Kerozin: mennyire káros? Lehet-e karbonsemleges a légi közlekedés?

A kerozin szerepe a repülés elterjedésével vált igazán fontossá. A modern légiközlekedés elképzelhetetlen kerozin nélkül – és ez azért felvet környezetvédelmi aggályokat.

A kerozin ugyanis olajszármazék, és ha bajunk van azzal, hogy mennyi benzint és gázolajat égetnek el az autók lent, a közutakon, akkor aligha lehetünk nyugodtak afelől, hogy a légkörben mennyi kerozint égetnek el a repülők.

Volare necesse est – csak nem mindegy, hogy mennyire szennyezzük közben a levegőt. Ideje tehát megnézni, hogy mennyire káros a kerozin és milyen alternatívák állnak rendelkezésre.

Mi az a kerozin?

A kerozin egy rendkívül gyúlékony, szénhidrogén alkotta folyadék, amely sokoldalú tüzelőanyagként szolgál immáron közel kétszáz éve. Kőolajból nyerik, és leggyakrabban petróleumlámpákban, háztartási fűtőtestekben vagy kazánokban, valamint sugárhajtású motorok üzemanyagaként vagy üzemanyagkomponenseként használják. Ezenkívül hasznos oldószer zsírok és rovarirtók számára.

A kerozint évszázadok óta ismeri az emberiség

A kerozin gazdag történetének kezdete az Ezeregy éjszaka meséi közé illik: a perzsa tudós, Rāzi (Muhammad ibn Zakariya al-Razi) nevéhez fűződik, aki a Kitab al-Asrar (A titkok könyve) című művében két gyártási módszert dokumentált.

Később, a kínai Ming-dinasztia (1368-1644) idején a petróleum kinyerésével és tisztításával állították elő a kerozint, amelyet aztán lámpaüzemanyagként használtak. A kínaiak már Kr. e. 1500-ban is használtak petróleumot lámpák meggyújtására és otthonok fűtésére.

Az 1700-as évekre az ipari vegyészek már jól ismerték a „szénolajat”, amely a széngáz és a kőszénkátrány előállításának mellékterméke. Ezt azonban nem tartották megfelelő lámpaolajnak a beltéri világításhoz, mivel füstös lángot produkált.

(A beltéri lámpákban bálnaolajat használtak, mégpedig az ámbráscetből származó olajat, mivel az akkoriban kapható más olajokhoz képest fényesebb és tisztább égést biztosított.)

A kerozint Abraham Gesner, egy kanadai orvos fedezte fel az 1840-es évek végén, és kezdetben kőszénkátrányból és palaolajból gyártották. A kőolaj 1859-ben, E.L. Drake pennsylvaniai fúrókútjának megépítése után vált a kerozin legfőbb forrásává. A kerozin a lámpákban való felhasználása miatt évtizedekig a finomítók legfőbb terméke volt.

Azonban a villanykörte feltalálásával a világítástechnikai célú felhasználása lecsökkent. A termelés tovább csökkent, amikor az autók elterjedése a benzint a kőolaj kulcsfontosságú termékévé tette.

A kerozin a mai napig népszerű fűtési, főzési és világítási célú tüzelőanyag a világ számos régiójában. Fontos megjegyezni, hogy a kereskedelmi repülőgép-üzemanyagot elsősorban kiváló minőségű, egyenesen finomított kerozin alkotja, míg a katonai repülőgép-üzemanyagok gyakran kerozin alapú keverékek.

Mik a kerozin alapvető kémiai tulajdonságai?

A kerozin nem más, mint szénhidrogének keveréke, ami körülbelül 10 különböző szénhidrogént tartalmaz. Ezek mindegyike 10-16 szénatomot rejt magában. A fő alkotóelemek a telített, egyenes és elágazó láncú paraffinok, valamint a gyűrűs cikloparaffinok (más néven naftének). A kerozin kevésbé illékony, mint a benzin, emiatt tárolása és kezelése is biztonságosabb. A lobbanáspontja 38°C, ami jóval magasabb, mint a benzin -40°C-os lobbanáspontja.

