед хранением, а также запускать двигатель с интервалами, чтобы удалить застоявшееся топливо из карбюратора. [7]
Требования к стабильности бензина установлены стандартом ASTM D4814. Этот стандарт описывает различные характеристики и требования к автомобильным топливам для использования в широком диапазоне условий эксплуатации в наземных транспортных средствах, оснащенных двигателями с искровым зажиганием.
Двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине, получает энергию от сгорания различных углеводородов бензина с кислородом из окружающего воздуха, в результате чего в качестве выхлопных газов образуются углекислый газ и вода . Сгорание октана , представительного вида, выполняет химическую реакцию:
По весу, сгорание бензина выделяет около 46,7 мегаджоулей на килограмм (13,0 кВт·ч /кг; 21,2 МДж/ фунт ) или по объему 33,6 мегаджоулей на литр (9,3 кВт·ч/л; 127 МДж/галлон США; 121 000 БТЕ/галлон США), указывая на более низкую теплотворную способность . [16] Бензиновые смеси различаются, и поэтому фактическое содержание энергии варьируется в зависимости от сезона и производителя до 1,75 процента больше или меньше среднего. [17] В среднем, около 74 литров (20 галлонов США) бензина доступно из барреля сырой нефти (около 46 процентов по объему), варьируясь в зависимости от качества сырой нефти и сорта бензина. Остальное - это продукты, варьирующиеся от смолы до нафты . [18]
Высокооктановое топливо, такое как сжиженный нефтяной газ (СНГ), имеет общую более низкую выходную мощность при типичной степени сжатия 10:1 конструкции двигателя, оптимизированной для бензинового топлива. Двигатель, настроенный на сжиженный нефтяной газ с более высокой степенью сжатия (обычно 12:1), повышает выходную мощность. Это связано с тем, что более высокооктановое топливо обеспечивает более высокую степень сжатия без детонации, что приводит к более высокой температуре цилиндра, что повышает эффективность . Кроме того, повышенная механическая эффективность создается более высокой степенью сжатия за счет сопутствующей более высокой степени расширения на рабочем такте, что является гораздо большим эффектом. Более высокая степень расширения извлекает больше работы из газа высокого давления, созданного в процессе сгорания. Двигатель с циклом Аткинсона использует синхронизацию событий клапана для получения преимуществ высокой степени расширения без недостатков, в основном детонации, высокой степени сжатия. Высокая степень расширения также является одной из двух основных причин эффективности дизельных двигателей , наряду с устранением насосных потерь из-за дросселирования потока всасываемого воздуха.
Более низкое содержание энергии в LPG по объему жидкости по сравнению с бензином обусловлено в основном его более низкой плотностью. Эта более низкая плотность является свойством более низкой молекулярной массы пропана (главного компонента LPG) по сравнению со смесью различных углеводородных соединений бензина с более тяжелыми молекулярными массами, чем пропан. И наоборот, содержание энергии в LPG по массе выше, чем в бензине из-за более высокого соотношения водорода к углероду .
Молекулярные массы веществ в типичном октановом сгорании составляют 114, 32, 44 и 18 для C 8 H 18 , O 2 , CO 2 и H 2 O соответственно; следовательно, один килограмм (2,2 фунта) топлива реагирует с 3,51 килограммом (7,7 фунта) кислорода, образуя 3,09 килограмма (6,8 фунта) углекислого газа и 1,42 килограмма (3,1 фунта) воды.
Двигатели с искровым зажиганием предназначены для сжигания бензина в контролируемом процессе, называемом дефлаграцией . Однако несгоревшая смесь может самовоспламениться только под действием давления и тепла, а не воспламениться от свечи зажигания в точное время, вызывая быстрый рост давления, который может повредить двигатель. Это часто называют детонацией двигателя или детонацией в конце газов. Детонацию можно уменьшить, увеличив сопротивление бензина самовоспламенению , которое выражается его октановым числом.
Октановое число измеряется относительно смеси 2,2,4-триметилпентана ( изомер октана ) и н- гептана . Существуют различные соглашения для выражения октановых чисел, поэтому одно и то же физическое топливо может иметь несколько различных октановых чисел в зависимости от используемой меры. Одним из наиболее известных является исследовательское октановое число (RON).
