Diskuse o energetické nezávislosti, obnovitelné energii a nebezpečí emisí uhlíku se staly obrovskou součástí politického diskurzu ve Spojených státech. Všichni, od prezidenta až po chlapíka, který na veřejném protestu drží nápis „žádná válka pro ropu“, se zřejmě zajímají o způsoby, jak najít alternativy k fosilním palivům. Ale ne všechny náhražky jsou si rovny. Některé jsou lepší pro životní prostředí; některé nejsou. Některé jsou obnovitelné zdroje energie; některé nejsou. Syntetická paliva , neboli synfuels , jsou jen jedním z mnoha řešení na stole pro řešení rozvíjející se energetické krize.
V tomto případě však může být termín „syntetický“ zavádějící. To nutně neznamená, že paliva jsou nepřirozená nebo umělá. Americký úřad pro energetické informace definuje syntetické palivo jako jakékoli palivo „vyrobené z uhlí, zemního plynu nebo biomasy výstupními surovinami prostřednictvím chemické konverze" [zdroj:US Energy Information Administration]. Tato přeměna vytváří látky, které jsou chemicky stejné jako ropa nebo zpracovaná paliva, ale byly syntetizovány umělými prostředky. Konvenční ropa se přirozeně vyskytuje v životním prostředí a používá se k výrobě různá paliva, jako je benzín a nafta. Suroviny pro syntetická paliva, suroviny používané k výrobě synfuel, musí být podrobeny intenzivním chemickým a fyzikálním změnám, aby byly použitelné jako ropa nebo zpracované palivo.
Historie synfuel sahá dále, než byste si mysleli, ačkoli výzkum a vývoj v posledních letech dosáhl vrcholu. Synpaliva byla poprvé zkoumána v Německu v roce 1923, kdy dva vědci vyvinuli proces zvaný Fischer-Tropschova reakce . Proces, který si pojmenovali, zahrnuje přeměnu plynu na kapalná paliva. I když existují alternativy k Fischer-Tropschovu procesu, je to dnes nejrozsáhleji testovaná a široce používaná metoda pro vytváření synfuel.
Historicky byla synfuel poprvé široce používána k pohonu vojenských vozidel v Německu za druhé světové války. Omezené zásoby ropy mezi mocnostmi Osy učinily syntetické opce nezbytnou alternativou [zdroj:Becker]. V 70. letech 20. století byla synfuel intenzivně zkoumána ve Spojených státech uprostřed rozsáhlého nedostatku ropy. Tento výzkum nakonec upadl, ale nedávno zaznamenal další prudký nárůst, protože obavy o energetickou nezávislost a udržitelnost se staly důležitými politickými body. Jiné země používají synfuel ve větší míře. Například v Jižní Africe jsou synpaliva vyrobená z uhlí a zemního plynu důležitou součástí ropného hospodářství již 30 let.
Chcete-li se dozvědět o různých typech synfuel a jak se každý vyrábí, čtěte dále.
Abyste pochopili, jak lze různé suroviny přeměnit na kapalná syntetická paliva, musíte nejprve pochopit, jak palivo funguje. Ropa a produkty jako benzín vyrobený z ropy se skládají z dlouhých řetězců organických molekul zvaných uhlovodíky (protože obsahují vodík a uhlík). Když se tyto uhlovodíky spalují, rozkládají se a uvolňují energii, která se používá k pohonu motorů v autech, kamionech, letadlech atd. Většina organického materiálu, včetně ropy, uhlí, zemního plynu, rostlinného odpadu a odpadních vod, obsahuje uhlovodíky. Dnešní motory byly navrženy pro práci s palivy získanými z ropy, jako je benzín. Aby syntetická paliva v těchto motorech fungovala, jejich uhlovodíky musí být restrukturalizovány tak, aby se podobaly uhlovodíkům nacházejícím se v ropě a ropných produktech.
V zásadě existují dvě kategorie syntetických paliv, syntetické ropy (synchronizovat ) a Fischer-Tropsch kapaliny .První kategorie zahrnuje suroviny a procesy, které se používají k výrobě syncrude nebo syntetická ropa. Syntetická ropa může být použita pro stejné účely jako konvenční ropa. Používá se jako surovina. Stejně jako konvenční ropa musí být syncruda rafinována a zpracována, aby se z ní vyrobily různé formy komerčních paliv na bázi ropy, jako je nafta, benzín a petrolej.
