Diesel

Diesel atau minyak diesel (sebutan bahasa Inggeris: /ˈdiːzəl/) secara umumnya merujuk kepada apa jua jenis minyak bahan api yang digunakan pada enjin diesel. Jenis yang paling lazim adalah hasil khas pecahan penapisan petroleum, tetapi bahan api diesel daripada sumber alternatif bukan petroleum seperti biodiesel atau biojisim sudah mula dibangunkan dan diguna pakai. Bahan api diesel bersulfur lampau rendah (ULSD; Ultra-Low Sulphur Diesel) adalah satu piawaian bagi diesel dengan kandungan sulfur yang rendah. Setakat tahun 2007, hampir kesemua bahan api diesel di Amerika dan Eropah adalah dari jenis ULSD, manakala diesel yang dijual di Malaysia secara amnya mempunyai kandungan sulfur yang tinggi.

Etimologi

Perkataan "diesel" diambil daripada nama pencipta berbangsa Jerman Rudolf Christian Karl Diesel yang mencipta enjin diesel pada tahun 1892.

Enjin diesel

Enjin diesel merupakan sejenis enjin pembakaran dalaman. Rudolf Diesel asalnya merekabentuk enjin diesel tersebut untuk menggunakan habuk arang batu sebagai bahan api. Beliau turut bereksperimentasi dengan pelbagai jenis minyak, termasuklah beberapa jenis minyak sayuran, seperti minyak kacang tanah, yang digunakan untuk menggerakkan enjin tersebut yang dipamerkan di Ekspo Paris 1900 dan Pameran Dunia 1911 di Paris.

Sumber

Bahan api diesel dihasilkan daripada petroleum ataupun daripada pelbagai sumber lain. Bahan api yang terhasil boleh ditukar ganti pada kebanyakan aplikasi.

Diesel petroleum

Diesel petroleum, juga dikenali sebagai petrodiesel, atau diesel fosil dihasilkan daripada petroleum dan campuran hidrokarbon, diperolehi daripada pecahan penapisan petroleum pada suhu antara 200 °C dan 350 °C pada tekanan atmosfera.
Ketumpatan diesel petroleum adalah lebih kurang 0.85 kg/l (7.09 lb/gelen), lebih kurang 18% lebih tinggi daripada petrol, yang mempunyai ketumpatan lebih kurang 0.72 kg/l (6.01 lb/gelen). Semasa terbakar, diesel lazimnya menghasilkan haba sejumlah lebih kurang 38.6 MJ/l (138,700 BTU per gelen AS), sementara petrol pula menghasilkan 34.9 MJ/l (125,000 BTU per gelen AS) haba, kurang 10% jika dibandingkan mengikut ketumpatan tenaga, tetapi 45.41 MJ/kg berbanding 48.47 MJ/kg pada petrol, lebih 6.7% jika dibandingkan mengikut tenaga tentu. Diesel secara amnya lebih mudah untuk ditapis dari petroleum daripada petrol.

Kegunaan sebagai bahan api kenderaan

Tidak seperti enjin petrol, enjin diesel tidak menggunakan sistem penyalaan voltan tinggi (palam pencucuh). Enjin diesel memampatkan udara pada tekanan dan suhu (nisbah mampatan sekitar 15:1 hingga 25:1 adalah lazim); diesel disuntik terus ke dalam silinder semasa penghujung lejang mampatan. Suhu tinggi di dalam silinder menyebabkan minyak diesel bertindak balas dengan oksigen (terbakar atau teroksida), lalu terbakar dan seterusnya mengembang bagi menukar perbezaan haba / tekanan kepada kerja mekanikal; iaitu menggerakkan omboh. (Palam bara digunakan untuk membantu menghidupkan enjin dengan memanaskan sedikit silinder sehingga mencapai suhu operasi minimum.) Nisbah mampatan yang tinggi serta operasi tanpa pendikit menjadikan enjin diesel lebih cekap daripada kebanyakan enjin petrol.
Sifat diesel yang tidak mudah terbakar serta tidak mudah meletup berbanding petrol adalah punca utama enjin diesel sering digunakan bagi tujuan ketenteraan seperti kereta kebal dan lori tentera. Enjin diesel juga menghasilkan lebih kilasan pada kelajuan enjin rendah.
Kereta berenjin diesel secara amnya lebih menjimatkan minyak daripada model berenjin petrol yang setara serta menghasilkan kurang gas rumah hijau. Kadar penjimatan yang tinggi tersebut adalah hasil daripada kandungan tenaga seliter diesel yang lebih tinggi serta kecekapan enjin diesel yang lebih baik. Sementara ketumpatan diesel petroleum yang lebih tinggi menghasilkan lebih gas rumah hijau berbanding petrol, penjimatan bahan api yang 20–40% lebih baik pada enjin diesel kereta moden mengurangkan penghasilan gas rumah hijau sebanyak 10-20% berbanding kenderaan berenjin petrol yang setara. Enjin diesel yang menggunakan biodiesel menawarkan pengurangan pelepasan asap yang ketara berbanding enjin yang menggunakan diesel petroleum ataupun petrol, sementara mengekalkan kelebihan penjimatan bahan api berbanding enjin petrol konvensional.

