Hvad er en synfuel?

Dette kul-til-flydende brændstofanlæg i Sydafrika er det største anlæg til syntetisk brændstof i verden. Det er også den største største emitter af kuldioxid på planeten. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Drøftelser om energiuafhængighed, vedvarende energi og farerne ved CO2-emissioner er blevet en enorm del af den politiske diskurs i USA. Alle fra præsidenten til fyren, der holder "ingen krig for olie" -skiltet ved en offentlig protest, synes interesserede i måder at finde alternativer til fossile brændstoffer. Men ikke alle erstatninger er skabt lige. Nogle er bedre for miljøet; nogle er det ikke. Nogle er vedvarende energikilder; nogle er det ikke. Syntetiske brændstoffer, aka syntetiske brændstoffer, er kun en af ​​de mange løsninger på bordet til løsning af den udviklende energikrise.

I dette tilfælde kan udtrykket "syntetisk" imidlertid være vildledende. Det betyder ikke nødvendigvis, at brændstoffer er unaturlige eller kunstige. U.S. Energy Information Administration definerer et syntetisk brændstof som ethvert brændstof "produceret fra kul, naturgas eller biomasse råmaterialer gennem kemisk omdannelse "[kilde: US Energy Information Administration]. Denne konvertering skaber stoffer, der er kemisk det samme som råolie eller forarbejdet brændsel, men som blev syntetiseret ved hjælp af kunstige midler. Konventionel råolie forekommer naturligt i miljøet og bruges til at producere en række brændstoffer som benzin og diesel. Syntetiske brændstoffer, råmaterialerne, der bruges til at fremstille synbrændstoffer, skal underkastes intense kemiske og fysiske ændringer for at kunne bruges som råolie eller forarbejdet brændstof.

Synbrændstoffers historie går længere tilbage, end du måske tror, ​​selvom forskning og udvikling har nået et højdepunkt i de senere år. Synbrændstoffer blev først undersøgt i Tyskland i 1923, da to forskere udviklede en proces kaldet Fischer-Tropsch-reaktion. Processen, som de navngav for sig selv, involverer omdannelse af gas til flydende brændstof. Mens der er alternativer til Fischer-Tropsch-processen, er det den mest omfattende testede og vidt anvendte metode til at skabe synbrændstoffer i dag.

Historisk set blev brændstoffer først brugt i vid udstrækning til brændstof til militære køretøjer i Tyskland, den 2. verdenskrig. Begrænsede oliereserver blandt aksekræfterne gjorde syntetiske optioner til et nødvendigt alternativ [kilde: Becker]. I 1970'erne blev synbrændstoffer undersøgt stærkt i USA midt i den udbredte oliemangel. Denne forskning faldt til sidst, men har set en anden stigning for nylig, da bekymring over energiuafhængighed og bæredygtighed er blevet vigtige politiske talepunkter. Andre lande har brugt synbrændstoffer mere omfattende. I Sydafrika har fx brændstoffer, der er fremstillet af kul og naturgas, været en vigtig del af olieøkonomien i 30 år.

For at finde ud af om de forskellige typer synbrændstoffer og hvordan hver produceres, skal du læse videre.

Oliesand indeholder en form for olie, der udvindes gennem open pit-minedrift. Veronique de Viguerie / Getty Images

For at forstå, hvordan forskellige råmaterialer kan omdannes til flydende syntetisk brændstof, skal du først forstå, hvordan brændstof fungerer. Olie og produkter som benzin fremstillet af olie består af lange kæder af organiske molekyler kaldet kulbrinter (fordi de indeholder brint og kulstof). Når disse kulbrinter brændes ned, frigøres de og frigiver energi, der bruges til at brænde motorerne i biler, lastbiler, fly osv. Det meste organiske materiale, herunder olie, kul, naturgas, planteaffald og spildevand, indeholder kulbrinter. Dagens motorer var designet til at arbejde med olieafledte brændstoffer som benzin. For at syntetiske brændstoffer skal fungere i disse motorer, skal deres kulbrinter omstruktureres, så de ligner kulbrinterne, der findes i olie og olieprodukter..

