Co to jest synfuel?

Ta wytwórnia paliwa węglowego w paliwo ciekłe w Republice Południowej Afryki jest największym na świecie zakładem paliw syntetycznych. Jest to również największy pojedynczy emiter dwutlenku węgla na naszej planecie. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Dyskusje na temat niezależności energetycznej, energii odnawialnej i zagrożeń związanych z emisją dwutlenku węgla stały się ogromną częścią dyskursu politycznego w Stanach Zjednoczonych. Wszyscy, od prezydenta po faceta trzymającego znak „nie będzie wojny o ropę” podczas publicznego protestu, wydają się być zainteresowani znalezieniem alternatyw dla paliw kopalnych. Ale nie wszystkie substytuty są sobie równe. Niektóre są lepsze dla środowiska; niektóre nie. Niektóre z nich to odnawialne źródła energii; niektóre nie. Paliwa syntetyczne, znany jako synfuels, to tylko jedno z wielu proponowanych rozwiązań w celu rozwiązania rozwijającego się kryzysu energetycznego.

W tym przypadku jednak termin „syntetyczny” może wprowadzać w błąd. Niekoniecznie oznacza to, że paliwa są nienaturalne lub sztuczne. Administracja Informacji Energetycznej USA definiuje paliwo syntetyczne jako każde paliwo „produkowane z węgla, gazu ziemnego lub biomasy surowce poprzez konwersję chemiczną ”[źródło: US Energy Information Administration]. Ta konwersja powoduje powstanie substancji, które są chemicznie takie same jak ropa naftowa lub paliwa przetworzone, ale zostały zsyntetyzowane w sposób sztuczny. Konwencjonalna ropa naftowa występuje naturalnie w środowisku i jest wykorzystywana do produkcji różnorodne paliwa, takie jak benzyna i olej napędowy. Surowce do paliw syntetycznych, czyli surowce używane do produkcji paliw syntetycznych, muszą być poddawane intensywnym przemianom chemicznym i fizycznym, aby nadawały się do wykorzystania jako ropa naftowa lub przetworzone paliwo.

Historia synfaliów sięga dalej, niż mogłoby się wydawać, chociaż badania i rozwój osiągnęły szczyt w ostatnich latach. Synfuels zostały po raz pierwszy zbadane w Niemczech w 1923 roku, kiedy to dwóch naukowców opracowało proces zwany Reakcja Fischera-Tropscha. Proces, który sami nazwali, polega na zamianie gazu na paliwa płynne. Chociaż istnieją alternatywy dla procesu Fischera-Tropscha, jest to obecnie najdokładniej przetestowana i szeroko stosowana metoda tworzenia paliw syntetycznych..

Historycznie rzecz biorąc, paliwa synchroniczne były po raz pierwszy szeroko stosowane do napędzania pojazdów wojskowych w Niemczech podczas II wojny światowej. Ograniczone rezerwy ropy wśród potęg Osi sprawiły, że opcje syntetyczne stały się niezbędną alternatywą [źródło: Becker]. W latach siedemdziesiątych w Stanach Zjednoczonych, pośród powszechnych niedoborów ropy naftowej, intensywnie badano paliwa syntetyczne. Badania te ostatecznie zarzucono, ale ostatnio odnotowano kolejny skok, ponieważ obawy o niezależność energetyczną i zrównoważony rozwój stały się ważnymi tematami politycznymi. Inne kraje w większym stopniu wykorzystywały paliwa syntetyczne. Na przykład w Republice Południowej Afryki paliwa syntetyczne wytwarzane z węgla i gazu ziemnego są ważną częścią gospodarki naftowej od 30 lat.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o różnych rodzajach paliw syntetycznych i sposobie ich produkcji.

Piaski roponośne zawierają ropę naftową wydobywaną w kopalniach odkrywkowych. Veronique de Viguerie / Getty Images

Aby zrozumieć, w jaki sposób różne surowce można przekształcić w płynne paliwa syntetyczne, należy najpierw zrozumieć, jak działa paliwo. Ropa i produkty, takie jak benzyna wytwarzana z ropy, składają się z długich łańcuchów cząsteczek organicznych zwanych węglowodorami (ponieważ zawierają wodór i węgiel). Podczas spalania tych węglowodorów rozkładają się i uwalniają energię, która jest wykorzystywana do napędzania silników samochodów osobowych, ciężarowych, samolotów itp. Większość materiałów organicznych, w tym ropa, węgiel, gaz ziemny, odpady roślinne i ścieki, zawiera węglowodory. Dzisiejsze silniki zostały zaprojektowane do pracy z paliwami ropopochodnymi, takimi jak benzyna. Aby paliwa syntetyczne mogły pracować w tych silnikach, należy zrestrukturyzować ich węglowodory, tak aby przypominały węglowodory występujące w ropie naftowej i produktach ropopochodnych.

