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, यद्यपि गैसीय ईंधन के समरूप नहीं। इनमें से कुछ विशेषताएं हैं: प्रकाश बिंदु, न्यूनतम तापमान जिस पर वाष्प की ज्वलनशील सांद्रता उत्पन्न होती है; प्रकाश बिंदु, वह तापमान जिस पर वाष्प का निरंतर जलना होगा; डीजल ईंधन के लिए वाष्पीय बिंदु, वह तापमान जिस पर घुले हुए तरल यौगिक आपस में मिलने लगते हैं, और उस बिंदु पर डालना प्रारंभ कर देते हैं, वह तापमान जिसके नीचे ईंधन स्वतंत्र रूप से डालने के लिए बहुत संघनित होता है। ये गुण ईंधन की सुरक्षा और संचालन को प्रभावित करते हैं।

पेट्रोलियम ईंधन


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

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

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

तरल पेट्रोल स्वयं वास्तव में जलाया नहीं जाता है, किन्तु इसका धुआं प्रज्वलित होता है, जिससे शेष तरल वाष्पित हो जाता है और फिर जल जाता है। पेट्रोल अत्यधिक अस्थिर है और सुगमता से जल जाता है, जिससे कोई भी रिसाव संभावित रूप से अत्यधिक खतरनाक हो जाता है। अधिकांश देशों में बेचे जाने वाले पेट्रोल की प्रकाशित ऑक्टेन रेटिंग होती है। ऑक्टेन संख्या पेट्रोल के समय से पहले जलने के प्रतिरोध का एक अनुभवजन्य माप है, जिसे इंजन ध्वनि के रूप में जाना जाता है। ऑक्टेन रेटिंग जितनी अधिक होगी, ईंधन उच्च दबावों के अनुसार 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' यौगिक मिलाए गए हैं। मुख्य यौगिक के पर्यावरणीय प्रभाव के कारण, चिंतित करने वाली अशुद्धियों को परिष्कृत करके आज ऑक्टेन रेटिंग बढ़ा दी गई है।

डीजल
पारंपरिक डीजल पेट्रोल के समरूप है क्योंकि यह पेट्रोलियम से निकाले गए वसीय हाइड्रोकार्बन का मिश्रण है। डीजल का मूल्य पेट्रोल की तुलना में अधिक या न्यूनतम हो सकती है, किन्तुसामान्यता इसका उत्पादन न्यूनतम 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 मूल्य न्यूनतम हैं।

आसवन के बाद, ईंधन में गंधक की मात्रा को न्यूनतम 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 क्षरण का कारण बनता है। ऐतिहासिक रूप से, यूरोप में संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में न्यूनतम सल्फर स्तर विधिक रूप से आवश्यक थे। यद्यपि, वर्तमान के अमेरिकी विधान 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 परिवर्तन कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, न्यूजीलैंड और कई एशियाई देशों में भी चल रहे हैं। अल्ट्रा-लो-सल्फर डीजल भी देखें।

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

मिट्टी का तेल
मिट्टी के तेल का उपयोग लैंप में और खाना पकाने, गर्म करने और छोटे इंजनों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। यह प्रकाश के उपयोग के लिए व्हेल के तेल को विस्थापित करता है। जेट इंजनों के लिए जेट ईंधन कई ग्रेड (एविएशन टरबाइन फ्यूल जेट ए, जेट ए-1, जेट बी, जेपी-4, जेपी-5, जेपी-7 या जेपी-8) में बनाया जाता है जो मिट्टी के तेल के मिश्रण होते हैं। आरपी-1 के रूप में पहचाना जाने वाला ईंधन का तरल रूप ऑक्सीजन के साथ प्रक्षेपास्र ईंधन के रूप में जलाया जाता है। ये ईंधन केरोसिन श्रेणी धूम्रपान बिंदुओं और फ्रीज बिंदुओं के लिए विशिष्टताओं को पूरा करते हैं।

20वीं शताब्दी के मध्य में, मिट्टी के तेल या टीवीओ (ट्रैक्टर वेपोराइजिंग ऑयल) का उपयोग ट्रैक्टरों के लिए सस्ते ईंधन के रूप में किया जाता था। इंजन पेट्रोल पर प्रारंभ होगा, फिर इंजन के गर्म होते ही मिट्टी के तेल में परिवर्तित हो जाएगा। मैनिफोल्ड पर हीट वाल्व इनटेक पाइप के चारों ओर निकास गैसों को रूट करेगा, मिट्टी के तेल को उस बिंदु तक गर्म करेगा जहां इसे विद्युत् चिंगारी से प्रज्वलित किया जा सकता है।