Der er dybest set to kategorier af syntetisk brændstof, syntetiske råolier (syncrude), og Fischer-Tropsch væsker.Den første kategori inkluderer råmaterialer og processer, der bruges til produktion syncrude, eller syntetisk råolie. Syntetisk råolie kan bruges til de samme formål som konventionel råolie. Det bruges som råmateriale. Ligesom konventionel råolie skal syncrude raffineres og forarbejdes for at fremstille de forskellige former for oliebaseret kommerciel brændsel som diesel, benzin og parafin.

De tre mest populære kilder til synkrude er ekstra tung olie, olieskifer og oliesand. Hvert af disse materialer forekommer naturligt ligesom konventionel olie, men de har forskellige fysiske egenskaber og mængder af urenheder. F.eks. Er olieskifer en klippe, og oliesand er en tørre blanding af sand og det olieholdige stof bitumen. Disse synkrude råmaterialer udsættes for forskellige niveauer af varme, tryk og fysisk manipulation for at fremstille et stof med det samme arrangement af kulbrinter som naturligt forekommende råolie.

Forarbejdning af synkron råmaterialer har en tendens til at skade miljøet. Da de kræver mere forarbejdning end råolie, skaber de mere CO₂ emissioner og andre forurenende stoffer [kilde: U.S. Department of Interior]. Også indsamling af råmaterialet involverer ofte skadelig miljøpraksis som strimeldrift. En fordel ved at synkronisere brændstoffer som et alternativ til olie er, at verden indeholder betydelige uudnyttede reserver af ekstratung olie, olieskifer og oliesand. Ligesom olie er disse ressourcer naturligvis ikke bæredygtige. Også de vil løbe tør efterhånden.

Læs videre for at lære om, hvordan Fischer-Tropsch synbrændstoffer produceres.

Den anden type syntetiske brændstoffer, der almindeligvis benævnes Fischer-Tropsch-væsker, bruger råmateriale, der kan omdannes direkte til kommercielt levedygtige flydende brændstoffer, som i det væsentlige springer over det synkruede trin. De mest almindelige råmaterialer, der bruges til at fremstille Fischer-Tropsch-brændstoffer, inkluderer naturgas, kul og biomasse (planter og planteaffald). Ved F-T-syntese udsættes råmaterialet for meget høj varme - 1.900 grader Fahrenheit (1.037,7 grader Celsius) eller højere - og pres for at producere en blanding af kulilte og brint kaldet syntesegas (eller syntesegas) [kilde: Van Bibber]. Dette trin i processen gør flydende brændstoffer til Fischer-Tropsch meget renere end brændstoffer, der er produceret af rå eller syncrude. Urenheder som tungmetaller kan let fjernes fra forgasseren, efter at syngassen er filtreret ud. Gasser som kulstof og svovl kan filtreres ud, så de ikke bliver forurenende stoffer, når brændstoffet brænder.

Dernæst kondenseres syngassen til flydende form. Igen sat under høj varme og tryk, indføres en katalysator i processen, sædvanligvis en forbindelse, der indeholder enten jern eller cobalt. Katalysatoren udløser en kemisk reaktion mellem brint og kulilte, hvilket skaber lange kæder af kulbrinter. Forskellige katalysatorer kan producere forskellige carbonhydridstrukturer. Disse kulbrinter afkøles derefter og kondenseres til flydende form og filtreres. Sammen med syntetiske former for diesel eller benzin kan Fischer-Tropsch syntese producere industrielle smøremidler, parafin og andre produkter.

Sammenlignet med synkruede produkter forbrænder Fischer-Tropsch-væsker meget renere. Disse synbrændstoffer har næsten ingen partikelemissioner, indeholder mindre nitrogenoxid end traditionelle brændstoffer og færre kulilteemissioner [kilde: U.S. Environmental Protection Agency]. Naturligvis er de synbrændstoffer, der bruger vedvarende ressourcer som råmateriale (som biomasse) bedre for miljøet i det lange løb end dem, der bruger fossile brændstoffer som råmateriale.