Октановое число типичного коммерчески доступного бензина варьируется в зависимости от страны. В Финляндии , Швеции и Норвегии 95 RON является стандартом для обычного неэтилированного бензина, а 98 RON также доступен как более дорогой вариант.
В Соединенном Королевстве более 95 процентов продаваемого бензина имеет 95 RON и продается как неэтилированный или неэтилированный премиум-класса. Super Unleaded с 97/98 RON и брендовые высокопроизводительные виды топлива (например, Shell V-Power, BP Ultimate) с 99 RON составляют остаток. Бензин с 102 RON может быть редко доступен для гоночных целей. [19] [20] [21]
В США октановое число неэтилированного топлива варьируется от 85 [22] до 87 AKI (91–92 RON) для обычного топлива, от 89–90 AKI (94–95 RON) для топлива среднего класса (эквивалентного европейскому обычному топливу) до 90–94 AKI (95–99 RON) для топлива премиум-класса (европейского премиум-класса).
Поскольку крупнейший город ЮАР, Йоханнесбург , расположен в Хайвелде на высоте 1753 метра (5751 фут) над уровнем моря, Автомобильная ассоциация ЮАР рекомендует использовать 95-октановый бензин на низкой высоте и 93-октановый бензин для использования в Йоханнесбурге, поскольку «чем выше высота, тем ниже давление воздуха и тем меньше потребность в высокооктановом топливе, поскольку реального прироста производительности не происходит». [23]
Октановое число стало важным, поскольку военные стремились к более высокой производительности для авиационных двигателей в конце 1920-х и 1940-х годах. Более высокое октановое число позволяет повысить степень сжатия или наддув нагнетателя , а значит, и более высокие температуры и давления, что приводит к более высокой выходной мощности. Некоторые ученые [ кто? ] даже предсказывали, что страна с хорошим запасом высокооктанового бензина будет иметь преимущество в авиации. В 1943 году авиационный двигатель Rolls-Royce Merlin выдавал 980 киловатт (1320 л. с.) при использовании топлива с октановым числом 100 при скромном рабочем объеме 27 литров (1600 куб. дюймов). Ко времени операции «Оверлорд » и Королевские ВВС, и ВВС США проводили некоторые операции в Европе, используя топливо с октановым числом 150 ( авиационный бензин 100/150 ), полученное путем добавления 2,5 процента анилина к 100-октановому авиационному бензину. [24] К этому времени Rolls-Royce Merlin 66 развивал мощность 1500 киловатт (2000 л.с.), используя это топливо.
Бензин, используемый в двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия , имеет тенденцию к самовоспламенению или «детонации», вызывая разрушительный стук двигателя (также называемый «звоном» или «детонацией»). Для решения этой проблемы в 1920-х годах в качестве добавки к бензину широко использовался тетраэтилсвинец (ТЭС). Однако с ростом осознания серьезности масштабов ущерба окружающей среде и здоровью, наносимого соединениями свинца, и несовместимости свинца с каталитическими нейтрализаторами правительства начали предписывать сокращение содержания свинца в бензине.
В США Агентство по охране окружающей среды выпустило постановления по снижению содержания свинца в этилированном бензине в течение ряда ежегодных фаз, начало которых было запланировано на 1973 год, но отложено из-за судебных апелляций до 1976 года. К 1995 году этилированное топливо составляло всего 0,6 процента от общего объема продаж бензина и менее 1800 метрических тонн (2000 коротких тонн; 1800 длинных тонн) свинца в год. С 1 января 1996 года Закон США о чистом воздухе запретил продажу этилированного топлива для использования в дорожных транспортных средствах в США. Использование TEL также потребовало других добавок, таких как дибромэтан .
Европейские страны начали заменять свинецсодержащие добавки к концу 1980-х годов, а к концу 1990-х годов этилированный бензин был запрещён на всей территории Европейского Союза, за исключением Avgas 100LL для авиации общего назначения . [25] ОАЭ начали переходить на неэтилированный бензин в начале 2000-х годов. [26]
Снижение среднего содержания свинца в крови человека может быть основной причиной снижения уровня насильственных преступлений во всем мире [27] , включая Южную Африку. [28] Исследование обнаружило корреляцию между использованием этилированного бензина и насильственными преступлениями (см. Гипотеза о связи свинца и преступности ). [29] [30] Другие исследования не обнаружили никакой корреляции.