Istnieją zasadniczo dwie kategorie paliw syntetycznych, syntetyczne oleje surowe (syncrude), i Płyny Fischera-Tropscha.Pierwsza kategoria obejmuje surowce i procesy wykorzystywane do produkcji syncrude, lub syntetyczna ropa naftowa. Ropa syntetyczna może być wykorzystywana do tych samych celów, co konwencjonalna ropa naftowa. Jest używany jako surowiec. Podobnie jak konwencjonalna ropa naftowa, syncrude musi być rafinowana i przetwarzana, aby wytwarzać różne formy paliw handlowych na bazie ropy naftowej, takich jak olej napędowy, benzyna i nafta.

Trzy najpopularniejsze źródła syncrude to olej bardzo ciężki, łupek naftowy i piaski roponośne. Każdy z tych materiałów występuje naturalnie, tak jak konwencjonalny olej, ale mają inne właściwości fizyczne i inne ilości zanieczyszczeń. Na przykład łupki bitumiczne to skała, a piaski roponośne to smolista mieszanina piasku i substancji ropopochodnej bitum. Te surowce syncrude są narażone na działanie różnych poziomów ciepła, ciśnienia i manipulacji fizycznych w celu wytworzenia substancji o takim samym układzie węglowodorów, jak naturalnie występująca ropa naftowa..

Przetwarzanie surowców syncrude zwykle szkodzi środowisku. Ponieważ wymagają więcej przetwarzania niż ropa naftowa, wytwarzają więcej CO₂ emisje i inne zanieczyszczenia [źródło: Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych]. Ponadto zbieranie surowca często wiąże się ze szkodliwymi praktykami środowiskowymi, takimi jak wydobycie odkrywkowe. Jedną z zalet synchronizowania paliw surowych jako alternatywy dla ropy naftowej jest to, że na świecie znajdują się znaczne niewykorzystane rezerwy bardzo ciężkiej ropy, łupków bitumicznych i piasków roponośnych. Oczywiście, podobnie jak ropa, zasoby te nie są zrównoważone. Oni też w końcu się skończą.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wytwarzane są paliwa syntetyczne Fischera-Tropscha.

Drugi rodzaj paliw syntetycznych, powszechnie określany jako ciecze Fischera-Tropscha, wykorzystuje surowiec, który można przekształcić bezpośrednio w komercyjnie opłacalne paliwa ciekłe, zasadniczo pomijając etap syntezy. Do najpowszechniejszych surowców wykorzystywanych do produkcji paliw syntetycznych Fischera-Tropscha należą gazu ziemnego, węgiel i biomasa (rośliny i odpady roślinne). W syntezie F-T surowiec poddaje się działaniu bardzo wysokiej temperatury - 1900 stopni Fahrenheita (1037,7 stopni Celsjusza) lub wyższego - i ciśnienia w celu wytworzenia mieszaniny tlenku węgla i wodoru zwanej gaz syntezowy (lub syngas) [źródło: Van Bibber]. Ten etap procesu sprawia, że ​​paliwa płynne Fischera-Tropscha są znacznie czystsze niż paliwa produkowane z ropy naftowej lub syncrude. Zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie, można łatwo usunąć z generatora gazu po odfiltrowaniu gazu syntezowego. Gazy, takie jak węgiel i siarka, można odfiltrować, aby nie stały się zanieczyszczeniami podczas spalania paliwa.

Następnie gaz syntezowy jest skraplany do postaci płynnej. Ponownie poddany działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia, do procesu wprowadza się katalizator, zwykle związek zawierający żelazo lub kobalt. Katalizator wyzwala reakcję chemiczną między wodorem a tlenkiem węgla, tworząc długie łańcuchy węglowodorów. Różne katalizatory mogą wytwarzać różne struktury węglowodorowe. Te węglowodory są następnie schładzane i skraplane do postaci ciekłej i filtrowane. Wraz z syntetycznymi formami oleju napędowego lub benzyny synteza Fischera-Tropscha może wytwarzać smary przemysłowe, nafty i inne produkty.

