Дискуссии об энергетической независимости, возобновляемых источниках энергии и опасностях выбросов углерода стали огромной частью политического дискурса в Соединенных Штатах. Все, от президента до парня с плакатом «Нет войне за нефть» на публичном протесте, похоже, заинтересованы в поиске альтернатив ископаемому топливу. Но не все заменители одинаковы. Некоторые лучше для окружающей среды; некоторые нет. Некоторые из них являются возобновляемыми источниками энергии; некоторые нет. Синтетическое топливо, также известное каксинтетическое топливо, является лишь одним из множества имеющихся на столе решений для выхода из развивающегося энергетического кризиса.
В данном случае термин «синтетика» может ввести в заблуждение. Это не обязательно означает, что топливо неестественное или искусственное. Управление энергетической информации США определяет синтетическое топливо как любое топливо, «произведенное из угля, природного газа или биомассысырья путем химической конверсии». Это преобразование создает вещества, которые химически такие же, как сырая нефть или переработанное топливо, но были синтезированы искусственным путем. Обычная сырая нефть естественным образом встречается в окружающей среде и используется для производства различных видов топлива, таких как бензин и дизельное топливо. Сырье для синтетического топлива, сырье, используемое для производства синтетического топлива, должно подвергаться интенсивным химическим и физическим изменениям, чтобы его можно было использовать в качестве сырой нефти или переработанного топлива.
История синтетического топлива уходит своими корнями в более далекое прошлое, чем вы думаете, хотя пик исследований и разработок пришелся на последние годы. Впервые синтетическое топливо было исследовано в Германии в 1923 году, когда два ученых разработали процесс под названиемреакция Фишера-Тропша Процесс, который они назвали в честь себя, включает преобразование газа в жидкое топливо. Хотя существуют альтернативы процессу Фишера-Тропша, на сегодняшний день это наиболее широко проверенный и широко используемый метод создания синтетического топлива.
Исторически синтетическое топливо впервые широко использовалось для заправки военной техники во время Второй мировой войны в Германии. Ограниченные запасы нефти в державах Оси сделали синтетические варианты необходимой альтернативой. В 1970-х годах синтетическое топливо активно изучалось в Соединенных Штатах в разгар повсеместной нехватки нефти. Это исследование в конечном итоге прекратилось, но недавно наблюдался еще один всплеск, поскольку опасения по поводу энергетической независимости и устойчивости стали важными политическими темами для обсуждения. Другие страны использовали синтетическое топливо более широко. Например, в Южной Африке синтетическое топливо, производимое из угля и природного газа, уже 30 лет является важной частью нефтяной экономики.
Чтобы узнать о различных типах синтетического топлива и о том, как каждый из них производится, читайте дальше.
Как производится синтетическое топливо
Чтобы понять, как различное сырье может быть преобразовано в жидкое синтетическое топливо, сначала нужно понять, как работает топливо. Нефть и такие продукты, как бензин, изготовленный из нефти, состоят из длинных цепочек органических молекул, называемых углеводородами (поскольку они содержат водород и углерод). Когда эти углеводороды сжигаются, они распадаются и высвобождают энергию, которая используется в качестве топлива для двигателей автомобилей, грузовиков, самолетов и т. д. Большинство органических материалов, включая нефть, уголь, природный газ, растительные отходы и сточные воды, содержат углеводороды. Современные двигатели были разработаны для работы на топливе, полученном из нефти, таком как бензин. Чтобы синтетическое топливо работало в этих двигателях, его углеводороды должны быть реструктурированы, чтобы они напоминали углеводороды, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах.
Существуют в основном две категории синтетического топлива:синтетическая сырая нефть(синкруд) иFischer-Tropsch жидкостиПервая категория включает сырье и процессы, которые используются для производствасинкруды или синтетической сырой нефти. Синтетическая сырая нефть может использоваться для тех же целей, что и обычная сырая нефть. Он используется в качестве сырья. Как и обычная сырая нефть, синнефть должна быть очищена и переработана для производства различных видов коммерческого топлива на нефтяной основе, такого как дизельное топливо, бензин и керосин..
