Benzín

Rozbalit box

Obsah boxu

Benzín
Soubor:Gas station advertising signboards at night.jpg
Ceny benzínu a nafty na čerpací stanici.
Typ látky	Kapalná směs uhlovodíků, palivo
Hlavní zdroj	Ropa
Klíčový proces výroby	Frakční destilace, krakování, reformování
Hlavní použití	Palivo pro zážehový motory
Klíčová vlastnost	Oktanové číslo

Benzín (v severní Americe nazývaný gasoline nebo gas) je čirá, hořlavá kapalina, která je jedním z nejdůležitějších produktů zpracování ropy. Jedná se o komplexní směs stovek různých uhlovodíků, která je speciálně navržena jako palivo pro zážehový motory. Tyto motory pohánějí naprostou většinu osobních automobilů, motocyklů, ale i menších letadel a zahradní techniky.

Je to energeticky velmi husté palivo, což znamená, že v malém objemu obsahuje velké množství energie. Právě tato vlastnost, spolu s jeho relativně snadnou distribucí a použitím, z něj učinila dominantní palivo pro individuální dopravu ve 20. století a stala se krví moderní globální ekonomiky. Jeho spalování je však zároveň významným zdrojem skleníkových plynů a znečištění ovzduší.

📜 Historie: Od odpadu k nepostradatelnosti

Příběh benzínu je příběhem o tom, jak se z neužitečného, nebezpečného a páchnoucího odpadu stal jeden z nejcennějších produktů na planetě.

• Raná éra ropy (19. století): Když se v polovině 19. století začala ropa těžit a zpracovávat, hlavním cílem byla výroba petroleje pro svícení. Ropa se zahřívala a destilovala, přičemž různé složky se odpařovaly při různých teplotách. Lehké a vysoce těkavé složky, které se odpařovaly jako první – tedy benzín – byly považovány za nebezpečný odpad. Nikdo pro ně neměl využití, a tak se často vylévaly do řek nebo se nechávaly odpařit.
• Vynález automobilu (konec 19. století): Vše se změnilo s vynálezem zážehového (benzínového) spalovacího motoru, jehož průkopníky byli Nicolaus Otto, Karl Benz a Gottlieb Daimler. Tento nový typ motoru potřeboval přesně takové palivo – lehké, těkavé a snadno zápalné. První automobily si kupovaly benzín v malých lahvičkách v lékárnách, kde se prodával jako čisticí prostředek.
• Věk Fordu T a masové motorizace (začátek 20. století): S masovou výrobou automobilů, kterou odstartoval Ford T, poptávka po benzínu explodovala. Z odpadu se stala nejžádanější frakce ropy. Ropné společnosti začaly optimalizovat proces rafinace, aby získaly z jednoho barelu ropy co nejvíce benzínu.

🔬 Výroba: Alchymie v rafinerii

Benzín se nevyskytuje v přírodě v čisté podobě. Vyrábí se v ropných rafineriích pomocí série komplexních technologických procesů.

1. Frakční destilace Je to základní proces, který funguje jako "třídění podle teploty varu".

• Proces: Surová ropa se zahřeje na vysokou teplotu (cca 400 °C) a vzniklá směs par se vede do vysoké destilační kolony. Jak páry stoupají kolonou, postupně chladnou.
• Výsledek: Nejtěžší a nejméně těkavé složky s nejvyšší teplotou varu (jako asfalt a mazací oleje) kondenzují a zůstávají na dně. Lehčí složky stoupají výše. Benzín, jakožto jedna z nejlehčích frakcí, kondenzuje v horních částech kolony.

2. Zvyšování výtěžku a kvality Frakční destilací se získá jen relativně malé množství přirozeného benzínu. Aby se uspokojila obrovská poptávka, používají se další procesy k přeměně méně cenných těžších frakcí na benzín.

• Krakování: Dlouhé a těžké uhlovodíkové molekuly (např. z topných olejů) se za vysoké teploty a tlaku (nebo pomocí katalyzátorů) "lámou" a "štípou" na kratší a lehčí molekuly, které tvoří benzín.
• Reformování: Molekuly s rovným řetězcem, které mají špatné spalovací vlastnosti, se přeskupují (reformují) na molekuly s rozvětvenou nebo cyklickou strukturou. Tím se dramaticky zvyšuje kvalita benzínu, konkrétně jeho oktanové číslo.

3. Míchání a aditiva Výsledný produkt není nikdy jen jedna látka. Benzín prodávaný na čerpacích stanicích je pečlivě namíchaná směs (blend) různých složek z rafinerie, do které se přidává celá řada aditiv pro vylepšení vlastností:

• Antidetonanty: Zvyšují oktanové číslo (viz níže).
• Detergenty: Udržují motor a palivový systém čistý.
• Antioxidanty: Zabraňují degradaci paliva.
• Barviva: Pro odlišení různých typů benzínu.

📈 Oktanové číslo: Klíč k výkonu a ochraně motoru

Nejdůležitější vlastností benzínu je jeho oktanové číslo.

• Co to je? Je to míra odolnosti benzínu proti samovznícení při stlačování ve válci motoru. Není to míra jeho energetického obsahu nebo kvality spalování.
• Proč je důležité? V zážehovém motoru má směs benzínu a vzduchu zapálit jiskra ze svíčky v přesně daný okamžik. Pokud je oktanové číslo příliš nízké, směs se může vznítit předčasně jen vlivem vysokého tlaku a teploty. Tomuto jevu se říká detonace nebo lidově "klepání motoru".
• Důsledky klepání: Klepání způsobuje ztrátu výkonu a může vést až k vážnému poškození motoru.
• Měření: Oktanové číslo se měří porovnáváním vlastností benzínu se směsí dvou referenčních uhlovodíků: izooktanu (který má vynikající odolnost proti klepání a má definované oktanové číslo 100) a n-heptanu (který má naopak velmi špatnou odolnost a má oktanové číslo 0). Benzín s oktanovým číslem 95 se tedy chová stejně jako směs 95 % izooktanu a 5 % n-heptanu.

Moderní automobily vyžadují benzín s oktanovým číslem 95 nebo vyšším. Vyšší oktanové číslo (např. 98 nebo 100) umožňuje motoru pracovat s vyšším kompresním poměrem a dosáhnout tak vyššího výkonu a efektivity.

🧪 Druhy benzínu a historická aditiva

V průběhu historie se složení benzínu a používaná aditiva výrazně měnila, především ve snaze zvýšit oktanové číslo a později snížit dopad na životní prostředí.

Olovnatý vs. bezolovnatý benzín

• Olovnatý benzín (Leaded Gasoline): Od 20. let 20. století až do 90. let bylo nejběžnějším a nejlevnějším způsobem, jak zvýšit oktanové číslo, přidávání sloučeniny zvané tetraethylolovo (TEL). Tento "olovnatý" benzín však měl devastující dopad na životní prostředí a lidské zdraví. Olovo je toxický těžký kov, který se uvolňoval do ovzduší a prokazatelně způsoboval poškození nervového systému, zejména u dětí.
• Bezolovnatý benzín (Unleaded Gasoline): Dalším zásadním problémem olova bylo, že ničilo katalyzátory, zařízení ve výfukovém systému automobilů určená ke snižování škodlivých emisí. S příchodem přísnějších emisních norem v 70. letech (nejprve v USA) se začal masově zavádět bezolovnatý benzín. Tetraethylolovo bylo nahrazeno jinými, méně toxickými látkami (např. MTBE, později ethanol). V České republice byl prodej olovnatého benzínu ukončen v roce 2001.

