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 и другие соединения свинца когда-то широко использовались в качестве добавок для повышения октанового числа, но не используются в современном автомобильном бензине из-за чрезвычайной опасности для здоровья , за исключением авиации, внедорожных транспортных средств и двигателей гоночных автомобилей . [2] [3]
Бензин может выбрасываться 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. [4] Бензин содержит известные канцерогены , [5] [6] [7] и выхлопные газы бензина представляют опасность для здоровья. [8] Бензин часто используется в качестве рекреационного ингалятора и может быть вредным или смертельным при использовании таким образом. [9] 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 . [10] [11] Нефтепродукты, включая бензин, были ответственны за около 32% выбросов CO2 во всем мире в 2021 году. [12]
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 . [13]
Американское английское слово petrol обозначает топливо для автомобилей , которое в обиходе сократилось до терминов gas или реже motor gas и mogas , что отличает его от avgas (авиационный бензин), который является топливом для самолетов. Английские словари, включая Oxford English Dictionary , показывают, что термин petrol происходит от gas плюс химические суффиксы -ole и -ine . [15] [16] [17] Однако в сообщении в блоге на несуществующем сайте Oxford Dictionaries альтернативно предлагается, что слово могло произойти от фамилии британского бизнесмена Джона Касселла , который предположительно первым вывел это вещество на рынок. [a]
Вместо слова «бензин» большинство стран Содружества (кроме Канады) используют термин «petrol», а североамериканцы в обиходе чаще используют «gas», отсюда и распространённость использования gas station в Соединённых Штатах. [18]
Происходящее из средневековой латыни , слово petrol (L. petra , камень + oleum , масло) изначально обозначало типы минерального масла, получаемого из горных пород и камней. [19] [20] В Великобритании Petrol был очищенным продуктом минерального масла, который продавался в качестве растворителя с 1870-х годов британским оптовым торговцем Carless Refining and Marketing Ltd. [ 21] Когда Petrol нашел позднее применение в качестве моторного топлива, Фредерик Симмс , партнер Готлиба Даймлера , предложил Джону Леонарду, владельцу Carless, зарегистрировать торговую марку на слово и заглавные буквы Petrol . [22] Заявка на регистрацию торговой марки была отклонена, поскольку petrol уже стал устоявшимся общим термином для моторного топлива. [23] Из-за возраста фирмы [ необходима ссылка ] Carless сохранила законные права на термин и написание заглавными буквами слова «Petrol» как наименования нефтехимического продукта. [24]
Первоначально британские нефтепереработчики использовали «моторный спирт» как общее название для автомобильного топлива и «авиационный спирт» для авиационного бензина . Когда в 1930-х годах Carless было отказано в регистрации торговой марки «petrol», его конкуренты перешли на более популярное название «petrol». Однако «моторный спирт» уже проник в законы и правила, поэтому этот термин по-прежнему используется как официальное название бензина. [25] [26] Термин наиболее широко используется в Нигерии, где крупнейшие нефтяные компании называют свой продукт «премиум моторный спирт». [27] Хотя «petrol» проник в нигерийский английский, «премиум моторный спирт» остается официальным названием, которое используется в научных публикациях, правительственных отчетах и газетах. [28]
Некоторые другие языки используют варианты слова petrol . Gasolina используется в испанском и португальском языках, а gasorin используется в японском языке. В других языках название продукта происходит от углеводородного соединения benzene или, точнее, от класса продуктов, называемых petrol benzine , например benzin в немецком или benzina в итальянском; но в Аргентине, Уругвае и Парагвае разговорное название nafta происходит от химического naphtha . [29]
В некоторых языках, например, французском и итальянском, для обозначения дизельного топлива используются соответствующие слова для бензина . [30]
Первые двигатели внутреннего сгорания, пригодные 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) [31] ), 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 крекинг-процесс Шухова стал первым в мире промышленным методом расщепления тяжелых углеводородов в сырой нефти с целью увеличения процента более легких продуктов по сравнению с простой перегонкой.
Эволюция бензина последовала за эволюцией нефти как доминирующего источника энергии в индустриальном мире. До Первой мировой войны Британия была крупнейшей промышленной державой мира и зависела от своего флота для защиты поставок сырья из своих колоний. Германия также индустриализировалась и, как и Британия, не имела многих природных ресурсов, которые нужно было доставлять в свою страну. К 1890-м годам Германия начала проводить политику мирового господства и начала строить флот, чтобы конкурировать с британским. Уголь был топливом, которое питало их флоты. Хотя и у Британии, и у Германии были природные запасы угля, новые разработки в области нефти как топлива для судов изменили ситуацию. Суда на угле были тактической слабостью, потому что процесс загрузки угля был чрезвычайно медленным и грязным и делал судно полностью уязвимым для атак, а ненадежные поставки угля в международных портах делали дальние плавания непрактичными. Преимущества нефтяного масла вскоре заставили флоты мира перейти на нефть, но у Британии и Германии было очень мало внутренних запасов нефти. [32] В конечном итоге Британия решила свою военно-морскую нефтяную зависимость, обеспечив себя нефтью от Royal Dutch Shell и Anglo-Persian Oil Company , и это определило, откуда и какого качества будет поступать ее бензин.
В ранний период развития бензиновых двигателей самолеты были вынуждены использовать автомобильный бензин, поскольку авиационного бензина еще не существовало. Эти ранние виды топлива назывались «прямогонными» бензинами и представляли собой побочные продукты перегонки одной сырой нефти для получения керосина , который был основным продуктом, используемым для сжигания в керосиновых лампах . Производство бензина не превзойдет производство керосина до 1916 года. Самые ранние прямогонные бензины были результатом перегонки сырой нефти с востока, и не было никакого смешивания дистиллятов из разных сортов сырой нефти. Состав этих ранних видов топлива был неизвестен, а качество сильно различалось, поскольку сырая нефть из разных месторождений появлялась в различных смесях углеводородов в разных соотношениях. Эффекты двигателя, вызванные ненормальным сгоранием ( стук двигателя и преждевременное зажигание ) из-за некачественного топлива, еще не были идентифицированы, и, как следствие, не было никакой оценки бензина с точки зрения его устойчивости к ненормальному сгоранию. Общей спецификацией, по которой измерялись ранние бензины, была удельная плотность по шкале Боме , а позднее летучесть (склонность к испарению), указанная в терминах точек кипения, которые стали основными фокусами для производителей бензина. Эти ранние восточные бензины из сырой нефти имели относительно высокие результаты теста Боме (от 65 до 80 градусов Боме) и назывались «пенсильванскими бензинами высокого теста» или просто «высокого теста». Их часто использовали в авиационных двигателях.
