Dodavanje olovnog tetraetila u benzin omogućilo je znatno povećanje kompresijskog omjera motora i smanjilo habanje vitalnih dijelova, ali benzinske su pare time postale štetne za zdravlje…
Olovni benzin dugo je bio ‘zakon’ na benzinskim crpkama, a prefiks ‘olovni’ potiče od olovnog tetraetila (odnosno olovnog tetrametila), koji se počeo dodavati 1920-ih, najprije u SAD-u, potom u Europi, Japanu i ostalim dijelovima svijeta. Naime, tadašnji benzini nisu omogućavali povećanje kompresijskog omjera iznad 6:1, a za povećanje učinkovitosti motora (povećanje snage, a smanjenje potrošnje) važno je da kompresija bude što intenzivnija, kako bi se povećali tlakovi i temperature izgaranja.
Problem nekontroliranih detonacija benzinskih (otto) motora riješio je američki kemičar dr. Thomas Midgley Jr. (1889. – 1944.), izmislivši olovni benzin, koji je prvi put proizveden 9. prosinca 1921. Uspješno se bavio i unapređenjem konstrukcije motora. Dodatkom olovnog tetraetila (C2H5)4Pb benzin je postao otporniji na nekontrolirano samozapaljenje uslijed povišenja tlakova i temperatura (potrebno je da izdrži i ne zapali se sve dok ne preskoči svjećica). To je omogućilo povećanje geometrijskog kompresijskog omjera iznad 6:1.
Da se podsjetimo, to je omjer najvećeg obujma u cilindru (radnog + kompresijskog) i najmanjeg (kompresijskog), koji pokazuje koliko se puta smanjuje obujam plinova u cilindru, kretanjem klipa iz donje mrtve točke (DMT) u gornju (GMT). A sada o meritumu stvari te razlozima zbog kojih je olovni benzin 2000. povučen s tržišta Europske unije, kod nas 2006.
Ottov, odnosno benzinski motor, u prvom taktu usisava smjesu goriva u zraka (kod direktno ubrizgavajućih zrak, a gorivo se ubrizgava u cilindre). Najčešće se napaja benzinom, a moguće je mješavinom benzina i etilnog alkohola, tekućim naftnim plinom (propan + butan) i zemnim plinom (metan). Benzin, koji je smjesa lako isparivih i upaljivih ugljikovodika, za potpuno i pravilno izgaranje, miješa se sa zrakom u masenom omjeru 1:14,7. To je stehiometrijski omjer gorive smjese, kad je lambda, koeficijent pretička zraka, jedan.
Kretnjom klipa iz DMT u GMT zrak, odnosno smjesa zraka i gorivnih para se stlačuje i zagrijava. Pritom ne smije doći do nekontrolirane eksplozije dok, malo prije GMT, ne preskoči iskra na svjećici. Podešeno je tako, da se, zbog tromosti procesa, maksimalni tlak izgaranja ostvaruje odmah nakon što klip počne ići iz GMT u DMT. Učinkovitost je tim veća što je kompresijski omjer veći, ali joooj… Njegovim povećanjem nastaje rizik nekontroliranih eksplozija (detonacija) prije nego klip dođe blizu GMT.
Štetne su, jer izazivaju lupanje i udaranje klipova o stijenku cilindara, uz rizike oštećenja, a udarni tlačni val djeluje na klip nasuprotno kretnji, što smanjuje učinkovitost i snagu. Rizik se povećava porastom kompresijskog omjera, a njegovo je povećanje nužno, jer porastom tlakova i temperatura izgaranja motor postaje učinkovitiji – povećava se snaga, a smanjuje potrošnja. Rješenje je 1920-ih ponudio dodatak olovnog tetrametila, koji povećava otpornost na samozapaljenje i detonantno izgaranje.
Još učinkovitiji olovni tetrametil (CH3)4Pb uveden je 1959., dolaskom prvih motora stupnja kompresije većeg od 9:1, jer razmjerno većim udjelom olova temeljitije štiti od nekontroliranih detonacija. Nekad se na našim benzinskim pumpama (nitko nije govorio crpkama) točio Regular 86 i Super 98. Broj označava oktansku vrijednost, koja se određuje prema smjesi referentnih goriva, izooktana C8H18, vrlo otpornog detonaciji, dakle oktanskog broja 100 te heptana C7H16, vrlo sklonog detonaciji i oktanskog broja 0 (nula).
Uz dodatak olovnog tetraetila 0,5 do 1,1 g/l, a tetrametila od 0,2 so 0,5 g/l dobivala se potrebna oktanska vrijednost. Zabranom olovnih dodataka, otpornost na detonantno izgaranje postignuta je visokooktanskim frakcijama i dodacima poput tercijarnog butil etera (MTBE), pogotovo za Super Plus, oktanske vrijednosti 100, nužan benzincima stupnja kompresije većeg od 11:1 i turbobenzincima.
Mnogi ne znaju da je olovni tetraetil, koliko štetan za zdravlje (o tome niže), toliko koristan za motor. Djelujući kao kruto mazivo i taložna barijerna toplinska zaštita smanjuje trenje i trošenje vitalnih tarnih i brtvećih dijelova motora. Trostruko štiti vitalne dijelove motora:
1 – cilindre, karike, ventile i glavu motora od oštećenja pri detonantnom izgaranju – metalni zveket koji se tada čuje posljedica je udaranja klipova o stijenke
2 – cilindre i klipne prstenove od habanja, jer smanjuje trenje u kliznim kontaktima, posebice pri visokim temperaturama. Olovo se taloži te na dva načina smanjuje habanje lamelarnom strukturom djeluje kao kruto mazivo te sprječava mikrozavarivanja karika i cilindara
3 – ventile i sjedišta ventila od pregaranja i habanja, jer se taloži na površinama izloženim visokim temperaturama i udarnom opterećenju (otvaranje i zatvaranje ventila). Time sprječava mikrozavarivanja, odnosno visokotemperaturna srašćivanja čestica pri zatvaranju ventila (posebice ispušnih) i njihovog otkidanja pri otvaranju. Tako se degradira površina dosjeda (pitting), nakon određenog vremena ventil više ne brtvi te, zbog prostrujavanja užarenih plinova, potom brzo izgori.
Zbog toga je za benzinske motore proizvedene prije 1990., radi trajnosti, nužno uz bezolovni benzin uliti mjericu zamjenskog aditiva. U protivnom, povećava se rizik ubrzanog habanja karika i cilindara te pregaranje ventila. Također, umjesto mineralnog ulja preporučljivo je koristiti polusintetično, kako bi se nadoknadila izgubljena mazivost olova.
Olovni benzin, zbog velikih koristi za motor i omogućavanje povećanja snage motora uz smanjenje potrošnje, zabranjen je isključivo iz zdravstvenih i ekoloških razloga, jer je štetan za zdravlje ljudi. Izravno kroz udisani zrak, i neizravno, jer se taloži u vodi, na tlu i biljkama, ulazi u hranidbeni lanac te se od 1960. smanjuje njegov udio. Dokazano je da izaziva rak pluća, leukemiju…
U Formuli 1 već 1993. zabranjeno je korištenje olovnog benzina, 1998. u Njemačkoj i Austriji, a 2000. u cijeloj EU. U Hrvatskoj je stavljen ‘izvan zakona’ prvog dana 2006., a u BIH potpuno tek 2010.