В августе 2021 года Программа ООН по окружающей среде объявила, что этилированный бензин был искоренен во всем мире, причем Алжир стал последней страной, истощившей свои запасы. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш назвал искоренение этилированного бензина «международной историей успеха». Он также добавил: «Прекращение использования этилированного бензина предотвратит более миллиона преждевременных смертей в год от болезней сердца, инсультов и рака, а также защитит детей, чей IQ пострадал от воздействия свинца». Гринпис назвал это заявление «концом одной токсичной эпохи». [31] Однако этилированный бензин по-прежнему используется в авиации, автогонках и внедорожных применениях. [32] Использование этилированных присадок по-прежнему разрешено во всем мире для разработки некоторых марок авиационного бензина, таких как 100LL , поскольку требуемого октанового числа трудно достичь без использования этилированных присадок.
Различные добавки заменили соединения свинца. Наиболее популярными добавками являются ароматические углеводороды , эфиры ( МТБЭ и ЭТБЭ ) и спирты , чаще всего этанол .
Замещающий свинец бензин (LRP) был разработан для транспортных средств, предназначенных для работы на этилированном топливе и несовместимых с неэтилированным топливом. Вместо тетраэтилсвинца он содержит другие металлы, такие как соединения калия или метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганца (MMT); они, как предполагается, буферизуют мягкие выпускные клапаны и седла, чтобы они не подвергались рецессии из-за использования неэтилированного топлива.
LRP продавался во время и после прекращения использования этилированного моторного топлива в Великобритании, Австралии , Южной Африке и некоторых других странах. [ неопределенно ] Замешательство потребителей привело к широко распространенному ошибочному предпочтению LRP вместо неэтилированного, [33] и LRP был снят с производства через 8-10 лет после введения неэтилированного. [34]
Этилированный бензин был изъят из продажи в Великобритании после 31 декабря 1999 года, через семь лет после того, как правила ЕЭС обозначили конец производства автомобилей, использующих этилированный бензин в государствах-членах. На этом этапе большой процент автомобилей 1980-х и начала 1990-х годов, которые работали на этилированном бензине, все еще использовались, наряду с автомобилями, которые могли работать на неэтилированном топливе. Однако сокращение числа таких автомобилей на британских дорогах привело к тому, что многие автозаправочные станции изъяли LRP из продажи к 2003 году. [35]
Метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганца (ММТ) используется в Канаде и США для повышения октанового числа. [36] Его использование в США ограничено правилами, хотя в настоящее время разрешено. [37] Его использование в Европейском Союзе ограничено статьей 8a Директивы о качестве топлива [38] после его тестирования в соответствии с Протоколом по оценке воздействия металлических топливных присадок на выбросы транспортных средств. [39]
Смолистые, липкие отложения смолы возникают в результате окислительной деградации бензина при длительном хранении. Эти вредные отложения возникают в результате окисления алкенов и других второстепенных компонентов в бензине [ требуется ссылка ] (см. высыхающие масла ). Улучшения в методах нефтепереработки в целом снизили восприимчивость бензинов к этим проблемам. Ранее наиболее восприимчивыми к окислению были бензины каталитического или термического крекинга. Образование смол ускоряется солями меди, которые можно нейтрализовать добавками, называемыми дезактиваторами металлов .
Эту деградацию можно предотвратить путем добавления 5–100 ppm антиоксидантов , таких как фенилендиамины и другие амины . [7] Углеводороды с бромным числом 10 или выше можно защитить с помощью комбинации незатрудненных или частично затрудненных фенолов и маслорастворимых сильных аминовых оснований, таких как затрудненные фенолы. «Несвежий» бензин можно обнаружить с помощью колориметрического ферментативного теста на органические пероксиды , полученные при окислении бензина. [40]
Бензины также обрабатываются дезактиваторами металлов , которые представляют собой соединения, которые секвестрируют (дезактивируют) соли металлов, которые в противном случае ускоряют образование смолистых остатков. Примеси металлов могут возникать из самого двигателя или как загрязнители в топливе.
