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 "no war for oil"-skylten vid en offentlig protest, verkar intresserade av sätt att hitta alternativ till fossila bränslen. Men alla ersättare är inte skapade 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 många lösningar på bordet för att lösa den växande energikrisen.
Men i det här fallet kan termen "syntetisk" vara missvisande. Det betyder inte nödvändigtvis att bränslena är onaturliga eller konstgjorda. U.S. Energy Information Administration definierar ett syntetiskt bränsle som vilket bränsle som helst "framställt av kol, naturgas eller biomassa råvara genom kemisk omvandling" [källa:US Energy Information Administration]. Den omvandlingen skapar ämnen som är kemiskt desamma 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 bränsleråvaror, de råvaror som används för att tillverka synbränslen, måste utsättas för intensiva kemiska och fysikaliska förändringar för att kunna användas som råolja eller bearbetat bränsle.
Synbränslenas historia går längre tillbaka än man kan tro, även om forskning och utveckling har nått sin topp de senaste åren. Synfuels undersöktes först i Tyskland 1923, när två forskare utvecklade en process som kallas Fischer-Tropsch-reaktionen . Processen, som de döpte till sig själva, går ut på att omvandla gas till flytande bränslen. Även om det finns alternativ till Fischer-Tropsch-processen, är det den mest omfattande testade och mest använda metoden för att skapa synbränslen idag.
Historiskt sett användes synbränslen först i stor utsträckning för att driva militärfordon i andra världskrigets Tyskland. Begränsade oljereserver bland axelmakterna gjorde syntetiska alternativ till ett nödvändigt alternativ [källa:Becker]. På 1970-talet forskades mycket på synbränslen i USA mitt i en omfattande oljebrist. Den forskningen tappade så småningom, men har sett ytterligare en topp nyligen, eftersom oro för energioberoende och hållbarhet har blivit viktiga politiska diskussionspunkter. Andra länder har använt synbränslen i större utsträckning. Till exempel i Sydafrika har synbränslen gjorda av kol och naturgas varit en viktig del av oljeekonomin i 30 år.
Läs vidare om du vill veta mer om de olika typerna av synbränslen och hur de tillverkas.
För att förstå hur olika råvaror kan omvandlas till flytande syntetiska bränslen måste du först förstå hur bränsle fungerar. Olja, och produkter som bensin gjord 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 frigör energi, som används för att driva motorerna i bilar, lastbilar, flygplan etc. Det mesta organiskt material, inklusive olja, kol, naturgas, växtavfall och avloppsvatten, innehåller kolväten. Dagens motorer designades för att fungera med oljebaserade bränslen som bensin. För att syntetiska bränslen ska fungera i dessa motorer måste deras kolväten omstruktureras så att de liknar de 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 råvara. Liksom konventionell råolja måste syncrude raffineras och bearbetas för att göra olika former av petroleumbaserade kommersiella bränslen som diesel, bensin och fotogen.
De tre mest populära källorna till syncrude är extra-tung olja , oljeskiffer och oljesand . Vart och ett av dessa material förekommer naturligt precis som konventionell olja, men de har olika fysikaliska egenskaper och mängder av föroreningar. Oljeskiffer är till exempel en sten, och oljesand är en tjärhaltig blandning av sand och det oljehaltiga ämnet bitumen . Dessa syncrude råvaror utsätts för olika nivåer av värme, tryck och fysisk manipulation för att producera ett ämne med samma arrangemang av kolväten som naturligt förekommande råolja.
Bearbetning av syncrude råmaterial tenderar att skada miljön. Eftersom de kräver mer bearbetning än råolja skapar de mer CO2 utsläpp och andra föroreningar [källa:U.S.A. Inrikesdepartementet]. Att samla in råvaran involverar också ofta skadliga miljömetoder som brytning av band. En fördel med syncrude bränslen som ett alternativ till olja är att världen innehåller betydande outnyttjade reserver av extra tung olja, oljeskiffer och oljesand. Naturligtvis, precis som olja, är dessa resurser inte hållbara. De kommer också att ta slut så småningom.
Läs vidare för att lära dig mer om hur Fischer-Tropsch-synbränslen produceras.
Den andra typen av syntetiska bränslen, vanligen kallade Fischer-Tropsch-vätskor, använder råmaterial som kan omvandlas direkt till kommersiellt gångbara flytande bränslen, vilket i huvudsak hoppar över syncrude-steget. De vanligaste råvarorna som används för att producera Fischer-Tropsch synbränslen inkluderar naturgas , kol och biomassa (växter och växtavfall). Vid F-T-syntes utsätts råvaran 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 som kallas syntesgas (eller syngas ) [källa:Van Bibber]. Detta steg i processen gör Fischer-Tropsch flytande bränslen mycket renare än bränslen som produceras av råolja eller syncrude. Föroreningar som tungmetaller kan lätt avlägsnas från förgasaren efter att syngasen har filtrerats bort. Gaser som kol och svavel kan filtreras bort så att de inte blir föroreningar när bränslet brinner.
Därefter kondenseras syngasen till flytande form. Återigen sätts under hög värme och tryck, en katalysator införs i processen, vanligtvis en förening som innehåller antingen järn eller kobolt. Katalysatorn utlöser en kemisk reaktion mellan väte och kolmonoxid, vilket skapar långa kedjor av 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-syntesen producera industriella smörjmedel, fotogen och andra produkter.
Jämfört med syncrude-produkter brinner Fischer-Tropsch-vätskor mycket renare. Dessa synbränslen har nästan inga partikelutsläpp, innehåller mindre kväveoxid än traditionella bränslen och färre kolmonoxidutsläpp [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 egenintresse av synbränslen, eftersom den har riklig tillgång till råmaterial som kol, naturgas och växtavfall. Med bara en sorts synbränsle i beaktande finns det uppskattningsvis 1,3 gigaton oanvänd biomassa i USA som kan användas för att producera synbränsle [källa:Coal-to-Liquids Coalition]. Så den amerikanska militären och andra statliga myndigheter har drivit på att undersöka synbränslen de senaste åren. Andra länder som Kina och Tyskland har också nyligen gjort investeringar i att utforska synfuelteknologi [Källa:U.S. Energy Information Administration]. Samtidigt som tekniken för syntetisk bränsle är lovande kostar den mycket mer att producera än bensin från olja. Så det kommer troligen inte att ersätta olja om inte oljepriserna ökar dramatiskt.
