Дело в химии. Как все устроено?

Этап обессеривания играет очень важную роль как потому, что прямое горение соединений серы приводит к выделению в атмосферу крайне вредных веществ (оксидов серы SO₂ и SO₃), так и потому, что эти вещества в конечном итоге дезактивируют катализаторы, присутствующие в каталитическом конвертере, – мы убедимся в этом в следующей главе.

Но не думайте, что на этом процесс заканчивается: наш чудесный бензин еще не вполне готов быть залитым в бак нашей машины. В дальнейшем мы заглянем повнимательнее в процесс сгорания, но в настоящий момент достаточно понять, что не все углеводороды горят одинаково, – а эта особенность может стать чрезвычайно разрушительной для двигателя. Очень важно, чтобы воспламенение воздушно-топливной смеси происходило в нужный момент, не слишком рано и не слишком поздно. Если топливо воспламеняется слишком легко, оно может загореться раньше, чем нужно, и нанести ущерб двигателю (раннее зажигание). Это явление называется детонацией, и устранить его можно двумя способами: использовать антидетонационные присадки или высокооктановый бензин. Октановое число – несомненно одна из важнейших характеристик бензина и исчисляется по шкале от 0 до 100. Нулевое значение соответствует гипотетическому бензину, обладающему способностью моментально взрываться и состоящему исключительно из Н-Гептана – углеводорода, представляющего собой линейную цепочку из семи атомов углерода, каждый из которых соединен со своими атомами водорода, в то время как значение 100 соответствует куда как труднее воспламеняющемуся веществу, чистому изооктану, чья молекула состоит из восьми атомов углерода, не связанных между собой в линейную цепочку, а образующих разветвленную структуру.

После обессеривания бензин подвергают процессу, получившему название реформинга, – он превращает часть линейных углеводородов в разветвленные, повышая тем самым октановое число и делая бензин безопасным для наших автомобилей. Использование антидетонационных присадок требует отдельных пояснений – оно оказывает не очень благоприятное воздействие на окружающую среду. В прошлом самой распространенной добавкой было производное свинца – тетраэтилсвинец, запрещенный в США еще в начале 90-х годов, а начиная с 2000 года и во всей Европе. Это вещество обладает чрезвычайной токсичностью и очень негативно влияет на окружающую среду: представьте себе, что после его запрещения уровень свинца в крови граждан США снизился с 16 мкг/дл до 3 мкг/дл.[22]

К тому же свинец, как оказалось, очень быстро разрушает каталитический нейтрализатор и откладывается внутри двигателя, снижая срок его работы. Вот уж, действительно, вещество, с которым лучше не иметь никаких дел!

Поэтому тетраэтилсвинец был заменен другим веществом, метил-трет-бутиловым эфиром, которое тоже влияет не самым лучшим образом на природу и здоровье[23]. Оно уже запрещено в некоторых штатах США, в частности в Калифорнии[24], но в Европе пока разрешено к использованию[25]. Тем не менее сегодня исследователи заняты поисками способов повысить эффективность топлива с помощью других, менее токсичных присадок, таких как этанол и его производные.

На заправке обратите внимание на буквы и цифры, которыми маркирован бензин. E5 означает, что бензин содержит 5 % этанола, а 95 и 98 – октановое число: чем оно выше, тем бензин лучше (и дороже).

Ископаемое топливо как источник загрязнений

При сжигании углеводородов происходит реакция горения. Этим термином мы, химики, обозначаем все реакции, в которых органическая молекула взаимодействует с кислородом, превращаясь в воду и углекислый газ. Внутри двигателя внутреннего сгорания, движущего автомобиль, тепловая энергия, освобождаемая при окислении углеводородов, превращается в механическую энергию, вращающую колеса. Возьмем, к примеру, метан – тот самый бытовой газ; интересующая нас реакция записывается следующим образом:

CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