Biosložky v benzínu

V současnosti se do benzínu povinně přimíchává určitý podíl biosložek, tedy paliv vyrobených z obnovitelných zdrojů. Cílem je snížit závislost na ropě a snížit emise skleníkových plynů.

• Ethanol (líh): Nejčastější biosložka. Vyrábí se kvašením rostlin s vysokým obsahem cukru nebo škrobu (v Evropě nejčastěji cukrová řepa a pšenice, v Brazílii cukrová třtina, v USA kukuřice). Standardní benzín v Evropě (označený jako E10) může obsahovat až 10 % ethanolu.
• ETBE (Ethyl terc-butylether): Další látka vyráběná z ethanolu, která se používá ke zvýšení oktanového čísla.

Přimíchávání biosložek je však kontroverzní téma, kritizované za dopady na ceny potravin ("jídlo do nádrží") a za ekologickou zátěž spojenou s intenzivním pěstováním plodin pro jejich výrobu.

🌍 Environmentální a zdravotní dopady

Spalování benzínu v motorech je významným zdrojem znečištění ovzduší a přispívá ke změně klimatu.

Emise a smog

Při spalování benzínu vzniká řada škodlivých látek:

• Oxid uhličitý (CO₂): Hlavní skleníkový plyn přispívající ke globálnímu oteplování.
• Oxidy dusíku (NOx): Přispívají ke vzniku kyselých dešťů a letního (fotochemického) smogu.
• Oxid uhelnatý (CO): Jedovatý plyn.
• Nespálené uhlovodíky a prachové částice: Mají karcinogenní účinky a způsobují respirační onemocnění.

Moderní automobily jsou vybaveny třícestným katalyzátorem, který dokáže většinu těchto škodlivin (kromě CO₂) přeměnit na méně škodlivé látky (vodu, dusík, oxid uhličitý).

Zdravotní rizika

Samotný benzín je toxický a karcinogenní. Jeho páry jsou nebezpečné při vdechování a kapalina dráždí kůži. Obsahuje těkavé organické sloučeniny, jako je benzen, který je prokázaným lidským karcinogenem. Proto je důležité minimalizovat expozici a tankovat v dobře větraném prostředí.

🤔 Pro laiky

Představte si, že motor vašeho auta je jako sportovec, který potřebuje správnou výživu, aby podal nejlepší výkon a nezranil se. Benzín je jeho "energetický nápoj".

Co je oktanové číslo?

• Oktanové číslo je jako odolnost sportovce proti křečím. Moderní motor (sportovec) pracuje pod velkým tlakem, aby měl co největší sílu.
• Když mu dáte nekvalitní nápoj (benzín s nízkým oktanovým číslem), svaly mu "chytnou křeč" ještě před hlavním výkonem (směs se v motoru vznítí příliš brzy). Tomu se říká klepání motoru a je to pro něj velmi škodlivé.
• Kvalitní nápoj (benzín s vysokým oktanovým číslem) tomuto předčasnému vznícení zabrání a umožní motoru pracovat na plný výkon bez poškození. Oktanové číslo tedy neudává, kolik energie v nápoji je, ale jak kvalitně a bezpečně ho sportovec (motor) dokáže využít.

Proč byl dříve benzín "olovnatý"?

• Dříve se do toho "energetického nápoje" přidávalo olovo, protože to byl super levný a účinný způsob, jak zabránit těm "křečím". Jenže se zjistilo, že olovo je prudký jed, který se z výfuků dostával do vzduchu a otravoval lidi, hlavně děti. Navíc ničilo "ledviny" auta (katalyzátor), které čistí výfukové plyny. Proto se olovo zakázalo a nahradilo jinými, bezpečnějšími látkami.

Co jsou biosložky?

• Dnes se do toho "energetického nápoje" povinně přimíchává malý díl "přírodního sirupu" vyrobeného z rostlin (líh z řepy nebo pšenice). Cílem je, abychom nebyli tolik závislí na ropě a abychom trochu snížili dopad na klima.