Komposisi kimia

Diesel yang terhasil daripada petroleum mengandungi lebih kurang 75% hidrokarbon tepu (terutamanya parafin termasuklah n, iso, dan sikloparafin), dan 25% hidrokarbon aromatik (termasuklah naftalena dan alkilbenzena). Formula kimia purata bagi bahan api diesel ialah C₁₂H₂₃, merangkumi lebih kurang C₁₀H₂₀ sehinggalah C₁₅H₂₈.

Diesel sintetik

Kayu, hem, jerami, jagung, sampah, sisa makanan, serta sisa pembetungan boleh dikeringkan dan ditukarkan menjadi gas sintesis. Selepas penulenan proses Fischer-Tropsch digunakan untuk mrnghasilkan diesel sintetik. Ini bermakna penghasilan minyak diesel sintetik bakal merintis jalan kepada penghasilan minyak diesel berasaskan biojisim. Proses berkenaan sering dipanggil Biojisim ke Cecair atau BTL.
Diesel sintetik juga boleh dihasilkan daripada gas asli di dalam proses gas ke cecair (GTL) ataupun daripada arang batu melalui proses arang batu ke cecair (CTL). Minyak diesel sintetik sedemikian menghasilkan kurang 30% partikel pencemar berbanding diesel konvensional (AS- California).

Biodiesel

Biodiesel boleh diperolehi daripada minyak sayuran, ataupun lemak haiwan, melalui proses transesterifikasi. Biodiesel adalah bahan api bukan fosil, bahan bakar alternatif yang lebih bersih daripada petrodiesel. Ia juga boleh dicampur dengan petrodiesel dalam apa jua nisbah kandungan di dalam sesetengah enjin moden, tetapi 'tidak begitu disyorkan' oleh sesetengah pengeluar kenderaan. Biodiesel mempunyai takat jel yang lebih tinggi daripada petrodiesel, tetapi setanding kepada diesel. Ia boleh diatasi dengan menggunakan campuran biodiesel/petrodiesel, ataupun dengan pemasangan pemanas bahan api, tetapi ia hanya diperlukan semasa musim sejuk. Satu pecahan kecil biodiesel boleh dijadikan sebagai aditif dalam formulasi diesel bersulfur rendah bagi meningkatkan tahap pelinciran yang hilang akibat pembuangan sulfur. Jika ia tertumpah, kesan tumpahan biodiesel boleh dicuci dengan mudah dengan air biasa serta tidak toksik berbanding bahan api lain.
Biodiesel juga boleh dihasilkan menggunakan kit tertentu. Sesetengah kit membenarkan pemprosesan minyak sayuran terpakai yang boleh digunakan pada mana-mana enjin diesel konvensional yang diubahsuai. Pengubahsuaian yang diperlukan termasuklah penukaran talian bahan api daripada masukan dan enjin serta kesemua penyambung getah yang terlibat dalam sistem suntikan bahan api serta pam bahan api dsb. Ia diperlukan kerana biodiesel merupakan pelarut berkesan serta akan menjadi bahan pelembut pada bahagian getah yang tidak sesuai mengikut masa. Gasket, hos serta bahan penyambung yang menggunakan bahan sintetik dalam mengatasi masalah ini.
Secara kimianya, kebanyakan biodiesel terdiri daripada alkil (biasanya metil) ester berbanding alkana serta hidrokarbon aromatik pada diesel petroleum. Walau bagaimanapun, biodiesel mempunyai sifat pembakaran yang sangat menyerupai petrodiesel, termasuklah tenaga pembakaran serta penarafan setana. Biodiesel parafin juga boleh didapati. Disebabkan ketulenan sumbernya, ia lebih bermutu tinggi daripada petrodiesel.

Pengangkutan

Diesel digunakan secara meluas dalam kebanyakan bentuk pengangkutan, kecuali kereta yang kebanyakannya menggunakan enjin petrol.

Kereta api

Lokomotif diesel-elektrik paling banyak digunakan dalam sistem kereta api di seluruh dunia, kecuali beberapa kawasan di benua Eropah yang kebanyakannya menggunakan lokomotif elektrik. Lokomotif wap, yang menguasai sistem kereta api sedunia sehingga dekad 1950an atau 1960an pada kebanyakan tempat, kini hanya sekadar menjadi tarikan pelancong.

Kapal terbang

Penerbangan pertama yang menggunakan enjin diesel yang dipasang pada kapal terbang adalah pada 18 September 1928, di Packard Motor Company, Utica, Michigan dengan Kapten Lionel M. Woolson dan Walter Lees sebagai juruterbang (penerbangan ujian "rasmi" diadakan keesokan paginya). Enjin yang digunakan direkabentuk untuk Packard oleh Woolson manakala kapal terbang adalah dari jenis Stinson SM1B, X7654. Dalam tahun yang sama Charles Lindbergh terbang dengan pesawat yang sama. Pada tahun 1929 ia terbang sejauh 1000 km tanpa henti dari Detroit ke Langley, Virginia (berhampiran Washington, D.C.). Kapal terbang tersebut kini dimiliki oleh Greg Herrick dan tersimpan di Golden Wings Flying Museum berhampiran Minneapolis, Minnesota. Pada tahun 1931, Walter Lees dan Fredrick Brossy membuat rekod penerbangan tanpa henti dengan menaiki pesawat Bellanca yang digerakkan oleh enjin diesel Packard selama 84 jam 32 minit. Kapal udara Hindenburg digerakkan oleh empat enjin diesel 16 silinder, setiap satunya menghasilkan kuasa maksimum 1,200 kuasa kuda. Enjin diesel moden bagi kapal terbang yang menggunakan baling-baling dikeluarkan oleh Thielert Aircraft Engines dan SMA. Enjin sebegini boleh mengunakan bahan api Jet A, yang mempunyai komposisi hampir sama dengan diesel automotif serta lebih murah dan mempunyai kandungan lebih banyak daripada minyak petrol penerbangan RON 100 tanpa plumbum yang banyak digunakan pada kapal terbang berenjin omboh.
Enjin diesel penerbangan yang paling banyak dikeluarkan dalam sejarah setakat ini ialah Junkers Jumo 205, yang mana, bersama-sama dengan pembangunan yang sama daripada kapal terbang Junkers Motorenwerke, mempunyai lebih kurang 1000 contoh bagi enjin omboh 2 lejang bersetentangan unik, dibina pada tahun 1930an menjelang Perang Dunia Kedua di Jerman.

Kereta

Perjalanan kereta berenjin diesel yang pertama (dalam AS) disempurnakan pada 6 Januari 1930. Perjalanan tersebut adalah dari Indianapolis ke Bandar raya New York, sejauh hampir 1300 km. Pencapaian tersebut membantu membuktikan kegunaan enjin diesel.

Kegunaan lain

Minyak diesel bermutu rendah dengan kandungan sulfur yang tinggi digunakan sebagai enjin pengekstrakan paladium bagi proses pengekstarakan cecair-cecair bagi logam tersebut daripada campuran asid nitrik. Ia dicadangkan sebagai satu kaedah mengasingkan hasil pembelahan paladium daripada rafinat PUREX yang berasal daripada bahan nuklear terpakai. Dalam sistem pengekstrakan pelarut ini hidrokarbon daripada diesel bertindak sebagai pelarut sementara dialkil sulfida bertindak sebagai pengekstrak. Pengekstrakan ini beroperasi melalui satu mekanisme pelarutan. Setakat ini masih belum ada loji perintis ataupun loji berskala penuh yang dibina bagi memulihkan paladium, rodium atau rutenium daripada sisa nuklear yang terhasil daripada penggunaan bahan api nuklear.

Kesan terhadap kesihatan

Asap ekzos hasil pembakaran diesel adalah penyumbang utama kepada penghasilan jelaga dan partikel halus, yang merupakan satu pecahan daripada pencemaran udara yang boleh mengakibatkan kerosakan jantung dan paru-paru manusia. Ekzos diesel juga mengandungi partikel nano yang didapati boleh mengakibatkan kerosakan kepada sistem kardiovaskular pada model tikus. Kajian mengenai nanotoksikologi masih lagi baru, serta kesan lanjutan oleh diesel terhadap kesihatan masyarakat masih belum diketahui sepenuhnya. Penemuan teknologi biodiesel dan campuran biodiesel menghasilkan pengurangan tahap pencemaran yang sangat ketara.