Co je to synfuel?

Tato elektrárna na uhlí na kapalné palivo v Jižní Africe je největším zařízením na výrobu syntetických paliv na světě. Je to také jediný největší emitor oxidu uhličitého na planetě. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Diskuse o energetické nezávislosti, obnovitelné energii a nebezpečích emisí uhlíku se staly obrovskou součástí politického diskurzu ve Spojených státech. Zdá se, že každý, kdo od prezidenta po chlapa, který drží znak „žádná válka za ropu“ na veřejném protestu, má zájem najít způsoby, jak najít alternativy k fosilním palivům. Ale ne všechny náhražky jsou vytvořeny rovnocenné. Některé z nich jsou pro životní prostředí lepší; některé ne. Některé jsou obnovitelné zdroje energie; některé ne. Syntetická paliva, aka synfuels, jsou jen jedním z mnoha řešení pro řešení vyvíjející se energetické krize.

V tomto případě však může být termín „syntetický“ zavádějící. Neznamená to nutně, že paliva jsou nepřirozená nebo umělá. Americká energetická informační správa definuje syntetické palivo jako jakékoli palivo "vyrobené z uhlí, zemního plynu nebo biomasy." suroviny chemickou přeměnou “[zdroj: US Energy Information Administration]. Tato přeměna vytváří látky, které jsou chemicky stejné jako ropa nebo zpracovaná paliva, ale byly syntetizovány umělým způsobem. Konvenční ropa se přirozeně vyskytuje v životním prostředí a používá se k produkci různá paliva jako benzín a nafta. Syntetické palivové suroviny, suroviny používané k výrobě synpaliv, musí být podrobeny intenzivním chemickým a fyzikálním změnám, aby byly použitelné jako ropa nebo zpracované palivo..

Historie synchronních paliv sahá ještě dále, než si myslíte, i když 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 sami pojmenovali, zahrnuje přeměnu plynu na kapalná paliva. Ačkoli existují alternativy k procesu Fischer-Tropsch, jedná se o nejrozsáhlejší a nejrozšířenější metodu vytváření synpaliv dnes.

Historicky, synfuels byl nejprve používán značně k palivům vojenských vozidel v druhé světové válce v Německu. Omezené zásoby ropy mezi silami osy učinily syntetické možnosti nezbytnou alternativou [zdroj: Becker]. V 70. letech 20. století byla ve Spojených státech amerických intenzivně zkoumána synchronní paliva uprostřed rozsáhlého nedostatku ropy. Tento výzkum nakonec skončil, ale nedávno zaznamenal další nárůst, protože obavy o energetickou nezávislost a udržitelnost se staly důležitými politickými body. Ostatní země používaly více synchronně. Například v Jižní Africe jsou synpaliva vyrobená z uhlí a zemního plynu 30 let významnou součástí ropného hospodářství.

Chcete-li se dozvědět více o různých typech synchronních paliv a o tom, jak je každý vyroben, přečtěte si dále.

Ropné písky obsahují ropu, která se získává těžbou v otevřené jámě. Veronique de Viguerie / Getty Images

Abyste pochopili, jak lze různé suroviny přeměnit na kapalná syntetická paliva, musíte nejprve pochopit, jak palivo funguje. Ropa a produkty jako benzín vyrobené z ropy jsou tvořeny dlouhými řetězci organických molekul nazývaných uhlovodíky (protože obsahují vodík a uhlík). Když jsou tyto uhlovodíky spáleny, rozkládají a uvolňují energii, která se používá k pohonu motorů v osobních, nákladních automobilech, letadlech atd. Většina organických materiálů, včetně ropy, uhlí, zemního plynu, rostlinných odpadů a odpadních vod, obsahuje uhlovodíky. Dnešní motory byly navrženy tak, aby pracovaly s ropnými deriváty, jako je benzín. Aby syntetická paliva fungovala v těchto motorech, musí být jejich uhlovodíky restrukturalizovány tak, aby připomínaly uhlovodíky nalezené v ropě a ropných produktech.

V zásadě existují dvě kategorie syntetických paliv, syntetické surové oleje (syncrude), a Kapaliny Fischer-Tropsch.První kategorie zahrnuje suroviny a procesy, které se používají k výrobě syncrude, nebo syntetická ropa. Syntetickou ropu lze použít pro stejné účely jako konvenční ropa. Používá se jako surovina. Stejně jako konvenční ropa musí být syncruda rafinována a zpracována, aby se vytvořily různé formy komerčních paliv na bázi ropy, jako je nafta, benzín a petrolej..

Tři nejoblíbenější zdroje synkrudy jsou extra těžký olej, ropná břidlice a ropné písky. Každý z těchto materiálů se přirozeně vyskytuje stejně jako konvenční olej, ale má různé fyzikální vlastnosti a množství nečistot. Například ropná břidlice je hornina a ropné písky jsou dehtovou směsí písku a látky obsahující olej živice. Tyto synchronní suroviny jsou vystaveny různým úrovním tepla, tlaku a fyzické manipulace za vzniku látky se stejným uspořádáním uhlovodíků jako přirozeně se vyskytující ropa.

Zpracování surovin syncrude má tendenci poškozovat životní prostředí. Protože vyžadují více zpracování než ropa, vytvářejí více CO₂ emise a jiné znečišťující látky [zdroj: Ministerstvo vnitra USA]. Sběr surovin také často zahrnuje škodlivé environmentální postupy, jako je těžba pásů. Jednou z výhod synchronizace paliv jako alternativy k ropě je to, že svět obsahuje značné nevyužité zásoby těžkého oleje, ropných břidlic a ropných písků. Tyto zdroje, stejně jako ropa, samozřejmě nejsou udržitelné. I oni nakonec nakonec dojdou.

