Historian havinaa: Meille tutun öljyn ja sen hyödyntämisen hämmästyttävää historiaa

Teksti: Usko Sipilä

Hitaasti on ihminen tällä planeetallaan oppinut tuntemaan asuinpaikkaansa. Kaikki elämä ja sen toiminta on perustunut aisteilla tehtyihin havaintoihin.

Osa käsityksistä oli perustunut luontoon ja siinä tapahtuviin muutoksiin. Osa mielenkiinnoista oli suuntautunut maapallomme ulkopuolisten ilmiöiden järkeiltyihin ja aavisteluihin. Selityksiä kaikelle ei pystytty ymmärtämään.

Alkoi tähdistä ennustaminen, josta tuli osa muinaista tähtitiedettä, astronomia ja astrologia kulkivat rinnakkain.

Tähtitiedettä kuulee usein nimitettävän ”vanhimmaksi tieteeksi”. Toinen kiinnostuksen kohde on liittynyt maankuoreen sekä sen sisuksiin. Ne eivät vuosituhansien aikanakaan avautuneet maapallolla eläneille.

Avaruuden äärettömyys ja maapallon sisus ovat alkaneet hahmottua

Vuonna 1543 Nikolaus Kopernikus julkaisi De revolutionibus -nimisen aurinkokeskeistä teoriaa käsittelevän kirjan, jossa hän osoitti, että havainnot tähtitaivaan liikkeistä selittyivät parhaiten, jos hyväksyttiin, että Maa ja muut planeetat kiersivät Aurinkoa.

Myöhemmin tutkija Kopernikuksen teoria vahvistui, kun italialainen Galileo Galilei suuntasi kohti Jupiteria tuoreen keksinnön, kaukoputken. Sen keksi ensimmäisenä hollantilainen Hans Lippershey vuonna 1608.

Lento vieraille planeetoille oli vuosisadat ollut ihmiskunnan haave. Olihan näitä taivaankannella näkyviä planeettoja kaukoputkilla taivasteltu, mutta vasta vuonna 1969 Neil Armstrong ensimmäisenä astui kaukaisen kuun pinnalle.

Maan syvyyden arvoitukset

Esihistorialliselta ajalta ei ole olemassa ensisijaisia kirjallisia lähteitä. Tiedot siitä ajasta perustuivat arkeologisiin lähteisiin ja suulliseen kertomusperinteeseen. Toista elementtiä, maapalloamme olemme oppineet ”pintapuolisesti” tuntemaan jo kauan. Planeettamme energialähteinä on käytetty puuta ja muuta poltettavaa materiaali sekä vesivoimaa.

Höyrykoneet ja ”kalorikki”

Käsityön hyödyntämisen rajat loivat tekniikkaan perustuvia ratkaisuja. Ensimmäisiin kuului aeolipiilin, eli höyrykoneen keksiminen. Historian mukaan kreikkalainen Heron Aleksandrialainen yritti käyttää höyryä liikkeen aikaansaamiseksi, mutta mitään käytännön sovellutusta tälle laitteelle ei tiedetä.

Katso tästä muita Historian havinaa -juttuja.

Seuraava yrittäjä oli ranskalainen Denis Papin, joka vuonna 1690 suunnitteli männällisen sylinterin, jossa höyryn avulla aikaansaatu tyhjiö kehitti liikkeen. Hän kehitti myös ensimmäisenä ylipaineventtiilin, jolla voitiin säätää laitteen korkein sallittu paine.

Ensimmäiset teolliset koneet suunnitteli Thomas Savery vuonna 1698 ja Thomas Newcomen vuonna 1712. Vuonna 1769 James Watt sai patentin ulkoisella lauhduttimella varustetulle höyrykoneelle.

Samana vuonna ranskalainen Nicolas-Joseph Cugnot esitteli ensimmäisen höyrykoneella toimivan autoksi nimetyn laitteen. Siinä käytettiin hyväksi höyryn ylipainetta. Englantilaisissa koneissa männän työpaine muodostui jäähtyvän höyryn aiheuttamasta alipaineesta. Höyrykoneen kehitys Ranskassa katkesi vallankumoukseen.

Ranskalaisen fyysikon Sadi Carnot´n oivallus

Höyrykoneita rakennelleet insinöörit käsittivät lämmön erikoiseksi aineeksi nimeltä kalorikki. Kirjassaan Réflexions sur la puissance motrice du feu ranskalainen fyysikko Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) osoitti fysiikan lakien asettavan rajan minkä tahansa lämpökoneen hyötysuhteelle.

Vuonna 1824 hän havaitsi, mihin perustuu tällaisen termodynaamisen koneen toiminta. Ratkaiseva ajatus oli, että lämpökone on tehokkaampi, jos sen sisällä oleva väliaine lämmitettäisiin leimahduspisteeseen pikapuristuksen avulla.

Tällaisen laitteen prototyyppiä hän ei kuitenkaan pystynyt rakentamaan. Carnot´n kaipaamaa ”väliainetta” löytyi maan uumenista vasta 1850-luvulla. Edes ajatus maankuoren alla piilevistä aineista ei tullut kenenkään mieleen.

Maasta pursuava musta neste muutti kaiken

1850-luvun puolivälissä oli Puolassa tapahtunut kummia. Maan uumenista pursuili itsestään pahalta haisevaa tahmeata nestettä. Tämän yllättävän havainnon teki vuonna 1854 mies nimeltään Ignacy Lucasiewicz, joka älysi ottaa sitä talteen.

Aineelle sellaisenaan ei löytynyt käyttöä, mutta Lucasiewicz oivalsi ryhtyä kokeilemaan aineen puhdistamista. Kankeaa maaöljyä tislatessa saatiin kevyempiä ja helpommin syttyviä jalosteita, petrolia sekä bensiiniä.

Jatkojalostuksen avulla Lucasiewicz onnistui tislaamaan raakaöljystä myös erilaisia hiilivetyjä kuten parafiinia sekä bitumia. Näille havaittiin olevan käyttöä. Varsinkin kevyemmät tisleet loivat liikkumiselle uudenalaiset edellytykset.

Samantapainen yllätys maanpinnalle pursuavasta aineesta koettiin myös Yhdysvalloissa. Eversti Edwin Drake sai vuonna 1859 tehtäväkseen tällaisen aineen, öljyn talteen oton. Löydös oli kuitenkin niin syvällä, että hänen oli pakko rakentaa poraamiseen sekä öljynnostamiseen tarvittava torni.

Miten tätä uutta luonnontuotetta voisi käyttää?

Jatkoa seurasi yllättävältä taholta. Kuusitoistavuotias kirjanpitäjän apulaisena toiminut, useissa liiketoiminnoissa mukana ollut John D Rockefeller aloitti 20-vuotiaana maaöljyn tislauksen.

Sen seurauksena hän, Lukaciewiczin tavoin, pystyi erottamaan maaöljystä notkeampia ja helpommin syttyviä nesteitä, kuten bensiiniä ja etenkin petrolia. Viimeksi mainitulle hän keksi käytön mm. öljylamppujen valoa tuovana polttoaineena.

Bisnekset sujuivat loistavasti ja johtivat Standard Oil -nimisen öljy-yhtiön perustamiseen. Yhtiö tunnettiin myöhemmin nimellä Esso sekä ExxsonMobil. Rockefellerin kerrotaan aikanaan olleen maailman rikkaimman.

Maaöljyn löytyminen mullisti maailman

Näiden edellä esiteltyjen löydöksien yhteydessä on aina syytä korostaa, että ne ovat luonnontuotteita. Tämän jännittäväksi kehittyvän historian perustaksi on syytä selvittää maaöljyn ”sukututkimus.” Tarpeen on myös selvittää sen osuus tapahtuneessa tekniikan kehityksessä kahden viimeisen vuosisadan aikana.

Maaöljy on fossiilinen aine, joka on syntynyt maapalon muutoksissa. Se on muodostunut maamassojen eli sedimentin alle jääneistä esihistoriallisista kasveista ja meren eliöistä. Nämä ovat kuumuuden sekä paineen ansiosta muuttuneet nestemäisiksi sekä kaasumaisiksi hiilivedyiksi.

Näistä maaperästä lähtöisin olevista aineista, pääasiassa parafiini– ja nafteenihiilivedyistä sekä aromaattisista hiilivedyistä syntynyttä maa- sekä vuoriöljyseosta kutsutaan eri yhteyksissä ja eri maissa monilla termeillä. Sen synonyymi on raakaöljy. Muita nimiä ovat petroli, nafta sekä jordolie.

Tänä päivänäkään ei vielä pystyttäne arvioimaan maapallomme hiilireservin, öljyliuskeen sekä kivihiilen todellista määrää.

Hyvillä oivalluksilla on yleensä monta isää.

Yllättävää ihmisen toiminnassa on se, että samanaikaiset toisista riippumattomat ajatukset heräävät eri puolilla maapalloa. Näin tapahtui maaöljyn löytymisen kohdalla. Jotta kuva maaöljyn hyödyntämisestä ei jäisi kovin yksipuoliseksi, on paikallaan laajentaa näkökulmaa eri mantereille.