ठंडे तापमान में गेलिंग या वैक्सिंग को रोकने के लिए कभी-कभी डीजल ईंधन में यौगिक के रूप में मिट्टी के तेल का उपयोग किया जाता है। यद्यपि, वर्तमान के कुछ वाहन डीजल इंजनों में इसका प्रयोग 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 (सीएनजी) के कई लाभ प्रदान करता है, किन्तुउतनी सफाई से नहीं जलता है, हवा की तुलना में सघन है और कहीं अधिक सुगमता से संपीडित होता है। सामान्यता 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 वैश्विक स्तर पर तीसरा सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला मोटर ईंधन है।

पेट्रोलियम ईंधन से कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण।
पेट्रोलियम ईंधन, जब जलाया जाता है, कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है जो वैश्विक 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 उदाहरण- डीजल है. ध्यान दें कि डीजल विभिन्न अणुओं का मिश्रण है। चूँकि कार्बन का अणुभार 12 ग्राम/अणु और हाइड्रोजन (परमाणु) का अणुभार लगभग 1ग्राम/अणु 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 अणुभार 44 ग्राम/अणु है क्योंकि इसमें ऑक्सीजन के 2 परमाणु (16 ग्राम/अणु) और कार्बन का 1 परमाणु (12 ग्राम/अणु) 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 से उत्पन्न होने वाली कार्बन डाइऑक्साइड के भार 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 मात्रा साहित्य में पाए जाने वाले मूल्यों के निकट है।

पेट्रोल के लिए, 0.75 किग्रा/ली के घनत्व और लगभग 6 से 14 के कार्बन से हाइड्रोजन परमाणुओं के अनुपात के साथ, कार्बन उत्सर्जन का अनुमानित मूल्य यदि 1 लीटर पेट्रोल 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 समय कोयले से कृत्रिम ईंधन रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण थे। परिवहन में तरल ईंधन के उच्च मूल्य का लाभ उठाने के लिए आज प्राकृतिक गैस से उत्पादित कृत्रिम ईंधन का निर्माण किया जाता है।

प्राकृतिक गैस
मुख्य रूप से मीथेन से बनी प्राकृतिक गैस को तरल में संकुचित किया जा सकता है और अन्य पारंपरिक तरल ईंधन के विकल्प के रूप में उपयोग किया जा सकता है। अन्य हाइड्रोकार्बन ईंधनों की तुलना में इसका दहन बहुत स्वच्छ होता है, किन्तुईंधन के निम्न क्वथनांक के कारण ईंधन को तरल अवस्था में रखने के लिए उच्च दाब पर रखने की आवश्यकता होती है। यद्यपि इसमें पेट्रोल जैसे ईंधन की तुलना में बहुत न्यूनतम प्रकाशबिंदु है, यह अपने उच्च ऑटोइग्निशन तापमान और न्यूनतम घनत्व के कारण कई अर्थो में सुरक्षित है, जो हवा में छोड़े जाने पर इसे नष्ट कर देता है।

बायोडीजल
बायोडीजल डीजल के समरूप है किन्तु 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 अशुद्ता और जमाव से छुटकारा पाने के लिए एक सफाई कर्मक पदार्थ के रूप में कार्य करता है। यह तथ्य दिया गया है कि यह मात्र 80 डॉलर (फरवरी, 2007 के अंत तक £40 या €60) प्रति बैरल के तेल की मूल्यों के ऊपर आर्थिक रूप से संभव है। यद्यपि, यह स्थानीयता, आर्थिक स्थिति, बायोडीजल पर सरकारी पक्ष और कई अन्य कारकों पर निर्भर करता है- और यह कुछ देशों में बहुत न्यूनतम लागत पर व्यवहार्य सिद्ध हुआ है। साथ ही, यह साधारण डीजल की तुलना में लगभग 10% न्यूनतम ऊर्जा उत्पन्न करता 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 संख्या 2 डीजल की तुलना में ऊर्जा की न्यूनता को पृथक किया जा सकता है।

अल्कोहल
सामान्यतः, अल्कोहल शब्द इथेनॉल को संदर्भित करता है, जो मानव द्वारा उत्पादित प्रथम कार्बनिक रसायन है, किन्तु किसी भी अल्कोहल को ईंधन के रूप में जलाया जा सकता है। इथेनॉल और मेथनॉल सबसे सामान्य हैं, उपयोगी होने के लिए पर्याप्त रूप से सस्ते हैं।

मेथनॉल
मेथनॉल प्राकृतिक गैस घटक मीथेन से उत्पादित सबसे सामान्य और सरल अल्कोहल (रसायन) है। इसका उपयोग मुख्य रूप से इसकी विषाक्तता (पेट्रोल के समरूप) के कारण सीमित है, किन्तुइसकी उच्च संक्षारकता और पानी के साथ मिश्रणीयता के कारण भी है। ऑक्टेन रेटिंग बढ़ाने के लिए कुछ प्रकार के पेट्रोल में न्यूनतम 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 संज्ञा 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 अधिकांशतः पेट्रोल के संयोजन में होता है। अधिकांश भाग के लिए, पेट्रोल के नकारात्मक पर्यावरणीय प्रभावों को न्यूनतम करने के लिए पेट्रोल से इथेनॉल के 9: 1 अनुपात में इसका उपयोग किया जाता है।