Бензин, поставляемый на заправке, также содержит присадки для снижения внутренних отложений углерода в двигателе, улучшения сгорания и облегчения запуска в холодном климате. Высокие уровни моющих средств можно найти в бензинах с моющими средствами высшего уровня . Спецификация для бензинов с моющими средствами высшего уровня была разработана четырьмя автопроизводителями: GM , Honda , Toyota и BMW . Согласно бюллетеню, минимальные требования Агентства по охране окружающей среды США недостаточны для поддержания чистоты двигателей. [41] Типичные моющие средства включают алкиламины и алкилфосфаты на уровне 50–100 частей на миллион. [7]
В ЕС 5 процентов этанола можно добавлять в общую спецификацию бензина (EN 228). Ведутся обсуждения о разрешении смешивания 10 процентов этанола (доступно на финских, французских и немецких автозаправочных станциях). В Финляндии большинство автозаправочных станций продают 95E10, который содержит 10 процентов этанола, и 98E5, который содержит 5 процентов этанола. Большая часть бензина, продаваемого в Швеции, содержит 5–15 процентов этанола. В Нидерландах продаются три различные смеси этанола — E5, E10 и hE15. Последняя из них отличается от стандартных смесей этанола с бензином тем, что она состоит из 15 процентов водного этанола (т. е. азеотропа этанола с водой ) вместо безводного этанола, традиционно используемого для смешивания с бензином.
Бразильское национальное агентство по нефти, природному газу и биотопливу (ANP) требует, чтобы в состав автомобильного бензина добавлялось 27,5 процента этанола. [42] Чистый гидратированный этанол также доступен в качестве топлива.
Законодательство требует от розничных торговцев маркировать топливо, содержащее этанол, на заправочной станции и ограничивает использование этанола до 10 процентов бензина в Австралии. Такой бензин обычно называют E10 у крупных брендов, и он дешевле обычного неэтилированного бензина.
Федеральный стандарт возобновляемого топлива (RFS) фактически требует от переработчиков и производителей смесей смешивать возобновляемое биотопливо (в основном этанол) с бензином в количестве, достаточном для достижения растущего годового показателя общего количества смешанных галлонов. Хотя предписание не требует определенного процента этанола, ежегодное увеличение целевого показателя в сочетании со снижением потребления бензина привело к тому, что типичное содержание этанола в бензине приблизилось к 10 процентам. На большинстве бензоколонок есть наклейка, на которой указано, что топливо может содержать до 10 процентов этанола, преднамеренное несоответствие, отражающее изменяющийся фактический процент. В некоторых частях США этанол иногда добавляют в бензин без указания того, что он является компонентом.
В октябре 2007 года правительство Индии приняло решение сделать обязательным пятипроцентное смешивание этанола (с бензином). В настоящее время в разных частях страны продается 10-процентный смешанный продукт этанола (E10). [43] [44] По крайней мере в одном исследовании было обнаружено, что этанол повреждает каталитические нейтрализаторы. [45]
Хотя бензин по своей природе является бесцветной жидкостью, многие виды бензина окрашиваются в различные цвета, чтобы обозначить их состав и допустимое использование. В Австралии самый низкий сорт бензина (RON 91) был окрашен в легкий оттенок красного/оранжевого, но теперь он того же цвета, что и средний сорт (RON 95) и высокооктановый (RON 98), которые окрашены в желтый цвет. [46] В США авиационный бензин ( avgas ) окрашивается для обозначения его октанового числа и для отличия от реактивного топлива на основе керосина, которое остается бесцветным. [47] В Канаде бензин для морского и сельскохозяйственного использования окрашивается в красный цвет и не облагается акцизным налогом на топливо в большинстве провинций. [48]
Смешивание оксигенатов добавляет кислородсодержащие соединения, такие как MTBE , ETBE , TAME , TAEE , этанол и биобутанол . Присутствие этих оксигенатов снижает количество оксида углерода и несгоревшего топлива в выхлопных газах. Во многих районах США смешивание оксигенатов предписано правилами Агентства по охране окружающей среды для снижения смога и других загрязняющих веществ в воздухе. Например, в Южной Калифорнии топливо должно содержать два процента кислорода по весу, что приводит к смеси 5,6 процента этанола в бензине. Полученное топливо часто называют реформулированным бензином (RFG) или кислородсодержащим бензином, или, в случае Калифорнии, реформулированным бензином Калифорнии (CARBOB). Федеральное требование о том, чтобы RFG содержал кислород, было отменено 6 мая 2006 года, поскольку промышленность разработала RFG с контролем ЛОС , которому не нужен дополнительный кислород. [49]