Den amerikanske regering har en interesseret interesse i synbrændstoffer, da den har rig adgang til råmateriale som kul, naturgas og planteaffald. Under hensyntagen til kun en række synbrændstoffer er der anslået 1,3 gigaton ubrugt biomasse i USA, der kan bruges til at producere synbrændstoffer [kilde: Coal-to-Liquids Coalition]. Så de amerikanske militære og andre regeringsorganer har presset på at undersøge synbrændstoffer i de senere år. Andre lande som Kina og Tyskland har også foretaget nylige investeringer i at udforske synfuel-teknologi [Kilde: U.S. Energy Information Administration]. Mens syntetisk brændstofteknologi er lovende, koster det meget mere at producere end benzin fra olie. Så det vil sandsynligvis ikke erstatte olie, medmindre oliepriserne stiger dramatisk.

relaterede artikler

• 5 Alternative brændstofideer, der aldrig har gjort det ud af laboratoriet
• Top 10 fordele ved biobrændstoffer
• 10 Top biobrændstofafgrøder
• Mad eller brændstof?
• The Ultimate Biofuels Crops Quiz
• Sådan fungerer biodiesel
• Sådan fungerer algerbiodiesel
• Sådan fungerer naturgasskøretøjer
• Konkurrerer biobrændstoffer med mad?
• Vil alternative brændstoffer udtømme den globale majsforsyning?
• Hvad er de økonomiske fordele ved at bruge biobrændstoffer?
• Hvad er de økonomiske ulemper ved brug af biobrændstoffer?
• Hvorfor er det så svært at skære afhængighed af benzin?

Flere gode links

• Kul-til-væsker Nyheder
• Nyheder om biomasse-til-væsker
• Nyheder til gas-til-væsker
• Nationale laboratoriepapirer for vedvarende energi
• Fischer-Tropsch Arkiv
• U.S. Department of Energy, Alternative Brændstoffer Data Center

Kilder

• Becker, Peter W. "Rollen af ​​syntetisk brændstof i 2. verdenskrig Tyskland. Implikationer for i dag?" Air University Review. Juli-august 1981. (10. december 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Kul til væsker Koalition. "Produktion af syntetiske brændstoffer." (10. december 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Montana guvernørskontor. "Ofte stillede spørgsmål om syntetisk brændstof." (10. december 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Udvikling af den moderne Fischer-Tropsch-proces." Fischer-Tropsch Arkiv. 29. august 2001. (10. december 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Håndbog om syntetiske brændstoffer." McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. "Syntetisk brændstofproduktion." (10. december 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Det amerikanske energiministerium. "Fischer-Tropsch-processen." Alternativ brændstof og datacenter for avanceret køretøjer. (10. december 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• De Forenede Staters energikontor for fossil energi, National Energy Technology Laboratory. "Fischer-Tropsch brændstoffer." April 2008. (10. december 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Det amerikanske indenrigsministerium, Bureau of Land Management. "Om olieskifer." Olieskifer og tjæresand Programmatisk miljøpåvirkningserklæring. (10. december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Det amerikanske indenrigsministerium, Bureau of Land Management. "Om tjæresand." Olieskifer og tjæresand Programmatisk miljøpåvirkningserklæring. (10. december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• De Forenede Staters Energiinformationsadministration. "Årlig energiudsigt 2006: Problemer i fokus." 14. februar 2006. (10. december 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• De Forenede Staters miljøbeskyttelsesagentur. "Rene alternative brændstoffer: Fischer-Tropsch." Marts 2002. (10. december 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Grundlæggende teknisk og økonomisk vurdering af en kommerciel skala Fischer-Tropsch væskefacilitet." National Energy Technology Laboratory, U.S. Department of Energy. 9. april 2007. (10. december 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf