عدد اکتان و ستان سوخت

بنزین

این سوخت مخلوطی از آلکان‌ها و سیکلوآلکان‌ها است که از تقطیر نفت خام به دست می‌آید. طول زنجیره‌ی کربنی هر مولکول بنزین از ۵ تا ۱۲ متغیر است. بنزین عموما در «موتورهای احتراق داخلی» (internal combustion engine) با هدف افزایش سرعت به کار می‌رود. این سوخت از گازوئیل سبک‌تر و از نظر تولید آلودگی بهتر است.

گازوئیل

ترکیب این سوخت شامل آلکان‌ها و به صورت کلی زنجیره‌های کربنی است. هر مولکول زنجیره‌ای کربنی به طول ۱۲ اتم کربن در خود دارد. گازوئیل سوختی نسبتا سنگین‌تر، کمتر فرار و با گرانروی بیشتر نسبت به بنزین است. از این سوخت عموما در «موتورهای احتراق-فشاری» (Compression-Ignition Motors) استفاده می‌گردد.

تفاوت‌های گازوئیل و بنزین

این دو سوخت از منظر جنبه‌های مختلفی متفاوت هستند، که در ادامه قصد داریم به این تفاوت‌ها به شکلی دقیق‌تر بپردازیم.

ترکیب شیمیایی: بنزین اساسا از ترکیب هیدروکربن‌هایی با طول ۷ (هپتان) یا ۸ (تری‌ متیل پنتان) درست می‌شود؛ در حالی که گازوئیل ترکیبی از هیدروکربن‌های نفتی در بازه‌ی ۸ (اکتان) تا ۲۱ (اوندو دکان) را شامل می‌شود. فرمول شیمیایی بنزین C8H18 و فرمول شیمیایی دیزل C12H23 است.

انتشار CO2: به دلیل این‌که گازوئیل درصد بیشتری اتم کربن در هر مولکول دارد، تقریبا معادل ۱۳ درصد بیشتر از بنزین، CO2 یا دی اکسید کربن تولید می‌‌کند.

محتوای انرژی: گازوئیل از نظر محتوای انرژی در جایگاه بالاتری نسبت به بنزین قرار می‌گیرد. محتوای انرژی بنزین برابر با ۳۳.۷ مگاژول در هر کیلوگرم و گازوئیل برابر ۳۶.۷ مگاژول در هر کیلوگرم محاسبه می‌شود؛ در نتیجه سوخت گازوئیل به میزان ۱۶ درصد از رقیب خود در این زمینه جلوتر است.

گرانروی: گرانروی بنزین کمتر از گازوئیل است. البته با کاهش دما گرانرویی گازوئیل افزایش می‌یابد اما چنین رفتاری در بنزین در تغییرات دمایی محدود اتفاق نمی‌افتد.

فراریت: با توجه به سبک‌تر بودن مولکول‌های بنزین و حضور برخی افزودنی‌ها، این سوخت از گازوئیل فرارتر است؛ به این معنا که در یک دمای ثابت تعداد بیشتری از مولکول‌های بنزین نسبت به گازوئیل تبخیر می‌شوند. به همین دلیل بنزین سریع‌تر آتش می‌گیرد.

بازه‌ی جوش: در ابتدا باید توجه کنید که به دلیل ماهیت ترکیبی این دو سوخت، امکان استفاده از عبارت نقطه‌ی جوش مانند یک ماده خالص (مثلا آب) وجود ندارد؛ به این معنا که این دو در یک بازه‌ی دمایی می‌جوشند. این بازه برای بنزین برابر 20 تا 150 درجه‌ی سانتیگراد و برای گازوئیل بین 37 تا 450 درجه‌ی سانتیگراد است.

مصرف سوخت: بنزین از این نظر، از رقیب خود پیش است؛ یعنی در هر ۱۰۰ کیلومتر، بنزین کمتری نسبت به گازوئیل مصرف می‌گردد.

توان: توان گازوئیل از بنزین بیشتر است. توان تولید انرژی این سوخت برابر با ۳۸.۶ مگاژول در هر لیتر محاسبه می‌گردد. نکته‌ی دیگر این‌که عموما موتورهای بنزین‌سوز دور موتور بالاتری تولید می‌کنند. موتورهای دیزلی البته نیاز به گشتاور بیشتری دارند.

آتش گیری: ذخیره‌سازی بیشتر از نیاز هر سوختی بدون شک خطرآفرین است. برای نمونه بنزین به عنوان سوختی بسیار آتش‌گیر و خطرناک به دلیل «فشار بخار» (vapor pressure) بالا شناخته می‌شود. به دلیل کم‌تر بودن فشار بخار گازوئیل، این سوخت دیرتر آتش می‌گیرد و در طی حادثه کم‌خطرتر است.

نوع احتراق: «نقطه‌ی خود احتراقی» (Auto-ignition temperature) بنزین برابر با بازه‌ای بین 247 تا 280 درجه‌ی سانتیگراد است. این نقطه پایین‌ترین دمایی است که یک ماده بدون هیچ محرک خارجی مانند جرقه یا شعله در جو معمولی، خود به خود آتش می‌گیرد. البته به منظور احتراق کامل سوخت و اکسیژن در خودرو، نیاز به جرقه وجود دارد. در سوی دیگر نقطه‌ی خود احتراقی گازوئیل برابر با ۲۱۰ درجه‌ی سانتیگراد است و نیاز به جرقه برای آتش‌گیری ندارد. تنها از افزایش فشار سوخت برای ایجاد انفجار استفاده می‌شود. مخلوط سوخت و اکسیژن با هم دیگر فشرده می‌شود که دمای مخلوط را بالا می‌برد تا به نقطه‌ی انفجار برسد.

نقطه‌ی آتش و اشتعال: «نقطه‌ی اشتعال» (Flash Point) به کم‌ترین دمایی گفته می‌شود که سوخت در حالت بخار آماده‌ی احتراق است. در این نقطه حتما نیاز به یک شعله برای ایجاد اشتعال وجود دارد. این دما برای بنزین برابر با منفی 43 درجه‌ی سانتیگراد و برای گازوئیل برابر با 52-96 درجه سانتیگراد محاسبه می‌گردد.

در دمای «نقطه‌ی آتش» (Fire Point) بخار سوخت بعد از شروع احتراق حداقل به مدت ۵ ثانیه می‌سوزد. این دما برای هر دو سوخت تقریبا ۱۰ درجه بیشتر از نقطه‌ی اشتعال است.

طبقه‌بندی با اکتان و ستان: بنزین را با «عدد اکتان» (Octane number) می‌سنجند. هرچه این عدد بالاتر باشد، مقاومت سوخت در مقابل احتراق خود به خودی بیشتر است که باعث نرم کار کردن موتور می‌شود. تفاوت دیگر این‌که گازوئیل را با «عدد ستان» (Cetane) می‌سنجند. هر چه این عدد بزرگ‌تر باشد، سوخت سریع‌تر در فرایند افزایش فشار شعله‌ور می‌شود. سرعت احتراق گازوئیل به عدد ستان وابسته است.