MTBE был выведен из обращения в США из-за загрязнения грунтовых вод и вызванных этим правил и судебных исков. Этанол и, в меньшей степени, ETBE, полученный из этанола, являются распространенными заменителями. Распространенная смесь этанола и бензина из 10 процентов этанола, смешанного с бензином, называется газохол или E10, а смесь этанола и бензина из 85 процентов этанола, смешанного с бензином, называется E85 . Наиболее широкое использование этанола происходит в Бразилии , где этанол получают из сахарного тростника . В 2004 году в США было произведено более 13 миллиардов литров (3,4 × 10 9 галлонов США) этанола для использования в качестве топлива, в основном из кукурузы , и продавался как E10. E85 постепенно становится доступным на большей части территории США, хотя многие из относительно немногих станций, продающих E85, закрыты для широкой публики. [50]
Использование биоэтанола и биометанола, как напрямую, так и косвенно путем преобразования этанола в био-ЭТБЭ или метанола в био-МТБЭ, поощряется Директивой Европейского союза о содействии использованию биотоплива и других возобновляемых видов топлива для транспорта . Поскольку производство биоэтанола из ферментированных сахаров и крахмалов включает дистилляцию , обычные люди в большинстве стран Европы в настоящее время не могут легально ферментировать и дистиллировать свой собственный биоэтанол (в отличие от США, где получить разрешение на дистилляцию BATF стало легко после нефтяного кризиса 1973 года ).
.svg/1280px-DOT_hazmat_class_3_(alt_3).svg.png)
В паспорте безопасности неэтилированного бензина Texan 2003 года указано не менее 15 опасных химических веществ, встречающихся в различных количествах, включая бензол (до пяти процентов по объему), толуол (до 35 процентов по объему), нафталин (до одного процента по объему), триметилбензол (до семи процентов по объему), метил -трет -бутиловый эфир (МТБЭ) (до 18 процентов по объему в некоторых штатах) и около 10 других. [51] Углеводороды в бензине обычно проявляют низкую острую токсичность, с LD50 700–2700 мг/кг для простых ароматических соединений. [52] Бензол и многие антидетонационные присадки являются канцерогенными .
Люди могут подвергаться воздействию бензина на рабочем месте при его проглатывании, вдыхании паров, контакте с кожей и глазами. Бензин токсичен. Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) также определил бензин как канцероген. [53] Физический контакт, проглатывание или вдыхание могут вызвать проблемы со здоровьем. Поскольку проглатывание большого количества бензина может привести к необратимому повреждению основных органов, рекомендуется обратиться в местный токсикологический центр или в отделение неотложной помощи. [54]
Вопреки распространенному заблуждению , проглатывание бензина обычно не требует специального неотложного лечения, а вызывание рвоты не помогает и может ухудшить ситуацию. По словам специалиста по отравлениям Брэда Даля, «даже два глотка не будут такими уж опасными, если они попадут в желудок и останутся там или продолжат движение». Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний США CDC рекомендует не вызывать рвоту, промывание желудка или давать активированный уголь . [55] [56]
Вдыхаемые (вдыхаемые) пары бензина являются распространенным интоксикантом. Пользователи концентрируют и вдыхают пары бензина способом, не предусмотренным производителем, чтобы вызвать эйфорию и опьянение . Вдыхание бензина стало эпидемией в некоторых бедных общинах и коренных группах в Австралии, Канаде, Новой Зеландии и некоторых островах Тихого океана. [57] Считается, что эта практика вызывает серьезные повреждения органов, а также другие последствия, такие как умственная отсталость и различные виды рака . [58] [59] [60] [61]
В Канаде дети коренных народов в изолированной общине Северного Лабрадора в заливе Дэвис оказались в центре внимания национальной обеспокоенности в 1993 году, когда было обнаружено, что многие из них нюхают бензин. Канадское и провинциальное правительства Ньюфаундленда и Лабрадора вмешивались несколько раз, отправляя многих детей на лечение. Несмотря на то, что в 2002 году их перевели в новую общину Натуашиш , серьезные проблемы со злоупотреблением ингалянтами продолжались. Аналогичные проблемы были зарегистрированы в Шешатшиу в 2000 году, а также в Первой нации Пикангикум . [62] В 2012 году эта проблема снова попала в новостные СМИ Канады. [63]
Австралия уже давно сталкивается с проблемой вдыхания бензина (бензина) в изолированных и бедных общинах коренных народов . Хотя некоторые источники утверждают, что вдыхание было введено американскими военнослужащими, размещенными в Топ-Энде страны во время Второй мировой войны [64] или в результате экспериментов рабочих лесопилки полуострова Кобург в 1940-х годах , [65] другие источники утверждают, что злоупотребление ингалянтами (например, вдыхание клея) появилось в Австралии в конце 1960-х годов. [66] Хроническое, интенсивное вдыхание бензина, по-видимому, встречается среди отдаленных, бедных общин коренных народов , где легкая доступность бензина помогла сделать его распространенным веществом для злоупотребления.
