Vad är en synbränsle?

Denna kol-till-flytande bränsleanläggning i Sydafrika är världens största syntetiska bränsleanläggning. Det är också den enskilt största koldioxidutsläppen på planeten. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Diskussioner om energioberoende, förnybar energi och farorna med koldioxidutsläpp har blivit en stor del av den politiska diskursen i USA. Alla från presidenten till killen som håller skylten "inget krig för olja" vid en offentlig protest verkar intresserade av sätt att hitta alternativ till fossila bränslen. Men inte alla ersättare skapas lika. Vissa är bättre för miljön. vissa är det inte. Vissa är förnybara energikällor; vissa är det inte. Syntetiska bränslen, aka synfuels, är bara en av de många lösningarna på bordet för att lösa den utvecklande energikrisen.

I detta fall kan termen "syntetisk" dock vara vilseledande. Det betyder inte nödvändigtvis att bränslena är onaturliga eller konstgjorda. U.S. Energy Information Administration definierar ett syntetiskt bränsle som vilket bränsle som framställs av kol, naturgas eller biomassa råmaterial genom kemisk omvandling "[källa: US Energy Information Administration]. Denna omvandling skapar ämnen som är kemiskt samma som råolja eller bearbetade bränslen, men som syntetiserades på konstgjord väg. Konventionell råolja förekommer naturligt i miljön och används för att producera en mängd olika bränslen som bensin och diesel. Syntetiska bränslematerial, råmaterial som används för att göra synbränslen, måste utsättas för intensiva kemiska och fysiska förändringar för att kunna användas som råolja eller bearbetat bränsle.

Synbränslens historia går tillbaka längre än du kanske tror, ​​även om forskning och utveckling har toppat de senaste åren. Synbränslen undersöktes först i Tyskland 1923, då två forskare utvecklade en process som kallas Fischer-Tropsch-reaktion. Processen, som de nämnde för sig själva, innebär att konvertera gas till flytande bränslen. Det finns alternativ till Fischer-Tropsch-processen, men det är den mest testade och mest använda metoden för att skapa synbränslen idag.

Historiskt användes synbränslen först i stor utsträckning för att driva militära fordon i Tyskland, andra världskriget. Begränsade oljereserver bland axelmakterna gjorde syntetiska alternativ till ett nödvändigt alternativ [källa: Becker]. På 1970-talet undersöktes synbränslen kraftigt i USA mitt i den utbredda oljebristen. Den forskningen sjönk så småningom, men har sett en ny topp nyligen, eftersom oro för energioberoende och hållbarhet har blivit viktiga politiska samtalspunkter. Andra länder har använt synbränslen mer omfattande. I Sydafrika har till exempel synbränslen från kol och naturgas varit en viktig del av oljeekonomin i 30 år.

För att ta reda på de olika typerna av bränslen och hur var och en produceras, läs vidare.

Oljesand innehåller en form av petroleum som utvinns genom gruvdrift. Veronique de Viguerie / Getty Images

För att förstå hur olika råvaror kan omvandlas till flytande syntetiska bränslen måste du först förstå hur bränsle fungerar. Olja och produkter som bensin tillverkad av olja består av långa kedjor av organiska molekyler som kallas kolväten (eftersom de innehåller väte och kol). När dessa kolväten förbränns bryter de ner och släpper energi, som används för att driva motorerna i bilar, lastbilar, flyg, etc. De flesta organiska material, inklusive olja, kol, naturgas, växtavfall och avlopp, innehåller kolväten. Dagens motorer designades för att fungera med oljedivererade bränslen som bensin. För att syntetiska bränslen ska fungera i dessa motorer måste kolväten omstruktureras så att de liknar kolväten som finns i petroleum och petroleumprodukter.

Det finns i princip två kategorier av syntetiska bränslen, syntetiska råoljor (syncrude) och Fischer-Tropsch-vätskor.Den första kategorin inkluderar råvaror och processer som används för att producera syncrude, eller syntetisk råolja. Syntetisk råolja kan användas för samma ändamål som konventionell råolja. Det används som råmaterial. Liksom konventionell råolja måste synkruden förädlas och bearbetas för att göra de olika formerna av petroleumbaserade kommersiella bränslen som diesel, bensin och fotogen.

De tre mest populära källorna till syncrude är extra tung olja, oljeskiffer och oljesand. Var och en av dessa material förekommer naturligt precis som konventionell olja, men de har olika fysiska egenskaper och mängder föroreningar. Exempelvis är oljeskiffer en sten, och oljesand är en tjärablandning av sand och det oljeinnehållande ämnet bitumen. Dessa syncrude råmaterial utsätts för olika nivåer av värme, tryck och fysisk manipulering för att producera ett ämne med samma arrangemang av kolväten som naturligt förekommande råolja.

Bearbetning av synkrut råmaterial tenderar att skada miljön. Eftersom de kräver mer bearbetning än råolja, skapar de mer CO₂ utsläpp och andra föroreningar [källa: U.S. inrikesavdelningen]. Dessutom innebär insamling av råmaterial ofta skadliga miljömetoder som bandbrytning. En fördel med att synkronisera bränslen som ett alternativ till olja är att världen innehåller betydande outnyttjade reserver av extra tung olja, oljeskiffer och oljesand. Naturligtvis, som olja, är dessa resurser inte hållbara. Även de kommer slutligen att ta slut.

Läs vidare för att lära dig hur Fischer-Tropsch synbränslen produceras.

Den andra typen av syntetiska bränslen, ofta kallad Fischer-Tropsch-vätskor, använder råmaterial som kan omvandlas direkt till kommersiellt livskraftiga flytande bränslen, och väsentligen hoppar över det synkruda steget. De vanligaste råvarorna som används för att producera Fischer-Tropsch-bränslen inkluderar naturgas, kol och biomassa (växter och växtavfall). Vid F-T-syntes utsätts råmaterialet för mycket hög värme - 1 900 grader Fahrenheit (1 037,7 grader Celsius) eller högre - och tryck för att producera en blandning av kolmonoxid och väte syntesgas (eller syngas) [källa: Van Bibber]. Detta steg i processen gör att Fischer-Tropsch flytande bränslen är mycket renare än bränslen som produceras av rå eller synkrud. Föroreningar som tungmetaller kan enkelt tas bort från förgasaren efter att syngas har filtrerats bort. Gaser som kol och svavel kan filtreras ut så att de inte blir föroreningar när bränslet brinner.

Därefter kondenseras syngas till flytande form. Återigen under hög värme och tryck införs en katalysator i processen, vanligtvis en förening som innehåller antingen järn eller kobolt. Katalysatorn utlöser en kemisk reaktion mellan väte och kolmonoxid, vilket skapar långa kedjor kolväten. Olika katalysatorer kan producera olika kolvätestrukturer. Dessa kolväten kyls sedan och kondenseras till flytande form och filtreras. Tillsammans med syntetiska former av dieselbränsle eller bensin kan Fischer-Tropsch-syntes producera industriella smörjmedel, fotogen och andra produkter.

Jämfört med synkronprodukter bränner Fischer-Tropsch vätskor mycket renare. Dessa synbränslen har nästan inga partikelutsläpp, innehåller mindre kväveoxid än traditionella bränslen och färre koldioxidutsläpp [källa: U.S. Environmental Protection Agency]. Naturligtvis är de synbränslen som använder förnybara resurser som råvara (som biomassa) bättre för miljön på lång sikt än de som använder fossila bränslen som råvara..

Den amerikanska regeringen har ett intresse av synbränslen, eftersom den har riklig tillgång till råmaterial som kol, naturgas och växtavfall. Med hänsyn till endast en mängd synfuel, finns det uppskattat 1,3 gigaton oanvänd biomassa i USA som kan användas för att producera synbränslen [källa: Coal-to-Liquids Coalition]. Så de amerikanska militärerna och andra myndigheter har drivit på att undersöka synbränslen de senaste åren. Andra länder som Kina och Tyskland har också gjort investeringar nyligen i att utforska synfuel-teknik [Källa: U.S. Energy Information Administration]. Medan syntetiskt bränsleteknologi är lovande kostar det mycket mer att producera än bensin från olja. Så det kommer sannolikt inte att ersätta olja om inte oljepriset ökar dramatiskt.

relaterade artiklar

• 5 alternativa bränsleidéer som aldrig gjorde det ur labbet
• Topp 10 fördelar med biodrivmedel
• 10 Top Biofuel Crops
• Mat eller bränsle?
• The Ultimate Biofuels Crops Quiz
• Hur Biodiesel fungerar
• Hur Alge Biodiesel fungerar
• Hur naturgasfordon fungerar
• Tävlar biodrivmedel med mat?
• Kommer alternativa bränslen att tappa ut globala majsleveranser?
• Vilka är de ekonomiska fördelarna med att använda biodrivmedel?
• Vilka är de ekonomiska nackdelarna med att använda biodrivmedel?
• Varför är det så svårt att minska beroendet av bensin?

Fler bra länkar

• Kol till vätskor Nyheter
• Nyheter om biomassa-till-vätskor
• Nyheter om gas till vätska
• Nationella laboratoriepapper för förnybar energi
• Fischer-Tropsch Archive
• U.S.-avdelning för energi, alternativa bränslen Data Center

källor

• Becker, Peter W. "Syntetiskt bränsles roll i Tyskland, andra världskriget. Implikationer för idag?" Air University Review. Juli-augusti 1981. (10 dec. 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Kol till vätskor Koalition. "Produktionsprocess för syntetiska bränslen." (10 december 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Montana guvernörskontor. "Vanliga frågor om syntetiskt bränsle." (10 december 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Utveckling av den moderna Fischer-Tropsch-processen." Fischer-Tropsch Archive. 29 augusti 2001. (10 dec. 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Handbok för syntetiska bränslen." McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. "Syntetisk bränsleproduktion." (10 dec. 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Förenta staternas energidepartement. "Fischer-Tropsch-processen." Alternativa bränslen och datacenter för avancerade fordon. (10 december 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• USA: s avdelning för energikontor för fossil energi, National Energy Technology Laboratory. "Fischer-Tropsch bränslen." April 2008. (10 december 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * USA: s inrikesministerium, Bureau of Land Management. "Om oljeskiffer." Oil Shale & Tar Sands Programmatisk miljökonsekvensbeskrivning. (10 december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * USA: s inrikesministerium, Bureau of Land Management. "Om Tar Sands." Oil Shale & Tar Sands Programmatisk miljökonsekvensbeskrivning. (10 december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Förenta staternas energiinformation. "Årlig energiutsikt 2006: Problem i fokus." 14 februari 2006. (10 dec. 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Förenta staternas miljöskyddsbyrå. "Rena alternativa bränslen: Fischer-Tropsch." Mars 2002. (10 dec. 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Grundläggande teknisk och ekonomisk bedömning av en kommersiell skala Fischer-Tropsch Liquids Facility." National Energy Technology Laboratory, U.S. Department of Energy. 9 april 2007. (10 dec 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf