В связи с тем, что запасы нефти и ископаемого топлива во всем мире истощаются, гонка за поиском следующего крупного энергетического решения определенно началась. Возможно, не существует волшебной таблетки для решения этого энергетического кризиса или идеального топлива, которое бесконечно доступно и не загрязняет окружающую среду. Но один из вариантов, синтетическое топливо, или синтетическое топливо, предлагает некоторые преимущества и некоторые недостатки по сравнению с обычным ископаемым топливом на основе нефти. Синтетическое топливо - это категория топлива, которая включает любое топливо, «произведенное из угля, природного газа или биомассы путем химической конверсии». Эти типы топлива часто называют жидкостями Фишера-Тропша по названию процесса, использованного для их создания. Категория синтетического топлива также включает топливо, полученное из синтетической нефти, вещества, похожего на сырую нефть, которое синтезируется из природных ресурсов, таких как битум или горючий сланец. Химически синтетическое топливо похоже на бензин и дизельное топливо, которые мы используем сегодня, и может использоваться в существующих двигателях. Но их производство требует сложных химических превращений.
Национальные правительства и энергетические компании в последние годы уделяют больше внимания синтетическому топливу, поскольку рост цен на нефть и политическая нестабильность в нефтедобывающих странах создали стимулы для поиска альтернатив. Основное преимущество синтетического топлива заключается в том, что его можно производить с использованием таких веществ, как уголь, природный газ и даже растительные отходы, которые широко доступны. Многие виды синтетического топлива также сгорают чище, чем обычное топливо. Но есть и недостатки. Хотя они могут сжигать чище, производство синтетического топлива часто вызывает столько же, если не больше, загрязнения, чем традиционный бензин. Синтетическое топливо по-прежнему остается более дорогим в производстве, чем обычное топливо, в основном потому, что необходимы дополнительные исследования, разработки и инвестиции, чтобы сделать производство экономически жизнеспособным.
Чтобы узнать о различных типах синтетического топлива, производимых в настоящее время, продолжайте читать.
8: Сверхтяжелая нефть
Сверхтяжелая нефть является одним из нескольких источниковсинкруды, типа синтетического топлива, очень похожего на сырую нефть. Сверхтяжелая нефть возникает естественным образом и образуется, когда нефть, которая когда-то была захоронена глубоко под землей, подвергается воздействию бактерий, которые расщепляют углеводороды и изменяют физические свойства нефти. Нефть можно добывать открытым способом или путем сбора «на месте» (на месте). Сбор на месте включает подачу горячего пара или газа в скважину для разрушения тяжелой нефти и сбор жидкости через вторую скважину. Оба метода имеют свои ограничения. Добыча открытым способом может использоваться только для сбора сверхтяжелой нефти вблизи поверхности. Он также наносит ущерб окружающей среде, уничтожая леса и места обитания животных, а большое количество необходимой воды после использования приходится утилизировать как отходы. Методы на месте требуют дальнейших исследований для сбора больших объемов тяжелой нефти.
В процессе производства многих видов синтетического топлива создаются продукты, более или менее готовые к использованию в двигателях и транспортных средствах. Производство Syncrude, с другой стороны, приводит к получению синтезированной сырой нефти, которую необходимо дополнительно очищать для коммерческой продажи, как и обычную сырую нефть. В своем естественном состоянии сверхтяжелая нефть представляет собой болеевязкуюформу сырой нефти. Если сырая нефть течет, как вода, то сверхтяжелая нефть течет, как мед. Чтобы превратить сверхтяжелую нефть в полезную форму, ее обычно подвергают воздействию тепла и газов, которые расщепляютуглеводороды на те, которые можно сжигать в качестве топлива, и те, которые нельзя сжигать. Это похоже на процесс переработки сырой нефти в топливо, но более дорогой и сложный.
7: Газ-жидкость (GTL)
Производствогазожидкостноготоплива (илиGTL) включает процесс преобразования природного газа в жидкое топливо на нефтяной основе.. В отличие от синкруд продукты GTL находятся ближе к финальной стадии производства. Их не нужно перерабатывать на нефтеперерабатывающем заводе, прежде чем они будут использованы в качестве топлива. Наиболее широко используемым методом преобразования газа в жидкое топливо являетсяпроцесс Фишера-Тропша(синтез Ф-Т). В этом процессе природный газ смешивают с воздухом, а затем вводят в камеру вместе с катализатором, обычно соединением, содержащим кобальт или железо.катализаторвместе с большим количеством тепла и давления запускает химическую реакцию, в результате которой образуются цепочки изуглеводородов Далее газ конденсируется в жидкость. В зависимости от того, какие катализаторы добавлены, создаются различные углеводородные структуры. Синтез FT может производить дизельное топливо, нафту (из которой можно производить бензин) и промышленные смазочные материалы.
В частности, процесс GTL в основном используется для производства дизельного топлива, хотя он также может производить нафту. GTL, как и другие виды топлива Фишера-Тропша, производит меньше выбросов при сжигании. Процесс химического разделения позволяет получить более чистое топливо, поскольку примеси можно легко отфильтровать. Еще одним преимуществом является то, что химические реакции, связанные с преобразованием газа в жидкость, производят электричество, пар и воду в качестве побочных продуктов. Эти ресурсы можно либо направить обратно в производство, чтобы сократить расходы и уменьшить воздействие на окружающую среду, либо продать на коммерческом рынке, чтобы сделать процесс более рентабельным.
6: Сланцевая нефть
Сланцевое масло- это еще одна форма синкруд, получаемая измергеля, природного камня, который обычно называютнефтью. shaleМергель богат материалом, называемымкероген, органическим материалом, который естественным образом превращается в сырую нефть, когда подвергается воздействию экстремальных температур и давления. Это изменение обычно происходит в течение миллионов лет, но промышленные методы могут воспроизвести этот процесс и преобразовать кероген в горючем сланце в сингрубу. Производство сланцевого масла на данный момент в основном теоретическое и не производилось в больших масштабах. Горючий сланец можно подвергнутьпиролизу, вводу тепла и удалению кислорода, который отделяет кероген от остальной породы и превращает его в жидкость, которую затем можно перерабатывать в синруду..
Горючие сланцы чрезвычайно распространены. Фактически, залежи вФормации Грин-Ривер, регионе, который простирается через части Колорадо, Юты и Вайоминга, могут содержать достаточно сланца, чтобы произвести 800 миллиардов к 1.8 трлн баррелей, по оценкам разных ученых. Чтобы представить эти цифры в перспективе, если нижняя оценка была точной, формация могла бы обеспечить потребности США в нефти в течение 100 лет при нынешних уровнях использования. Однако существуют серьезные экологические недостатки. Производство сланцевой нефти оставляет после себя большое количество пустой породы и использует огромное количество воды. Кроме того, до тех пор, пока технологии не будут усовершенствованы и усовершенствованы, этот процесс чрезвычайно дорог - гораздо дороже за баррель, чем добыча сырой нефти.
5: Нефтяные пески
Нефтеносные пески, или битуминозные пески, являются третьим источником синтетического топлива, которое классифицируется как синтетическое топливо. Смесь воды, глины, песка и вещества под названиембитум, нефтеносные пески встречаются в природе. Битум представляет собой очень густое маслоподобное вещество, имеющее консистенцию очень липкого желе при комнатной температуре. Он содержит гораздо больше примесей, чем обычная сырая нефть, включая серу, азот и тяжелые металлы, которые необходимо удалить, прежде чем битум можно будет использовать в качестве топлива. Пески обычно добывают открытым способом. Извлечение на месте также возможно путем закачки пара или химикатов для разрушения песков. Но сбор на месте потребляет огромное количество воды и электроэнергии, а также менее рентабелен.
Для обработки нефтеносных песков до состояния, в котором они могут продаваться как сингрубая, их промывают горячей водой, чтобы отделить битум от глины и песка. Затем битум подвергается воздействию огромного количества тепла и давления, и вводится природный газ. Это преобразует углеводороды в материале в форму, которую легче сжигать в качестве топлива. Огромное количество воды и энергии, необходимое для преобразования нефтеносных песков из глубоких подземных месторождений в пригодное для использования топливо, делает его спорным топливом из-за его воздействия на окружающую среду. Ущерб, наносимый окружающей среде в результате вскрышных работ и сброса сточных вод, вызвал много споров в Канаде, где в настоящее время добывается большая часть нефтеносных песков в мире.
4: Уголь-жидкость (CTL)
Как и GTL,топливо с преобразованием угля в жидкость(CTL) производится путем выделения углеводородов из существующих ископаемых видов топлива и преобразования их в форму синтетического топлива, которую можно использовать. в двигателях существующих транспортных средств. Производители используют два метода для этого преобразования. В первом,непрямом сжижении угля(ICL), используется тот же процесс Фишера-Тропша, что и при преобразовании газа в жидкое топливо. Конечно, переработка требует дополнительной стадии для преобразования твердого угля в газ, который может подпитывать реакцию Ф-Т. Твердый уголь измельчается, а затем подвергается воздействию высокой температуры и высокого давления вместе с паром и кислородом, которые реагируют с углем с образованием синтез-газа. Этот синтетический газ, смесь окиси углерода, водорода и других газов, затем используется в реакции Фишера-Тропша для создания жидкого топлива. Припрямом сжижении угля (DCL) уголь измельчается, а затем подвергается воздействию водорода и высоких уровней тепла и давления для получения жидкой синруды, которую можно очищать. Этот второй метод не так широко используется, как ICL.