К 1910 году рост производства автомобилей и последующий рост потребления бензина привели к увеличению спроса на бензин. Кроме того, растущая электрификация освещения привела к падению спроса на керосин, создав проблему с поставками. Казалось, что растущая нефтяная промышленность окажется в ловушке перепроизводства керосина и недопроизводства бензина, поскольку простая перегонка не могла изменить соотношение двух продуктов из любой данной сырой нефти. Решение появилось в 1911 году, когда разработка процесса Бертона позволила проводить термический крекинг сырой нефти, что увеличило процент выхода бензина из более тяжелых углеводородов. Это сочеталось с расширением зарубежных рынков для экспорта излишков керосина, в которых внутренние рынки больше не нуждались. Считалось, что эти новые термически «крекинговые» бензины не имеют вредных эффектов и будут добавляться в бензины прямой перегонки. Также существовала практика смешивания тяжелых и легких дистиллятов для достижения желаемого показателя Боме, и все вместе они назывались «смешанными» бензинами. [33]
Постепенно летучесть приобрела преимущество над тестом Боме, хотя оба продолжали использоваться в сочетании для спецификации бензина. Еще в июне 1917 года Standard Oil (крупнейший переработчик сырой нефти в Соединенных Штатах в то время) заявила, что наиболее важным свойством бензина является его летучесть. [34] По оценкам, рейтинг эквивалента этих бензинов прямой перегонки варьировался от 40 до 60 октановых чисел, а «высокий тест», иногда называемый «боевым классом», вероятно, в среднем составлял от 50 до 65 октановых чисел. [35]
До вступления США в Первую мировую войну европейские союзники использовали топливо, полученное из сырой нефти с Борнео , Явы и Суматры , которое давало удовлетворительные характеристики их военным самолетам. Когда США вступили в войну в апреле 1917 года, США стали основным поставщиком авиационного бензина для союзников, и было отмечено снижение производительности двигателей. [36] Вскоре стало ясно, что автомобильное топливо неудовлетворительно для авиации, и после потери нескольких боевых самолетов внимание обратилось на качество используемых бензинов. Более поздние летные испытания, проведенные в 1937 году, показали, что снижение октанового числа на 13 пунктов (со 100 до 87 октанового числа) снижало производительность двигателя на 20 процентов и увеличивало взлетную дистанцию на 45 процентов. [37] Если бы произошло ненормальное сгорание, двигатель мог бы потерять достаточно мощности, чтобы сделать подъем в воздух невозможным, а взлетный разбег стал бы угрозой для пилота и самолета.
2 августа 1917 года Бюро горнодобывающей промышленности США организовало изучение топлива для самолетов в сотрудничестве с авиационным отделом Корпуса связи армии США , и общее обследование пришло к выводу, что надежных данных о надлежащем топливе для самолетов не существует. В результате на полях Лэнгли, МакКук и Райт начались летные испытания, чтобы определить, как различные бензины ведут себя в различных условиях. Эти испытания показали, что в некоторых самолетах автомобильные бензины ведут себя так же хорошо, как и «высокоточные», но в других типах приводили к перегреву двигателей. Было также обнаружено, что бензины из ароматических и нафтеновых базовых нефтей из Калифорнии, Южного Техаса и Венесуэлы приводили к плавной работе двигателей. Эти испытания привели к появлению первых правительственных спецификаций для автомобильных бензинов (авиационные бензины использовали те же спецификации, что и автомобильные бензины) в конце 1917 года. [38]
Конструкторы двигателей знали, что, согласно циклу Отто , мощность и эффективность увеличиваются со степенью сжатия, но опыт с ранними бензинами во время Первой мировой войны показал, что более высокие степени сжатия увеличивают риск ненормального сгорания, что приводит к снижению мощности, снижению эффективности, перегреву двигателей и потенциально серьезному повреждению двигателя. Чтобы компенсировать эти плохие виды топлива, ранние двигатели использовали низкие степени сжатия, что требовало относительно больших, тяжелых двигателей с ограниченной мощностью и эффективностью. Первый бензиновый двигатель братьев Райт использовал степень сжатия всего 4,7 к 1, развивал всего 8,9 киловатт (12 л. с.) из 3290 кубических сантиметров (201 куб. дюйм) и весил 82 килограмма (180 фунтов). [39] [40] Это было серьезной проблемой для конструкторов самолетов, и потребности авиационной промышленности спровоцировали поиск топлива, которое можно было бы использовать в двигателях с более высокой степенью сжатия.
