Die Chemie des Lebens: Öl vielseitig einsetzbar

Anmerkung der Redaktion: Dieser gelegentlichen Artikelserie schaut die lebenswichtigen Dinge in unserem Leben und die Chemie, sie sind aus.

Neben Wasser gibt es keine Flüssigkeit, die Menschen auf mehr als Erdöl angewiesen. Es treibt unsere Fahrzeuge, heizt unsere Häuser, unsere Straßen ebnet und füllt unsere shopping Regale mit unzähligen Consumer Products.

Rund 85 Prozent der Erdöl oder Rohöl verbraucht in den Vereinigten Staaten geht in Kraftstoffen, wie Benzin, Kerosin und Heim-Heizöl, nach den neuesten Daten aus der Energy Information Administration.

"Die flüssige Brennstoffe sind was jeder kennt, aber eine sehr große Anzahl anderer Produkte kommen aus Erdöl,", sagte Jean-François Larivé, technischer Koordinator für Concawe, eine europäische Öl-Gesellschaft.

Die Liste der nicht-Brennstoff-Verbindungen, die aus Erdöl gewonnen werden kann ist erschöpfend: Schmierstoffe für Autos, Straßen, Teere für Bedachungen, Wachse für die Verpackung von Lebensmitteln, sowie Lösungsmittel für Farben und Lacke, Kosmetik, asphalt und chemische Reinigung Produkte. Petrochemie bieten auch die Bausteine für eine breite Palette von Kunststoffen und Schäume.

Schon früh verwendet

Erdöl wird seit Tausenden von Jahren. Die alten Babylonier gebaut Mauern und Türme mit Asphalt, die Chinesen für "Steinöl" gebohrt, Heizung und Beleuchtung zu bieten und den Byzantinern gesprüht "Griechisches Feuer" als eine Brandwaffe.

Viele Kulturen haben auch Erdöl als eine medizinische Heilung gibt es Namen wie "St. Quirinus Oil", "Barbados Teer" und "Seneca oil." Unsere moderne Gesellschaft weiterhin Vaseline als eine Haut Salbe verwenden.

Erdöl wurde ein deutlich wertvoller Rohstoff in der Mitte des 19. Jahrhunderts, als moderne Techniken der chemischen Destillation entwickelt wurden, um Kerosin aus Erdöl zu trennen. Das raffinierte Kerosin könnte in Lampen, Ersatz teurer Thran verwendet werden.

In der Tat das erste Öl-boom in den Vereinigten Staaten – die begann im westlichen Pennsylvania vor genau 150 Jahren – wurde ausgelöst durch den Kerosin-Markt.

Jedoch wurde im Jahre 1919, Kerosin-Produktion von die von Benzin, ein weiteres Derivat von Erdöl übertroffen. Die Geschicke der Erdöl-Industrie haben inzwischen weitgehend durch die Popularität des Automobils angetrieben wurde. Fast 90 Prozent der Transportenergie stammt aus Erdöl gewonnenen Kraftstoffe.

Chemischen potpourri

Erdöl ist kein einzelnes Molekül, sondern eine Mischung aus Tausende von Molekülen, von denen die wichtigsten Kohlenwasserstoffe sind. Das sind Ketten oder Ringe von Kohlenstoffatomen Atomen von Wasserstoff-Atomen umgeben.

Die Bindungen zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff Atome speichern viel chemische Energie. Wenn ein Kohlenwasserstoff gebrannt wird, brechen diese Anleihen zu Kohlendioxid und Wasser auseinander.

"Kohlenwasserstoffe, tragen können eine Menge Energie in einem kleinen Volumen, macht sie attraktiv für Kraftstoffe," Larivé sagte LiveScience.

Obwohl Benzin fast die Hälfte aller Erdölproduktion in den Vereinigten Staaten umfasst, eine Vielzahl von Brennstoffen und Spezialölen kommen aus einer modernen Öl-Raffinerie. Das Erdöl wird zunächst in einem Kessel der größere Kohlenwasserstoffe mit hohen Siedepunkte der kleineren Kohlenwasserstoffe mit niedrigen Siedepunkten getrennt beheizt.

Die verschiedenen Destillate können etwa durch die Anzahl der Kohlenstoffatome in ihre konstituierenden Kohlenwasserstoffe charakterisiert werden:

* Petroleum Gas besteht aus Molekülen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einschließlich Methan, Ethan, Propan und Butan. Es dient zur Fahrzeug-Heizöl (als sogenannte liquefied Petroleum Gas) und als chemischer Rohstoff.

* Naphtha ist eine Mischung der Moleküle im Bereich von 5 bis 9 Kohlenstoffatomen. Es wird als Lösungsmittel in Produkten wie Farbe und Holzpolitur eingesetzt, oder es kann in Benzin gemischt werden.

* Benzin ist eine Kombination von Molekülen mit hauptsächlich 6-11 Kohlenstoffatomen. Dieser bewirkt, dass Heptan mit 7 Kohlenstoffatomen unerwünschte Motor klopft, also Raffinerien in glatt-brennenden Oktan mit 8 Kohlenstoffatomen mischen möchten.

* Kerosin, mit etwa 10 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül, ist jetzt weitgehend verwendet, um Kerosin zu machen.

* Diesel besteht aus Kohlenwasserstoffen mit etwa 12 bis 24 Kohlenstoffatomen. Es kann Autos, Zügen und schwere Maschinen betreiben.

* Schmieröl stammt aus schwereren Moleküle mit 20 bis 50 Kohlenstoffatomen.

* Heizöl hat etwa 20 bis 70 Kohlenstoffatomen pro Molekül und Funde in Kraftwerken und im Schiff Kessel verwendet.

* Residuen sind Raumtemperatur Feststoffe besteht aus Molekülen mit 30 oder mehr Kohlenstoffatomen. Diese umfassen Asphalt, Teer und Wachse. Ein weiteres Überbleibsel ist kohlenstoffreichen "Coke", welche Funde verwendet als Brennstoff oder hitzebeständige Elektroden.

Raffinerien müssen nicht einfach sich mit dem Gemisch von Kohlenwasserstoffen begnügen, die Natur in Erdöl bereitstellt. Es gibt mehrere chemische Prozesse, die ein Kohlenwasserstoff in ein anderes wechseln können. Zum Beispiel wird "knacken" brechen größere Kohlenwasserstoffe in kleinere mit Hitze oder Katalysatoren.

Petrochemie

Abgesehen davon, dass eine hohe Energiedichte, sind langkettige Kohlenwasserstoffe auch gute Bausteine für den Aufbau komplexer Moleküle, wie Kunststoffe und Medikamente.

"Öl ist eine bedeutende Quelle von vorgefertigten und zur Moleküle", sagte Larivé.

Die zwei Hauptklassen der Petrochemie sind Olefine und Aromaten. Diese Moleküle haben "ungesättigte" Kohlenstoff Bindungen, die sie zusammen in langen Ketten, Polymere genannt eingehängt werden können.

Die Olefine wie Ethylen und Propylen, werden von Erdölgas oder Rissbildung größere Kohlenwasserstoffe gebildet. Ethylen wird verwendet, um Polyethylen (z.B. Einkaufstüten) und Vinyl (z. B. Sitze, Abstellgleis, Datensätze) zu machen. Propylen wird verwendet, um Polypropylen (z.B. steife Verpackung, Möbel) und Isopropanol (Franzbranntwein) machen.

Die Aromaten sind beringt Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und Xylol. Benzol wird verwendet, um Polystyrole (z. B. Kunststoff-Geschirr, Styropor) zu machen. Toluol wird verwendet, um Polyurethane machen (z. B. Möbel schäumt) und Nylon (z.B. Seile, Strümpfe). Xylol ist in Polyester (z.B. Textilien) verwendet.

Spätere Verwendung des Öls

Bei aller Nützlichkeit gibt es ein starker Wunsch, unsere Abhängigkeit vom Erdöl zu begrenzen. Es hat einen destabilisierenden Einfluss auf die Weltpolitik sowie einen destabilisierenden Einfluss auf das globale Klima durch die damit verbundenen Kohlendioxid-Emissionen.

Biokraftstoffe wie Ethanol und Biodiesel, haben zieht viel Aufmerksamkeit, und Forscher arbeiten daran, Kunststoffe aus Pflanzen und landwirtschaftlichen Abfällen.

Alternativen müssen jedoch relativ niedrigen Ölpreis und die hochenergetischen Dichte Erdölbasis Brennstoffe konkurrieren. Darüber hinaus erfordern aktuelle Anbaumethoden viel Erdöl zu fahren, Traktoren und LKW, sowie einige Pestizide und Düngemittel zu machen.

"Aller Wahrscheinlichkeit nach werden wir Öl für ziemlich lange Zeit brauchen", sagte Larivé.

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