الوقود السائل

البنزين هو أكثر أنواع الوقود السائل استخدامًا. يتكون البنزين، كما يُعرف في الولايات المتحدة وكندا، أو البنزين في أماكن أخرى، من جزيئات هيدروكربونية (مركبات تحتوي على الهيدروجين والكربون فقط) تُشكل مركبات أليفاتية ، أو سلاسل من الكربون مرتبطة بذرات الهيدروجين. مع ذلك، توجد العديد من المركبات العطرية (سلاسل كربونية تُشكل حلقات) مثل البنزين بشكل طبيعي في البنزين، وهي تُسبب المخاطر الصحية المرتبطة بالتعرض المطول لهذا الوقود.

يتم إنتاج البنزين عن طريق تقطير النفط الخام . ويُفصل السائل المرغوب فيه عن النفط الخام في المصافي . يُستخرج النفط الخام من الأرض عبر عدة عمليات، ولعلّ أكثرها شيوعًا هي المضخات الشعاعية . ولإنتاج البنزين، يجب أولًا فصل البترول عن النفط الخام.

لا يحترق البنزين السائل نفسه، بل تشتعل أبخرته، مما يؤدي إلى تبخر السائل المتبقي واحتراقه. يتميز البنزين بتقلباته الشديدة وسرعة اشتعاله، مما يجعل أي تسرب منه خطيرًا للغاية. يُباع البنزين في معظم البلدان برقم أوكتان مُعلن . يُعد رقم الأوكتان مقياسًا تجريبيًا لمقاومة البنزين للاحتراق المبكر، المعروف باسم "الخبط" . كلما ارتفع رقم الأوكتان، زادت مقاومة الوقود للاشتعال الذاتي تحت الضغوط العالية، مما يسمح بنسبة انضغاط أعلى . يمكن للمحركات ذات نسبة الانضغاط الأعلى، الشائعة الاستخدام في سيارات السباق والسيارات عالية الأداء ذات الإنتاج العادي، أن تُنتج طاقة أكبر؛ ومع ذلك، تتطلب هذه المحركات وقودًا ذا رقم أوكتان أعلى. لقد تم في الماضي زيادة تصنيف الأوكتان عن طريق إضافة مواد مضافة "مضادة للطرق" مثل رباعي إيثيل الرصاص (TEL أو ببساطة "الرصاص") أو ميثيل ثالثي بوتيل الإيثر (MTBE) ، ولكن نظرًا للتأثيرات البيئية لهذه المواد المضافة (وأبرزها رباعي إيثيل الرصاص)، أصبحت هذه المواد المضافة أقل شيوعًا، ومحظورة بموجب القانون المحلي، ويتم استبدالها ببدائل أكثر ملاءمة للبيئة أو عمليات تكرير أكثر كثافة.

يشبه الديزل التقليدي البنزين في كونه مزيجًا من الهيدروكربونات الأليفاتية المستخرجة من البترول. قد يكون سعر الديزل أعلى أو أقل من البنزين، لكن تكلفة إنتاجه أقل عمومًا نظرًا لبساطة عمليات الاستخراج المستخدمة. كما أن بعض الدول (وخاصة كندا والهند وإيطاليا) تفرض ضرائب أقل على وقود الديزل.

بعد التقطير، تُعالَج عادةً أجزاء الديزل لتقليل نسبة الكبريت فيه. يُسبِّب الكبريت تآكل المركبات، والأمطار الحمضية ، وزيادة انبعاثات السخام من أنبوب العادم. تاريخيًا، كانت أوروبا تفرض مستويات كبريت أقل من تلك المفروضة في الولايات المتحدة. إلا أن تشريعًا أمريكيًا حديثًا خفَّض الحد الأقصى لمحتوى الكبريت في الديزل من 3000 جزء في المليون إلى 500 جزء في المليون عام 2007، ثم إلى 15 جزءًا في المليون بحلول عام 2010. وتجري تغييرات مماثلة في كندا وأستراليا ونيوزيلندا والعديد من الدول الآسيوية. انظر أيضًا: ديزل منخفض الكبريت للغاية .

محرك الديزل هو نوع من محركات الاحتراق الداخلي التي تشعل الوقود عن طريق حقنه في غرفة احتراق مضغوطة مسبقًا بالهواء (مما يؤدي بدوره إلى رفع درجة الحرارة) بدلاً من استخدام مصدر إشعال خارجي، مثل شمعة الإشعال.

يُستخدم الكيروسين (المعروف أيضًا باسم "البارافين" أو "زيت المصابيح") في مصابيح الكيروسين، وكوقود للطهي والتدفئة والمحركات الصغيرة. وقد حلّ محل زيت الحيتان في الإضاءة. يُصنع وقود الطائرات النفاثة بعدة أنواع ( Avtur ، Jet A ، Jet A-1 ، Jet B ، JP-4 ، JP-5 ، JP-7 ، أو JP-8 ) وهي عبارة عن مخاليط من الكيروسين. يُحرق أحد أنواع هذا الوقود، المعروف باسم RP-1، مع الأكسجين السائل كوقود للصواريخ. وتستوفي هذه الأنواع من الكيروسين مواصفات نقاط الاحتراق ونقاط التجمد.

في منتصف القرن العشرين، استُخدم الكيروسين، أو مزيج منه مع مواد عطرية يُعرف باسم "زيت تبخير الجرارات" (TVO) أو "كيروسين الطاقة"، كوقود رخيص للجرارات التي تعمل بمحركات البنزين والكيروسين ذات الضغط المنخفض . كان المحرك يبدأ بالعمل بالبنزين، ثم يتحول إلى الكيروسين (أو زيت تبخير الجرارات) بمجرد أن يسخن. وكان صمام حراري على مشعب العادم يوجه غازات العادم حول أنبوب السحب، مما يؤدي إلى تسخين الكيروسين إلى درجة يمكن إشعاله بشرارة كهربائية .

يُستخدم الكيروسين أحيانًا كمادة مضافة إلى وقود الديزل لمنع تجمّده أو تشكّل الشمع عليه في درجات الحرارة المنخفضة. مع ذلك، لا يُنصح بذلك في بعض محركات الديزل الحديثة للسيارات، إذ قد يُؤثر ذلك على أجهزة تنظيم انبعاثات المحرك.

غاز البترول المسال هو مزيج من البروبان والبيوتان ، وكلاهما غازان قابلان للانضغاط بسهولة في الظروف الجوية العادية. يوفر غاز البترول المسال العديد من مزايا الغاز الطبيعي المضغوط، ولكنه لا يحترق بنفس نظافته، كما أنه أكثر كثافة من الهواء وأسهل انضغاطًا. يُستخدم غاز البترول المسال والبروبان المضغوط بشكل شائع في الطهي والتدفئة، ويشهد استخدامهما تزايدًا في المركبات الآلية؛ ويُعد البروبان ثالث أكثر أنواع وقود السيارات استخدامًا على مستوى العالم.

عند احتراق الوقود البترولي، ينبعث ثاني أكسيد الكربون الضروري لنمو النباتات، ولكنه (نظراً لحجم الانبعاثات العالمية الهائل) يُعدّ ضاراً بالمناخ العالمي. يمكن تقدير كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة عند احتراق لتر واحد من الوقود كما يلي: ^{[ 1 ]} وكتقريب جيد، فإن الصيغة الكيميائية للديزل، على سبيل المثال، هي C_ن هـ_٢ن . لاحظ أن الديزل خليط من جزيئات مختلفة. بما أن الكتلة المولية للكربون ١٢ غ/مول، والكتلة المولية للهيدروجين (الذري) حوالي ١ غ/مول، فإن نسبة الكربون في الديزل، وزناً، تقارب ١٢/١٤. ويُعطى تفاعل احتراق الديزل بالمعادلة التالية:

2 ج_ن هـ_2ن + 3نO₂ ⇌2nCO₂ + 2nH₂ O

يبلغ الوزن الجزيئي لثاني أكسيد الكربون 44 غ/مول، حيث يتكون من ذرتين من الأكسجين (16 غ/مول) وذرة واحدة من الكربون (12 غ/مول). لذا، ينتج عن احتراق 12 غ من الكربون 44 غ من ثاني أكسيد الكربون. تبلغ كثافة الديزل 0.838 كغ/لتر. وبناءً على ذلك، يمكن حساب كتلة ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن احتراق لتر واحد من الديزل كما يلي:

${\displaystyle 0.838kg/L\cdot {\frac {12}{14}}\cdot {\frac {44}{12}}=2.63kg/L}$

إن كمية ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن لتر واحد من الديزل، والتي تبلغ 2.63 كجم، قريبة من القيم الموجودة في المراجع العلمية.

بالنسبة للبنزين، الذي تبلغ كثافته 0.75 كجم/لتر ونسبة ذرات الكربون إلى الهيدروجين فيه حوالي 6 إلى 14، فإن القيمة التقديرية لانبعاثات الكربون عند حرق لتر واحد من البنزين تعطي ما يلي:

${\displaystyle 0.75kg/L\cdot {{\frac {6\cdot 12}{6\cdot 12+14}}\cdot 1}\cdot {\frac {44}{12}}=2.3kg/L}$

الميثانول هو أخف أنواع الكحول وأبسطها ، ويُنتج من غاز الميثان الموجود في الغاز الطبيعي . يُحدّ من استخدامه بشكل أساسي سميته (المشابهة للبنزين)، بالإضافة إلى قابليته العالية للتآكل وامتزاجه بالماء. تُستخدم كميات صغيرة منه في بعض أنواع البنزين لرفع رقم الأوكتان . وتُستخدم أنواع الوقود المُصنّعة من الميثانول في بعض سيارات السباق والطائرات النموذجية.

يُطلق على الميثانول أيضاً اسم كحول الميثيل أو كحول الخشب ، وذلك لأنه كان يُنتج سابقاً من تقطير الخشب. ويُعرف أيضاً باسم هيدرات الميثيل .

الإيثانول ، المعروف أيضاً بالكحول الإيثيلي، يُستخدم عادةً في المشروبات الكحولية . كما يُستخدم أيضاً كوقود، غالباً ممزوجاً بالبنزين. ويُستخدم في الغالب بنسبة 9:1 من البنزين إلى الإيثانول للحد من الآثار البيئية السلبية للبنزين.

يتزايد الاهتمام باستخدام مزيج من 85% إيثانول وقود ممزوج بـ 15% بنزين. يتميز هذا المزيج، المسمى E85، برقم أوكتان أعلى من معظم أنواع البنزين الممتاز. عند استخدامه في المركبات الحديثة متعددة الوقود ، فإنه يوفر أداءً أفضل من البنزين الذي يحل محله، ولكن على حساب زيادة استهلاك الوقود نظرًا لانخفاض محتوى الطاقة النوعية للإيثانول. ^{[ 3 ]}

يمكن اعتبار الإيثانول المستخدم في البنزين والأغراض الصناعية وقودًا أحفوريًا لأنه غالبًا ما يتم تصنيعه من منتج البترول الإيثيلين ، وهو أرخص من إنتاجه من تخمير الحبوب أو قصب السكر .

البيوتانول هو كحول يمكن استخدامه كوقود في معظم محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين دون الحاجة إلى تعديل المحرك. وهو عادةً نتاج تخمير الكتلة الحيوية بواسطة بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيلكوم (المعروفة أيضًا باسم كائن وايزمان). وقد وصف حاييم وايزمان هذه العملية لأول مرة عام 1916 لإنتاج الأسيتون من النشا لصنع الكوردايت ، وهو نوع من البارود عديم الدخان.

تتميز البيوتانول بمزايا عديدة، منها ارتفاع رقم الأوكتان (أكثر من 100) ومحتواه العالي من الطاقة، الذي يقل بنسبة 10% فقط عن البنزين، وبالتالي فهو أكثر كثافة طاقة بنسبة 50% تقريبًا من الإيثانول، و100% أكثر من الميثانول. أما عيوب البيوتانول الرئيسية فتتمثل في ارتفاع درجة اشتعاله (35  درجة مئوية أو 95  درجة فهرنهايت)، وسميته (مع العلم أن مستويات السمية موجودة ولكنها غير مؤكدة بدقة)، وانبعاث رائحة كريهة أثناء عملية تخمير البيوتانول المتجدد. لا يستطيع كائن وايزمان تحمل مستويات البيوتانول التي تصل إلى 2% تقريبًا، مقارنةً بـ 14% للإيثانول والخميرة. لا ينتج عن إنتاج البيوتانول من النفط مثل هذه الرائحة، إلا أن محدودية إمدادات النفط وتأثيره البيئي السلبي يُفقدان جدوى الوقود البديل. تتراوح تكلفة البيوتانول بين 1.25 و1.32 دولارًا أمريكيًا للكيلوغرام (0.57-0.58 دولارًا أمريكيًا للرطل أو 4 دولارات أمريكية تقريبًا للغالون). يعتبر البيوتانول أغلى بكثير من الإيثانول (حوالي 0.40 دولار للتر أو 1.50 دولار للجالون) والميثانول.

في 20 يونيو 2006، أعلنت شركتا دوبونت وبي بي عن تحويل مصنع إيثانول قائم لإنتاج 9 ملايين جالون (34 ألف متر مكعب) من البيوتانول سنويًا من بنجر السكر. وذكرت دوبونت أن هدفها هو منافسة أسعار النفط عند 30-40 دولارًا للبرميل (0.19-0.25 دولارًا للتر) دون دعم حكومي، مما أدى إلى تضييق الفجوة السعرية مع الإيثانول.