Vzhledem k tomu, že zdroje ropy a fosilních paliv po celém světě ubývají, závod o nalezení dalšího velkého energetického řešení je definitivně zahájen. Možná neexistuje kouzelná kulka, která by tuto energetickou krizi vyřešila, nebo dokonalé palivo, které je nekonečně dostupné a neznečišťuje životní prostředí. Ale jedna možnost, syntetická paliva - nebo synfuels - nabízí některé výhody a některé nevýhody ve srovnání s konvenčními fosilními palivy na bázi ropy. Syntetické palivo je kategorie paliv, která zahrnuje jakékoli palivo „vyrobené z uhlí, zemního plynu nebo surovin biomasy chemickou přeměnou“ [zdroj:U.S. Energy Information Administration]. Tyto typy paliv se často nazývají kapaliny Fischer-Tropsch, podle procesu použitého k jejich výrobě. Kategorie synfuels také zahrnuje paliva odvozená ze syntetické ropy, látky podobné surové ropě, která se syntetizuje z přírodních zdrojů, jako je bitumen nebo roponosná břidlice [zdroj:U.S. Energy Information Administration]. Chemicky jsou synfuel podobná benzínu a naftě, která dnes používáme, a lze je použít ve stávajících motorech. Jejich výroba však vyžaduje složité chemické konverze.
Národní vlády a energetické společnosti věnují v posledních letech více pozornosti syntetickým palivům, protože rostoucí ceny ropy a politická nestabilita v zemích produkujících ropu vytvořily pobídky k hledání alternativ. Hlavní výhodou synfuel je, že je lze vyrábět za použití látek, jako je uhlí, zemní plyn a dokonce i rostlinný odpad, které jsou široce dostupné. Mnoho synfuel také hoří čistěji než konvenční palivo. Ale jsou tu i nevýhody. I když mohou spalovat čistěji, výroba syntetických paliv často způsobuje stejné, ne-li větší znečištění než tradiční benzín. Výroba syntetických paliv je stále dražší než výroba konvenčních paliv, většinou proto, že je zapotřebí více výzkumu, vývoje a investic, aby byla výroba ekonomicky životaschopná.
Chcete-li se dozvědět o různých typech syntetických paliv, která se v současnosti vyrábí, pokračujte ve čtení.
ObsahExtra těžký olej je jedním z několika zdrojů synkrudy , druh syntetického paliva, který se velmi podobá surové ropě. Extra těžká ropa se vyskytuje přirozeně a vzniká, když je ropa, která byla kdysi pohřbena hluboko v Zemi, vystavena bakteriím, které rozkládají uhlovodíky a mění fyzikální vlastnosti ropy. Ropa může být získána povrchovou těžbou nebo sběrem "in situ" (na místě). Sběr in situ zahrnuje vedení horké páry nebo plynu do vrtu, aby se rozbil těžký olej, a sběr tekutiny přes druhý vrt. Obě metody mají své limity. Povrchová těžba může být použita pouze ke sběru extra těžké ropy v blízkosti povrchu. Poškozuje také životní prostředí tím, že ničí lesy a stanoviště zvířat, a velké množství potřebné vody musí být po použití likvidováno jako odpad [zdroj:Clark]. Metody in situ vyžadují další výzkum, aby bylo možné shromáždit velké množství těžké ropy.
Výrobní proces mnoha syntetických paliv vytváří produkty, které jsou víceméně připraveny k použití v motorech a vozidlech. Syncrude výroba na druhé straně vede k syntetizované ropě, která musí být dále rafinována, aby byla komerčně prodávána, stejně jako konvenční ropa. Ve svém přirozeném stavu je extra těžký olej v podstatě více viskózní forma hrubého. Pokud ropa teče jako voda, teče extra těžká ropa jako med. Aby se extra těžký olej dostal do užitečné formy, je obvykle vystaven teplu a plynům, které rozkládají uhlovodíky na ty, které lze spálit jako palivo, a na ty, které nelze. Je to podobné jako proces rafinace ropy na paliva, ale je dražší a komplikovanější.
Výroba plynu na kapaliny paliva (nebo GTL ) zahrnuje proces přeměny zemního plynu na kapalná paliva na bázi ropy. Na rozdíl od syncrudes jsou produkty GTL blíže konečné fázi výroby. Před použitím jako palivo je nemusí zpracovávat rafinérie. Nejpoužívanější metodou pro přeměnu plynu na kapalná paliva je Fischer-Tropschův proces (F-T syntéza) [zdroj:U.S. Energy Information Administration]. Při tomto procesu se zemní plyn spojuje se vzduchem a poté se zavádí do komory spolu s katalyzátorem, obvykle sloučeninou obsahující kobalt nebo železo. katalyzátor , spolu s velkým množstvím tepla a tlaku spouští chemickou reakci, která tvoří řetězce uhlovodíků . Dále se plyn kondenzuje na kapalinu. V závislosti na tom, které katalyzátory se přidávají, se vytvářejí různé uhlovodíkové struktury. Syntéza F-T může produkovat motorovou naftu, naftu (kterou lze zpracovat na benzín) a průmyslová maziva [zdroj:U.S. Energy Information Administration].
