Поскольку 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 synfuels — 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» [источник:Управление энергетической информации США]. 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 [источник:Управление энергетической информации США]. Химически синтетическое топливо похоже на бензин и дизельное топливо, которые мы используем сегодня, и может использоваться в существующих двигателях. Но для их производства требуются сложные химические превращения.
В последние годы национальные правительства и энергетические компании уделяют больше внимания синтетическим видам топлива, 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. Производство синтетического топлива по-прежнему остается более дорогим, чем производство обычного топлива, в основном потому, что для того, чтобы сделать производство экономически жизнеспособным, необходимы дополнительные исследования, разработки и инвестиции.
Чтобы узнать о различных типах синтетического топлива, производимых в настоящее время, продолжайте читать.
СодержаниеСверхтяжелая нефть является одним из нескольких источников синкрудного газа. , тип 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. Она также наносит ущерб окружающей среде, уничтожая леса и места обитания животных, а большое количество необходимой воды после использования приходится утилизировать как отходы [источник:Кларк]. 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 естественном состоянии сверхтяжелая нефть представляет собой более вязкую форма сырая. 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, расщепляющих углеводороды. на те, которые можно сжигать в качестве топлива, и те, которые нельзя. Это похоже на процесс переработки сырой нефти в топливо, но более дорогой и сложный.
Производство превращения газа в жидкость топлива (или GTL ) включает в себя 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 используемый метод преобразования газа в жидкое топливо – процесс Фишера-Тропша. (синтез FT) [источник:Управление энергетической информации США]. В этом процессе природный газ смешивают с воздухом, а затем вводят в камеру вместе с катализатором, обычно соединением, содержащим кобальт или железо. Катализатор , наряду с большим количеством тепла и давления, запускает химическую реакцию, в результате которой образуются цепочки углеводородов. . 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 [источник:Управление энергетической информации США].
В частности, процесс GTL в основном использовался для производства дизельного топлива, хотя он также может производить нафту. GTL, как и другие виды топлива Фишера-Тропша, производит меньше выбросов при сжигании [источник:Агентство по охране окружающей среды США]. 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.
Сланцевое масло это еще одна форма синкруд, произведенная из мергеля , природная горная порода, которую обычно называют горючим сланцем. . Мергель богат материалом, который называется кероген. , органический материал, который естественным образом превращается в сырую нефть при воздействии экстремальной температуры 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 [источник:Министерство внутренних дел США]. Производство сланцевого масла на данный момент в основном теоретическое и не производилось в больших масштабах. Горючий сланец можно подвергнуть пиролизу , введение тепла и удаление кислорода, который отделяет кероген от остальной части породы и превращает его в жидкость, которую затем можно очистить до синтетической нефти [источник:Министерство внутренних дел США].
Горючих сланцев очень много. На самом деле отложения в формации Грин-Ривер , регион, который простирается через части Колорадо, Юты и Вайоминга, может содержать достаточно горючего сланца для производства от 800 миллиардов до 1,8 триллионов баррелей, по оценкам различных ученых [источник:Министерство внутренних дел США]. 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 [источник:Министерство внутренних дел США]. 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 будет чрезвычайно дорогим — намного дороже за баррель, чем добыча сырой нефти [источник:Управление энергетической информации США].
Нефтеносные пески, или битуминозные пески, являются третьим источником синтетического топлива, которое классифицируется как синтетическое топливо. Смесь воды, глины, песка и вещества под названием битум. , 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 [источник:Управление энергетической информации США]. Пески обычно добывают открытым способом. Извлечение на месте также возможно путем закачки пара или химикатов для разрушения песков. Но сбор на месте требует огромного количества воды и электроэнергии, а также менее рентабелен.
Для переработки нефтеносных песков до состояния, в котором они могут быть проданы в виде сырой нефти, 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 содержащиеся в материале углеводороды в форму, которую легче сжечь в качестве топлива [источник:Министерство внутренних дел США]. 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 [источник:Кунциг].
Подобно GTL, конверсия угля в жидкость (CTL) топлива производятся путем выделения углеводородов из существующих ископаемых видов топлива и преобразования их в форму синтетического топлива, которое можно использовать в двигателях существующих транспортных средств. Производители используют два метода для этого преобразования. Первый, косвенное сжижение угля (ICL) использует 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. При прямом 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.
Жидкое топливо, превращаемое из угля, 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 приводит к выбросам двуокиси углерода и большому количеству твердых отходов, называемых «шлаком», которые представляют собой то, что остается от угля после извлечения всех пригодных для использования химикатов [источник:Ван Биббер].
Топливо, превращающееся из угля в жидкость и из газа в жидкость, производится путем манипулирования углеводородами в ненефтяных ископаемых топливах таким образом, чтобы они были химически подобны углеводородам в нефти и бензине. Биомасса в жидкость топливо работает в соответствии с той же теорией, за исключением того, что углеводороды происходят из свежеотмершего органического материала, а не органического материала, который разлагался и сжимался в течение миллионов лет. БТЛ топливо может быть изготовлено из древесины, сельскохозяйственных культур, соломы и зерна. Преимущество BTL в том, что его можно изготовить из частей тех растений, которые непригодны для производства продуктов питания или производства.
Процесс производства подобен другим синтетическим топливам:синтетический газ используется для запуска реакции Фишера-Тропша, которая в конечном итоге производит 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 [источник:Управление энергетической информации США]. 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 экологичным в долгосрочной перспективе, поскольку растения, выращиваемые для производства топлива, могут нейтрализовать часть своего CO2. выбросы.
По тем же причинам растения и растительные отходы могут использоваться для производства сырья для производства синтетического топлива, твердые отходы также могут использоваться в процессе. Твердые отходы, пригодные для использования, включают старые шины, сточные воды и отходы со свалок [источник:Speight]. 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 естественно выбрасывается на свалках при разложении отходов, можно использовать для производства синтетического топлива.
Все еще на теоретической стадии, концепция получения топлива из атмосферного CO2 был разработан учеными из Лос-Аламосской национальной лаборатории. В этом процессе большое количество воздуха, содержащего загрязняющие вещества двуокиси углерода, будет подвергаться воздействию жидкого карбоната калия. CO2 в воздухе соединяется с карбонатом калия, а другие компоненты воздуха - нет. CO2 затем можно отделить от соединения калия с помощью электричества. Как только CO2 отделяется, он преобразуется в синтетический газ, а затем в жидкое топливо в соответствии с методами, используемыми для создания других видов синтетического топлива [источник:Мартин]. Ученые из других лабораторий и институтов согласились с тем, что в теории процесс работает. Однако главное препятствие заключается в том, что процесс выделения CO2 из воздуха и преобразование его в синтетический газ требует огромного количества энергии [источник:Мартин]. Ученые из Лос-Аламоса считают ядерную энергию лучшим вариантом [источник:Мартин]. 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.
Почему моя машина издает воющий звук при ускорении?
Как снять шаровой шарнир без инструмента
Лучшие места с привидениями для посещения на машине
Как дезинфицировать салон автомобиля