Tři nejoblíbenější zdroje syncrudy jsou extra těžká ropa , ropná břidlice a ropné písky . Každý z těchto materiálů se přirozeně vyskytuje stejně jako konvenční olej, ale mají odlišné fyzikální vlastnosti a množství nečistot. Například roponosná břidlice je kámen a ropné písky jsou dehtovitá směs písku a látky obsahující ropu bitumen . Tyto syntetické suroviny jsou vystaveny různým úrovním tepla, tlaku a fyzikální manipulaci za účelem výroby látky se stejným uspořádáním uhlovodíků jako přirozeně se vyskytující ropa.
Zpracování syntetických surovin má tendenci poškozovat životní prostředí. Protože vyžadují více zpracování než ropa, produkují více CO2 emise a další znečišťující látky [zdroj:Ministerstvo vnitra USA]. Sběr suroviny také často zahrnuje škodlivé environmentální praktiky, jako je těžba v pásech. Jednou z výhod syncrudových paliv jako alternativy k ropě je to, že svět obsahuje značné nevyužité zásoby extra těžké ropy, ropných břidlic a ropných písků. Samozřejmě, stejně jako ropa, tyto zdroje nejsou udržitelné. I oni nakonec dojdou.
Čtěte dále a zjistěte, jak se vyrábí synfuels Fischer-Tropsch.
Druhý typ syntetických paliv, běžně označovaný jako Fischer-Tropschovy kapaliny, používá surovinu, kterou lze přímo převést na komerčně životaschopná kapalná paliva, přičemž se v podstatě vynechává krok synkrudy. Mezi nejběžnější suroviny používané k výrobě Fischer-Tropsch synfuels patří zemní plyn , uhlí a biomasa (rostliny a rostlinný odpad). Při F-T syntéze je surovina vystavena velmi vysokému teplu – 1 900 stupňů Fahrenheita (1 037,7 stupňů Celsia) nebo vyšším – a tlaku za vzniku směsi oxidu uhelnatého a vodíku zvaného syntézní plyn (nebo syngas ) [zdroj:Van Bibber]. Díky tomuto kroku procesu jsou kapalná paliva Fischer-Tropsch mnohem čistší než paliva vyráběná z ropy nebo synkrudy. Nečistoty, jako jsou těžké kovy, lze ze zplyňovače snadno odstranit po odfiltrování syntézního plynu. Plyny jako uhlík a síra lze odfiltrovat, aby se při spalování paliva nestaly znečišťujícími látkami.
Dále se syngas kondenzuje do kapalné formy. Opět pod vysokým teplem a tlakem je do procesu zaveden katalyzátor, obvykle sloučenina obsahující buď železo nebo kobalt. Katalyzátor spouští chemickou reakci mezi vodíkem a oxidem uhelnatým a vytváří dlouhé řetězce uhlovodíků. Různé katalyzátory mohou produkovat různé uhlovodíkové struktury. Tyto uhlovodíky se poté ochladí a kondenzují do kapalné formy a filtrují. Spolu se syntetickými formami motorové nafty nebo benzínu může Fischer-Tropschova syntéza vyrábět průmyslová maziva, petrolej a další produkty.
Ve srovnání s produkty syncrude hoří kapaliny Fischer-Tropsch mnohem čistěji. Tato syntetická paliva nemají téměř žádné emise pevných částic, obsahují méně oxidů dusíku než tradiční paliva a méně emisí oxidu uhelnatého [zdroj:U.S. Environmental Protection Agency]. Synpaliva, která jako surovinu využívají obnovitelné zdroje (jako biomasa), jsou samozřejmě z dlouhodobého hlediska pro životní prostředí lepší než ta, která jako surovinu využívají fosilní paliva.
Vláda USA má o synfuel vlastní zájem, protože má bohatý přístup k surovinám, jako je uhlí, zemní plyn a rostlinný odpad. Vezmeme-li v úvahu pouze jednu odrůdu synfuel, odhadem je ve Spojených státech 1,3 gigatuny nevyužité biomasy, která by mohla být použita k výrobě synfuel [zdroj:Coal-to-Liquids Coalition]. Americká armáda a další vládní agentury tedy v posledních letech tlačí na výzkum synfuel. Jiné země jako Čína a Německo nedávno také investovaly do zkoumání technologie synfuel [Zdroj:US Energy Information Administration]. Technologie syntetických paliv je sice slibná, ale její výroba je mnohem dražší než výroba benzínu z ropy. Takže s největší pravděpodobností nenahradí ropu, pokud ceny ropy dramaticky nevzrostou.