George Braytonin polttooljya kayttava moottori. Kuva Wikimedia

Asialla amerikkalainen George Brayton

Esille nousee ensimmäisenä George Bailey Brayton. Vuonna 1872 hänen onnistui konstruoida ensin höyrystetyn kaasun ja myöhemmin nestemäisiä polttoaineita kuten kerosiinia ja öljyä käyttänyt vakiopainemoottori nimeltä Brayton Ready Motor.

Jo vuonna 1874 Brayton patentoi ensimmäisen nestemäisen polttoaineen ruiskutusjärjestelmää käyttävän version. Siinä polttoainetta lisättiin ilman kulkiessa paisuntasylinteriin. Näin eliminoitiin aikaisemmassa versiossa tapahtunut räjähdysongelma.

Periaatetta kutsuttiin termillä vakiopaineinen palaminen. Näin syntyi Brayton ensimmäiseen ”isobaariseen palamisprosessiin” liittyvä idea. Tämä menetelmä ei kuitenkaan toimi nykyaikaisissa moottoreissa, joten sitä ei voi niihin verrata.

Yllätys Englannista — parafiini tuli kuvaan

Seuraava esimerkki löytyy Brittein saarilta. Kyseessä oli englantilaisen rauta- ja tinalevytehtaan omistaja Charles Stuart sekä hänen 22-vuotias poikansa Herbert Akroyd-Stuart. Nuorukaista kiinnosti vuoriöljyn sopivuus uudenlaisen voimalaitteen mahdollisena polttoaineena.

Ilmeisesti sattumalta, teknisiä edellytyksiä kokeillessaan, hän vähän töpeksi. Niiden yhteydessä häneltä valui parafiiniöljyä sulaa tinaa sisältäneeseen astiaan, seurauksena hulmahdus liekkiin. Se kertoi parafiinin syttymisherkkyydestä.

Näin hän tuli keksineeksi parafiinin soveltuvuuden polttoaineeksi. Sen seurauksena hän omistautui parafiinihöyrytysmoottorin kehittämineen.

Parafiini puolestaan kuuluu alkaanisarjaan, joka muistuttaa nykyään tunnettua maaöljytislettä, petrolia. Tämä parafiiniöljyksi kutsuttu aine muistuttaa lähinnä tämän päivän dieselmoottoreissa käytettävää polttoainetta.

Parafiini, mitä tekemistä sillä on mekaniikan kanssa?

Ennen vuotta 1890 syntyneet öljymoottorit olivat vaatineet höyrystymisen aikaansaamiseksi puhalluslampun. Akroyd-Stuart ratkaisi asian siten, että höyrystimen ja moottorisyklin avulla puhalluslamppu voitiin poistaa heti moottorin käynnistyttyä, koska palokammio piti yllä riittävän korkean lämpötilan.

Näin syntyi ”automaattinen” sytytys.

Aikaisemmissa versioissa räjähdyksiä edisti ilman puristuslämpö. Tämäntyyppisen moottorin toiminta tuli myöhemmin tunnetuksi nimillä ”kuuma polttimo tai pintalämpösytytys” sekä myöhemmin erehdyttävällä termillä ”puolidiesel”.

Herbert Akroyd-Stuartin havainnot ja kokeilut johtivat prototyypin valmistamiseen. Vuonna 1886 tämä 22-vuotias englantilainen kehitti Richard Hornsby & Sons`ille ensimmäisen vuoriöljyn käytön pohjalle rakentuneen voimakoneen.

Patenttianomuksen tälle laitteelle hän haki yhteistyössä Charles Richard Binneyn kanssa otsikolla ”Parannukset moottoreissa, joita räjähdys palavien höyryjen tai kaasun kanssa aiheuttaa”, nykyisellä ilmaisulla voimaa tuottavan laitteen polttoaineeksi.

Patentti tälle maailman ensimmäiselle puristussytytysmoottorille myönnettiin jo vuonna 1890. Valitettavasti laitteen puristus osoittautui kuitenkin liian matalaksi, eikä lämmön tarve käynnistysvaiheessa riittänyt.

Vuonna 1892 Hornsby kehitti korkeapaineisen version, jossa polttoaine ruiskutettiin mäntäpumpulla. Se on periaate, jota useimmissa nykyajan dieselmoottoreissa käytetään.

Tämän periaatteen pohjalta saksalainen Rudolf Diesel suunnitteli oman versionsa ja sai sille patentin vuotta myöhemmin eli vuonna 1893. Siitä asti tätä uutta moottorikeksintöä on kutsuttu keksijänsä nimellä. Myös maaöljy on yllättävää kyllä saanut moottorin keksijän nimen dieselöljy.

Mutta kuka oli Rudolf Christian Diesel, siitä myöhemmin.

// TILAA TÄSTÄ AUTOTODAYN UUTISKIRJE //

JÄTÄ VASTAUS

Please enter your comment!
Please enter your name here

Hyvä kysymys!