В Австралии вдыхание бензина сейчас широко распространено в отдаленных общинах аборигенов Северной Территории , Западной Австралии , северных частях Южной Австралии и Квинсленда . [67] Количество людей, нюхающих бензин, со временем то увеличивается, то уменьшается, поскольку молодые люди экспериментируют или нюхают его время от времени. «Главы», или хронические, нюхачи могут переезжать из общины в общину; они часто несут ответственность за то, чтобы поощрять молодежь к этому. [68] В 2005 году правительство Австралии и BP Australia начали использовать топливо Opal в отдаленных районах, склонных к вдыханию бензина. [69] Opal — это ненюхаемое топливо (которое с гораздо меньшей вероятностью вызовет кайф), и оно изменило ситуацию в некоторых общинах коренных народов.
Бензин горюч с низкой температурой вспышки -23 °C (-9 °F). Бензин имеет нижний предел взрываемости 1,4 процента по объему и верхний предел взрываемости 7,6 процента. Если концентрация ниже 1,4 процента, смесь воздуха и бензина слишком бедная и не воспламеняется. Если концентрация выше 7,6 процента, смесь слишком богатая и также не воспламеняется. Однако пары бензина быстро смешиваются и распространяются с воздухом, делая несвязанный бензин быстро воспламеняющимся.
Выхлопные газы, образующиеся при сжигании бензина, вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. После вдыхания CO в организм человека он легко соединяется с гемоглобином в крови, и его сродство в 300 раз больше, чем у кислорода. Поэтому гемоглобин в легких соединяется с CO вместо кислорода, вызывая гипоксию организма человека , вызывая головные боли, головокружение, рвоту и другие симптомы отравления. В тяжелых случаях это может привести к смерти. [70] [71] Углеводороды воздействуют на организм человека только тогда, когда их концентрация достаточно высока, а уровень их токсичности зависит от химического состава. Углеводороды, образующиеся при неполном сгорании, включают алканы, ароматические соединения и альдегиды. Среди них концентрация метана и этана более 35 г/м 3 (0,035 унций/куб. фут) вызовет потерю сознания или удушье, концентрация пентана и гексана более 45 г/м 3 (0,045 унций/куб. фут) окажет анестезирующее действие, а ароматические углеводороды окажут более серьезное воздействие на здоровье, токсичность для крови, нейротоксичность и рак. Если концентрация бензола превышает 40 частей на миллион, это может вызвать лейкемию, а ксилол может вызвать головную боль, головокружение, тошноту и рвоту. Воздействие больших количеств альдегидов на человека может вызвать раздражение глаз, тошноту и головокружение. Помимо канцерогенных эффектов, длительное воздействие может вызвать повреждение кожи, печени, почек и катаракту. [72] После того, как NO x попадает в альвеолы, он оказывает сильное стимулирующее действие на легочную ткань. Он может раздражать конъюнктиву глаз, вызывать слезотечение и покраснение глаз. Он также оказывает стимулирующее действие на нос, глотку, горло и другие органы. Он может вызывать острые хрипы, затрудненное дыхание, покраснение глаз, боль в горле и головокружение, вызывая отравление. [72] [73] Мелкие частицы также опасны для здоровья. [74]
Загрязнение воздуха во многих крупных городах изменилось с загрязнения от сжигания угля на «загрязнение от автотранспорта». В США транспорт является крупнейшим источником выбросов углерода, составляя 30 процентов от общего углеродного следа США [75] Сжигание бензина производит 2,35 килограмма на литр (19,6 фунта/галлон США) углекислого газа, парникового газа . [76] [77]