Топливо, превращаемое из угля в жидкое топливо, может быть более экологичным, поскольку оно сгорает чище, чем обычный бензин или дизельное топливо. Побочные продукты производства CTL, включая воду, электричество и металлы, можно продавать, чтобы компенсировать затраты на переработку CTL и сделать процесс более устойчивым. Но есть и серьезные экологические недостатки. Производство CTL потребляет огромное количество воды, прежде чем оно будет произведено. Он также выделяет выбросы двуокиси углерода и большое количество твердых отходов, называемых «шлаком», которые представляют собой то, что остается от угля после извлечения всех пригодных для использования химикатов.
3: Преобразование биомассы в жидкость (BTL)
Топливо, превращающееся из угля в жидкость и из газа в жидкость, производится путем манипулирования углеводородами в ненефтяных ископаемых видах топлива таким образом, чтобы они были химически похожи на углеводороды в нефти и бензине. Биомасса-в-жидкостьтопливо работает в соответствии с той же теорией, за исключением того, что углеводороды получают из свежеотмершего органического материала, а не из органического материала, который разлагался и сжимался в течение миллионов лет. BTL топливо можно производить из древесины, сельскохозяйственных культур, соломы и зерна. Преимущество BTL в том, что его можно изготовить из частей тех растений, которые непригодны для еды или производства.
Производственный процесс аналогичен другим видам синтетического топлива: синтетический газ используется для запуска реакции Фишера-Тропша, в результате которой образуется жидкое топливо. Биомасса сжигается в среде с низким содержанием кислорода для производства синтез-газа, что требует меньше энергии, чем другие виды синтетического топлива. Но для производства топлива требуется сравнительно большое количество исходной биомассы (сырья, которое синтезируется). Пять тонн (около 4,5 метрических тонн) сырья (или примерно 3 акра или 1,2 га посевов) равны 1 тонне (0,9 метрических тонны) произведенного BTL. Производство BTL также стоит гораздо больше денег, чем производство CTL или GTL. Биомасса занимает гораздо больше места, чем другое синтетическое сырье, поэтому ее хранение и транспортировка обходится дороже. BTL не так широко распространен, как другие формы синтетического топлива, а это означает, что компаниям придется вкладывать много денег, чтобы запустить программы BTL. Несмотря на стоимость, BTL может быть более безопасным для окружающей среды в долгосрочной перспективе, поскольку растения, выращиваемые для производства топлива, могут компенсировать часть выбросов CO2..
2: Топливо из отходов
По тем же причинам, по которым растения и растительные отходы могут использоваться для производства сырья для производства синтетического топлива, твердые отходы также могут использоваться в процессе. К твердым отходам, пригодным для использования, относятся старые шины, сточные воды и отходы со свалок. Пока он содержит органические вещества (и высокий уровень углерода), его можно использовать для создания какой-либо формы топлива. Отходы, используемые в качестве сырья, проходят тот же процесс, что и другое сырье для производства синтетического топлива. Его сжигают в особых условиях для получения синтез-газа, который затем проходит процесс Фишера-Тропша для синтеза в жидкое топливо. В качестве альтернативы газ, который естественным образом выделяется на свалках при разложении отходов, можно использовать для производства синтетического топлива.
1: Топливо из атмосферного углерода
Все еще на теоретической стадии, концепция получения топлива из атмосферного CO2была разработана учеными из Лос-Аламосской национальной лаборатории. В этом процессе большое количество воздуха, содержащего загрязняющие вещества двуокиси углерода, будет подвергаться воздействию жидкого карбоната калия. CO2в воздухе соединяется с карбонатом калия, а другие компоненты воздуха - нет. Затем CO2можно отделить от соединения калия с помощью электричества. После отделения CO2он преобразуется в синтетический газ, а затем в жидкое топливо в соответствии с методами, используемыми для создания других видов синтетического топлива. Ученые из других лабораторий и институтов согласились с тем, что в теории процесс работает. Однако основным препятствием является то, что процесс выделения CO2 из воздуха и преобразования его в синтез-газ требует огромного количества энергии. Ученые из Лос-Аламоса считают атомную энергетику лучшим вариантом. Также потребуются огромные капиталовложения, чтобы довести концепцию от теории до воплощения. С другой стороны, весь процесс теоретически является углеродно-нейтральным. Он будет производить столько углерода, сколько потребляет.