तरल ईंधन

तरल ईंधन ज्वलनशील या ऊर्जा उत्पन्न करने वाले अणु होते हैं जिनका उपयोग यांत्रिक ऊर्जा बनाने के लिए किया जा सकता है, सामान्यतः गतिज ऊर्जा का उत्पादन होता है; उन्हें अपने बर्तन का आकार भी लेना चाहिए। यह तरल ईंधन का धुआं है जो द्रव के अतिरिक्त ज्वलनशील होता है। व्यापक उपयोग में अधिकांश तरल ईंधन जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होते हैं; यद्यपि, कई प्रकार हैं, जैसे हाइड्रोजन ईंधन (मोटर वाहन उपयोग के लिए), इथेनॉल और बायोडीजल, जिन्हें तरल ईंधन के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है। कई तरल ईंधन परिवहन और अर्थव्यवस्था में प्राथमिक भूमिका निभाते हैं।

तरल ईंधन की तुलना ठोस ईंधन और गैसीय ईंधन से की जाती है।

सामान्य गुण
तरल ईंधन के कुछ सामान्य गुण हैं कि उनका परिवहन सरल है, और सापेक्ष सुगमता से संभाला जा सकता है। तरल ईंधन के भौतिक गुण तापमान से भिन्न होते हैं, हालांकि गैसीय ईंधन के समान नहीं। इनमें से कुछ विशेषताएं हैं: फ्लैश बिंदु, न्यूनतम तापमान जिस पर वाष्प की ज्वलनशील सांद्रता उत्पन्न होती है; अग्नि बिंदु, वह तापमान जिस पर वाष्प का निरंतर जलना होगा; डीजल ईंधन के लिए बादल बिंदु, वह तापमान जिस पर घुले हुए मोमी यौगिक आपस में मिलने लगते हैं, और डालना बिंदु, वह तापमान जिसके नीचे ईंधन स्वतंत्र रूप से डालने के लिए बहुत गाढ़ा होता है। ये गुण ईंधन की सुरक्षा और हैंडलिंग को प्रभावित करते हैं।

पेट्रोलियम ईंधन


वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश तरल ईंधन पेट्रोलियम से उत्पादित होते हैं। इनमें से सबसे उल्लेखनीय गैसोलीन है। वैज्ञानिक सामान्यतः स्वीकार करते हैं कि पृथ्वी की पपड़ी में गर्मी और दबाव के संपर्क में आने से मृत पौधों और जानवरों के जीवाश्म अवशेषों से पेट्रोलियम बनता है।

पेट्रोल
गैसोलीन सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला तरल ईंधन है। गैसोलीन, जैसा कि यह संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में जाना जाता है, या लगभग हर जगह पेट्रोल, हाइड्रोकार्बन अणुओं (यौगिकों में केवल हाइड्रोजन और कार्बन होते हैं) से बना होता है, जो एलिफैटिक यौगिकों, या हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ कार्बन की श्रृंखला बनाते हैं। हालांकि, कई सुगंधित यौगिक (कार्बन श्रृंखला के छल्ले बनाने वाले) जैसे बेंजीन प्राकृतिक रूप से गैसोलीन में पाए जाते हैं और ईंधन के लंबे समय तक संपर्क से जुड़े स्वास्थ्य जोखिमों का कारण बनते हैं।

कच्चे तेल के आसवन द्वारा गैसोलीन का उत्पादन प्राप्त किया जाता है। वांछित तरल को रिफाइनरियों में कच्चे तेल से अलग किया जाता है। कई प्रक्रियाओं में जमीन से कच्चा तेल निकाला जाता है, सबसे अधिक देखा जाने वाला पम्पजैक हो सकता है। गैसोलीन बनाने के लिए सबसे पहले कच्चे तेल से पेट्रोलियम को निकालना होगा।