W porównaniu z produktami syncrude płyny Fischera-Tropscha palą się znacznie czystsze. Te paliwa syntetyczne prawie nie emitują cząstek stałych, zawierają mniej tlenku azotu niż tradycyjne paliwa i mniej emisji tlenku węgla [źródło: Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych]. Oczywiście te paliwa syntetyczne, które wykorzystują jako surowiec surowce odnawialne (takie jak biomasa), są w dłuższej perspektywie lepsze dla środowiska niż te, które wykorzystują paliwa kopalne jako surowiec.

Rząd USA jest żywotnie zainteresowany paliwami syntetycznymi, ponieważ ma duży dostęp do surowców, takich jak węgiel, gaz ziemny i odpady roślinne. Biorąc pod uwagę tylko jedną odmianę paliw syntetycznych, szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych istnieje około 1,3 gigaton niewykorzystanej biomasy, którą można by wykorzystać do produkcji paliw syn- paliwowych [źródło: Coal-to-Liquids Coalition]. Tak więc amerykańskie agencje wojskowe i inne agencje rządowe naciskały w ostatnich latach na badanie paliw syntetycznych. Inne kraje, takie jak Chiny i Niemcy, również ostatnio zainwestowały w eksplorację technologii synfuel [Źródło: U.S. Energy Information Administration]. Chociaż technologia paliw syntetycznych jest obiecująca, ich produkcja kosztuje znacznie więcej niż benzyna z ropy. Zatem najprawdopodobniej nie zastąpi ropy, chyba że ceny ropy gwałtownie wzrosną.

Powiązane artykuły

• 5 pomysłów na paliwo alternatywne, które nigdy nie wyszły z laboratorium
• 10 najważniejszych zalet biopaliw
• 10 najlepszych upraw biopaliw
• Jedzenie lub paliwo?
• The Ultimate Biopuels Crops Quiz
• Jak działa Biodiesel
• Jak działa biodiesel z alg
• Jak działają pojazdy na gaz ziemny
• Czy biopaliwa konkurują z żywnością??
• Czy paliwa alternatywne wyczerpią światowe dostawy kukurydzy?
• Jakie są ekonomiczne zalety stosowania biopaliw?
• Jakie są ekonomiczne wady stosowania biopaliw?
• Dlaczego tak trudno jest odciąć się od benzyny?

Więcej świetnych linków

• Wiadomości z węgla na ciecze
• Wiadomości z biomasy na płyny
• Wiadomości z gazu na ciecze
• Krajowe dokumenty laboratoryjne dotyczące energii odnawialnej
• Archiwum Fischera-Tropscha
• Departament Energii USA, Centrum danych paliw alternatywnych

Źródła

• Becker, Peter W. "Rola paliwa syntetycznego w Niemczech podczas II wojny światowej. Implikacje na dziś?" Przegląd Air University. Lipiec-sierpień 1981. (10 grudnia 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Koalicja Węgiel do Płynów. „Proces produkcji paliw syntetycznych”. (10 grudnia 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Biuro gubernatora stanu Montana. „Często zadawane pytania dotyczące paliwa syntetycznego”. (10 grudnia 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. „Rozwój nowoczesnego procesu Fischera-Tropscha”. Archiwum Fischera-Tropscha. 29 sierpnia 2001. (10 grudnia 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. „Podręcznik paliw syntetycznych”. McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. „Produkcja paliw syntetycznych”. (10 grudnia 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Departament Energii Stanów Zjednoczonych. „Proces Fischera-Tropscha”. Paliwa alternatywne i zaawansowane centrum danych o pojazdach. (10 grudnia 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Biuro Energii Kopalnej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, National Energy Technology Laboratory. „Paliwa Fischera-Tropscha”. Kwiecień 2008. (10 grudnia 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych, Bureau of Land Management. „About Oil Shale”. Oświadczenie o programowym wpływie na środowisko dotyczące łupków naftowych i piasków bitumicznych. (10 grudnia 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych, Bureau of Land Management. „O Tar Sands”. Oświadczenie o programowym wpływie na środowisko dotyczące łupków naftowych i piasków bitumicznych. (10 grudnia 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Administracja Informacji Energetycznej Stanów Zjednoczonych. „Annual Energy Outlook 2006: Zagadnienia w centrum uwagi”. 14 lutego 2006. (10 grudnia 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych. „Czyste paliwa alternatywne: Fischer-Tropsch”. Marzec 2002. (10 grudnia 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. „Podstawowa ocena techniczna i ekonomiczna zakładu płynów Fischer-Tropsch na skalę komercyjną”. National Energy Technology Laboratory, Departament Energii Stanów Zjednoczonych. 9 kwietnia 2007 r. (10 grudnia 2010 r.) Http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf