Что такое синтетическое топливо?

Дискуссии об энергетической независимости, возобновляемых источниках энергии и опасностях выбросов углерода стали огромной частью политического дискурса в Соединенных Штатах. Кажется, все, от президента до парня с табличкой «Нет войне за нефть» на общественном протесте, 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 , иначе синтетическое топливо , являются лишь одним из многих имеющихся решений для выхода из развивающегося энергетического кризиса.

Однако в этом 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 биомассы сырья». путем химической конверсии» [источник:Управление энергетической информации США]. В результате этой конверсии образуются вещества, которые химически такие же, как сырая нефть или переработанное топливо, но были синтезированы искусственным путем. Обычная сырая нефть встречается в природе в окружающей среде и используется для производства различные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо. Сырье для синтетического топлива, используемое для производства синтетического топлива, должно подвергаться интенсивным химическим и физическим изменениям, прежде чем его можно будет использовать в качестве сырой нефти или переработанного топлива.

История синтетического топлива уходит корнями дальше, 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, названный реакцией 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 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 [источник:Беккер]. 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 производится каждый из них, читайте дальше.

>Как производится синтетическое топливо

Чтобы понять, как различное сырье может быть преобразовано в жидкое синтетическое топливо, сначала необходимо 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.

В основном существует две категории синтетического топлива:синтетическая сырая нефть. (синхронизировать ) и жидкости Фишера-Тропша .Первая категория включает сырье и процессы, которые используются для производства синкрудного сырья. или синтетическая сырая нефть. 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 форм коммерческого топлива на нефтяной основе, такого как дизельное топливо, бензин и керосин.

Тремя наиболее популярными источниками синнефтью являются сверхтяжелая нефть. , горючий сланец и нефтеносные пески . Каждый 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 вещества битум. . Это синтетическое сырье подвергается воздействию различных уровней тепла, давления и физических манипуляций для получения вещества с таким же расположением углеводородов, что и природная сырая нефть.

Переработка синтетического сырья наносит вред окружающей среде. Поскольку они требуют больше обработки, чем сырая нефть, они производят больше CO₂ выбросы и другие загрязняющие вещества [источник:Министерство внутренних дел США]. 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.

>Синтетическое топливо 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 синтеза. Наиболее распространенное сырье, используемое для производства синтетического топлива Фишера-Тропша, включает природный газ. , уголь и биомасса (растения и растительные отходы). В синтезе FT сырье подвергается очень высокой температуре — 1900 градусов по Фаренгейту (1037,7 градусов по Цельсию) или выше — и давлению для получения смеси монооксида углерода и водорода, называемой синтез-газом. (или синтез-газ ) [источник:Ван Биббер]. Этот этап процесса делает жидкое топливо Фишера-Тропша намного чище, чем топливо, полученное из сырой нефти 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.

Затем 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 синтетическими продуктами, жидкости Фишера-Тропша горят намного чище. Это синтетическое топливо почти не имеет выбросов твердых частиц, содержит меньше оксидов азота, чем традиционные виды топлива, и меньше выбросов угарного газа [источник:Агентство по охране окружающей среды США]. Конечно, синтетическое топливо, в котором в качестве сырья используются возобновляемые ресурсы (например, биомасса), в долгосрочной перспективе лучше для окружающей среды, чем те, в которых в качестве сырья используется ископаемое топливо.

Правительство США кровно заинтересовано в синтетическом топливе, поскольку у него есть богатый доступ к такому сырью, как уголь, природный газ и отходы растений. 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 [источник:Coal-to-Liquids Coalition]. 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 [Источник:Управление энергетической информации США]. Хотя технология синтетического топлива является многообещающей, ее производство обходится намного дороже, чем производство бензина из нефти. Таким образом, она, скорее всего, не заменит нефть, если только цены на нефть резко не вырастут.

>Дополнительная информация

Статьи по теме

• 5 альтернативных топливных идей, которые так и не были реализованы в лаборатории
• 10 главных преимуществ биотоплива
• 10 лучших биотопливных культур
• Еда или топливо?
• Викторина о лучших биотопливных культурах
• Как работает биодизельное топливо
• Как работает биодизель из водорослей
• Как работают автомобили, работающие на природном газе.
• Конкурирует ли биотопливо с продуктами питания?
• Исчерпают ли альтернативные виды топлива глобальные запасы кукурузы?
• Каковы экономические преимущества использования биотоплива?
• Каковы экономические недостатки использования биотоплива?
• Почему так сложно снизить зависимость от бензина?

Больше отличных ссылок

• Новости о переходе от угля к жидкостям
• Новости о превращении биомассы в жидкости
• Новости о преобразовании газа в жидкость
• Доклады Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии
• Архив Фишера-Тропша
• США Министерство энергетики, Центр данных по альтернативным видам топлива

>Источники

• Беккер, Питер В. «Роль синтетического топлива во время Второй мировой войны в Германии. Значение для сегодняшнего дня?» Обзор воздушного университета. Июль-август 1981 г. (10 декабря 2010 г.) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Коалиция «От угля к жидкостям». «Процесс производства синтетического топлива». (10 декабря 2010 г.) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Офис губернатора Монтаны. «Часто задаваемые вопросы о синтетическом топливе». (10 декабря 2010 г.) http://Governor.mt.gov/hotopics/faqsynthetic.asp
• Шуберт, Пол. «Развитие современного процесса Фишера-Тропша». Архив Фишера-Тропша. 29 августа 2001 г. (10 декабря 2010 г.) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Спейт, Джеймс Г. "Справочник по синтетическому топливу". Макгроу-Хилл. 2008 г.
• Корпорация синтетического топлива. «Производство синтетического топлива». (10 декабря 2010 г.)http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Министерство энергетики США. «Процесс Фишера-Тропша». Центр данных по альтернативным видам топлива и современным транспортным средствам. (10 декабря 2010 г.) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Управление по ископаемым источникам энергии Министерства энергетики США, Национальная лаборатория энергетических технологий. «Топливо Фишера-Тропша». Апрель 2008 г. (10 декабря 2010 г.) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• *Министерство внутренних дел США, Бюро по управлению земельными ресурсами. «О горючих сланцах». Заявление о программном воздействии горючих сланцев и битуминозных песков на окружающую среду. (10 декабря 2010 г.) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• *Министерство внутренних дел США, Бюро по управлению земельными ресурсами. «О битуминозных песках». Заявление о программном воздействии горючих сланцев и битуминозных песков на окружающую среду. (10 декабря 2010 г.) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• Управление энергетической информации США. «Годовой энергетический прогноз 2006:вопросы в центре внимания». 14 февраля 2006 г. (10 декабря 2010 г.) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Агентство по охране окружающей среды США. «Чистое альтернативное топливо:Фишер-Тропш». Март 2002 г. (10 декабря 2010 г.) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Ван Биббер, Лоуренс. «Базовая технико-экономическая оценка промышленного предприятия по производству жидкостей Фишера-Тропша». Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США. 9 апреля 2007 г. (10 декабря 2010 г.) /li>