Globalne ocieplenie jest faktem. Wciąż istnieje nadzieja na zatrzymanie albo przynajmniej spowolnienie zmian klimatu, ale pod warunkiem szybkiego i znacznego ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Powaga sytuacji wymusza podejmowanie radykalnych decyzji. Jedną z nich jest przyspieszenie rezygnacji z paliw kopalnych, w większości pochodnych ropy naftowej.

Niedawno zapowiedziano zakończenie produkcji samochodów wyposażonych w silniki spalinowe. W Europie ma to nastąpić najpóźniej w roku 2035. Zapewne zmiany obejmą także inne pojazdy: samochody ciężarowe i specjalne oraz maszyny napędzane silnikami spalinowymi.

Jeszcze 20 lat temu postulowanie tak daleko idących zmian uważano za ekstrawagancję i objaw nadmiernie rozwiniętej wyobraźni. Sądzono, że napęd elektryczny przez długi czas będzie obecny równolegle ze spalinowym, bo technologia gromadzenia energii elektrycznej w akumulatorach chemicznych będzie rozwijała się powoli. Napęd hybrydowy miał być najdoskonalszą realnie dostępną formą ochrony środowiska. Życie napisało inny scenariusz, bo samochody całkowicie elektryczne (ang. electric vehicle – EV) można już dzisiaj całkiem często oglądać na ulicach.

Dostępne są dwie alternatywy dla węglowodorów: akumulatory i wodorowe ogniwa paliwowe, o których dzisiaj mówi się mniej więcej to, co przed laty mówiło się o akumulatorach: obiecująca technologia, która jednak potrzebuje zbyt dużo czasu, aby już dzisiaj rozważać stosowanie jej na wielką skalę. Historia jednak lubi zaskakiwać.

Miejmy nadzieję, że uda się osiągnąć zamierzony cel: zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych i powstrzymać zmiany klimatu. Trzeba liczyć się z tym, że konsekwencje odchodzenia od paliw opartych na węglowodorach będą złożone i dotkliwe. Trzeba wziąć pod uwagę wiele aspektów: ekonomicznych, społecznych i politycznych. Odejście od paliw kopalnych spowoduje zmniejszenie zapotrzebowania na ropę naftową, ale nie wyeliminuje go całkowicie, ponieważ ropa jest surowcem także dla przemysłu chemicznego. Powstają z niej produkty tak odległe od paliw, jak tworzywa sztuczne, odczynniki chemiczne, farmaceutyki, masa asfaltowa i wiele innych.

Państwa wydobywające ropę naftową nie stracą odbiorców z dnia na dzień, ale na pewno zmienią się ceny i charakter kontraktów. Dotychczas manipulacja cenami ropy naftowej wywierała dalekosiężne skutki na całych gospodarkach, ponieważ przekładała się ona na cenę transportu. W przyszłości niemal na pewno te usługi uniezależnią się od cen ropy. Mniejsze znaczenie paliw kopalnych oznacza słabszy mechanizm sterowania gospodarką światową przez wydobywców i eksporterów. Zmniejszy się zapotrzebowanie na usługi magazynowania, transportowania i sprzedaży paliw płynnych. W trudnej sytuacji mogą znaleźć się rafinerie i przewoźnicy wyspecjalizowani w transporcie dalekobieżnym i dystrybucji paliw.

Trochę historii

Zastosowanie paliw płynnych do zasilania silników spalinowych ma ok. 160 lat tradycji. Pierwsze silniki były zasilane gazem: dwusuwowy silnik gazowy o działaniu dwustronnym oraz zapłonie iskrowym, opatentowany w 1860 roku przez E. Lenoira; czterosuwowy silnik gazowy, zbudowany w 1876 roku (a ulepszony w roku 1878) przez N.A. Otto i E. Langena. Pierwszy dwusuwowy tłokowy spalinowy silnik benzynowy skonstruował w latach 1878–1879 K. Benz; silnik spalinowy tłokowy o zapłonie samoczynnym wynalazł i opatentował w roku 1893 R. Diesel. Od tamtej pory zapotrzebowanie na paliwa płynne i gazowe wciąż rośnie.

Wielokrotnie przepowiadano wyczerpanie światowych złóż ropy naftowej, ale żadna z tych prognoz się nie potwierdziła. Owszem, rozpoznane i eksploatowane złoża mają ograniczoną pojemność, ale co jakiś czas odkrywane są nowe zasoby, które będzie można eksploatować przez długie lata. Wiele wskazuje na to, że przyczyną zmniejszenia wydobycia nie będzie brak surowca, tylko ograniczenie zapotrzebowania.

Paliwa płynne

Rafinerie produkują wiele odmian paliw pochodzących z ropy naftowej: od bardzo ciężkich, silnie zanieczyszczonych siarką (jak paliwo do silników okrętowych), przez olej napędowy, po bardzo czyste i lekkie benzyny. Destylaty są podstawowym surowcem do produkcji paliw, ale praktycznie nie używa się ich bez dodatku innych związków chemicznych. Wśród nich są dodatki zapobiegające wybuchowemu spalaniu w cylindrze, środki obniżające temperaturę krzepnięcia (ważne zwłaszcza dla oleju napędowego), uszlachetniacze itp.

Większość rafinerii sprzedaje paliwa opracowywane według własnych receptur – różniące się ceną, a reklamowane jako „specjalne”, „zimowe” lub „ekonomiczne”.

Od wielu lat do paliw sprzedawanych w Unii Europejskiej dodawane są obowiązkowo tzw. biokomponenty: etanol do benzyn, a estry – do oleju napędowego. Idea jest następująca: jeśli część objętości paliw kopalnych zastąpimy paliwami odnawialnymi, to zredukujemy zużycie pochodnych ropy naftowej, a pośrednio także jej wydobycie. Dodatki te z założenia mają być obojętne dla silnika, a ich wpływ na zużycie paliwa jest niewielki. Od niedawna na niektórych stacjach paliw pojawiają się kolejne dystrybutory, z których można zatankować paliwo o większej zawartości biokomponentów.

Paliwa syntetyczne

Osoby i firmy przywiązane do tradycyjnej motoryzacji, za której symbol uważają silniki spalinowe, wciąż mają nadzieję na wynalezienie całkowicie czystego, bezpiecznego dla środowiska paliwa.
Na przestrzeni lat pojawiło się wiele syntetycznych związków chemicznych nadających się do spalania w silnikach benzynowych i wysokoprężnych. Pracują nad nimi m.in.: Porsche, Bentley, Mazda i McLaren. Mercedes, co jest swego rodzaju ciekawostką, zdecydowanie odcina się od tych badań i deklaruje, że zamierza oprzeć swoje konstrukcje wyłącznie na napędzie elektrycznym.

Niewykluczone, że paliwa syntetyczne okażą się dobrym uzupełnieniem dla energii elektrycznej. Nie tylko dlatego, że niektóre marki chcą być kojarzone przede wszystkim z tradycją, ale także z tego względu, że w transporcie morskim i lotniczym wyjątkowo trudno będzie zastosować akumulatory o wystarczająco dużej pojemności elektrycznej i w rozsądnych rozmiarach.

Przygoda z ołowiem

Producenci paliw do silników samochodowych zaliczyli co najmniej jedną bardzo niebezpieczną i dzisiaj wstydliwą wpadkę – w 1922 roku zaczęli dodawać do benzyn czteroetylek ołowiu – związek chemiczny, który rozkłada się w temperaturze 120°C, zapobiegając stukowemu spalaniu benzyny. Dodając go do paliwa, można było prosto i tanio podnieść liczbę oktanową. Metoda została opatentowana i spopularyzowana przez koncern General Motors w roku 1921.

Już wtedy zdawano sobie sprawę z toksycznych właściwości czteroetylku ołowiu. Wytwarzano go przed I wojną światową, a ze względu na udokumentowaną szkodliwość rozważano użycie tej substancji jako broni chemicznej. Za zastosowaniem związków ołowiu przemawiały: niska cena, prosty proces produkcji i wysoka dostępność surowców.

W USA zaczęto wycofywać etyliny ze sprzedaży w 1976 roku, a cały proces zakończył się w roku 1986. W Europie zmiany przepisów zaczęto wprowadzać w 1982 roku. W Polsce benzynę z dodatkiem czteroetylku ołowiu można było kupować do marca 2005 roku. Dodatki przeciwstukowe wciąż są potrzebne, ale obecnie ich rolę spełniają sole litu, które nie oddziałują toksycznie na żywe organizmy.

