Paliwa – jakie są ich rodzaje, parametry i właściwości

Najpopularniejsze paliwa stosowane w pojazdach osobowych to te w formie ciekłej. Mają one wiele zalet w porównaniu z innymi. Przede wszystkim charakteryzują się dużą gęstością energetyczną. Mówiąc prościej, w niewielkiej objętości jest stosunkowo dużo energii.

To dzięki temu na jednym baku możemy przejechać kilkaset, a często nawet tysiąc i więcej kilometrów. Dlatego nie jeździmy jeszcze wszyscy autami elektrycznymi, które trzeba nieustannie doładowywać.

Forma płynna to także łatwa dystrybucja – takie paliwo prosto odmierzać podczas wlewania do baku i stosunkowo łatwo przechowywać. Nie bez znaczenia jest też fakt wieloletniej praktyki w tej kwestii. Podobnie jest z bezpieczeństwem przewożenia. W przypadku paliw płynnych jest ono dość wysokie.

Oczywiście paliwa ciekłe to także konieczność stosowania zaawansowanych układów zasilania, tak aby utworzyć mieszankę palną. Najlepiej widać to na podstawie zaawansowanych układów common rail w silnikach ZS.

Inną popularną formą jest stan gazowy – tutaj występuje znacznie łatwiejsze tworzenie mieszanki palnej z powietrzem. Łatwiej też tak sterować procesem spalania, aby zmniejszać zawartość składników toksycznych w spalinach. Jednak paliwa gazowe charakteryzują się mniejszą gęstością energetyczną, trudniejszą dystrybucją i bardziej niebezpiecznym transportem.

Najważniejszy w przypadku paliw jest jednak nie ich stan skupienia, ale właściwości. Właściwości paliw zależą od ich składu chemicznego. W przeważającej większości są to produkty węglowodorowe, zawierające domieszki innych pierwiastków np. siarki w postaci zanieczyszczeń

Do podstawowych parametrów paliw zaliczamy:

• Wartość opałowa – jest to ilość ciepła, która powstaje w wyniku całkowitego i zupełnego spalenia danego paliwa. Wyróżnia się tutaj także tzw. wartość opałową dolną, w której pomija się nieefektywnie wykorzystane ciepło skroplenia pary wodnej w spalinach.
• Liczba oktanowa – określa odporność paliwa na spalanie stukowe. Określając liczbę oktanową, dokonuje się porównania badanego paliwa z paliwem wzorcowym. Paliwo wzorcowe jest odpowiednią procentową mieszaniną izooktanu (LO = 100) i n-heptanu (LO = 0) Więcej o liczbie oktanowej dowiecie się z osobnego artykułu.
• Liczba cetanowa LC to nic innego jak określenie zdolności paliwa do samozapłonu. Wyznacza się ją tak samo jak liczbę oktanową – metodą porównawczą wobec paliwa złożonego z cetanu (LC = 100) i alfa-metolonaftalenu (LC = 0).
• Temperatura samozapłonu – jest to temperatura, przy której następuje samozapłon mieszanki par paliwa i powietrza. Zależy od parametrów składu mieszaki i jej ciśnienia. Temperatura samozapłonu ma szczególne znaczenie przy zasilaniu silników o zapłonie samoczynnym (diesle).
• Temperatura krzepnięcia – jest to taka temperatura, przy której z paliwa zaczynają wytrącać się frakcje stałe. Jest to bardzo ważny parametr dla silników Diesla. W chłodniejszej porze roku rafinerie produkują olej napędowy o niższej temperaturze krzepnięcia tzw. zimowy, umożliwiający rozruch samochodu przy niskich temperaturach.
• Lotność – zdolność paliw do odparowywania.
• Lepkość i napięcie powierzchniowe – te parametry decydują o łatwości rozdrabniania paliwa na konieczną w nowoczesnych silnikach mgiełkę paliwa. Im parametry te są niższe, tym lepiej dla rozdrobnienia. Jednak w silnikach ZS niska lepkość pogarsza powtarzalność dawki, zwiększa przecieki i pogarsza smarowanie.
• Ciepło parowania – ważny parametr ze względu na napełnianie cylindrów. Rozumiany jest jako ilość ciepła potrzebnego do odparowania określonej dawki paliwa.

Skoro wiadomo już, jakie są najważniejsze parametry paliwa, to warto powiedzieć dokładniej o poszczególnych rodzajach paliw.

Wśród paliw ciekłych wyróżniamy:

• Benzyna – stosowana w samochodach o zapłonie iskrowym (ZI). W jej skład wchodzą węglowodory o temperaturze wrzenia od 30 do 200 stopni Celsjusza. Otrzymywana jest zazwyczaj poprzez rafinację ropy naftowej, choć możliwe są także inne, alternatywne metody jej pozyskiwania.
• Olej napędowy – stosowany do silników o zapłonie samoczynnym (ZS). Otrzymywany podobnie jak benzyna podczas rafinacji ropy naftowej. Ostatnio na coraz szerszą skalę takie paliwa pozyskuje się z roślin (tzw. estry). Temperatura wrzenia składników to od 170 do 380 stopni Celsjusza. Ważnym parametrem jest wysoka wartość liczby cetanowej.
• Alkohole – w samochodach wykorzystuje się alkohole metylowe i etylowe. Zazwyczaj występują jako dodatek do benzyny, zwiększając wartość liczby oktanowej. Z powodu niewielkiej liczby cetanowej praktycznie unika się zastosowania dla aut z silnikiem Diesla. Jedną z najpopularniejszych mieszanin alkoholu i benzyny jest E85 (85 proc. biotetanolu, reszta benzyny) Jednak aby tankować takie paliwo, potrzebny jest odpowiednie przygotowanie samochodu – są to zazwyczaj specjalne wersje oznaczane FlexiFuel. Warto pamiętać, że ze względu na zmniejszoną wartość energetyczną samochód spalający ok. 10 l benzyny będzie potrzebował w podobnych warunkach pracy około 12 l E85.
• Nafta – stosowana do silników ZI, ale tylko o niskim stopniu sprężania i niskoobrotowych. Charakteryzuje się wydłużonym czasem spalania i zwłoką przy samozapłonie.

Paliwa gazowe:

• Wodór – paliwo przyszłości. Energię uzyskuje się z reakcji chemicznej z tlenem. Produktem spalania jest woda.
• Gaz ziemny CNG (Compressed Natural Gas) – składa się głównie z metanu. Jest sprężony do ciśnienia 20-25MPa. Może być wykorzystywany zarówno do napędzania silników ZI, jak i ZS.
• LPG – Liquefied Petroleum Gas – mieszanina skroplonych propanu i butanu. Ze względu na różnice klimatyczne proporcje mogą być różne. Paliwo może być przewożone w stanie ciekłym pod niewielkim ciśnieniem 1- 1,5 MPa. Ze względu na jego nieściśliwość konieczne jest stosowanie wytrzymałych na uderzenie zbiorników. W przeciwnym razie mogłoby dojść do rozerwania zbiornika od wewnątrz.