Čtěte dále a dozvíte se více o tom, jak se vyrábějí Syntely Fischer-Tropsch.

Druhý typ syntetických paliv, běžně označovaný jako Fischer-Tropschovy kapaliny, používá surovinu, kterou lze přeměnit přímo na komerčně životaschopná kapalná paliva, což v podstatě přeskočí krok syncrude. Mezi nejběžnější suroviny používané k výrobě syntezálů Fischer-Tropsch patří zemní plyn, uhlí a biomasa (rostliny a rostlinný odpad). Při syntéze F-T je výchozí materiál podroben velmi vysokému teplu - 1 900 stupňů Fahrenheita (1 037,7 stupňů Celsia) nebo vyšším - a tlaku, aby vznikla směs oxidu uhelnatého a vodíku syntézní plyn (nebo syngas) [zdroj: Van Bibber]. Tento krok procesu dělá kapalná paliva Fischer-Tropsch mnohem čistší než paliva vyrobená ze surové nebo synkrédy. Po odfiltrování syngasu lze ze zplynovače snadno odstranit nečistoty jako těžké kovy. Plyny, jako je uhlík a síra, mohou být odfiltrovány, takže se při hoření paliva nestanou znečišťujícími látkami.

Dále se syngas kondenzuje do kapalné formy. Opět pod vysokým teplem a tlakem se do procesu zavádí 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 se. Spolu se syntetickými formami motorové nafty nebo benzínu může Fischer-Tropschova syntéza produkovat průmyslová maziva, petrolej a další produkty.

Ve srovnání s produkty syncrude, Fischer-Tropschovy tekutiny spalují mnohem čistěji. Tyto synfely nemají téměř žádné emise částic, obsahují méně oxidu dusíku než tradiční paliva a méně emisí oxidu uhelnatého [zdroj: Americká agentura pro ochranu životního prostředí]. Synergie, které využívají obnovitelné zdroje jako suroviny (jako biomasa), jsou samozřejmě z dlouhodobého hlediska lepší pro životní prostředí než ty, které používají jako suroviny fosilní paliva..

Vláda USA má zájem o synpaliva, protože má bohatý přístup k surovinám, jako je uhlí, zemní plyn a rostlinný odpad. Vezmeme-li v úvahu pouze jednu paletu synfuelů, odhaduje se, že ve Spojených státech je 1,3 gigatonů nevyužité biomasy, které by mohly být použity k výrobě synpaliv [zdroj: Coal-to-Liquids Coalition]. Americká armáda a další vládní agentury tak v posledních letech vyvíjejí tlak na výzkum synfel. Další země, jako je Čína a Německo, také nedávno investovaly do zkoumání technologie synfuelů [Zdroj: US Energy Information Administration]. Zatímco technologie syntetických paliv je slibná, výroba je mnohem dražší než benzín z ropy. Takže s největší pravděpodobností nenahradí ropu, dokud se ceny ropy dramaticky nezvýší.

Související články

• 5 Myšlenky na alternativní palivo, které to nikdy neudělaly z laboratoře
• 10 hlavních výhod biopaliv
• 10 nejlepších biopaliv
• Potraviny nebo palivo?
• The Ultimate Biofuels Crops Quiz
• Jak bionafta funguje
• Jak funguje řasová bionafta
• Jak fungují vozidla na zemní plyn
• Do biopaliva soutěží s jídlem?
• Vyčerpají alternativní paliva globální zásoby kukuřice?
• Jaké jsou ekonomické výhody používání biopaliv?
• Jaké jsou ekonomické nevýhody používání biopaliv?
• Proč je tak těžké snížit závislost na benzínu?

Další skvělé odkazy

• Coal-to-Liquids News
• Novinky z biomasy na kapaliny
• Novinky z plynu na kapaliny
• Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie
• Archiv Fischer-Tropsch
• Americké ministerstvo energetiky, datové centrum alternativních paliv

Prameny

• Becker, Peter W. „Úloha syntetického paliva ve druhé světové válce v Německu. Důsledky pro dnešek?“ Air University Review. Červenec-srpen 1981. (10. prosince 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Coal to Liquids Coalition. "Proces výroby syntetických paliv." (10. prosince 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Kancelář guvernéra Montany. "Často kladené otázky o syntetickém palivu." (10. prosince 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Vývoj moderního Fischer-Tropschova procesu." Archiv Fischer-Tropsch. 29. srpna 2001. (10. prosince 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Příručka syntetických paliv." McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. "Výroba syntetického paliva." (10. prosince 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Ministerstvo energetiky Spojených států. "Fischer-Tropschův proces." Datové centrum alternativních paliv a pokročilých vozidel. (10. prosince 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Oddělení energetického úřadu Spojených států amerických, Národní laboratoř pro energetické technologie. "Fischer-Tropschová paliva." Duben 2008. (10. prosince 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Ministerstvo vnitra Spojených států, Bureau of Land Management. "O ropné břidlicové." Programové prohlášení o dopadech na ropné břidlice a dehty. (10. prosince 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Ministerstvo vnitra Spojených států, Bureau of Land Management. "O Tar Sands." Programové prohlášení o dopadech na ropné břidlice a dehty. (10. prosince 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Správa energetických informací USA. „Roční energetický výhled 2006: problémy v centru pozornosti.“ 14. února 2006. (10. prosince 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států. "Čistá alternativní paliva: Fischer-Tropsch." Březen 2002. (10. prosince 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Základní technické a ekonomické hodnocení komerčního zařízení pro kapaliny Fischer-Tropsch." Národní laboratoř pro energetické technologie, Ministerstvo energetiky USA. 9. dubna 2007. (10. prosince 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commerce%20S.pdf