CNG

CNG (ang. compressed natural gas – sprężony gaz ziemny) to powszechnie dostępne paliwo kopalne, które – spalane w odpowiednich warunkach (w sprawnym silniku) – wytwarza znacznie mniej zanieczyszczeń niż benzyna czy olej napędowy. Paliwo to jest bardzo popularne na Wschodzie, m.in. na Ukrainie. Rozbudowana sieć stacji sprzedających CNG powstała tam jeszcze w czasach ZSRR. Szacuje się, że obecnie w Ukrainie może jeździć około 400 tys. pojazdów napędzanych CNG. Spora część z nich to samochody ciężarowe i autobusy miejskie – tradycyjnie wyposażane w baterie pomalowanych na czerwono butli wysokiego ciśnienia montowane na dachach.

W Polsce sprężony gaz ziemny cieszy się umiarkowaną popularnością. Wpływają na to co najmniej dwie przyczyny: CNG jest sprężany do ciśnienia około 20 MPa (dla porównania: LNG tylko do 2,5 MPa) i musi być przechowywany w dużych i ciężkich zbiornikach, co w przypadku samochodów osobowych oznacza utratę znacznej części przestrzeni ładunkowej. W Polsce istnieje nieco ponad 20 stacji paliw sprzedających CNG, co skutecznie ogranicza zainteresowanie tym paliwem.

Paliwa stałe

Był taki moment w historii motoryzacji, kiedy silniki spalinowe w samochodach osobowych, ciężarowych i autobusach zasilano gazem drzewnym. Jest to mieszanina gazów powstająca podczas zgazowywania drewna. Proces polega na ogrzewaniu (bez spalania) drewna do temperatury powyżej 700°C. Uwalniają się wtedy substancje niepalne azot i dwutlenek węgla oraz palne – wodór i tlenek węgla (silnie toksyczny dla ludzi). Doprowadzając gaz do silnika wewnętrznego spalania, można wykorzystać go jako paliwo. Ponieważ gazu drzewnego nie spręża się, generator opalany drewnem lub węglem musi być zabudowany w pojeździe albo ciągniętej przez niego przyczepie. W pewnym sensie praca silnika jest więc możliwa dzięki spalaniu paliw stałych, które uwalniają ciepło niezbędne do zgazowania drewna.

W różnych momentach historii metoda ta miała znaczenie eksperymentalne lub praktyczne. Na przełomie XIX i XX wieku gazem drzewnym (tańszym niż gaz wytwarzany w miejskich gazowniach) zasilano silniki stacjonarne. Samochody napędzane tym gazem pojawiły się w dużej liczbie podczas II wojny światowej, kiedy paliwa pochodzące z ropy naftowej były trudno dostępne, a istniejące zapasy niemal w całości przeznaczano na potrzeby wojska. Gaz drzewny stosowany był w większości państw zaangażowanych w wojnę. Spotykano je na ulicach miast niemieckich i angielskich (w Londynie zasilano tym gazem autobusy), ale także na froncie. Mimo wielu wad (ryzyko pożaru, problem z dostosowaniem tempa produkcji gazu do aktualnego zapotrzebowania silnika) tzw. holzgaz pomógł podtrzymać transport drogowy w skrajnie trudnych warunkach gospodarczych.

Samochody na gaz drzewny widywano także w powojennym Berlinie i w innych miejscach świata, przede wszystkim tych dotkniętych kryzysem. Wykorzystanie generatorów gazu drzewnego wciąż wydaje się być niezłym pomysłem w sytuacji zagrożenia i braku innych paliw, np. w przypadku klęsk żywiołowych, konfliktów zbrojnych itp., choć obecnie raczej do napędzania silników generatorów prądu niż samochodów i autobusów.

Nie wiadomo, czy paliwa całkowicie znikną z motoryzacji, ustępując miejsca akumulatorom i innym nośnikom energii. Niezależnie od tego, czy tak się stanie, na zawsze pozostaną one stałym i bardzo ważnym elementem historii rozwoju techniki i transportu.

Piotr Kołaczek