A kerozint a nyersolaj közepes desztillátumai közé soroljuk, a dízelolajjal együtt. Forráspontja 150 és 300°C között mozog. Kétféleképpen is előállítható:

1. Egyenes lefutású kerozin. Ezt a kerozint fizikailag választják le a nyersolaj más frakcióiról desztilláció útján.
2. Krakkolt kerozin. Ilyenkor a kerozint a nyersolaj nehezebb részeiből nyerik, magas hőmérsékleten történő kémiai bomlással (krakkolással).

Miben különbözik egymástól a kerozin, a benzin és a petróleum?

A benzin és a kerozin egyaránt szénhidrogén-molekulákból áll. A benzint azonban kisebb, 5-10 szénatomot és kapcsolódó hidrogénatomokat tartalmazó molekulák alkotják, míg a kerozint nagyobb, körülbelül 10-16 szénatomot és kapcsolódó hidrogénatomokat tartalmazó molekulák.

A különböző hosszúságú szénhidrogén-molekulák eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek és másképp viselkednek. Például a metán (CH4), amely a legkönnyebb lánc, és csak egy szénatomot tartalmaz, hasonlóan könnyű gáz, mint a hélium. Magától értetődő, hogy amennyivel a láncok hosszabbak lesznek, úgy lesznek nehezebbek.

Az első négy lánc, nevezetesen a metán, az etán (C2H6), a propán (C3H8) és a bután (C4H10) mind olyan gázok, amelyek -107, -67, -43 és -18 Celsius-fokon forrnak. A C18H32-ig terjedő láncok szobahőmérsékleten folyékonyak, míg a C19 felettiek szilárdak.

Az üzemanyagok folyékonyak, ám gyorsan párolognak

A benzin illékonysága lehetővé teszi, hogy levegővel keverve gyorsan elpárologjon. Ez a tulajdonsága ideális a levegővel való keveréshez, mielőtt a motorhengerekbe kerülne, ahol szikra által könnyen meggyújtható.

A benzinmolekulák jellemzően elágazó láncúak és széngyűrű alakúak, ami biztosítja stabilitásukat az égés során, és megakadályozza az öngyulladást. Az üzemanyag oktánszámával mérik ezt a stabilitást, a magasabb értékek magasabb stabilitást jeleznek magas hőmérsékleten, és nagyobb képességet mutatnak a motor detonációból vagy kopogásból eredő károsodásának megelőzésére.

A kerozin egyenes láncú szénhidrogén-molekulákból származik, amelyek párolgásához melegítésre van szükség.

A petróleum és a kerozin közötti nincs ennyire jelentős különbség, ezért is csereszabatos a legtöbbször ez a két fogalom. Akad azonban egy fontos eltérés, ami által a petróleumból üzemanyag tisztaságú kerozin lesz: a natúr petróleumot még egyszer le kell desztillálni, hogy teljesen kivonják a szilárd parafint. Más lesz a szaga is és víztisztaságú folyadékká válik tőle.

Miért hívják a kerozint kerozinnak?

Egyáltalán: miért lett kerozin a kerozin? Abraham Pineo Gesner kanadai geológus alkotta meg a „kerozin” nevet a görög „keroselaion”, azaz viaszolaj szóból. Ennek ellenére 8 évbe telt, mire 1854-ben védjegyet jegyeztetett be a névre.

James Young skót vegyész már 1847-ben felfedezett egy hasonló üzemanyagot, és szabadalmat is szerzett rá, ami hozzájárulhatott a késedelemhez. Abraham Pineo Gesner volt a feltalálója a paraffinolaj széndesztillációval történő előállítására szolgáló eljárásnak, amelyet 1850-ben szabadalmaztatott. 1852-ben amerikai szabadalmat kapott az eljárására, és ennek következtében a többi gyártó köteles volt neki jogdíjat fizetni.