В период с 1917 по 1919 год количество используемого термически крекированного бензина почти удвоилось. Кроме того, значительно возросло использование природного бензина . В этот период многие штаты США установили спецификации для автомобильного бензина, но ни один из них не пришел к согласию, и они были неудовлетворительными с той или иной точки зрения. Крупные нефтеперерабатывающие заводы начали указывать процент ненасыщенных материалов (термически крекированные продукты вызывали смолообразование как при использовании, так и при хранении, в то время как ненасыщенные углеводороды более реакционноспособны и имеют тенденцию соединяться с примесями, что приводит к смолообразованию). В 1922 году правительство США опубликовало первые спецификации для авиационных бензинов (две марки были обозначены как «боевые» и «бытовые» и регулировались точками кипения, цветом, содержанием серы и тестом на образование смолы) вместе с одной «моторной» маркой для автомобилей. Тест на смолообразование по сути исключил термически крекированный бензин из использования в авиации, и, таким образом, авиационные бензины вернулись к фракционированию прямогонных нафт или смешиванию прямогонных и высокоочищенных термически крекированных нафт. Такая ситуация сохранялась до 1929 года. [41]
Автомобильная промышленность отреагировала на увеличение термически крекированного бензина тревогой. Термический крекинг производил большое количество как моно- , так и диолефинов (ненасыщенных углеводородов), что увеличивало риск смолообразования. [42] Кроме того, летучесть снижалась до такой степени, что топливо не испарялось и прилипало к свечам зажигания и загрязняло их, создавая трудный запуск и неровную работу зимой, а также прилипая к стенкам цилиндров, обходя поршни и кольца и попадая в масло картера. [43] Один журнал утверждал, что «на многоцилиндровом двигателе в дорогом автомобиле мы разбавляем масло в картере на 40 процентов за 200 миль [320 км] пробега, как показывает анализ масла в масляном поддоне». [44]
Будучи очень недовольными последующим снижением общего качества бензина, производители автомобилей предложили ввести стандарт качества для поставщиков масла. Нефтяная промышленность, в свою очередь, обвинила автопроизводителей в том, что они не делают достаточно для улучшения экономичности транспортных средств, и спор стал известен в двух отраслях как «проблема топлива». Вражда между отраслями росла, каждая обвиняла другую в том, что они ничего не делают для решения проблем, и их отношения ухудшились. Ситуация была разрешена только тогда, когда Американский институт нефти (API) инициировал конференцию для решения проблемы топлива, и в 1920 году был создан кооперативный комитет по исследованию топлива (CFR) для надзора за совместными исследовательскими программами и решениями. Помимо представителей двух отраслей, Общество инженеров-автомобилестроителей (SAE) также сыграло важную роль, а Бюро стандартов США было выбрано в качестве беспристрастной исследовательской организации для проведения многих исследований. Первоначально все программы были связаны с испаряемостью и расходом топлива, легкостью запуска, разбавлением масла в картере и ускорением. [45]
С ростом использования термически крекинговых бензинов возросла обеспокоенность относительно их влияния на аномальное сгорание, и это привело к исследованиям антидетонационных присадок. В конце 1910-х годов такие исследователи, как AH Gibson, Harry Ricardo , Thomas Midgley Jr. и Thomas Boyd, начали исследовать аномальное сгорание. Начиная с 1916 года, Charles F. Kettering из General Motors начал исследовать присадки на основе двух путей: «высокопроцентного» раствора (где добавлялись большие количества этанола ) и «низкопроцентного» раствора (где требовалось всего 0,53–1,1 г/л или 0,071–0,147 унций/галлон США). «Низкопроцентное» решение в конечном итоге привело к открытию тетраэтилсвинца (TEL) в декабре 1921 года, продукта исследований Midgley и Boyd и определяющего компонента этилированного бензина. Это нововведение положило начало циклу улучшений в топливной эффективности , совпавшему с масштабным развитием нефтепереработки для производства большего количества продуктов в диапазоне кипения бензина. Этанол нельзя было запатентовать, а ТЭЛ можно, поэтому Кеттеринг получил патент на ТЭЛ и начал продвигать его вместо других вариантов.
Опасность соединений, содержащих свинец , к тому времени была хорошо известна, и Кеттеринг был напрямую предупрежден Робертом Уилсоном из Массачусетского технологического института, Ридом Хантом из Гарварда, Янделлом Хендерсоном из Йельского университета и Эриком Краузе из Потсдамского университета в Германии о его использовании. Краузе много лет работал с тетраэтилсвинцом и назвал его «ползучим и вредоносным ядом», который убил члена его диссертационного комитета. [46] [47] 27 октября 1924 года газетные статьи по всей стране рассказали о рабочих на нефтеперерабатывающем заводе Standard Oil около Элизабет , штат Нью-Джерси, которые производили TEL и страдали от отравления свинцом . К 30 октября число погибших достигло пяти. [47] В ноябре Комиссия по труду Нью-Джерси закрыла нефтеперерабатывающий завод Bayway, и было начато расследование большого жюри, которое к февралю 1925 года не привело ни к каким обвинениям. Продажа этилированного бензина была запрещена в Нью-Йорке, Филадельфии и Нью-Джерси. General Motors , DuPont и Standard Oil, которые были партнерами в Ethyl Corporation , компании, созданной для производства TEL, начали утверждать, что не существует альтернатив этилированному бензину, которые бы поддерживали топливную экономичность и при этом предотвращали детонацию двигателя. После того, как несколько финансируемых промышленностью ошибочных исследований сообщили, что бензин, обработанный TEL, не является проблемой общественного здравоохранения, споры утихли. [47]
За пять лет до 1929 года было проведено большое количество экспериментов по различным методам испытаний для определения устойчивости топлива к ненормальному сгоранию. Оказалось, что детонация двигателя зависела от широкого спектра параметров, включая компрессию, момент зажигания, температуру цилиндра, двигатели с воздушным или водяным охлаждением, форму камеры, температуру впуска, бедные или богатые смеси и другие. Это привело к запутанному разнообразию тестовых двигателей, которые давали противоречивые результаты, и не существовало стандартной шкалы оценок. К 1929 году большинство производителей и потребителей авиационного бензина признали, что некий антидетонационный рейтинг должен быть включен в государственные спецификации. В 1929 году была принята шкала октанового рейтинга , а в 1930 году была установлена первая октановая спецификация для авиационного топлива. В том же году ВВС США в результате проведенных ими исследований указали топливо с октановым числом 87 для своих самолетов. [48]