तरल गैसोलीन स्वयं वास्तव में जलाया नहीं जाता है, लेकिन इसका धुआं प्रज्वलित होता है, जिससे शेष तरल वाष्पित हो जाता है और फिर जल जाता है। गैसोलीन बेहद अस्थिर है और सुगमता से जल जाता है, जिससे कोई भी रिसाव संभावित रूप से बेहद खतरनाक हो जाता है। अधिकांश देशों में बेचे जाने वाले गैसोलीन की प्रकाशित ऑक्टेन रेटिंग होती है। ऑक्टेन संख्या गैसोलीन के समय से पहले जलने के प्रतिरोध का एक अनुभवजन्य माप है, जिसे इंजन दस्तक के रूप में जाना जाता है। ऑक्टेन रेटिंग जितनी अधिक होगी, ईंधन उच्च दबावों के तहत स्वत: प्रज्वलन के लिए उतना ही प्रतिरोधी होगा, जो उच्च संपीड़न अनुपात की अनुमति देता है। उच्च संपीड़न अनुपात वाले इंजन, सामान्यतः रेस कारों और उच्च-प्रदर्शन नियमित-उत्पादन ऑटोमोबाइल में उपयोग किए जाते हैं, अधिक शक्ति का उत्पादन कर सकते हैं; यद्यपि, ऐसे इंजनों को उच्च ऑक्टेन ईंधन की आवश्यकता होती है। अतीत में ऑक्टेन रेटिंग को बढ़ाने के लिए लेड-टेट्रा-एथिल जैसे 'एंटी-नॉक' एडिटिव्स मिलाए गए हैं। लीड एडिटिव्स के पर्यावरणीय प्रभाव के कारण, ऑक्टेन रेटिंग आज उन अशुद्धियों को परिष्कृत करके बढ़ा दी गई है जो खटखटाने का कारण बनती हैं।

डीजल
पारंपरिक डीजल गैसोलीन के समान है क्योंकि यह पेट्रोलियम से निकाले गए एलिफैटिक हाइड्रोकार्बन का मिश्रण है। डीजल की लागत गैसोलीन की तुलना में अधिक या कम हो सकती है, लेकिन आम तौर पर इसका उत्पादन कम होता है क्योंकि उपयोग की जाने वाली निष्कर्षण प्रक्रिया सरल होती है। कुछ देशों (विशेष रूप से कनाडा, भारत और इटली) में भी डीजल ईंधन पर कर की दरें कम हैं।

आसवन के बाद, ईंधन में गंधक की मात्रा को कम करने के लिए डीजल अंश को सामान्य रूप से संसाधित किया जाता है। सल्फर वाहनों, अम्लीय वर्षा और टेल पाइप (निकास पाइप) से कालिख के उच्च उत्सर्जन में जंग का कारण बनता है। ऐतिहासिक रूप से, यूरोप में संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में कम सल्फर स्तर कानूनी रूप से आवश्यक थे। हालांकि, हाल के अमेरिकी कानून ने 2007 में डीजल की अधिकतम सल्फर सामग्री को 3,000 पीपीएम से घटाकर 500 पीपीएम और 2010 तक 15 पीपीएम कर दिया। इसी तरह के बदलाव कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, न्यूजीलैंड और कई एशियाई देशों में भी चल रहे हैं। अल्ट्रा-लो-सल्फर डीजल भी देखें।

एक डीजल इंजन एक प्रकार का आंतरिक दहन इंजन है जो ईंधन को एक दहन कक्ष में इंजेक्ट करके प्रज्वलित करता है जो पहले हवा से संपीड़ित होता है (जो बदले में तापमान बढ़ाता है) एक बाहरी इग्निशन स्रोत, जैसे स्पार्क प्लग का उपयोग करने के विपरीत।

मिट्टी का तेल
मिट्टी के तेल का उपयोग मिट्टी के तेल के लैंप में और खाना पकाने, गर्म करने और छोटे इंजनों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। यह रोशनी के उपयोग के लिए व्हेल के तेल को विस्थापित करता है। जेट इंजनों के लिए जेट ईंधन कई ग्रेड (Avtur, Jet A, Jet A-1, Jet B, JP-4, JP-5, JP-7 या JP-8) में बनाया जाता है जो मिट्टी के तेल के मिश्रण होते हैं। RP-1 के रूप में जाना जाने वाला ईंधन का एक रूप तरल ऑक्सीजन के साथ रॉकेट ईंधन के रूप में जलाया जाता है। ये ईंधन ग्रेड केरोसिन धूम्रपान बिंदुओं और फ्रीज बिंदुओं के लिए विशिष्टताओं को पूरा करते हैं।

20वीं सदी के मध्य में, मिट्टी के तेल या TVO (ट्रैक्टर वेपोराइजिंग ऑयल) का इस्तेमाल ट्रैक्टरों के लिए सस्ते ईंधन के रूप में किया जाता था। इंजन गैसोलीन पर शुरू होगा, फिर इंजन के गर्म होते ही मिट्टी के तेल में बदल जाएगा। मैनिफोल्ड पर एक हीट वाल्व इनटेक पाइप के चारों ओर निकास गैसों को रूट करेगा, मिट्टी के तेल को उस बिंदु तक गर्म करेगा जहां इसे बिजली की चिंगारी से प्रज्वलित किया जा सकता है।

ठंडे तापमान में गेलिंग या वैक्सिंग को रोकने के लिए कभी-कभी डीजल ईंधन में एक योजक के रूप में मिट्टी के तेल का उपयोग किया जाता है। हालांकि, हाल के कुछ वाहन डीजल इंजनों में यह उचित नहीं है, क्योंकि ऐसा करने से इंजन के उत्सर्जन विनियमन उपकरण में बाधा आ सकती है।

तरलीकृत पेट्रोलियम गैस (एलपीजी)
एलपी गैस प्रोपेन और ब्यूटेन का मिश्रण है, जो दोनों मानक वायुमंडलीय परिस्थितियों में सुगमता से संपीड़ित गैसें हैं। यह संपीडित प्राकृतिक गैस (CNG) के कई लाभ प्रदान करता है, लेकिन उतनी सफाई से नहीं जलता है, हवा की तुलना में सघन है और कहीं अधिक सुगमता से संपीडित होता है। आम तौर पर खाना पकाने और जगह को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है, एलपी गैस और संपीड़ित प्रोपेन मोटर चालित वाहनों में बढ़ते उपयोग को देख रहे हैं; प्रोपेन विश्व स्तर पर तीसरा सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला मोटर ईंधन है।

पेट्रोलियम ईंधन से कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण।
पेट्रोलियम ईंधन, जब जलाया जाता है, कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है जो विश्व जलवायु के लिए हानिकारक है। एक लीटर ईंधन के जलने पर निकलने वाली कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा का अनुमान लगाया जा सकता है: एक अच्छे सन्निकटन के रूप में रासायनिक सूत्र उदा। डीजल है. ध्यान दें कि डीजल विभिन्न अणुओं का मिश्रण है। चूँकि कार्बन का दाढ़ द्रव्यमान 12 g/mol और हाइड्रोजन (परमाणु!) का दाढ़ द्रव्यमान लगभग 1 g/mol होता है, इसलिए डीजल में कार्बन के भार का अंश मोटे तौर पर 12/14 होता है। डीजल दहन की प्रतिक्रिया निम्न द्वारा दी जाती है:

2 + के बारे में वह + वह कार्बन डाइऑक्साइड का दाढ़ द्रव्यमान 44g/mol है क्योंकि इसमें ऑक्सीजन के 2 परमाणु (16 g/mol) और कार्बन का 1 परमाणु (12 g/mol) होता है। अतः 12 ग्राम कार्बन से 44 ग्राम कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त होती है। डीजल का घनत्व 0.838 किलोग्राम प्रति लीटर है। 1 लीटर डीजल जलाने सेउत्पन्नहोने वाली कार्बन डाइऑक्साइड के द्रव्यमान को एक साथ रखकर गणना की जा सकती है:

$$0.838 kg/L \cdot {\frac{12}{14}}\cdot {\frac{44}{12}}= 2.63 kg/L$$ 1 लीटर डीजल से 2.63 किलोग्राम कार्बन डाइऑक्साइड की संख्या साहित्य में पाए जाने वाले मूल्यों के करीब है।

गैसोलीन के लिए, 0.75 किग्रा/एल के घनत्व और लगभग 6 से 14 के कार्बन से हाइड्रोजन परमाणुओं के अनुपात के साथ, कार्बन उत्सर्जन का अनुमानित मूल्य यदि 1 लीटर गैसोलीन जलाया जाता है:

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

गैर-पेट्रोलियम जीवाश्म ईंधन
जब पेट्रोलियम सुगमता से उपलब्ध नहीं होता है, तो कोयला या प्राकृतिक गैस से तरल ईंधन का उत्पादन करने के लिए फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया जैसी रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग किया जा सकता है। जर्मन सेना के लिए द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान कोयले से सिंथेटिक ईंधन रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण थे। परिवहन में तरल ईंधन के उच्च मूल्य का लाभ उठाने के लिए आज प्राकृतिक गैस से उत्पादित सिंथेटिक ईंधन का निर्माण किया जाता है।

प्राकृतिक गैस
मुख्य रूप से मीथेन से बनी प्राकृतिक गैस को एक तरल में संकुचित किया जा सकता है और अन्य पारंपरिक तरल ईंधन के विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अन्य हाइड्रोकार्बन ईंधनों की तुलना में इसका दहन बहुत स्वच्छ होता है, लेकिन ईंधन के निम्न क्वथनांक के कारण ईंधन को तरल अवस्था में रखने के लिए उच्च दाब पर रखने की आवश्यकता होती है। हालांकि इसमें गैसोलीन जैसे ईंधन की तुलना में बहुत कम फ्लैश बिंदु है, यह अपने उच्च ऑटोइग्निशन तापमान और कम घनत्व के कारण कई मायनों में सुरक्षित है, जिसके कारण यह हवा में छोड़े जाने पर फैल जाता है।

बायोडीजल
बायोडीजल डीजल के समान है लेकिन पेट्रोल और इथेनॉल के बीच अंतर है। उदाहरण के लिए, बायोडीजल की उच्च सीटेन संख्या रेटिंग है (कच्चे-तेल से प्राप्त डीजल के लिए 45-50 की तुलना में 45-60) और यह गंदगी और जमा से छुटकारा पाने के लिए एक सफाई एजेंट के रूप में कार्य करता है। यह तर्क दिया गया है कि यह केवल 80 डॉलर (फरवरी, 2007 के अंत तक £40 या €60) प्रति बैरल के तेल की कीमतों के ऊपर आर्थिक रूप से संभव है। हालांकि, यह स्थानीयता, आर्थिक स्थिति, बायोडीजल पर सरकारी रुख और कई अन्य कारकों पर निर्भर करता है- और यह कुछ देशों में बहुत कम लागत पर व्यवहार्य साबित हुआ है। साथ ही, यह साधारण डीजल की तुलना में लगभग 10% कम ऊर्जाउत्पन्नकरता है। स्पार्क-इग्निशन इंजनों में उच्च ऑक्टेन अल्कोहल और पेट्रोल जलाने वाले इंजनों के लिए उपयोग किए जाने वाले उच्च संपीड़न अनुपात के अनुरूप, बायोडीजल की उच्च सीटेन रेटिंग का लाभ उठाकर साधारण नंबर 2 डीजल की तुलना में ऊर्जा की कमी को दूर किया जा सकता है।

शराब
आम तौर पर, अल्कोहल शब्द इथेनॉल को संदर्भित करता है, जो मानव द्वारा उत्पादित पहला कार्बनिक रसायन है, लेकिन किसी भी शराब को ईंधन के रूप में जलाया जा सकता है। इथेनॉल और मेथनॉल सबसे आम हैं, उपयोगी होने के लिए पर्याप्त रूप से सस्ते हैं।

मेथनॉल
मेथनॉल प्राकृतिक गैस घटक मीथेन से उत्पादित सबसे हल्का और सरल अल्कोहल (रसायन) है। इसका उपयोग मुख्य रूप से इसकी विषाक्तता (गैसोलीन के समान) के कारण सीमित है, लेकिन इसकी उच्च संक्षारकता और पानी के साथ मिश्रणीयता के कारण भी है। ऑक्टेन रेटिंग बढ़ाने के लिए कुछ प्रकार के गैसोलीन में छोटी मात्रा का उपयोग किया जाता है। कुछ रेस कारों और मॉडल हवाई जहाजों में मेथनॉल आधारित ईंधन का उपयोग किया जाता है।

मेथनॉल को 'मिथाइल अल्कोहल' या 'वुड अल्कोहल' भी कहा जाता है, क्योंकि यह पहले लकड़ी के आसवन से उत्पन्न होता था। इसे 'मिथाइल हाइड्रेट' के नाम से भी जाना जाता है।

इथेनॉल
इथेनॉल, जिसे ग्रेन अल्कोहल या एथिल अल्कोहल के रूप में भी जाना जाता है, सामान्यतः मादक पेय पदार्थों में पाया जाता है। यद्यपि, इसका उपयोग ईंधन के रूप में भी किया जा सकता है, जो अक्सर गैसोलीन के संयोजन में होता है। अधिकांश भाग के लिए, गैसोलीन के नकारात्मक पर्यावरणीय प्रभावों को कम करने के लिए गैसोलीन से इथेनॉल के 9: 1 अनुपात में इसका उपयोग किया जाता है। 15% गैसोलीन के साथ मिश्रित 85% ईंधन इथेनॉल के मिश्रण के उपयोग में रुचि बढ़ रही है। E85 नामक इस ईंधन मिश्रण में अधिकांश प्रीमियम प्रकार के गैसोलीन की तुलना में उच्च ईंधन ऑक्टेन है। जब एक आधुनिक लचीले ईंधन वाहन में उपयोग किया जाता है, तो यह इथेनॉल की कम विशिष्ट ऊर्जा सामग्री के कारण उच्च ईंधन खपत की कीमत पर प्रतिस्थापित गैसोलीन को अधिक प्रदर्शन प्रदान करता है। गैसोलीन और औद्योगिक उद्देश्यों में उपयोग के लिए इथेनॉल को जीवाश्म ईंधन माना जा सकता है क्योंकि इसे अक्सर पेट्रोलियम उत्पाद ईथीलीन से संश्लेषित किया जाता है, जो अनाज या गन्ने के किण्वन (जैव रसायन) से उत्पादन से सस्ता होता है।

बुटानॉल
बुटेनॉल एक अल्कोहल (रसायन विज्ञान) है जिसका उपयोग अधिकांश गैसोलीन आंतरिक दहन इंजनों में इंजन संशोधन के बिना ईंधन के रूप में किया जा सकता है। यह सामान्यतः जीवाणु क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटिलिकम (जिसे वेइज़मैन जीव के रूप में भी जाना जाता है) द्वारा बायोमास के किण्वन का एक उत्पाद है। इस प्रक्रिया को पहली बार 1916 में चैम वीज़मैन द्वारा स्टार्च से एसीटोन के उत्पादन के लिए हिम्मत न हारना, एक धुआं रहित बारूद बनाने के लिए चित्रित किया गया था।

ब्यूटेनॉल के फायदे इसकी उच्च ऑक्टेन रेटिंग (100 से अधिक) और उच्च ऊर्जा सामग्री हैं, जो गैसोलीन से केवल लगभग 10% कम है, और बाद में इथेनॉल की तुलना में लगभग 50% अधिक ऊर्जा-सघन, मेथनॉल से 100% अधिक है। ब्यूटेनॉल का एकमात्र प्रमुख नुकसान इसका उच्च फ्लैशपॉइंट (35 डिग्री सेल्सियस या 95 डिग्री फारेनहाइट) है, विषाक्तता (ध्यान दें कि विषाक्तता के स्तर मौजूद हैं लेकिन इसकी सटीक पुष्टि नहीं हुई है), और तथ्य यह है कि नवीकरणीय ब्यूटेनॉल के लिए किण्वन प्रक्रिया एक दुर्गंध का उत्सर्जन करती है। Weizmann जीव इथेनॉल और खमीर के लिए 14% की तुलना में केवल 2% या उससे अधिक तक butanol के स्तर को सहन कर सकता है। तेल से ब्यूटेनॉल बनाने से ऐसी कोई गंधउत्पन्ननहीं होती है, लेकिन सीमित आपूर्ति और तेल के उपयोग का पर्यावरणीय प्रभाव वैकल्पिक ईंधन के उद्देश्य को विफल कर देता है। ब्यूटेनॉल की कीमत लगभग $1.25–$1.32 प्रति किलोग्राम ($0.57-$0.58 प्रति पाउंड या लगभग $4 प्रति यूएस गैलन) है। बुटेनॉल इथेनॉल (लगभग $ 0.40 प्रति लीटर या 1.50 प्रति गैलन) और मेथनॉल की तुलना में बहुत अधिक महंगा है।

20 जून 2006 को, ड्यूपॉन्ट और बीपी ने घोषणा की कि वे चुकंदर से प्रति वर्ष 9 मिलियन गैलन (34 000 क्यूबिक मीटर) ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने के लिए एक मौजूदा इथेनॉल संयंत्र को परिवर्तित कर रहे हैं। ड्यूपॉन्ट ने सब्सिडी के बिना $30-$40 प्रति बैरल ($0.19-$0.25 प्रति लीटर) पर तेल के साथ प्रतिस्पर्धी होने का लक्ष्य बताया, इसलिए इथेनॉल के साथ कीमत का अंतर कम हो रहा है।

हाइड्रोजन
तरल [[हाइड्रोजन]] तत्व हाइड्रोजन की तरल अवस्था है। यह अंतरिक्ष यान प्रणोदन अनुप्रयोगों के लिए एक सामान्य तरल रॉकेट ईंधन है और इसका उपयोग आंतरिक दहन इंजन या ईंधन सेल में ईंधन के रूप में किया जा सकता है। विभिन्न अवधारणा हाइड्रोजन वाहनों में कम मात्रा में ऊर्जा होती है, दहन के लिए आवश्यक हाइड्रोजन की मात्रा बड़ी होती है। 1898 में जेम्स देवर द्वारा पहली बार हाइड्रोजन को द्रवित किया गया था।

अमोनिया
अमोनिया # ईंधन के रूप में (NH3) का उपयोग ईंधन के रूप में ऐसे समय में किया गया है जब गैसोलीन अनुपलब्ध है (उदाहरण के लिए WWII के दौरान बेल्जियम में बसों के लिए)। इसमें 17 मेगाजूल प्रति लीटर (हाइड्रोजन के लिए 10, मेथनॉल के लिए 18, डाइमिथाइल ईथर के लिए 21 और गैसोलीन के लिए 34 की तुलना में) का वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व है। इसे तरल ईंधन बनने के लिए संपीड़ित या ठंडा किया जाना चाहिए, हालांकि इसमें क्रायोजेनिक कूलिंग की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि हाइड्रोजन को तरलीकृत किया जाता है।