15% पेट्रोल के साथ मिश्रित 85% ईंधन इथेनॉल के मिश्रण के उपयोग में रुचि बढ़ रही है। E85 नामक इस ईंधन मिश्रण में अधिकांश अधिमूल्य प्रकार के पेट्रोल की तुलना में उच्च ईंधन ऑक्टेन है। जब आधुनिक नम्य ईंधन वाहन में उपयोग किया जाता है, तो यह इथेनॉल की न्यूनतम विशिष्ट ऊर्जा सामग्री के कारण उच्च ईंधन उपभोग के मूल्य पर प्रतिस्थापित पेट्रोल को अधिक प्रदर्शन प्रदान करता है।

पेट्रोल और औद्योगिक उद्देश्यों में उपयोग के लिए इथेनॉल को जीवाश्म ईंधन माना जा सकता है क्योंकि इसे अधिकांशतः 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 जिसे अधिकांश पेट्रोल आंतरिक दहन इंजनों में बिना इंजन संशोधन के ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यह सामान्यतः जीवाणु क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटिलिकम न्यूनतम (जिसे वीज़मैन जीव के रूप में भी जाना जाता है) द्वारा बायोमास के किण्वन का उत्पाद है। इस प्रक्रिया को पहली बार 1916 में चैम वीज़मैन द्वारा स्टार्च से एसीटोन के उत्पादन के लिए कॉर्डाइट, धुआं रहित विस्फोटक चूर्ण बनाने के लिए चित्रित किया गया था।

ब्यूटेनॉल के लाभ इसकी उच्च ऑक्टेन रेटिंग (100 से अधिक) और उच्च ऊर्जा सामग्री हैं, जो पेट्रोल से मात्र लगभग 10% न्यूनतम है, और बाद में इथेनॉल की तुलना में लगभग 50% अधिक ऊर्जा-सघन, मेथनॉल से 100% अधिक है। ब्यूटेनॉल का एकमात्र प्रमुख हानि इसका उच्च प्रकाशबिंदु (35 डिग्री सेल्सियस या 95 डिग्री फारेनहाइट) है, विषाक्तता (ध्यान दें कि विषाक्तता के स्तर उपस्थित हैं किन्तुइसकी उपयुक्त पुष्टि नहीं हुई है), और तथ्य यह है कि नवीकरणीय ब्यूटेनॉल के लिए किण्वन प्रक्रिया एक दुर्गंध का उत्सर्जन करती है। वीज़मैन जीव इथेनॉल और किण्वित् प्रक्रिया के लिए 14% की तुलना में मात्र 2% या उससे अधिक तक बुटानॉल के स्तर को सहन कर सकता है। तेल से ब्यूटेनॉल बनाने से ऐसी कोई गंध उत्पन्न नहीं होती है, किन्तुसीमित आपूर्ति और तेल के उपयोग का पर्यावरणीय प्रभाव वैकल्पिक ईंधन के उद्देश्य को विफल कर देता है। ब्यूटेनॉल का मूल्य 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 शर्करा उत्पादन करने वाले प्रतिष्ठानों से प्रति वर्ष 9 मिलियन गैलन (34 000 क्यूबिक मीटर) ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने के लिए उपस्थित 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 मूल्य का अंतर न्यूनतम हो रहा है।

हाइड्रोजन
तरलीकृत हाइड्रोजन तत्व हाइड्रोजन की तरल अवस्था है। यह प्रक्षेपास्र अनुप्रयोगों के लिए सामान्य तरल प्रक्षेपास्र 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 न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा होती है, दहन के लिए आवश्यक हाइड्रोजन की मात्रा बड़ी होती है। 1898 में जेम्स डेवर 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 पेट्रोल अनुपलब्ध है (उदाहरण के लिए द्वितीय विश्व युद्ध के के समय बेल्जियम में बसों के लिए)। इसमें 17 मेगाजूल प्रति लीटर (हाइड्रोजन के लिए 10, मेथनॉल के लिए 18, डाइमिथाइल ईथर के लिए 21 और पेट्रोल के लिए 34 की तुलना में) का विशाल-काय ऊर्जा घनत्व है। इसे तरल ईंधन बनने के लिए संपीड़ित या ठंडा किया जाना चाहिए, यद्यपि इसमें क्रायोजेनिक कूलिंग की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि हाइड्रोजन को तरलीकृत किया जाता है।