В этот период исследования показали, что структура углеводорода чрезвычайно важна для антидетонационных свойств топлива. Парафины с прямой цепью в диапазоне кипения бензина имели низкие антидетонационные качества, в то время как кольцевые молекулы, такие как ароматические углеводороды (например, бензол ), имели более высокую стойкость к детонации. [49] Это развитие привело к поиску процессов, которые производили бы больше этих соединений из сырой нефти, чем достигалось при прямой перегонке или термическом крекинге. Исследования основных нефтеперерабатывающих заводов привели к разработке процессов, включающих изомеризацию дешевого и распространенного бутана в изобутан и алкилирование для соединения изобутана и бутиленов с образованием изомеров октана , таких как « изооктан », который стал важным компонентом в смешивании авиационного топлива. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, по мере увеличения производительности двигателя высота, которую мог достичь самолет, также увеличивалась, что привело к опасениям по поводу замерзания топлива. Среднее понижение температуры составляет 3,6 °F (2,0 °C) на каждые 300 метров (1000 футов) увеличения высоты, а на высоте 12 000 метров (40 000 футов) температура может приближаться к −57 °C (−70 °F). Такие присадки, как бензол, с температурой замерзания 6 °C (42 °F), замерзали бы в бензине и закупоривали бы топливные линии. Замещенные ароматические соединения, такие как толуол , ксилол и кумол , в сочетании с ограниченным количеством бензола решили эту проблему. [50]
К 1935 году существовало семь различных авиационных марок, основанных на октановом числе, две армейские марки, четыре военно-морские марки и три коммерческих марки, включая введение 100-октанового авиационного бензина. К 1937 году армия установила 100-октановое топливо в качестве стандартного топлива для боевых самолетов, и, чтобы добавить путаницы, правительство теперь признало 14 различных марок, в дополнение к 11 другим в зарубежных странах. Поскольку некоторые компании были обязаны иметь на складе 14 марок авиационного топлива, ни одна из которых не могла быть взаимозаменяемой, эффект для нефтеперерабатывающих заводов был негативным. Нефтеперерабатывающая промышленность не могла сосредоточиться на процессах конверсии большой мощности для такого количества различных марок, и нужно было найти решение. К 1941 году, в основном благодаря усилиям Комитета по исследованию кооперативного топлива, количество марок авиационного топлива было сокращено до трех: 73, 91 и 100 октан. [51]
Разработка 100-октанового авиационного бензина в экономически выгодных масштабах была отчасти обязана Джимми Дулиттлу , который стал авиационным менеджером Shell Oil Company. Он убедил Shell инвестировать в нефтеперерабатывающие мощности для производства 100-октанового бензина в масштабах, которые никому не были нужны, поскольку не существовало самолетов, которым требовалось топливо, которое никто не производил. Некоторые коллеги по работе назвали бы его усилия «ошибкой Дулиттла на миллион долларов», но время показало бы, что Дулиттл был прав. До этого армия рассматривала возможность проведения испытаний 100-октанового бензина с использованием чистого октана, но при цене 6,6 долл. за литр (25 долл./галлон США) цена не позволила этого сделать. В 1929 году компаниями Standard Oil из Калифорнии, Индианы и Нью-Джерси была организована компания Stanavo Specification Board Inc. для улучшения авиационных топлив и масел, а к 1935 году они выпустили на рынок свое первое 100-октановое топливо, Stanavo Ethyl Gasoline 100. Оно использовалось армией, производителями двигателей и авиакомпаниями для испытаний, а также для авиагонок и рекордных полетов. [52] К 1936 году испытания на аэродроме Райт-Филд с использованием новых, более дешевых альтернатив чистому октану доказали ценность 100-октанового топлива, и Shell и Standard Oil выиграли контракт на поставку тестовых партий для армии. К 1938 году цена снизилась до 0,046 долл. за литр (0,175 долл. за галлон США), что всего на 0,0066 долл. (0,025 долл.) больше, чем у 87-октанового топлива. К концу Второй мировой войны цена снизилась до 0,042 долл. за литр (0,16 долл. за галлон США). [53]
В 1937 году Юджин Хоудри разработал процесс каталитического крекинга Хоудри , который производил высокооктановый базовый бензин, превосходящий продукт термического крекинга, поскольку не содержал высокой концентрации олефинов. [33] В 1940 году в США работало всего 14 установок Хоудри; к 1943 году их число возросло до 77, как по процессу Хоудри, так и по типу Thermofor Catalytic или Fluid Catalyst. [54]
Поиск топлива с октановым числом выше 100 привел к расширению шкалы путем сравнения выходной мощности. Топливо, обозначенное как сорт 130, будет производить 130 процентов мощности в двигателе, работающем на чистом изооктане. Во время Второй мировой войны топливу с октановым числом выше 100 присваивались два рейтинга: богатая и бедная смесь, и они назывались «числами производительности» (PN). 100-октановый авиационный бензин будет называться сортом 130/100. [55]
Нефть и ее побочные продукты, особенно высокооктановый авиационный бензин, оказались движущей силой того, как Германия вела войну. В результате уроков Первой мировой войны Германия накопила нефть и бензин для своего молниеносного наступления и аннексировала Австрию, добавив 18 000 баррелей (2 900 м 3 ; 100 000 куб. футов) в день добычи нефти, но этого было недостаточно для поддержания запланированного завоевания Европы. Поскольку захваченные запасы и нефтяные месторождения были необходимы для подпитки кампании, немецкое высшее командование создало специальный отряд экспертов по нефтяным месторождениям, набранных из рядов отечественной нефтяной промышленности. Их отправили тушить пожары на нефтяных месторождениях и как можно скорее возобновлять добычу. Но захват нефтяных месторождений оставался препятствием на протяжении всей войны. Во время вторжения в Польшу немецкие оценки потребления бензина оказались значительно заниженными. Хайнц Гудериан и его танковые дивизии потребляли около 2,4 литра на километр (1 галлон США/миля) бензина по дороге в Вену . Когда они вступали в бой на открытой местности, потребление бензина почти удваивалось. На второй день битвы подразделение XIX корпуса было вынуждено остановиться, когда у него закончился бензин. [56] Одной из главных целей польского вторжения были их нефтяные месторождения, но Советы вторглись и захватили 70 процентов польской добычи, прежде чем немцы смогли добраться до них. Посредством германо-советского торгового соглашения (1940) Сталин в неопределенных выражениях согласился поставлять Германии дополнительную нефть, равную той, что добывается на теперь оккупированных Советским Союзом польских нефтяных месторождениях в Дрогобыче и Бориславе, в обмен на каменный уголь и стальные трубы.
Даже после того, как нацисты захватили огромные территории Европы, это не помогло решить проблему нехватки бензина. Этот регион никогда не был самодостаточным в плане поставок нефти до войны. В 1938 году территория, которая впоследствии была оккупирована нацистами, производила 575 000 баррелей (91 400 м 3 ; 3 230 000 куб. футов) в день. В 1940 году общее производство под контролем Германии составило всего 234 550 баррелей (37 290 м 3 ; 1 316 900 куб. футов). [57] К началу 1941 года и истощению немецких запасов бензина Адольф Гитлер видел во вторжении в Россию с целью захвата польских нефтяных месторождений и русской нефти на Кавказе решение проблемы нехватки бензина в Германии. Еще в июле 1941 года, после начала операции «Барбаросса» 22 июня , некоторые эскадрильи Люфтваффе были вынуждены сократить миссии наземной поддержки из-за нехватки авиационного бензина. 9 октября немецкий генерал-интендант подсчитал, что армейским транспортным средствам не хватает 24 000 баррелей (3 800 м 3 ; 130 000 куб. футов) бензина. [58] [ требуется уточнение (за какой период времени?) ]
Практически весь авиационный бензин Германии производился на заводах по производству синтетического масла, которые гидрогенизировали уголь и каменноугольную смолу. Эти процессы были разработаны в 1930-х годах в попытке достичь топливной независимости. В Германии производилось два сорта авиационного бензина в больших объемах: B-4 или синий сорт и C-3 или зеленый сорт, на долю которых приходилось около двух третей всего производства. B-4 был эквивалентен 89-октановому бензину, а C-3 был примерно равен 100-октановому бензину в США, хотя обедненная смесь оценивалась около 95-октанового бензина и была хуже, чем версия в США. Максимальная производительность, достигнутая в 1943 году, достигла 52 200 баррелей (8 300 м 3 ; 293 000 куб. футов) в день, прежде чем союзники решили нацелиться на заводы по производству синтетического топлива. Благодаря захваченным вражеским самолетам и анализу бензина, найденного в них, и союзники, и державы Оси были осведомлены о качестве производимого авиационного бензина, и это побудило гонку за октановым числом для достижения преимущества в летных характеристиках самолетов. Позже в ходе войны сорт C-3 был улучшен до уровня, эквивалентного сорту US 150 (рейтинг богатой смеси). [59]
Япония, как и Германия, почти не имела внутренних поставок нефти и к концу 1930-х годов производила только семь процентов своей собственной нефти, импортируя остальную часть — 80 процентов из США. По мере того, как японская агрессия в Китае росла ( инцидент с USS Panay ) и до американской общественности доходили новости о японских бомбардировках гражданских центров, особенно о бомбардировке Чунцина, общественное мнение начало поддерживать эмбарго США. Опрос Гэллапа в июне 1939 года показал, что 72 процента американской общественности поддерживали эмбарго на поставки военных материалов в Японию. Это усилило напряженность между США и Японией и привело к тому, что США ввели ограничения на экспорт. В июле 1940 года США выпустили прокламацию, запрещающую экспорт авиационного бензина с октановым числом 87 или выше в Японию. Этот запрет не мешал японцам, поскольку их самолеты могли работать с топливом с октановым числом ниже 87, и при необходимости они могли добавлять TEL для повышения октанового числа. Как оказалось, Япония закупила на 550 процентов больше авиационного бензина с октановым числом ниже 87 в течение пяти месяцев после запрета на продажу более высокооктанового бензина в июле 1940 года. [60] Возможность полного запрета бензина из Америки вызвала трения в японском правительстве относительно того, какие действия предпринять для обеспечения больших поставок из Голландской Ост-Индии, и потребовала большего экспорта нефти от изгнанного голландского правительства после битвы за Нидерланды . Это действие побудило США переместить свой Тихоокеанский флот из Южной Калифорнии в Перл-Харбор, чтобы помочь укрепить британскую решимость остаться в Индокитае. С японским вторжением во Французский Индокитай в сентябре 1940 года возникли большие опасения по поводу возможного японского вторжения в Голландскую Индию для обеспечения своей нефти. После того, как США запретили весь экспорт стального и железного лома, на следующий день Япония подписала Тройственный пакт , и это заставило Вашингтон опасаться, что полное нефтяное эмбарго США побудит японцев вторгнуться в Голландскую Ост-Индию. 16 июня 1941 года Гарольд Икес, назначенный координатором по нефти для национальной обороны, остановил поставку нефти из Филадельфии в Японию в связи с нехваткой нефти на Восточном побережье из-за возросшего экспорта союзникам. Он также телеграфировал всем поставщикам нефти на Восточном побережье не отправлять нефть в Японию без его разрешения. Президент Рузвельт отменил приказы Икеса, заявив Икесу, что «у меня просто нет достаточного количества флота, чтобы все сделать, и каждый небольшой эпизод в Тихом океане означает меньшее количество кораблей в Атлантике». [61] 25 июля 1941 года США заморозили все японские финансовые активы, и для каждого использования замороженных средств, включая закупки нефти, которые могли бы производить авиационный бензин, требовались лицензии. 28 июля 1941 года Япония вторглась в южный Индокитай.
Дебаты внутри японского правительства относительно ситуации с нефтью и бензином привели к вторжению в Голландскую Ост-Индию, но это означало бы войну с США, чей Тихоокеанский флот представлял угрозу их флангу. Эта ситуация привела к решению атаковать флот США в Перл-Харборе, прежде чем приступить к вторжению в Голландскую Ост-Индию. 7 декабря 1941 года Япония атаковала Перл-Харбор, а на следующий день Нидерланды объявили войну Японии, что инициировало Голландскую кампанию в Ост-Индии . Но японцы упустили золотую возможность в Перл-Харборе. «Вся нефть для флота находилась в надводных танках во время Перл-Харбора», — позже сказал адмирал Честер Нимиц, ставший главнокомандующим Тихоокеанским флотом. «У нас было около 4+1 ⁄ 2 миллиона баррелей [0,72 × 10 6 м 3 ; 25 × 10 6 куб. футов] нефти там, и вся она уязвима для пуль .50 калибра. Если бы японцы уничтожили нефть, — добавил он, — это продлило бы войну еще на два года». [62]
В начале 1944 года Уильям Бойд, президент Американского института нефти и председатель Военного совета нефтяной промышленности, сказал: «Союзники, возможно, плыли к победе на волне нефти в Первой мировой войне, но в этой бесконечно большей Второй мировой войне мы летим к победе на крыльях нефти». В декабре 1941 года в США было 385 000 нефтяных скважин, производящих 1,6 миллиарда баррелей (0,25 × 10 9 м 3 ; 9,0 × 10 9 куб. футов) нефти в год, а мощность по производству 100-октанового авиационного бензина составляла 40 000 баррелей (6 400 м 3 ; 220 000 куб. футов) в день. К 1944 году США производили более 1,5 млрд баррелей (0,24 × 10 9 м 3 ; 8,4 × 10 9 куб. футов) в год (67 процентов мирового производства), а нефтяная промышленность построила 122 новых завода по производству 100-октанового авиационного бензина, а мощность составляла более 400 000 баррелей (64 000 м 3 ; 2 200 000 куб. футов) в день — увеличение более чем в десять раз. Было подсчитано, что США производили достаточно 100-октанового авиационного бензина, чтобы позволить сбрасывать 16 000 метрических тонн (18 000 коротких тонн; 16 000 длинных тонн) бомб на противника каждый день в году. Учет потребления бензина армией до июня 1943 года был нескоординированным, поскольку каждая служба снабжения армии закупала собственные нефтепродукты, а централизованной системы контроля и учета не существовало. 1 июня 1943 года армия создала Отдел горюче-смазочных материалов Корпуса интендантства, и, исходя из их записей, они подсчитали, что армия (исключая горюче-смазочные материалы для самолетов) закупила более 9,1 миллиарда литров (2,4 × 10 9 галлонов США) бензина для поставок на зарубежные театры военных действий в период с 1 июня 1943 года по август 1945 года. Эта цифра не включает бензин, используемый армией внутри США [63]. Производство моторного топлива сократилось с 701 миллиона баррелей (111,5 × 10 6 м 3 ; 3940 × 10 6 куб. футов) в 1941 году до 208 миллионов баррелей (33,1 × 10 6 м 3 ; 1170 × 10 6 куб. футов) в 1943 году. [64]Вторая мировая война ознаменовала первый случай в истории США, когда бензин был нормирован, и правительство ввело контроль цен для предотвращения инфляции. Потребление бензина на автомобиль снизилось с 2860 литров (755 галлонов США) в год в 1941 году до 2000 литров (540 галлонов США) в 1943 году с целью сохранения резины для шин, поскольку японцы отрезали США от более чем 90 процентов поставок резины, которые поступали из Голландской Ост-Индии, а промышленность синтетического каучука в США находилась в зачаточном состоянии. Средние цены на бензин выросли с рекордно низкого уровня в 0,0337 долл. США за литр (0,1275 долл. США/галлон США) (0,0486 долл. США (0,1841 долл. США) с налогами) в 1940 году до 0,0383 долл. США за литр (0,1448 долл. США/галлон США) (0,0542 долл. США (0,2050 долл. США) с налогами) в 1945 году. [65]
Даже при самом большом в мире производстве авиационного бензина американские военные все равно обнаружили, что его нужно больше. На протяжении всей войны поставки авиационного бензина всегда отставали от потребностей, и это влияло на обучение и операции. Причина этого дефицита возникла еще до начала войны. Свободный рынок не поддерживал расходы на производство 100-октанового авиационного топлива в больших объемах, особенно во время Великой депрессии. Изооктан на ранней стадии разработки стоил 7,9 долл. за литр (30 долл./галлон США), и даже к 1934 году он все еще составлял 0,53 долл. за литр (2 долл./галлон США) по сравнению с 0,048 долл. (0,18 долл.) за автомобильный бензин, когда армия решила поэкспериментировать со 100-октановым бензином для своих боевых самолетов. Хотя только три процента боевых самолетов США в 1935 году могли в полной мере использовать преимущества более высокого октана из-за низкой степени сжатия, армия увидела, что потребность в повышении производительности оправдывает расходы, и закупила 100 000 галлонов. К 1937 году армия установила 100-октановое топливо в качестве стандартного топлива для боевых самолетов, а к 1939 году производство составило всего 20 000 баррелей (3 200 м 3 ; 110 000 куб. футов) в день. По сути, армия США была единственным рынком для 100-октанового авиационного бензина, и когда в Европе началась война, это создало проблему с поставками, которая сохранялась на протяжении всего периода. [66] [67]
С войной в Европе, которая стала реальностью в 1939 году, все прогнозы потребления 100-октанового бензина превосходили все возможное производство. Ни армия, ни флот не могли заключать контракты на топливо более чем на шесть месяцев вперед, и они не могли предоставить средства на расширение завода. Без долгосрочного гарантированного рынка нефтяная промышленность не стала бы рисковать своим капиталом для расширения производства продукта, который купит только правительство. Решением проблемы расширения хранения, транспортировки, финансов и производства стало создание Корпорации оборонных поставок 19 сентября 1940 года. Корпорация оборонных поставок должна была закупать, перевозить и хранить весь авиационный бензин для армии и флота по себестоимости плюс плата за перевозку. [68]
Когда прорыв союзников после дня Д обнаружил, что их армии растянули свои линии снабжения до опасной точки, временным решением стал Red Ball Express . Но даже этого вскоре оказалось недостаточно. Грузовикам в конвоях приходилось проезжать большие расстояния по мере продвижения армий, и они потребляли больший процент того же самого бензина, который пытались доставить. В 1944 году Третья армия генерала Джорджа Паттона наконец остановилась недалеко от границы с Германией из-за того, что у них закончился бензин. Генерал был так расстроен прибытием грузовика с пайками вместо бензина, что, как сообщалось, он закричал: «Чёрт, они посылают нам еду, когда знают, что мы можем сражаться без еды, но не без нефти». [69] Решение пришлось отложить до ремонта железнодорожных линий и мостов, чтобы более эффективные поезда могли заменить потребляющие бензин грузовики-конвои.