Несгоревший бензин и испарения из бака , находясь в атмосфере , реагируют на солнечном свете , образуя фотохимический смог . Давление паров изначально повышается при некотором добавлении этанола к бензину, но увеличение является наибольшим при 10 процентах по объему. [78] При более высоких концентрациях этанола, превышающих 10 процентов, давление паров смеси начинает снижаться. При 10 процентах этанола по объему рост давления паров может потенциально увеличить проблему фотохимического смога. Этот рост давления паров может быть смягчен путем увеличения или уменьшения процента этанола в бензиновой смеси. Главные риски таких утечек исходят не от транспортных средств, а от аварий грузовиков с бензином и утечек из резервуаров для хранения. Из-за этого риска большинство (подземных) резервуаров для хранения теперь имеют обширные меры для обнаружения и предотвращения любых таких утечек, такие как системы мониторинга (Veeder-Root, Franklin Fueling).
Производство бензина потребляет 1,5 литра воды на километр (0,63 галлона США/милю) пройденного расстояния. [79]
Использование бензина вызывает ряд пагубных последствий для населения и климата в целом. Наносимый вред включает более высокий уровень преждевременной смертности и заболеваний, таких как астма , вызванных загрязнением воздуха , более высокие расходы на здравоохранение для населения в целом, снижение урожайности , пропущенные рабочие и школьные дни из-за болезни, увеличение наводнений и других экстремальных погодных явлений, связанных с глобальным изменением климата , и другие социальные издержки. Издержки, налагаемые на общество и планету, оцениваются в 3,80 доллара за галлон бензина, в дополнение к цене, уплачиваемой пользователем на заправке. Ущерб здоровью и климату, наносимый транспортным средством, работающим на бензине, значительно превышает ущерб, наносимый электромобилями. [80] [81]
Бензин может быть выброшен в окружающую среду Земли как несгоревшее жидкое топливо, как легковоспламеняющаяся жидкость или как пар в результате утечек, происходящих во время его производства, обработки, транспортировки и доставки. [82] Бензин содержит известные канцерогены , [83] [84] [85] и выхлопные газы бензина представляют опасность для здоровья. [74] Бензин часто используется в качестве рекреационного ингалятора и может быть вредным или смертельным при использовании таким образом. [86] При сжигании один литр (0,26 галлона США) бензина выделяет около 2,3 килограмма (5,1 фунта) CO2 , парникового газа , способствующего изменению климата, вызванному деятельностью человека . [87] [88] Нефтепродукты, включая бензин, были ответственны за около 32% выбросов CO2 во всем мире в 2021 году. [ 89]
Около 2,353 килограмма на литр (19,64 фунта/галлон США) углекислого газа (CO 2 ) производится при сжигании бензина, который не содержит этанол. [77] Большая часть розничного бензина, который сейчас продается в США, содержит около 10 процентов топливного этанола (или E10) по объему. [77] Сжигание E10 производит около 2,119 килограмма на литр (17,68 фунта/галлон США) CO 2 , который выделяется из ископаемого топлива. Если учитывать выбросы CO 2 от сжигания этанола, то около 2,271 килограмма на литр (18,95 фунта/галлон США) CO 2 производится при сжигании E10. [77]
Во всем мире на каждые 100 км пробега автомобилей и фургонов сжигается 7 литров бензина . [90]
В 2021 году Международное энергетическое агентство заявило: «Чтобы гарантировать эффективность стандартов экономии топлива и выбросов CO2, правительства должны продолжать регулирующие усилия по мониторингу и сокращению разрыва между реальной экономией топлива и номинальными характеристиками». [90]
Бензин попадает в окружающую среду через почву, грунтовые воды, поверхностные воды и воздух. Поэтому люди могут подвергаться воздействию бензина такими способами, как дыхание, прием пищи и контакт с кожей. Например, использование оборудования, заполненного бензином, такого как газонокосилки, питье загрязненной бензином воды вблизи разливов бензина или утечек в почву, работа на заправочной станции, вдыхание летучих газов бензина при заправке на заправочной станции — это самый простой способ подвергнуться воздействию бензина. [91]
Международное энергетическое агентство заявило в 2021 году, что «дорожное топливо должно облагаться налогом по ставке, отражающей его воздействие на здоровье людей и климат». [90]
Страны Европы взимают значительно более высокие налоги на топливо, такое как бензин, по сравнению с США. Цена бензина в Европе, как правило, выше, чем в США из-за этой разницы. [92]
С 1998 по 2004 год цена на бензин колебалась от 0,26 до 0,53 долларов за литр (1 и 2 доллара за галлон США). [93] После 2004 года цена росла, пока средняя цена на бензин не достигла максимума в 1,09 доллара за литр (4,11 доллара за галлон США) в середине 2008 года, но снизилась примерно до 0,69 доллара за литр (2,60 доллара за галлон США) к сентябрю 2009 года. [93] В США наблюдался рост цен на бензин в течение 2011 года, [94] и к 1 марта 2012 года средний показатель по стране составил 0,99 доллара за литр (3,74 доллара за галлон США). Цены в Калифорнии выше, потому что правительство Калифорнии вводит уникальные формулы и налоги на бензин в Калифорнии. [95]
В США большинство потребительских товаров имеют цены до вычета налогов, но цены на бензин указаны с учетом налогов. Налоги добавляются федеральным, государственным и местными органами власти. По состоянию на 2009 год [обновлять]федеральный налог составлял 0,049 долл. США за литр (0,184 долл. США/галлон США) для бензина и 0,064 долл. США за литр (0,244 долл. США/галлон США) для дизельного топлива (исключая красное дизельное топливо ). [96]
Около девяти процентов всего бензина, проданного в США в мае 2009 года, было премиум-класса, согласно Управлению по информации в области энергетики. Журнал Consumer Reports пишет: «Если [ваше руководство пользователя] говорит использовать обычное топливо, так и делайте — нет никаких преимуществ в использовании более высокого класса». [97] Associated Press заявило, что премиум-бензин, который имеет более высокое октановое число и стоит дороже за галлон, чем обычный неэтилированный, следует использовать только в том случае, если производитель говорит, что это «обязательно». [98] Автомобили с турбированными двигателями и высокой степенью сжатия часто используют премиум-бензин, поскольку более высокооктановое топливо снижает частоту «стука» или предвзятой детонации топлива. [99] Цена на бензин значительно варьируется между летними и зимними месяцами. [100]
Существует значительная разница между летним и зимним маслом в давлении паров бензина (давление паров по Рейду, RVP), которое является мерой того, насколько легко топливо испаряется при заданной температуре. Чем выше летучесть бензина (чем выше RVP), тем легче он испаряется. Конверсия между двумя видами топлива происходит дважды в год, один раз осенью (зимняя смесь), а другой весной (летняя смесь). Зимнее смешанное топливо имеет более высокое RVP, поскольку топливо должно иметь возможность испаряться при низкой температуре, чтобы двигатель работал нормально. Если RVP слишком низкое в холодный день, автомобиль будет трудно запустить; однако летний смешанный бензин имеет более низкое RVP. Он предотвращает чрезмерное испарение при повышении температуры наружного воздуха, снижает выбросы озона и снижает уровень смога. В то же время паровая пробка менее вероятно возникнет в жаркую погоду. [101]
Ниже приведена таблица плотности энергии (на объем) и удельной энергии (на массу) различных транспортных топлив по сравнению с бензином. В строках с брутто и нетто они взяты из книги данных по транспортной энергии Национальной лаборатории Ок-Ридж . [103]
В этой статье использован текст из этого источника, находящегося в открытом доступе : «Сколько углекислого газа выделяется при сжигании бензина и дизельного топлива?». Управление энергетической информации США (EIA). Архивировано из оригинала 27 октября 2013 г.