Zejména proces GTL se většinou používá k výrobě motorové nafty, ačkoli může také vyrábět naftu. GTL, stejně jako ostatní paliva Fischer-Tropsch, produkuje při spalování méně emisí [zdroj:U.S. Environmental Protection Agency]. Proces chemické separace vytváří čistší palivo, protože nečistoty lze snadno odfiltrovat. Další výhodou je, že chemické reakce spojené s přeměnou plynu na kapalinu vytvářejí elektřinu, páru a vodu jako vedlejší produkty. Tyto zdroje lze buď vrátit zpět do výroby, aby se ušetřily náklady a snížil dopad na životní prostředí, nebo prodat na komerčním trhu, aby byl proces nákladově efektivnější.
Břidlicová ropa je další forma syncrude vyráběná z opukového kamene , přirozeně se vyskytující hornina, která se běžně nazývá ropná břidlice . Marlstone je bohatý na materiál zvaný kerogen , organický materiál, který se přirozeně přeměňuje na ropu, když je vystaven extrémnímu teplu a tlaku. K této změně obvykle dochází v průběhu milionů let, ale průmyslové metody mohou replikovat proces a přeměnit kerogen v ropných břidlicích na synkrudu [zdroj:Ministerstvo vnitra USA]. Produkce břidlicové ropy je v tomto bodě z velké části teoretická a neprodukovala se ve velkém měřítku. Roponosná břidlice může být podrobena pyrolýze , zavedení tepla a odstranění kyslíku, který oddělí kerogen od zbytku horniny a přemění jej na kapalinu, kterou lze poté rafinovat na synkrudu [zdroj:Ministerstvo vnitra USA].
Roponosné břidlice jsou extrémně hojné. Ve skutečnosti ložiska v souvrství Green River , oblast, která se rozprostírá přes části Colorada, Utahu a Wyomingu, by mohla obsahovat dostatek ropných břidlic k produkci 800 miliard až 1,8 bilionu barelů, podle odhadů různých vědců [zdroj:Ministerstvo vnitra USA]. Abychom uvedli tato čísla do perspektivy, pokud by byl spodní odhad přesný, mohla by formace zásobovat potřeby Spojených států ropy po dobu 100 let při současné úrovni využití [zdroj:Ministerstvo vnitra USA]. Existují však vážné ekologické nevýhody. Produkce břidlicové ropy za sebou zanechává velké množství odpadních hornin a spotřebuje obrovské množství vody. Dokud nebudou technologie dále vyvíjeny a rafinovány, je tento proces extrémně nákladný – mnohem dražší na barel než produkce ropy [zdroj:U.S. Energy Information Administration].
Ropné písky nebo dehtové písky jsou třetím zdrojem syntetických paliv, které jsou klasifikovány jako syncruda. Směs vody, jílu, písku a látky zvané bitumen , ropné písky se vyskytují přirozeně. Bitumen je velmi hustá látka podobná oleji, která má při pokojové teplotě konzistenci velmi lepivého Jell-O. Obsahuje mnohem více nečistot než konvenční ropa, včetně síry, dusíku a těžkých kovů, které musí být odstraněny, než lze bitumen použít jako palivo [zdroj:U.S. Energy Information Administration]. Písky jsou obvykle získávány povrchovou těžbou. Regenerace in situ je také možná prostřednictvím vstřikování páry nebo chemikálií k rozbití písků. Ale sběr in situ spotřebovává obrovské množství vody a energie a je také méně nákladově efektivní.
Ke zpracování ropných písků do stavu, kdy mohou být prodávány jako synkruda, se promyjí horkou vodou, aby se oddělil bitumen od jílu a písku. Bitumen je poté vystaven velkému množství tepla a tlaku a je zaveden zemní plyn. To převádí uhlovodíky v materiálu do formy, která se snadněji spaluje jako palivo [zdroj:Ministerstvo vnitra USA]. Obrovské množství vody a energie potřebné k přeměně ropných písků z hlubokých podzemních ložisek na využitelná paliva z něj činí kontroverzní palivo kvůli jeho dopadu na životní prostředí. Daň na životním prostředí, způsobená pásovou těžbou a likvidací odpadních vod, vedla k mnoha kontroverzím v Kanadě, kde se v současnosti těží většina světových ropných písků [zdroj:Kunzig].
Stejně jako GTL, přeměna uhlí na kapalinu Paliva (CTL) se vyrábějí izolací uhlovodíků ve stávajících fosilních palivech a jejich přeměnou na formu syntetického paliva, které lze použít v motorech stávajících vozidel. Výrobci používají dva způsoby, jak provést tuto konverzi. První, nepřímé zkapalňování uhlí (ICL), používá stejný Fischer-Tropschův proces jako paliva z plynu na kapalinu. Zpracování samozřejmě vyžaduje další krok k přeměně pevného uhlí na plyn, který může napájet F-T reakci. Pevné uhlí je drceno a poté vystaveno vysoké teplotě a vysokému tlaku spolu s párou a kyslíkem, které reagují s uhlím za vzniku syntézního plynu. Tento syngas, směs oxidu uhelnatého, vodíku a dalších plynů, se pak používá ve Fischer-Tropschově reakci k výrobě kapalných paliv. V přímém zkapalňování uhlí (DCL), uhlí je rozmělněno a poté vystaveno vodíku a vysokým úrovním tepla a tlaku za vzniku kapalné synkrudy, kterou lze rafinovat. Tato druhá metoda není tak široce používána jako ICL.
