آشنایی با انواع سوخت دیزل
سوخت دیزل یا گازوئیل، به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی در جهان، نقش حیاتی در حملونقل، صنایع و تولید برق ایفا میکند. این سوخت که از تقطیر نفت خام به دست میآید، انواع مختلفی دارد که هر کدام بر اساس ویژگیهای شیمیایی، زیستمحیطی و عملکردی متفاوت طراحی شدهاند. در این مقاله، به بررسی جامع انواع سوخت دیزل میپردازیم، از گازوئیل استاندارد با عدد ستان ۴۰ تا ۴۵، که سوخت رایج سنتی است، تا گازوئیل یورو ۴، ۵ و ۶ با عدد ستان بالای ۵۱ و محتوای گوگرد کمتر از ۱۰ ppm، که برای کاهش آلایندگی طراحی شدهاند. همچنین، دیزل زیستی بر پایه استرهای متیل اسیدهای چرب (FAME) با عدد ستان ۵۰ تا ۶۵، به عنوان گزینهای تجدیدپذیر معرفی میشود که از منابع گیاهی یا حیوانی تولید میگردد. دیزل مصنوعی، تولیدشده از طریق فرآیند فیشر-تروپش، و سوخت GTL (گاز به مایع) مشتقشده از گاز طبیعی با عدد ستان بالای ۷۰، گزینههای پیشرفتهای برای آیندهای پاکتر هستند. این انواع نه تنها در کیفیت احتراق و کارایی موتورها تفاوت دارند، بلکه بر کاهش انتشار گازهای گلخانهای و بهبود اقتصاد انرژی تأثیرگذارند. با نگاهی به پیشرفتهای اخیر، مانند استانداردهای اروپایی EN 590، میتوان دید که صنعت به سمت سوختهای پاکتر حرکت کرده است. این مقاله با جزئیات فنی، مزایا، کاربردها و مقایسهها، به شما کمک میکند تا درک عمیقی از این سوختهای متنوع به دست آورید و انتخاب آگاهانهای برای کاربردهای صنعتی یا شخصی داشته باشید.
گازوئیل استاندارد
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی
گازوئیل استاندارد، که اغلب به عنوان دیزل شماره ۲ شناخته میشود، سوخت پایهای است که از تقطیر نفت خام به دست میآید و عدد ستان آن بین ۴۰ تا ۴۵ قرار دارد. این عدد ستان نشاندهنده کیفیت احتراق است و به معنای تأخیر کم در احتراق پس از تزریق به سیلندر موتور است، که منجر به عملکرد نرمتر و کاهش ناکینگ میشود. از نظر شیمیایی، این سوخت حاوی هیدروکربنهای پارافینی، نفتالنی و آروماتیک است، با محتوای گوگردی که در استانداردهای قدیمیتر تا ۵۰۰۰ ppm میرسد، هرچند در نسخههای مدرن به ۱۵ ppm کاهش یافته است. چگالی آن حدود ۰.۸۳ تا ۰.۸۶ گرم بر سانتیمتر مکعب است و نقطه جوش آن بین ۱۸۰ تا ۳۶۰ درجه سلسیوس قرار دارد، که آن را برای استفاده در دماهای معتدل مناسب میسازد. علاوه بر این، ویسکوزیته آن در محدوده ۱.۹ تا ۴.۱ سانتیاستوکس است، که جریانپذیری خوبی در سیستمهای سوخترسانی فراهم میکند. با این حال، حضور آروماتیکها میتواند منجر به تولید ذرات معلق بیشتر شود، که یکی از چالشهای زیستمحیطی آن است. در مجموع، این ویژگیها گازوئیل استاندارد را به گزینهای اقتصادی و قابل اعتماد برای موتورهای دیزلی قدیمیتر تبدیل کرده است، هرچند با پیشرفت استانداردهای آلایندگی، نیاز به ارتقا احساس میشود.
از سوی دیگر، پایداری اکسیداتیو گازوئیل استاندارد، که با افزودنیهای آنتیاکسیدان بهبود مییابد، اجازه ذخیرهسازی طولانیمدت بدون تخریب را میدهد، اما در دماهای پایین، نقطه ابریشدن (cloud point) آن حدود -۱۵ درجه سلسیوس است، که میتواند در زمستانها مشکلساز باشد. محتوای انرژی آن حدود ۴۲ مگاژول بر کیلوگرم است، که کارایی بالایی در مسافتهای طولانی فراهم میکند. در مقایسه با انواع پیشرفتهتر، این سوخت گوگرد بیشتری دارد، که میتواند کاتالیستهای اگزوز را مسموم کند و عمر موتور را کاهش دهد. با این وجود، تولید انبوه و دسترسی آسان آن، آن را به سوخت غالب در بازارهای در حال توسعه تبدیل کرده است. تحقیقات نشان میدهد که افزایش عدد ستان حتی در این نوع سوخت، از طریق افزودنیها، میتواند تا ۵ واحد بهبود یابد و راندمان را ۲-۳ درصد افزایش دهد. بنابراین، درک این ویژگیها برای مهندسان و کاربران ضروری است تا بتوانند از پتانسیل کامل آن بهره ببرند، در حالی که به سمت گزینههای پاکتر مهاجرت میکنند.
کاربردها و محدودیتها
گازوئیل استاندارد عمدتاً در کامیونها، اتوبوسها و ژنراتورهای دیزلی استفاده میشود، جایی که هزینه پایین و در دسترس بودن اولویت دارد. در صنایع کشاورزی و ساختمانی، این سوخت برای تراکتورها و ماشینآلات سنگین ایدهآل است، زیرا تحمل نوسانات دمایی را دارد و نیاز به تجهیزات پیشرفته ندارد. در کشورهای در حال توسعه، بیش از ۷۰ درصد بازار دیزل را تشکیل میدهد و به اقتصاد حملونقل کمک شایانی میکند. با این حال، محدودیتهای زیستمحیطی آن، مانند انتشار NOx و ذرات معلق، منجر به ممنوعیت تدریجی در مناطق شهری شده است. برای مثال، در اروپا، از سال ۲۰۰۹، استانداردهای سختگیرانهتر جایگزین آن شدهاند. علاوه بر این، در موتورهای مدرن با سیستمهای SCR (کاهش کاتالیستی انتخابی)، محتوای گوگرد بالا میتواند کارایی را کاهش دهد و هزینه نگهداری را افزایش دهد. با این وجود، با افزودنیهای بهبوددهنده، میتوان کاربرد آن را در ناوگانهای قدیمی افزایش داد.
در بخش کاربردهای دریایی و ریلی، گازوئیل استاندارد همچنان غالب است، زیرا حجم بالای سوخترسانی و مسافتهای طولانی، اقتصادی بودن را توجیه میکند. اما محدودیتهای آن در برابر سرما، نیاز به مخلوطهای زمستانی را ایجاد کرده است، که هزینه اضافی به همراه دارد. مطالعات نشان میدهد که انتقال به انواع کمگوگرد میتواند انتشار CO2 را تا ۱۰ درصد کاهش دهد، اما سرمایهگذاری اولیه برای تغییر سوخت چالشبرانگیز است. در نهایت، این سوخت پلی بین فناوری قدیمی و جدید است، که با آموزش کاربران، میتوان محدودیتهایش را مدیریت کرد و از مزایایش بهره برد.
گازوئیل یورو ۴/۵/۶
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی
گازوئیل یورو ۴/۵/۶ بر اساس استاندارد EN 590 اروپا تولید میشود و عدد ستان حداقل ۵۱ دارد، که احتراق سریعتر و نرمتری را تضمین میکند. محتوای گوگرد در یورو ۵ و ۶ کمتر از ۱۰ ppm است، که آلایندگی را به شدت کاهش میدهد و سازگاری با کاتالیستهای پیشرفته را فراهم میسازد. این سوخت عمدتاً پارافینی است با آروماتیکهای کمتر از ۸ درصد، و چگالی ۰.۸۲ تا ۰.۸۵ گرم بر سانتیمتر مکعب، که جریانپذیری بهتری در موتورهای تزریق مستقیم ایجاد میکند. نقطه جوش آن مشابه استاندارد است، اما پایداری حرارتی بالاتری دارد و ویسکوزیته ۲.۰ تا ۴.۵ سانتیاستوکس، که اصطکاک را کم میکند. حضور FAME تا ۷ درصد در برخی نسخهها، خواص روانکاری را بهبود میبخشد. این ویژگیها نه تنها راندمان احتراق را تا ۵ درصد افزایش میدهند، بلکه انتشار PM را تا ۸۰ درصد کاهش میدهند. در مجموع، یورو ۶ به عنوان پیشرفتهترین، با گوگرد نزدیک به صفر، آیندهدارترین گزینه است.
علاوه بر این، عدد ستان ایندکس حداقل ۴۶ تضمینکننده کیفیت ثابت است، و محتوای کربن حدود ۸۶ درصد، انرژی بالایی (۴۳ مگاژول بر کیلوگرم) فراهم میکند. نقطه ابریشدن بهبودیافته تا -۲۰ درجه سلسیوس، آن را برای اقلیمهای سرد مناسب میسازد. با این حال، حساسیت به آلودگی آب، نیاز به فیلتراسیون دقیق را ایجاد میکند. تحقیقات اروپایی نشان میدهد که این سوخت عمر موتور را ۲۰ درصد افزایش میدهد، زیرا رسوبات کمتری تولید میکند. بنابراین، ویژگیهای آن تعادلی بین عملکرد و محیط زیست برقرار میکند، و الگویی برای استانداردهای جهانی است.
کاربردها و محدودیتها
این نوع سوخت در خودروهای سبک و سنگین اروپا و آسیا غالب است، به ویژه در ناوگانهای شهری که استانداردهای یورو ۶ الزامی است. در حملونقل عمومی، کاهش NOx تا ۹۰ درصد، کیفیت هوا را بهبود میبخشد. کاربرد در ژنراتورهای پشتیبان و صنایع شیمیایی، به دلیل پایداری بالا، رایج است. با این حال، هزینه تولید بالاتر (تا ۱۰ درصد بیشتر از استاندارد) محدودیت اقتصادی ایجاد میکند، به ویژه در بازارهای نوظهور. علاوه بر این، نیاز به موتورهای سازگار، سرمایهگذاری اولیه را افزایش میدهد. در مناطق سرد، مخلوطهای ویژه لازم است.
در کاربردهای دریایی، یورو ۵/۶ با IMO ۲۰۲۰ همخوانی دارد و انتشار SOx را کم میکند. محدودیت اصلی، وابستگی به نفت خام است، که نوسانات قیمت را حساس میکند. مطالعات نشان میدهد که ترکیب با بیودیزل، کارایی را بیشتر میکند، اما سازگاری باید بررسی شود. در نهایت، این سوخت پلی به سمت پایداری است، با پتانسیل کاهش جهانی آلایندگی.
دیزل زیستی
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی
دیزل زیستی یا بیودیزل، بر پایه FAME (استرهای متیل اسیدهای چرب) از روغنهای گیاهی یا چربیهای حیوانی تولید میشود و عدد ستان ۵۰ تا ۶۵ دارد، که احتراق بهتری نسبت به دیزل فسیلی فراهم میکند. محتوای اکسیژن حدود ۱۱ درصد، احتراق کاملتری ایجاد میکند و گوگرد صفر است، که آلایندگی را کاهش میدهد. چگالی ۰.۸۶ تا ۰.۹۰ گرم بر سانتیمتر مکعب، ویسکوزیته بالاتر (۳.۵ تا ۵.۰ سانتیاستوکس) دارد، که روانکاری خوبی میدهد اما ممکن است پمپها را تحت تأثیر قرار دهد. نقطه جوش بالای ۳۰۰ درجه سلسیوس، پایداری حرارتی را افزایش میدهد، اما نقطه ابریشدن بالا (تا ۰ درجه سلسیوس) مشکل سرد را ایجاد میکند. محتوای انرژی ۳۷ مگاژول بر کیلوگرم، کمی کمتر از دیزل معمولی است. استاندارد EN 14214، خلوص ۹۶.۵ درصد FAME را الزامی میکند. این ویژگیها آن را به گزینهای تجدیدپذیر تبدیل کرده، با پتانسیل کاهش CO2 تا ۷۸ درصد.
پایداری اکسیداتیو آن با افزودنیها بهبود مییابد، و حضور زنجیرههای بلند اسیدهای چرب، عدد ستان را تعیین میکند؛ مثلاً روغن کلزا عدد بالاتری دارد. تحقیقات نشان میدهد که ترکیب ۲۰ درصدی B20، راندمان را حفظ میکند بدون تغییر تجهیزات. با این حال، حساسیت به رطوبت، خطر میکروبی را افزایش میدهد. در مجموع، ویژگیهای شیمیایی آن تعادلی بین زیستتخریبپذیری و عملکرد است، و الگویی برای سوختهای سبز است.
کاربردها و محدودیتها
بیودیزل در ناوگانهای حملونقل اروپا و آمریکا، به عنوان B5 تا B20، استفاده میشود و انتشار HC را ۵۰ درصد کم میکند. در کشاورزی، از ضایعات گیاهی تولید میشود و اقتصاد محلی را تقویت میکند. کاربرد در ژنراتورها، به دلیل روانکاری بالا، مناسب است. محدودیت اصلی، ویسکوزیته بالا است که در سرما ژل میشود و نیاز به گرمکننده دارد. هزینه تولید (تا ۳۰ درصد بیشتر) چالش است، اما یارانهها کمک میکنند.
در صنایع دریایی، ترکیب با دیزل، آلایندگی را کاهش میدهد، اما سازگاری با مواد لاستیکی را بررسی میکند. مطالعات نشان میدهد که B100 در موتورهای قدیمی، رسوب ایجاد میکند. با این وجود، پتانسیل جهانی آن، با منابع تجدیدپذیر، آیندهدار است و به اهداف کربنصفر کمک میکند.
دیزل مصنوعی
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی
دیزل مصنوعی از طریق فرآیند فیشر-تروپش، syngas (CO و H2) را به هیدروکربنهای خطی تبدیل میکند و عدد ستان بالای ۷۰ دارد، که احتراق فوقالعادهای فراهم میکند. گوگرد صفر و آروماتیکها کمتر از ۱ درصد، پاکترین گزینه است. چگالی ۰.۷۷ گرم بر سانتیمتر مکعب، ویسکوزیته پایین (۲.۰ سانتیاستوکس)، جریانپذیری عالی در سرما (-۴۰ درجه سلسیوس) میدهد. محتوای انرژی ۴۴ مگاژول بر کیلوگرم، بالاترین است. فرآیند کاتالیستی در ۲۰۰-۳۵۰ درجه سلسیوس، محصولات پارافینی خالص تولید میکند. این ویژگیها، رسوبات را به حداقل میرسانند و راندمان را ۱۰ درصد افزایش میدهند.
پایداری بالا و عدم وجود ناخالصیها، ذخیرهسازی آسان را تضمین میکند. از منابع مانند زغال یا بیومس تولید میشود، و عدد ستان ایندکس بالای ۷۰، کیفیت ثابت است. تحقیقات نشان میدهد که در موتورهای پیشرفته، NOx را ۳۰ درصد کم میکند. بنابراین، ویژگیهای آن، انقلابی در سوختهای پاک است.
کاربردها و محدودیتها
در صنایع شیمیایی و حملونقل سنگین، به عنوان سوخت premium استفاده میشود و انتشار PM را صفر میکند. در قطب، جریانپذیری بالا ایدهآل است. محدودیت، هزینه بالا (دو برابر دیزل معمولی) به دلیل فرآیند پیچیده است. مقیاسپذیری محدود، چالش است.
در کاربردهای نظامی، پاکی آن مزیت است، اما وابستگی به syngas، زیرساخت نیاز دارد. مطالعات نشان میدهد که ترکیب با دیزل، انتقال آسان است. در نهایت، پتانسیل آن برای کربنصفر، ارزشمند است.
سوخت GTL
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی
سوخت GTL از گاز طبیعی از طریق فیشر-تروپش تولید میشود و عدد ستان ۷۰+ دارد، که تأخیر احتراق را به حداقل میرساند. گوگرد <۵ ppm، آروماتیکها <۰.۵ درصد، و پارافینی ۱۰۰ درصد، پاکترین است. چگالی ۰.۷۸، ویسکوزیته ۲.۵، نقطه ابری -۵۰ درجه سلسیوس. انرژی ۴۵ مگاژول بر کیلوگرم، کارایی بالا. فرآیند در ۲۲۰ درجه سلسیوس، هیدروکربنهای C10-C20 تولید میکند. این ویژگیها، راندمان ۱۵ درصد بیشتر فراهم میکنند.
بوی کم و رنگ بیرنگ، ایمنی را افزایش میدهد. پایداری اکسیداتیو عالی، بدون افزودنی. تحقیقات نشان میدهد که HC را ۶۰ درصد کم میکند. بنابراین، GTL استاندارد جدیدی برای سوختهای گازی است.
کاربردها و محدودیتها
در پالایشگاهها و حملونقل، GTL ناوگان را بهینه میکند و NOx را ۴۵ درصد کاهش میدهد. در مناطق گازی، محلیسازی تولید مزیت است. محدودیت، سرمایهگذاری عظیم (میلیاردها دلار) برای کارخانههاست. دسترسی محدود در بازارهای کوچک.
در هوانوردی، به عنوان جت سوخت، استفاده میشود، اما مقیاس کوچک چالش است. مطالعات نشان میدهد که با گاز شیل، اقتصادی میشود. GTL آینده گاز طبیعی را شکل میدهد.
مقایسه انواع سوخت دیزل
| نوع سوخت | عدد ستان | محتوای گوگرد (ppm) | منبع اصلی | محتوای انرژی (MJ/kg) | نقطه ابری (C) |
|---|---|---|---|---|---|
| استاندارد | 40-45 | 15-5000 | نفت خام | 42 | -15 |
| یورو 4/5/6 | 51+ | <10 | نفت خام | 43 | -20 |
| بیودیزل | 50-65 | 0 | گیاهی/حیوانی | 37 | 0 |
| مصنوعی | 70+ | 0 | syngas | 44 | -40 |
| GTL | 70+ | <5 | گاز طبیعی | 45 | -50 |
سوالات متداول
یورو ۶ گوگرد کمتری (<۱۰ ppm) و عدد ستان بالاتری (۵۱+) دارد، که آلایندگی را کاهش میدهد.
بله، تا B20 بدون تغییر، اما B100 ممکن است نیاز به تنظیمات داشته باشد.
ساختار پارافینی خالص، احتراق سریعتری فراهم میکند (۷۰+).
از syngas via فیشر-تروپش، از زغال یا بیومس.
در پایان، انواع سوخت دیزل از استاندارد تا GTL، طیفی از گزینهها را برای نیازهای متنوع ارائه میدهند. انتخاب بر اساس کاربرد، محیط زیست و اقتصاد است. با پیشرفت فناوری، سوختهای پاکتر مانند بیودیزل و GTL غالب خواهند شد و به اهداف پایداری کمک میکنند. درک این تفاوتها، کلیدی برای آینده انرژی است.
منابع
- DieselNet: EU Automotive Diesel Fuel
- Crown Oil: EN 590 Diesel Fuel Specifications
- IEA-AMF: Fatty Acid Esters Properties
- Wikipedia: Fischer-Tropsch Process
- ScienceDirect: Gas to Liquid Role in Diesel Engine
- FuelLogic: Complete Guide to Different Diesel Fuel Grades
- Kendrick Oil: 5 Frequently Asked Questions About Diesel Fuel
