Motorbrændstoffer

[Morten Jødal]

Til de to motortyper, der er udbredte i almindelige landkøretøjer (4-takts dieselmotorer og ditto tændrørsforsynede ottomotorer) findes der en række brugbare brændstoffer med hver deres fordele og ulemper.

Historisk set var bilens gennembrud baseret på den benzindrevne ottomotor og løste samtidig et vældigt problem for olieindustrien, som indtil da havde haft svært ved at anvende den letteste oliefraktion. Petroleum (nu også kendt som dieselolie, selv om der kan være nuanceforskelle i sammensætningen) var værdifuldt, smøreolie og asfalt m.v. ligeledes - men den lette benzin var tilovers.
Ret hurtigt kom der dog så mange biler på vejene, at problemet snarere blev det modsatte, men olieindustriens kvaler i den retning må vi lade ligge her.

Benzin er særdeles letantændeligt, og når det komprimeres, kan stoffet finde på at selvantænde. Derfor bliver benzinens sammensætning vigtig. For motoren er indrettet til, at blandingen skal antændes på én gang lige når stemplet er ved at nå toppen, så forbrændingen falder i den første del af den nedadgående bevægelse. Det sørger tændrøret for - hvis der altså ikke er sket selvantændelse inden. Det vil i givet fald give et modsatrettet slag, der kaldes tændingsbankning, men nærmere høres som en knitren pga motorens høje omdrejningstal.
Man opfandt ret tidligt en målemetode, baseret på en 1-cylindret standardmotor, hvori man kunne afbrænde dels en blanding af heptan (en ren kulbrinte med 7 carbonatomer) og isooktan, som har 8 C, dels den benzin, der skulle testes. Og oktantallet blev så den procentdel oktan i standardblandingen, der gav samme forbrændingsegenskaber som testbenzinen.

Problemet med tændingsbankning bliver større, hvis motoren har høj kompression, som til gengæld er ønskelig af andre grunde, især til hurtige biler, så der blev ledt efter tilsætningsstoffer, og det viste sig, at tetraethylbly kunne løse opgaven (se dette link).
Tetra betyder 4, ethyl- er den kemiske betegnelse for gruppen C₂H₅- og bly er et atom, der gerne vil knytte sig til 4 andre atomer - så navnet er helt logisk!
Det lille indhold af bly (max 0,15%) blev ikke anset for noget problem, men blev det efterhånden som antallet af biler steg, så det er blevet forbudt i de fleste lande og erstattet af især MTBE (methyl-tert-butylether). Dette link forklarer lidt mere (og viser i tilgift, at flere kemikere end jeg er irriteret på sprognævnets kemistavninger).
Der er efter kravet om katalysatorer ikke de store problemer i nærmiljøet med benzinforbrænding. MTBE giver bekymring omkring tankanlæg - det går meget let i grundvandet. Og motorens virkningsgrad er ikke for god.

Allerede sidst i 1920'erne introducerede Brasilien et alternativ i form af ethanol (C2H₅OH - nøjagtigt samme stof, som folk gerne beruser sig i), som idag vel må kaldes "bioethanol", da det er fremstillet ved gæring af rørsukker.
Det er svært at få en standardmotor til at forbrænde ren ethanol, men en vis iblanding øger faktisk virkningsgraden og giver en renere forbrænding. I Brasilien gik man op til 50% iblanding under 2. Verdenskrig, senere ned til 20-25%, men en del motorer kan køre på nær 100% (jfr. John Larssons indlæg i en anden tråd). Andre alkoholer kan også bruges som motorbrændstof, men ethanol er det letteste at producere.
De miljømæssige ulemper ligger alene på landbrugssiden: sukkerrørsplantagerne til brændstofproduktion ligger på arealer, som ellers kunne producere fødevarer eller være uberørt natur. Så vi må sætte vores håb til "2. generations bioethanol", der produceres på afgrødernes affaldsstoffer - cellulose og hemicellulose i kornstrå fx. Det kan godt lade sig gøre, men er til dato ikke rentabelt. "Bio-" er i denne sammenhæng en ret meningsløs forstavelse, der kun skal give miljøreklame. Man kan producere ethanol ad teknisk-kemisk vej, men det kan ikke betale sig. Al ethanol er i praksis "bio-". Den der sælges i supermarkeder til "biopejse" er bare tilsat stoffer,der gør den ubehagelig at drikke og derfor afholder SKAT fra at interessere sig for den.