Paliva z uhlí na kapalinu mohou být šetrnější k životnímu prostředí, protože hoří čistěji než klasický benzín nebo nafta. Vedlejší produkty výroby CTL, včetně vody, elektřiny a kovů, lze prodávat, aby se kompenzovaly náklady na zpracování CTL a aby byl proces udržitelnější. Existují však také vážné ekologické nevýhody. Výroba CTL spotřebuje obrovské množství vody, než nějakou vytvoří. Uvolňuje také emise oxidu uhličitého a velké množství pevného odpadu zvaného „struska“, což je to, co zbylo z uhlí poté, co byly vytěženy všechny jeho použitelné chemikálie [zdroj:Van Bibber].
Paliva typu Coal-to-liquid a gas-to-liquids se vyrábějí manipulací s uhlovodíky v neropných fosilních palivech tak, aby byly chemicky podobné uhlovodíkům v ropě a benzínu. Z biomasy na kapaliny paliva fungují podle stejné teorie, kromě toho, že uhlovodíky pocházejí z čerstvě mrtvého organického materiálu, nikoli organického materiálu, který byl rozložen a stlačen miliony let. BTL paliva mohou být vyrobena ze dřeva, plodin, slámy a obilí. Výhodou BTL je, že může být vyroben z částí těch rostlin, které nejsou užitečné pro potraviny nebo výrobu.
Výrobní proces je podobný jako u jiných synfuel:Syngas se používá k zahájení Fischer-Tropschovy reakce, která nakonec produkuje kapalná paliva. Biomasa se spaluje v prostředí s nízkým obsahem kyslíku za vzniku syngasu, což je krok, který vyžaduje méně energie než jiná synpaliva. K výrobě paliva je však zapotřebí poměrně velké množství suroviny biomasy (suroviny, která se syntetizuje). Pět tun (asi 4,5 metrických tun) surovin (nebo přibližně 3 akry nebo 1,2 hektaru plodin) se rovná 1 tuně (0,9 metrických tunách) vyrobeného BTL [zdroj:U.S. Energy Information Administration]. Výroba BTL také stojí mnohem více peněz než výroba CTL nebo GTL. Biomasa zabírá mnohem více místa než jiné suroviny na výrobu syntetického paliva, takže její skladování a přeprava je dražší. BTL není zdaleka tak rozšířené jako jiné formy synfuel, což znamená, že společnosti by musely investovat spoustu peněz, aby programy BTL uvedly do provozu. Navzdory nákladům by BTL mohl být z dlouhodobého hlediska šetrnější k životnímu prostředí, protože rostliny pěstované za účelem výroby paliva by mohly eliminovat část CO2 emise.
Ze stejných důvodů mohou být rostliny a rostlinný odpad použity k výrobě suroviny pro výrobu synfuel, pevný odpad může také sloužit jako zdroj pro proces. Mezi využitelný pevný odpad patří staré pneumatiky, splašky a odpad ze skládek [zdroj:Speight]. Pokud obsahuje organickou hmotu (a vysoké úrovně uhlíku), může být použit k vytvoření nějaké formy paliva. Odpad používaný jako surovina prochází stejným procesem jako ostatní suroviny na výrobu syntézního paliva. Spaluje se za speciálních podmínek za vzniku syngasu, který pak prochází Fischer-Tropschovým procesem, aby byl syntetizován na kapalné palivo. Alternativně lze plyn, který se na skládkách přirozeně uvolňuje při rozkladu odpadu, použít k výrobě syntetického paliva.
Stále v teoretické fázi koncept získávání paliva z atmosférického CO2 byl vyvinut vědci z Los Alamos National Laboratories. V tomto procesu by velké množství vzduchu obsahujícího znečišťující látky oxid uhličitý bylo vystaveno kapalnému uhličitanu draselnému. CO2 ve vzduchu se slučuje s uhličitanem draselným, zatímco ostatní složky vzduchu ne. CO2 lze potom oddělit od sloučeniny draslíku použitím elektřiny. Jakmile CO2 se oddělí, přemění se na syngas a poté na kapalná paliva podle metod používaných k výrobě jiných synfuel [zdroj:Martin]. Vědci z jiných laboratoří a institucí se shodli, že tento proces teoreticky funguje. Hlavní překážkou je však proces izolace CO2 ze vzduchu a jeho přeměna na syngas vyžaduje obrovské množství energie [zdroj:Martin]. Vědci z Los Alamos navrhují jako nejlepší možnost jadernou energii [zdroj:Martin]. Bude také vyžadovat obrovské kapitálové investice, aby se koncept dostal od teorie k realizaci. Na druhou stranu je celý proces teoreticky uhlíkově neutrální. Produkovalo by tolik uhlíku, kolik spotřebuje.