Разработка реактивных двигателей, сжигающих топливо на основе керосина во время Второй мировой войны для самолетов, создала более производительную двигательную систему, чем двигатели внутреннего сгорания, и вооруженные силы США постепенно заменили свои поршневые боевые самолеты на реактивные самолеты. Это развитие по сути устранило бы военную потребность в постоянно растущем октановом топливе и исключило бы государственную поддержку нефтеперерабатывающей промышленности для продолжения исследований и производства такого экзотического и дорогого топлива. Коммерческая авиация медленнее адаптировалась к реактивному движению, и до 1958 года, когда Boeing 707 впервые поступил в коммерческую эксплуатацию, поршневые авиалайнеры все еще полагались на авиационный бензин. Но у коммерческой авиации были большие экономические проблемы, чем максимальная производительность, которую могли себе позволить военные. С ростом октанового числа росла и стоимость бензина, но постепенное увеличение эффективности становится меньше по мере увеличения степени сжатия. Эта реальность установила практический предел того, насколько высокие степени сжатия могли увеличиться относительно того, насколько дорогим станет бензин. [70] Последний раз произведенный в 1955 году, Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major использовал авиационный бензин 115/145 и производил 0,046 киловатт на кубический сантиметр (1 л. с./куб. дюйм) при степени сжатия 6,7 (турбонаддув увеличил бы это) и 0,45 килограмма (1 фунт) веса двигателя для производства 0,82 киловатт (1,1 л. с.). Для сравнения, двигателю братьев Райт требовалось почти 7,7 килограмма (17 фунтов) веса двигателя для производства 0,75 киловатт (1 л. с.).
Автомобильная промышленность США после Второй мировой войны не могла воспользоваться преимуществами высокооктанового топлива, доступного тогда. Степень сжатия автомобилей увеличилась с 5,3 к 1 в среднем в 1931 году до всего лишь 6,7 к 1 в 1946 году. Среднее октановое число обычного автомобильного бензина увеличилось с 58 до 70 за то же время. Военные самолеты использовали дорогие двигатели с турбонаддувом, которые стоили как минимум в 10 раз дороже за лошадиную силу, чем автомобильные двигатели, и их приходилось ремонтировать каждые 700–1000 часов. Автомобильный рынок не мог поддерживать такие дорогие двигатели. [71] Только в 1957 году первый американский производитель автомобилей смог массово производить двигатель, который производил бы одну лошадиную силу на кубический дюйм, вариант двигателя Chevrolet V-8 мощностью 283 л. с./283 кубических дюйма в Corvette. При цене в 485 долларов это был дорогой вариант, который могли себе позволить лишь немногие потребители, и он был бы интересен только ориентированному на производительность рынку потребителей, готовому платить за требуемое премиальное топливо. [72] Этот двигатель имел заявленную степень сжатия 10,5 к 1, а в спецификациях AMA 1958 года указывалось, что требуемое октановое число составляло 96–100 RON. [73] При весе 243 кг (535 фунтов) (1959 год с алюминиевым впуском) требовалось 0,86 кг (1,9 фунта) веса двигателя, чтобы выдать 0,75 киловатт (1 л. с.). [74]
В 1950-х годах нефтеперерабатывающие заводы начали фокусироваться на высокооктановом топливе, а затем в бензин стали добавлять моющие средства для очистки жиклеров в карбюраторах. В 1970-х годах возросло внимание к экологическим последствиям сжигания бензина. Эти соображения привели к постепенному отказу от TEL и замене его другими антидетонационными соединениями. Впоследствии был введен бензин с низким содержанием серы, отчасти для сохранения катализаторов в современных выхлопных системах. [75]
Коммерческий газ представляет собой смесь большого количества различных углеводородов. [76] Химический бензин производится для соответствия ряду спецификаций производительности двигателя, и возможны многие различные составы. Следовательно, точный химический состав бензина не определен. Спецификация производительности также меняется в зависимости от сезона, требуя менее летучих смесей летом, чтобы минимизировать потери от испарения. На нефтеперерабатывающем заводе состав меняется в зависимости от сырой нефти, из которой он производится, типа технологических установок, имеющихся на нефтеперерабатывающем заводе, способа эксплуатации этих установок и того, какие углеводородные потоки (смеси) нефтеперерабатывающий завод выбирает использовать при смешивании конечного продукта. [77]
Бензин производится на нефтеперерабатывающих заводах . Примерно 72 литра (19 галлонов США) бензина получают из 160-литровой (42 галлона США) барреля сырой нефти . [78] 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 небольших, относительно легких углеводородов с 4–12 атомами углерода на молекулу (обычно называемых C4–C12). [75] Это смесь парафинов ( алканов ), олефинов ( алкенов ) и нафтенов ( циклоалканов ). Использование термина парафин вместо стандартной химической номенклатуры алкан характерно для нефтяной промышленности. Фактическое соотношение молекул в любом бензине 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) [77]
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).
Удельный вес бензина колеблется от 0,71 до 0,77, [79] причем более высокие плотности имеют большую объемную долю ароматических соединений. [80] Готовый товарный бензин продается (в Европе) по стандартной цене 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 возгорания 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).
Наличие 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. При возобновлении регулярного использования двигателя накопление может быть или не 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. [75]
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 кВтч /кг; 21,2 МДж/ фунт ) или по объему 33,6 мегаджоулей на литр (9,3 кВтч/л; 127 МДж/галлон США; 121 000 БТЕ/галлон США), указывая на более низкую теплотворную способность . [81] Бензиновые смеси различаются, и поэтому фактическое содержание энергии варьируется в зависимости от сезона и производителя до 1,75 процента больше или меньше среднего. [82] 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 . [83]
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. [84] [85] [86]
В США октановое число неэтилированного топлива варьируется от 85 [87] 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». [88]
Октановое число стало важным, поскольку военные стремились к более высокой мощности 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 ВВС Великобритании, и ВВС США проводили некоторые операции в Европе с использованием топлива с октановым числом 150 ( авиационный бензин 100/150 ), полученного путем добавления 2,5 процента анилина к 100-октановому авиационному бензину. [89] 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 . [90] ОАЭ начали переходить на неэтилированный бензин в начале 2000-х годов. [91]
Снижение среднего содержания свинца в крови человека может быть основной причиной снижения уровня насильственных преступлений во всем мире [92] , включая Южную Африку. [93] Исследование обнаружило корреляцию между использованием этилированного бензина и насильственными преступлениями (см. Гипотеза о связи свинца и преступлений ). [94] [95] 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 каждый 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». [96] Однако этилированный бензин по-прежнему используется в авиации, автогонках и внедорожных применениях. [97] 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, [98] и LRP был выведен из обращения через 8-10 лет после введения неэтилированного. [99]
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. [100]
Метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганца (ММТ) используется в Канаде и США для повышения октанового числа. [101] Его использование в США ограничено правилами, хотя в настоящее время разрешено. [102] Его использование в Европейском Союзе ограничено статьей 8a Директивы о качестве топлива [103] после его тестирования в соответствии с Протоколом по оценке воздействия металлических топливных присадок на выбросы транспортных средств. [104]
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 . [75] 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. [105]
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 в качестве загрязнителей 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. [106] Типичные моющие средства включают алкиламины и алкилфосфаты на уровне 50–100 частей на миллион. [75]
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. [107] 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 заправочных станций 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 различных частях страны продается 10-процентный смешанный продукт этанола (E10). [108] [109] По крайней мере в одном исследовании было обнаружено, что этанол повреждает каталитические нейтрализаторы. [110]
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. [111] В США авиационный бензин ( avgas ) окрашивается для обозначения его октанового числа и для отличия от реактивного топлива на основе керосина, которое остается бесцветным. [112] В Канаде бензин для морского и сельскохозяйственного использования окрашивается в красный цвет и не облагается акцизным налогом на топливо в большинстве провинций. [113]
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. [114]
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. [115]
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. [116] Углеводороды в бензине обычно проявляют низкую острую токсичность, при этом LD50 составляет 700–2700 мг/кг для простых ароматических соединений. [117] Бензол и многие антидетонационные присадки являются канцерогенными .
Люди могут подвергаться воздействию бензина на рабочем месте, проглатывая его, вдыхая пары, контактируя с кожей и глазами. Бензин токсичен. Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) также определил бензин как канцероген. [118] 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. [119]
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 . [120] [121]
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. [122] Считается, что эта практика вызывает серьезные повреждения органов, а также другие последствия, такие как умственная отсталость и различные виды рака . [123] [124] [125] [126]
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 . [127] В 2012 году эта проблема снова попала в новостные СМИ Канады. [128]
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 [129] или в результате экспериментов рабочих лесопильного завода полуострова Кобург в 1940-х годах , [130] другие источники утверждают, что злоупотребление ингалянтами (например, вдыхание клея) появилось в Австралии в конце 1960-х годов. [131] 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 в настоящее время широко распространено в отдаленных общинах аборигенов Северной Территории , Западной Австралии , северных частях Южной Австралии и Квинсленда . [132] 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 употреблению бензина. [133] В 2005 году правительство Австралии и BP Australia начали использовать топливо Opal в отдаленных районах, склонных к вдыханию бензина. [134] Opal — это ненюхаемое топливо (которое с гораздо меньшей вероятностью вызовет кайф), и оно изменило ситуацию в некоторых общинах коренных народов.
Бензин чрезвычайно огнеопасен из-за своей низкой температуры вспышки -23 °C (-9 °F). Как и другие углеводороды, бензин горит в ограниченном диапазоне своей паровой фазы, и в сочетании с его летучестью это делает утечки крайне опасными при наличии источников возгорания. 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 бедна и не воспламеняется. Если концентрация выше 7,6 процента, смесь слишком богата 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. [135] [136] 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, он может вызвать лейкемию, а ксилол может вызвать головную боль, головокружение, тошноту и рвоту. Воздействие на человека большого количества альдегидов может вызвать раздражение глаз, тошноту и головокружение. Помимо канцерогенных эффектов, длительное воздействие может вызвать повреждение кожи, печени, почек и катаракту. [137] 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. [137] [138] Мелкие частицы также опасны для здоровья. [8]
В последние годы быстрое производство автомобилей значительно увеличило их использование, что привело к множеству серьезных экологических рисков. 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 [139] Сжигание бензина производит 2,35 килограмма на литр (19,6 фунта/галлон США) углекислого газа, парникового газа . [140] [141]
Несгоревший бензин и испарения из бака , находясь в атмосфере , реагируют на солнечном свете , образуя фотохимический смог . Давление паров изначально повышается при добавлении некоторого количества этанола к бензину, но увеличение является наибольшим при 10 процентах по объему. [142] 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, доставляющих бензин, 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. [143]
Использование бензина вызывает ряд пагубных последствий для населения и климата в целом. Наносимый вред включает в себя 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. [144] [145]
Около 2,353 килограмма на литр (19,64 фунта/галлон США) углекислого газа (CO 2 ) производится при сжигании бензина, который не содержит этанол. [141] Большая часть розничного бензина, который сейчас продается в США, содержит около 10 процентов топливного этанола (или E10) по объему. [141] 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 при сжигании E10 производится около 2,271 килограмма на литр (18,95 фунта/галлон США) CO 2 . [141]
Во всем мире на каждые 100 км пробега автомобилей и фургонов сжигается 7 литров бензина . [146]
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 номинальной производительностью». [146]
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. [147]
Международное энергетическое агентство заявило в 2021 году, что «дорожное топливо должно облагаться налогом по ставке, отражающей его воздействие на здоровье людей и климат». [146]
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. [148]
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). [149] 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. [149] В США наблюдался рост цен на бензин в течение 2011 года, [150] 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, поскольку правительство Калифорнии вводит уникальные формулы и налоги на бензин в Калифорнии. [151]
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 [update]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 ). [152]
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». [153] 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». [154] Автомобили с турбированными двигателями и высокой степенью сжатия часто используют премиум-бензин, поскольку более высокооктановое топливо снижает частоту «стука» или предвзятой детонации топлива. [155] Цена на бензин значительно варьируется между летними и зимними месяцами. [156]
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. [157]
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 . [159]
По данным отдела планирования и анализа нефтяной промышленности Министерства нефти, водители Индии использовали 500 000 баррелей автомобильного бензина в день за 12 месяцев, закончившихся в феврале 2016 г.
На основе оценок, предоставленных нефтеперерабатывающей промышленностью, Министерство национального развития и энергетики подсчитало, что решение снизить RON бензина высшего качества с 98 до 97 привело к годовой экономии, эквивалентной примерно 1,6 млн баррелей сырой нефти.
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.