Ovre i kuriositeterne kunne man i en del år køre på gas - en blanding tæt beslægtet med flaskegas, som i DK i en årrække var favoriseret skattemæssigt. Den største ulempe er, at gassen fylder alt for meget, så en bil med gasanlæg havde næsten intet bagagerum. Miljømæssigt er det et udmærket brændsel - men tændingen skal stilles om.

Endelig kørte jo under krigen en del biler på "gengas" - en blanding af CO, methanol og diverse, produceret ved ufuldstændig forbrænding af træ. Ulemperne er til at tage at føle på, så alternativet forsvandt brat, da benzinen kom tilbage efter krigen.

Af disse brændstoffer har benzin klart den højeste energitæthed og dermed en praktisk fordel. Samlet må ethanol nok regnes for det mest miljøvenlige.

Som rosinen i pølseenden kommer dieseldrift.
En dieselmotor kan i teorien bygges eller ombygges til mange forskellige brændsler. Udover dieselolie er det eneste, der er i brug visse steder, soyaolie. En standarddieselmotor kan relativt let omstilles til soyadrift, men der er ingen økonomi i det, hvis ikke man selv avler og presser soyaen, så olien aldrig forlader ens ejendom før den er i tanken - og derved undgår beskatning.
Dieselmotoren er en meget robust konstruktion, og der er masser af godt at sige om dieselolie som brændstof - men den bliver jo for tiden lagt for had fordi dens hovedproblem er, at varigheden af forbrændingstakten typisk er lidt for lav, og da carbonprocenten er højere end i benzin, kommer den (lille) uforbrændte del ud i form af ultrafine kulpartikler, der er et problem i nærmiljøet.

[Bent Andersen]

"Af disse brændstoffer har benzin klart den højeste energitæthed"

Er det  pr. vægtenhed? Eller har jeg misforstået noget?

Bortset fra det, nu mangler bare CNG og LPG (almindeligt i f.eks. Tyskland).

MvH,

Bent.

[Morten Jødal]

Jeg mente faktisk pr. volumenenhed, det burde jeg have skrevet!
Og jeg burde også have tilføjet, at dieselolie selvfølgelig kan konkurrere med benzin, men den stod jo efter dette udsagn.

LPG havde jeg faktisk med, blot under den upræcise betegnelse "gas".
Brændstoffet fik ikke mange ord med, da dets æra i DK stort set sluttede midt i 90'erne. Årsagerne var dels en afgiftsomlægning, som gjorde gassen mindre attraktiv, og dels en bevægelse mod flere og flere ubetjente tankanlæg, i kombination med en lov, om at LPG IKKE må sælges ved selvbetjening!
Og så har den altså den ulempe, at bilens gasanlæg fylder meget. Det betyder nok mere her, hvor vi næsten alle kører i små biler.

CNG (Compressed natural Gas), naturgas, som tankes under 200 Bars tryk, er et lovende alternativ - forureningsfrit og med høj energitæthed. Men den lider endnu af det problem, at der kun er to tankstationer i Danmark, der leverer denne gas - i hhv. Skive og Odense.
http://cngeurope.com/?page_id=73

[B Mønnike]

Der er en detalje, Ford T, var ikke konstrueret til benzindrift. Den var beregnet til at køre på hjemmebrændt sprit. Først da forbudstiden indtrådte i USA, måtte der findes et andet drivstof til de mange Ford T der var rundt omkring på farmene. Her så Rockefellers Standard Oil (ESSO nu Exxon) en mulighed for at afhænde benzinen i større mængder. Benzinbiler var der allerede ved Ford T-ens opstart i 1908, men deres antal var ikke stort nok til at aftage benzin produktionne. Første verdenskrig forøgede antallet af biler, men først da Citroen indførte de amerikanske samlebåndsmetoder ( til Granatfremstilling) kom der fart i benzinslugerne her i Europa.