Ce este cifra octanică și cum se analizează combustibilul în laborator

V-ați întrebat vreodată ce este cifra octanică și cum se calculează ea?

Acum câțiva ani credeam că este un indicator al performanței benzinei și motorinei, eventual pe o scară de până la 100. Cu cât mai mult, cu atât mai bine, nu? Apoi am văzut că apar combustibili cu CO de peste 100 și teoria mea bazată pe nimic a fost zdruncinată din temelii.

Abia când am văzut la Petromidia, în laboratorul de analiză, un motor de test pentru determinarea cifrei octanice a combustibililor, m-am gândit că ar fi cazul să aflu mai în detaliu ce-i acest lucru.

S-a dovedit că cifra octanică este un indicator privind cât de mult poate fi comprimat carburantul înainte de a exploda. Motoarele comprimă un amestec de combustibil și aer și, când compresia este maximă, amestecul este aprins de o bujie, iar explozia acestuia generează în cele din urmă mișcarea motorului și a întregii mașini.

La începuturile motoarelor s-a pus problema determinării compresibilității diverselor tipuri de carburanți pentru că, dacă amestecul este comprimat prea mult, se auto-aprinde și explodează în motor într-un moment nepotrivit, nu sincronizat cu mișcarea acestuia, ceea ce determină pierdere de putere și pe termen lung probleme mecanice. Așa că a fost nevoie de astfel de măsurători și de găsirea unui etalon față de care să fie exprimată performanța oricărui tip de benzină.

Etalonul este un amestec de izo-octan și heptan, două hidrocarburi. Heptanul se autoaprinde imediat la compresie și atunci s-a considerat că, luat singur, are cifră octanică 0. Izo-octanul se comprimă bine și se consideră că are cifra octanică 100. Ca analogie, este ca atunci când Celsius a stabilit că temperatura la care fierbe apa va avea nivelul 100 de grade pe scara sa.

Despre o benzină care se poate comprima la fel de mult precum izo-octanul se spune, deci, că are cifra octanică tot 100. O benzină care se poate comprima la fel de mult precum un amestec de 95% izo-octan cu 5% heptan are cifra octanică de 95.

Cum de există benzine cu CO de peste 100? Unele se comprimă mai mult decât izo-octanul pur, iar din teste se calculează cu cât mai mult se comprimă și o formulă matematică transformă totul în cifre octanice de peste 100. Dacă vă amintiți din articolul despre cum se produc benzina și motorina, spuneam acolo că un combustibil numit MTBE are o cifră octanică de 115, deci iată un exemplu concret.

Fun fact: cifră octanică mai mare nu înseamnă automat că acel combustibil generează o energie mai mare la ardere. Diverși aditivi pot îmbunătăți compresibilitatea, dar micșora energia generată. Cum ar fi, cifra octanică n-ar trebui privită decât ca indicator al compresibilității și atât, în rest lucrurile devin… complexe.

Pentru motorină nu contează cifra octanică pentru că motoarele diesel funcționează în alt mod. În cazul motorinei, se folosește cifra cetanică, construită pe același principiu, folosind ca etalon un amestec de alte două substanțe mai complicate (C16H34 și CH3C10H7 pentru fanii chimiei). În cazul motorinei nu se măsoară compresibilitatea, ci cât de repede se aprinde. Cifră cetanică mai mare = se aprinde mai rapid, deci motorul funcționează mai eficient.

Cam asta este cifra octanică, pe foarte-scurt. Se calculează în două metode:

• Cifră octanică “research” / research octane number, prescurtată COR cum probabil ați văzut pe la pompe: într-un motor de test, la o turație de 600 RPM.
• Cifră octanică “motor” / motor octane number, prescurtată COM: într-un motor de test, dar la 900 RPM, cu combustibil ușor încălzit și alți parametri.

COM este mai mic decât COR, dar asta nu contează pentru noi. Am zis cele de mai sus mai degrabă ca explicație pentru de ce la unii combustibili scrie COR și de unde vine acel R.

Am văzut un motor de test la Petromidia, în laboratorul lor de analiză. Este un model Waukesha CFR F1/F2 care poate calcula cifra octanică în 6 standarde diferite, incluzând  COR cât și COM pentru valori între 40 și 120. Motorul arată retro, dar are multă electronică și mulți senzori moderni în interior, fiind un fel de “transformer” capabil să-și schimbe structura internă și parametrii de funcționare pentru a se adapta diverselor standarde de testare.

Laboratorul în sine este o structură mult mai mare și face câteva zeci de mii de teste în fiecare lună. Adică eu m-am dus acolo cu gândul că voi găsi genul de laborator care face câte o analiză pe fiecare lot de țiței sau combustibil, când e cazul. În realitate, am aflat că testează combustibilul din fiecare cisternă și fiecare vagon și inclusiv fiecare vapor ce pleacă din Petromidia în țară sau la export, un volum de sute, poate chiar mii de teste în fiecare zi.

În plus, testează tot ce ține de procesul de rafinare, adică nu doar țițeiul de la intrare procesului, ci toate substanțele ce rezultă în fiecare etapă a rafinării. Scopul este ca, împreună cu echipele ce deservesc fiecare instalație, să vadă performanța acestora și caracteristicile fiecărui produs de rafinare, ca să știm cum îl pot utiliza în continuare.

Dintre cele patru laboratoare ce alcătuiesc structura numită oficial RQC -Rompetrol Quality Control-, trei se află la Petromidia și unul la Vega. Laboratorul de Produse Petroliere, unde am fost eu, se află într-o clădire în centrul rafinăriei și în total aici lucrează în jur de 80 de persoane, asigurând continuu 3 ture.

Practic, se fac teste non-stop, analizându-se fiecare lot de produse finite ce pleacă din Rompetrol Prafinare. Pentru GPL, de exemplu, un angajat al laboratorului ia o mostră din fiecare cisternă după încărcarea acesteia, o duce în laborator și o testează pentru a emite un certificat fără de care șoferul respectiv nu poate pleca la drum spre stația de carburant unde acel produs va fi pus în vânzare.

Inclusiv când o autocisternă vine și încarcă GPL pentru a-l vinde în cine știe ce stație de carburant, după încărcare un angajat al laboratorului RQC ia o mostră, o duce la laborator și o testează pentru a emite un certificat în câteva ore, ca șoferul respectiv să poată pleca la drum. Mostrele se păstrează la magazie câteva luni, ca să poată fi verificate în caz de probleme.

Chestia asta m-a făcut să-i privesc cu alți ochi. Practic, laboratorul este la fel de indispensabil pentru funcționarea rafinăriei precum unitatea de distilare atmosferică. Trăim într-o lume în care produsul finit nu s-ar putea vinde fără analizele și certificatele emise de laborator. Cum spuneam, se lucrează 24 de ore.

Același laborator are și o mini-rafinărie ce poate prelucra 5 litri de țiței. Instalația este suficient de mică încât să ocupe două mese de lucru, dar face întreaga procesare, descompunând țițeiul în toate componentele de care v-am spus în articolul despre cum se fabrică GPL, benzina, motorina și restul produselor.

(în stânga distilarea atmosferică, iar în sfera de jos se pune țițeiul; în dreapta este partea care prelucrează păcura rezultată din prima parte)

Fac asta pentru a determina exact ce poate ieși din fiecare tip de țiței aprovizionat de rafinărie, ca să știe la ce să se aștepte atunci când îl rafinează, cu ce alt țiței poate fi amestecat în rezervoare șamd. Mini-rafinăria în sine mi s-a părut că arată ca ceva din Mad Max combinat cu Dexter’s Laboratory și este dovada că procesul funcționează chiar și la scară foarte mică.

Tot aici, în laborator, se fac și analiza cromatografice și de alte tipuri, inclusiv pentru alte industrii și clienți externi, iar toate procesele sunt periodic verificate de terți (în cazul lor, un laborator olandez cu care fac control încrucișat).  Eu mi-am îndeplinit aici dorința de a vedea cum arată țițeiul pentru că, deși societatea noastră este profund bazată pe acest lichid prin carburant și plastic, nu îl văzusem niciodată cu ochii mei. Restul produselor de rafinare nu sunt așa interesante, fiind în general lichide incolore sau slab colorate.

(stânga țiței, în dreapta hidrofinat ce iese din instalația Hidrofinare Petrol Reactor, practic o benzină cu cifră octanică mică ce apoi intră în reformare catalitică)

Am plecat acasă cu 100 ml de țiței. Nu știu cât de vâscos este, că n-am vrut să mi-l torn în palmă pentru că este ceva mai greu de curățat (și oricum nu vreau să-l vărs în chiuvetă sau ceva), dar caut un recipient frumos și transparent în care să-l păstrez, că mi se pare un suvenir mișto după două zile petrecute în rafinărie. Culmea este că magazinele noastre stau mai prost la capitolul “recipiente mici, frumoase, transparente și cu dop”; ceva pe placul meu am găsit doar pentru țuică, dar asta e altă poveste și încă investighez. E un control strict la intrarea și ieșirea din rafinărie, așa că am scos țițeiul de acolo cu bilet de voie.

RQC se ocupă și de analiza de mediu, ei fiind cei care analizează și monitorizează în timp real calitatea aerului, apei, solului și chiar și a sedimentelor marine. Au un laborator mobil de analiză care uneori este contractat chiar și de alte companii pentru a face măsurători în diverse locuri ce au sau nu legătură cu industria petrolului.