Три самых популярных источника сингрубы:сверхтяжелая нефть,горючий сланецинефтяные пескиКаждый из этих материалов встречается в природе так же, как и обычное масло, но они имеют разные физические свойства и количество примесей. Например, горючие сланцы - это горные породы, а нефтеносные пески - это смолистая смесь песка и нефтесодержащего веществабитум Эти синсырьевые виды сырья подвергаются воздействию различных уровней тепла, давления и физических нагрузок. манипулирование с целью получения вещества с тем же расположением углеводородов, что и природная сырая нефть.
Переработка синтетического сырья наносит вред окружающей среде. Поскольку они требуют больше обработки, чем сырая нефть, они создают больше выбросов CO2 и других загрязняющих веществ. Кроме того, сбор сырья часто связан с вредными для окружающей среды методами, такими как добыча открытым способом. Одним из преимуществ использования синтетического топлива в качестве альтернативы нефти является то, что в мире имеются значительные неиспользованные запасы сверхтяжелой нефти, горючих сланцев и битуминозных песков. Конечно, как и нефть, эти ресурсы не являются устойчивыми. Они тоже рано или поздно закончатся.
Читайте дальше, чтобы узнать, как производится синтетическое топливо Фишера-Тропша.
Синтопливо Фишера-Тропша
Второй тип синтетических топлив, обычно называемый жидкостями Фишера-Тропша, использует исходное сырье, которое может быть преобразовано непосредственно в коммерчески жизнеспособные жидкие топлива, по существу пропуская стадию синкрудии. Наиболее распространенное сырье, используемое для производства синтетического топлива Фишера-Тропша, включаетприродный газ,угольибиомасса(растения и растительные отходы). В синтезе FT сырье подвергается очень высокой температуре - 1 900 градусов по Фаренгейту (1 037,7 градуса по Цельсию) или выше - и давлению для получения смеси монооксида углерода и водорода, называемойсинтез-газ(илисингаз). Этот этап процесса делает жидкое топливо синтеза Фишера-Тропша намного чище, чем топливо, полученное из сырой или синтетической нефти. Примеси, такие как тяжелые металлы, могут быть легко удалены из газификатора после фильтрации синтез-газа. Такие газы, как углерод и сера, можно отфильтровать, чтобы они не загрязняли окружающую среду при сгорании топлива.
Далее синтетический газ конденсируется в жидкую форму. Снова подвергая сильному нагреву и давлению, в процесс вводят катализатор, обычно соединение, содержащее либо железо, либо кобальт. Катализатор запускает химическую реакцию между водородом и монооксидом углерода, создавая длинные цепочки углеводородов. Различные катализаторы могут давать различные структуры углеводородов. Затем эти углеводороды охлаждают, конденсируют в жидкую форму и фильтруют. Наряду с синтетическими формами дизельного топлива или бензина синтез Фишера-Тропша позволяет производить промышленные смазочные материалы, керосин и другие продукты.
По сравнению с продуктами syncrude, жидкости Фишера-Тропша горят намного чище. Эти виды синтетического топлива почти не выделяют твердых частиц, содержат меньше оксидов азота, чем традиционные виды топлива, и меньше выбросов угарного газа. Конечно, те виды синтетического топлива, которые используют возобновляемые ресурсы в качестве сырья (например, биомассу), в долгосрочной перспективе лучше для окружающей среды, чем те, которые используют ископаемые виды топлива в качестве сырья.
Правительство США кровно заинтересовано в синтетическом топливе, поскольку у него есть богатый доступ к таким видам сырья, как уголь, природный газ и растительные отходы. Принимая во внимание только одну разновидность синтетического топлива, в Соединенных Штатах имеется около 1,3 гигатонн неиспользованной биомассы, которую можно использовать для производства синтетического топлива. Таким образом, военные и другие правительственные учреждения США в последние годы настаивают на исследованиях синтетического топлива. Другие страны, такие как Китай и Германия, также недавно вложили средства в изучение технологии синтетического топлива. Хотя технология синтетического топлива является многообещающей, ее производство обходится намного дороже, чем производство бензина из нефти. Так что, скорее всего, она не заменит нефть, если цены на нефть резко не вырастут.