Gesner a „kerozin” elnevezést is védjeggyel védette. Egy ideig még versengett egymással a kerozin és a paraffinolaj a háztartásokban és a munkahelyeken a világításban való felhasználásért, de aztán előbb a gáz, majd a villanyvilágítás mindkettőt kiszorította.

Mennyi az oktánszáma a kerozinnak?

A kerozin és a dízel üzemanyag oktánszámát általában nem vizsgálják, mivel ezeket általában nem használják szikragyújtású motorokban. Helyette inkább cetánszámról beszélünk.

Az oktánszám az üzemanyag ellenállását méri a robbanással szemben, ami az üzemanyag idő előtti berobbanását jelenti a motor hengerében, mielőtt a szikra megjelenik. Ez a tulajdonság a benzin típusú üzemanyagokat használó szikragyújtású motorok esetében fontos.

A kerozin oktánszáma alacsony, körülbelül 15, ami alkalmatlanná teszi az ilyen motorokban való használatra, mivel sűrítéskor hajlamos a detonációra. Ezért a kerozint és a gázolajat általában dízelüzemű motorokban használják, amelyek az üzemanyag nyomás alatti spontán detonációjára épülnek.

Mi az a cetánszám és miért ezt mérjük a kerozinnál?

Mind a kerozin, mind a gázolaj többnyire hosszú, egyenes láncú molekulákból áll, amelyek elég magas hőmérsékletre hevítve könnyen bomlanak és öngyulladnak. Ez az ellentéte a magas oktánszámú benzinnek, amely ellenáll az öngyulladásnak, és szikra szükséges a lángfront begyújtásához és a teljes égéshez.

A dízelnek van cetánértéke, ami az oktánszám pontos ellentéte. A cetánszám azt méri, hogy az üzemanyag milyen gyorsan gyullad meg, a magasabb érték könnyebb gyulladást jelez.   Fontos megjegyezni, hogy a dízelmotorok kizárólag a forró levegőre támaszkodnak a gyújtáshoz, szemben a gyújtógyertyákkal.

Ezért alapvető fontosságú, hogy az üzemanyag a hengerbe történő befecskendezéskor könnyen öngyulladjon. A 45-ös cetánszám nagyon jónak számít a dízelüzemanyag esetében.

És hogy miért viselkednek ennyire másként az egyes üzemanyagok? Erre a választ az olajfinomítás során ismerhetjük meg.

Mit kapunk a finomítás során a kőolajból?

A különböző hosszúságú szánhidrogén láncok forráspontja emelkedik, ami lehetővé teszi a desztillációval történő szétválasztást. Ezt az eljárást általában olajfinomítókban alkalmazzák, ahol a nyersolajat felmelegítik, és a különböző láncokat a gőzölési hőmérsékletük alapján választják ki.

A C5, C6 és C7 tartományba tartozó láncok mind könnyű, tiszta folyadékok, amelyeket naftáknak neveznek.  Ezeket a folyadékokat oldószerként használják, beleértve a száraztisztító folyadékokat, festékoldószereket és más gyorsan száradó termékeket.

A C7H16-tól C11H24-ig terjedő láncokat összekeverik és benzin előállítására használják. Mindegyikük a víz forráspontja alatti hőmérsékleten párolog, ami megmagyarázza, miért párolog el gyorsan a benzin, ha a földre kerül.

A kerozin a C12 és C15 közötti tartományba tartozik, ezt követi a dízelüzemanyag és a nehezebb fűtőolajok, például a házak fűtőolajai.

Ezután következnek a kenőolajok. Ezek az olajok normál hőmérsékleten nem párolognak el. A motorolaj például egész nap működhet 121 °C-on (250 F) anélkül, hogy egyáltalán elpárologna. Az olajok a nagyon könnyűektől (mint a 3 az 1-ben olaj) a különböző vastagságú motorolajokig, a sűrű hajtóműolajokig és a félig szilárd zsírokig terjednek. A vazelin is ebbe a kategóriába tartozik.

A C20-as tartomány feletti láncok szilárd anyagok képződését eredményezik, kezdve a paraffinviasszal, majd a kátrány és végül az aszfaltos bitumen kialakulásával. Az aszfaltos bitument általában az útépítésben használják.

Mennyire számít károsnak a kerozin? Milyen anyagok kerülnek a légtérbe a kerozinhasználat során?

Amikor a kerozin káros hatásait vizsgáljuk, alapvetően két helyzetet szükséges megnéznünk: mennyire káros a kerozin, mint folyadék, ha a környezetbe vagy emberi szervezetbe jut és mennyire káros, ha üzemanyagként elégetjük a légkörben.

A kerozin ugyanis könnyen bejut a környezeti mátrixokba, például a vízbe és a talajba a rendeltetésszerű felhasználás során, mint például, amikor elpárolog a peszticid oldószerekből, vagy ha a tartályokból egy hiba folytán kijut a környezetbe.

Dacára a megannyi vizsgálatnak, amelyek a kerozin biológiai rendszereken belüli felszívódására, eloszlására, anyagcseréjére és kiválasztási dinamikájára összpontosítanak, azt kell mondjuk, hogy kevéssé ismertek a tartós élettani hatások.

A kerozin belégzéssel, lenyeléssel és bőrfelszívódással juthat be a szervezetbe. Bár a toxicitás hátterében álló pontos útvonalak és mechanizmusok nagyrészt ismeretlenek, a mérgezés veszélye egyértelmű, viszont nem bizonyult rákkeltőnek.

Annak ellenére, hogy lebomló és tartós, a kerozin környezeti sorsa paradox. A kerozin vizes környezetben biológiailag lebontható, de ez nem szünteti meg az általa jelentett környezeti kockázatokat. Bár a talajban biológiailag lebontható, összetevőinek lebomlási folyamata nem egyenletes.

A kerozinkeverék bizonyos frakciói biológiailag felhalmozódhatnak a vízi szervezetekben, beleértve a halakat is, beépülhetnek a biológiai rendszerekbe, és ökológiai egyensúlyhiányt okozhatnak.

További kutatásokra van szükség a kerozin egyes összetevői specifikus toxikus útvonalainak meghatározásához és az ökológiai hatásuk csökkentésére irányuló stratégiák kidolgozásához.

Mennyire káros a kerozin üzemanyagként való használata?

Minden fosszilis tüzelőanyag, beleértve a kerozint is, üvegházhatású gázokat, például szén-monoxidot bocsát ki, ami hozzájárul a globális felmelegedéshez.

A fosszilis tüzelőanyagok elégetése során ugyanis a szénhidrogén egy része nem ég el teljesen, és a keletkező égéstermékek, többek között a szén-dioxid, a légkörbe kerülnek. A fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor jellemzően az alábbi anyagok keletkeznek:

• szén-dioxid,
• szén-monoxid,
• kén-dioxid,
• nitrogén-oxidok,
• ólom,
• koromszemcsék.

A kerozin azonban az egyik leginkább környezetbarát lehetőségnek számít. Még. Általában úgy szoktak számolni, hogy 1 kilogramm kerozin elégetése egy repülőgépmotorban 3,16 kg szén-dioxidot (CO2) termel.

A légi közlekedés elképesztő mennyiségű szén-dioxidot termel

Az IATA (International Air Transport Association) Szén-dioxid-kibocsátás Ellensúlyozási Programja szerint a repülőgépek által kibocsátott szén-dioxid (CO2) mennyisége a repülőgép hatékonyságától, a megtett távolságtól, a fedélzeten lévő utasok és rakomány súlyától, valamint az időjárási viszonyoktól függ.

• Repülőgép hatékonysága: A repülőgépek kibocsátása közvetlenül kapcsolódik a gépek hatékonyságához. Újabb, üzemanyag-hatékonyabb repülőgépek kevesebb CO2-t bocsátanak ki a levegőbe.
• Megtett távolság: Minél hosszabb a repülés, annál több üzemanyagot használ fel a repülőgép, és ennek megfelelően nő a kibocsátott CO2 mennyisége.
• Utasok és rakomány súlya: A repülőgép terhelése befolyásolja az üzemanyag-fogyasztást. Több utas és rakomány esetén több üzemanyag szükséges, ami magasabb kibocsátást eredményez.
• Időjárási viszonyok: A szél, a hőmérséklet és más meteorológiai tényezők befolyásolják a repülőgépek teljesítményét. Például a szél elleni repülés több üzemanyagot igényel, ami növeli a CO2-kibocsátást.

Ezen túlmenően a repülőgépek más gázokat is kibocsátanak, például vízgőzt és nitrogén-oxidokat. Ezek a gázok is hozzájárulnak a globális felmelegedéshez, különösen magasabb hőmérsékleten. Azonban ezeknek a gázoknak a hatása még mindig bizonytalan, és a kutatás folyamatosan zajlik.

1960-ban 100 millió utas utazott repülővel, amely akkoriban viszonylag drága közlekedési mód volt, és csak a lakosság kis hányada számára volt elérhető. 2019-re a világ éves utasforgalma elérte a 4,56 milliárd főt. A légi közlekedés növekedése világszerte elérhetőbbé tette az emberek számára, a fejlődő országok esetében gyors bővülést, a fejlett országok nagy, kialakult légiközlekedési piacain pedig tartós növekedést prognosztizálnak.

1970 és 2019 között a hajtómű- és tervezési technológia fejlődése, a légiforgalmi műveletek javulása, a sűrűbb üléskonfigurációk és a nagyobb utasforgalom együttesen csökkentette a légi közlekedés energiaintenzitását. Ezt utaskilométerenkénti brit hőegységben (BTU) fejezik ki, ami az Egyesült Államokban 77%-kal csökkent.

Az elmúlt két évtizedben a kereskedelmi légi közlekedésből származó szén-dioxid-kibocsátás világszerte lassabban nőtt, mint maga az iparág. Az utóbbi években azonban a légi közlekedésből származó kibocsátás a növekvő kereskedelmi légi forgalom miatt felgyorsult, ami növelte az iparág hozzájárulását a globális kibocsátáshoz.

A Nemzetközi Tiszta Közlekedési Tanács (International Council on Clean Transportation, ICCT) szerint a kereskedelmi légi közlekedésből származó globális CO2-kibocsátás 2013-ban elérte a 707 millió tonnát. 2019-ben ez az érték elérte a 920 millió tonnát, ami hat év alatt mintegy 30 százalékos növekedést jelent.

Az Egyesült Államok, amely a világ legnagyobb kereskedelmi légi közlekedési rendszerével rendelkezik, 2017-ben 200 millió tonnával (23 százalékkal) járult hozzá a globális szén-dioxid-kibocsátáshoz.

Az EPA szerint a kereskedelmi repülőgépek és a nagy üzleti repülőgépek az Egyesült Államok közlekedési kibocsátásának 10 százalékát adják, és az ország teljes üvegházhatásúgáz-termelésének (ÜHG) három százalékáért felelősek.

A légi járművek üzemanyag-fogyasztása a CO2-kibocsátás egyik legfőbb okozója

A Nemzetközi Légi Szállítási Szövetség (IATA) 2021. októberi jelentése szerint a globális légiközlekedési ágazat 2019-ben 359 milliárd liter (95 milliárd gallon) repülőgép-üzemanyagot használt fel. 2020-ban a világjárvány miatt a fogyasztás 45,4 százalékkal csökkent. 2020-ban a világjárvány miatt a fogyasztás 45,4 százalékkal csökkent. Az IATA becslése szerint 2021-ben a fogyasztás 39,5 százalékkal, 2022-ben pedig 25,9 százalékkal maradt el a pandémia előtti szinttől.

Az IATA becslése szerint a 2021-es fogyasztás 39,5 százalékkal lesz alacsonyabb a 2019-es szintnél, a 2022-es fogyasztás pedig 25,9 százalékkal lesz alacsonyabb a pandémia előtti szintnél. 2021-ben az iparág üzemanyag-fogyasztása a CO2-kibocsátás kiemelt okozója.

Van-e karbonsemleges alternatívája a kerozinnak?

Egy átlagos napon világszerte (a COVID után) körülbelül 75 000 repülőgép száll fel. Egy 2021. júniusi kutatás szerint a légi közlekedés a globális felmelegedéshez 4%-kal járul hozzá.

Bár a légiközlekedési ágazat jelentős erőfeszítéseket tesz a környezetbarátabbá válás érdekében, az európai EEA becslése szerint egy belföldi járat minden egyes fedélzeten tartózkodó turistaosztályon utazó utas után 250 kg új CO2e kibocsátást bocsát ki 1000 km-enként (ez az Egyesült Királyság és Spanyolország közötti átlagos távolság).

Az Európai Unió SUNlight-to-Liquid projektjének részeként az európai kutatók szén-dioxid, napenergia és víz felhasználásával sikeresen állítottak elő szintetikus repülőgép-üzemanyagot.

Aldo Steinfeld, a tanulmány szerzője és a kutatásért felelős ETH Zürich professzora szerint a repülőgép-üzemanyag szén-dioxid-semleges. Ennek oka, hogy a kerozin sugárhajtóműben történő elégetése során kibocsátott szén-dioxid mennyisége megegyezik a napelemes üzemben történő előállítása során felhasznált CO2 mennyiségével. Ezért – az érvelésük szerint – a globális felmelegedésre gyakorolt hatása kiegyenlítődik.

2024-ben három új kísérlet került gyakorlati fázisba

A fenntartható repülőgép-üzemanyag (SAF) olyan típusú repülőgép-üzemanyag, amely megújuló forrásokat, például biomasszát, emberi/állati hulladékot és mezőgazdasági melléktermékeket használ alapanyagként. A SAF akár 80-90%-kal is csökkentheti a szén-dioxid-kibocsátást a hagyományos repülőgép-üzemanyaghoz képest.

Jelenleg három olyan innovációt is megemlíthetünk, amelyek pár éven belül akár iparági sztenderddé válhatnak.

1. A Green Fuels, egy brit székhelyű vállalat, az Imperial College London vállalattal együttműködve emberi hulladékból nettó nullás kerozint állít elő. A hulladékot úgy kezelik, hogy „bio nyersolaj” keletkezzen, amely a hagyományos nyersolajhoz hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt aztán finomítják, hogy bio-kerozint állítsanak elő.
2. Ezenkívül a Tadweer, Abu Dhabi hulladékgazdálkodási vállalata egy új, integrált, hulladékból fenntartható repülőgép-üzemanyaggá alakítható üzemanyag-üzemeltető létesítmény megvalósíthatósági tanulmányát végzi a LanzaTech, egy amerikai székhelyű vállalattal partnerségben.

A LanzaTech olyan bio-újrahasznosítási technológiát fejlesztett ki, amely az energiaigényes iparágak által termelt szenet a forrásnál fogja fel. Ez a technológia elszívja a szenet, mielőtt az a légkörbe kerülne, így az a mindennapi termékekben felhasználhatóvá válik.

3. Franciaországban és Kuvaitban a Kuwait Petroleum International (KPI) sikeresen keverte a SAF-ot. A KPI kulcsszerepet játszik a SAF, mint a hagyományos repülőgép-üzemanyag tisztább alternatívájának kifejlesztésében és elterjesztésében, és világszerte 70 nagy repülőtérre szállít repülőgép-üzemanyagot. A múlt hónapban a KPI sikeresen elvégezte az első SAF-keverési folyamatot egy biofinomítóban Le Havre-ban, Franciaország északi kikötővárosában.

És hogy a hidrogén mennyire válik be repülőgép üzemanyagként, az még azért a jövő egyik nagy kérdése.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, tartalom specialista. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.