Med resurserna för olja och fossila bränslen som minskar runt om i världen är kapplöpningen om att hitta nästa stora energilösning definitivt igång. Det kanske inte finns en magisk kula för att lösa den energikrisen, eller ett perfekt bränsle som är oändligt tillgängligt och inte förorenar miljön. Men ett alternativ, syntetiska bränslen - eller synbränslen - erbjuder vissa fördelar och några nackdelar jämfört med konventionella oljebaserade fossila bränslen. Syntetiskt bränsle är en kategori av bränslen som inkluderar alla bränslen "framställt av kol, naturgas eller biomassaråvaror genom kemisk omvandling" [källa:U.S. Energy Information Administration]. Dessa typer av bränslen kallas ofta Fischer-Tropsch-vätskor, efter den process som används för att skapa dem. Synbränslekategorin inkluderar också bränslen som härrör från syntetisk råolja, ett ämne som liknar råolja som syntetiseras från naturresurser som bitumen eller oljeskiffer [källa:U.S. Energy Information Administration]. Kemiskt liknar synbränslen de bensin- och dieselbränslen vi använder idag och kan användas i befintliga motorer. Men att producera dem kräver komplexa kemiska omvandlingar.
Nationella regeringar och energibolag har ägnat syntetiska bränslen mer uppmärksamhet under de senaste åren, eftersom stigande oljepriser och politisk instabilitet i oljeproducerande länder har skapat incitament att söka efter alternativ. Den största fördelen med synbränslen är att de kan produceras med ämnen som kol, naturgas och till och med växtavfall, som är allmänt tillgängliga. Många synbränslen brinner också renare än konventionella bränslen. Men det finns också nackdelar. Även om de kan brinna renare, orsakar produktion av syntetiska bränslen ofta lika mycket, om inte mer, föroreningar än traditionell bensin. Synbränslen är fortfarande dyrare att producera än konventionella bränslen, mest för att mer forskning, utveckling och investeringar krävs för att göra produktionen ekonomiskt lönsam.
Fortsätt läsa om du vill veta mer om de olika typerna av syntetiska bränslen som tillverkas för närvarande.
InnehållExtra tung olja är en av flera källor till syncrude , en typ av syntetiskt bränsle som liknar råolja. Extra tung olja uppstår naturligt, och bildas när olja som en gång låg begravd djupt i jorden utsätts för bakterier som bryter ner kolvätena och förändrar oljans fysiska egenskaper. Oljan kan utvinnas genom dagbrottsbrytning eller "in situ" (på plats) insamling. In-situ-uppsamling innebär att het ånga eller gas leds in i en brunn för att bryta upp den tunga oljan och samla upp vätskan genom en andra brunn. Båda metoderna har sina gränser. Dagbrottsbrytning kan endast användas för att samla in extra tung olja nära ytan. Det skadar också miljön genom att förstöra skogar och djurmiljöer, och de stora mängderna vatten som krävs måste kasseras som avfall efter att ha använts [källa:Clark]. In situ-metoder kräver ytterligare forskning för att samla in stora mängder tung olja.
Tillverkningsprocessen för många syntetiska bränslen skapar produkter som är mer eller mindre redo att användas i motorer och fordon. Syncrudeproduktion, å andra sidan, resulterar i en syntetiserad råolja som måste raffineras ytterligare för att säljas kommersiellt, precis som konventionell råolja. I sitt naturliga tillstånd är extra tung olja i grunden en mer viskös form av råolja. Om råolja rinner som vatten, då flyter extra tung olja som honung. För att få den extra tunga oljan till en användbar form utsätts den vanligtvis för värme och gaser som bryter ner kolvätena till de som kan brännas som bränsle och de som inte kan. Detta liknar processen att raffinera råolja till bränslen, men dyrare och mer komplicerat.
Producerar gas-till-vätskor bränslen (eller GTL ) involverar en process för att omvandla naturgas till flytande, petroleumbaserade bränslen. Till skillnad från syncrudes är GTL-produkter närmare slutskedet av produktionen. De behöver inte bearbetas av ett raffinaderi innan de används som bränsle. Den mest använda metoden för att omvandla gas till flytande bränslen är Fischer-Tropsch-processen (F-T syntes) [källa:U.S. Energy Information Administration]. I denna process kombineras naturgas med luft och förs sedan in i en kammare tillsammans med en katalysator, vanligtvis en förening som innehåller kobolt eller järn. katalysatorn , tillsammans med en stor mängd värme och tryck, utlöser en kemisk reaktion som bildar kedjor av kolväten . Därefter kondenseras gasen till vätska. Beroende på vilka katalysatorer som tillsätts skapas olika kolvätestrukturer. F-T-syntes kan producera dieselbränslen, nafta (som kan bearbetas för att göra bensin) och industriella smörjmedel [källa:U.S. Energy Information Administration].
Särskilt GTL-processen har mest använts för att producera dieselbränslen, även om den också kan producera nafta. GTL, liksom andra Fischer-Tropsch-bränslen, ger färre utsläpp vid förbränning [källa:U.S. Environmental Protection Agency]. Den kemiska separationsprocessen skapar ett renare bränsle, eftersom föroreningar lätt kan filtreras bort. En annan fördel är att de kemiska reaktionerna som är involverade i att omvandla gasen till vätskor skapar elektricitet, ånga och vatten som biprodukter. Dessa resurser kan antingen kanaliseras tillbaka till produktionen för att spara kostnader och minska miljöpåverkan eller säljas på den kommersiella marknaden för att göra processen mer kostnadseffektiv.
Skifferolja är en annan form av syncrude framställd från marlstone , en naturligt förekommande bergart som vanligtvis kallas oljeskiffer . Märgelsten är rik på ett material som kallas kerogen , ett organiskt material som naturligt omvandlas till råolja när det utsätts för extrem värme och tryck. Den förändringen sker vanligtvis under miljontals år, men industriella metoder kan replikera processen och omvandla kerogenen i oljeskiffer till syncrude [källa:U.S.A. Inrikesdepartementet]. Produktionen av skifferolja är till stor del teoretisk vid denna tidpunkt och har inte producerats i stor skala. Oljeskiffer kan utsättas för pyrolys , införandet av värme och avlägsnande av syre, som separerar kerogen från resten av berget och omvandlar det till en vätska som sedan kan raffineras till syncrude [källa:U.S.S. Inrikesdepartementet].
Oljeskiffer är extremt rikligt. Faktum är att avlagringar i Green River-formationen , en region som sträcker sig genom delar av Colorado, Utah och Wyoming, kan innehålla tillräckligt med oljeskiffer för att producera 800 miljarder till 1,8 biljoner fat, enligt uppskattningar från olika forskare [källa:U.S.A. Inrikesdepartementet]. För att sätta dessa siffror i perspektiv, om den lägre uppskattningen var korrekt, skulle formationen kunna tillgodose USA:s oljebehov i 100 år vid nuvarande användningsnivåer [källa:U.S.A. Inrikesdepartementet]. Det finns dock allvarliga miljömässiga nackdelar. Skifferoljaproduktionen lämnar stora mängder gråberg efter sig och använder enorma mängder vatten. Dessutom, tills tekniken har utvecklats och förfinats ytterligare, är processen extremt dyr - mycket dyrare per fat än råoljeproduktion [källa:U.S. Energy Information Administration].
Oljesand, eller tjärsand, är den tredje källan till syntetiska bränslen som klassificeras som syncrude. En blandning av vatten, lera, sand och ett ämne som kallas bitumen , oljesand förekommer naturligt. Bitumen är en mycket tjock oljeliknande substans som är konsistensen av mycket klibbig Jell-O vid rumstemperatur. Den innehåller många fler föroreningar än konventionell råolja, inklusive svavel, kväve och tungmetaller som måste avlägsnas innan bitumenet kan användas som bränsle [källa:U.S. Energy Information Administration]. Sanden samlas vanligtvis genom dagbrottsbrytning. Återvinning in situ är också möjlig genom att injicera ånga eller kemikalier för att bryta upp sanden. Men in-situ-insamling förbrukar enorma mängder vatten och kraft och är också mindre kostnadseffektiv.
För att bearbeta oljesand till ett tillstånd de kan säljas som syncrude, de tvättas med varmt vatten för att separera bitumen från lera och sand. Bitumenet utsätts sedan för enorma mängder värme och tryck och naturgas tillförs. Detta omvandlar kolvätena i materialet till en form som lättare förbränns som bränsle [källa:U.S.A. Inrikesdepartementet]. De enorma mängderna vatten och kraft som behövs för att omvandla oljesand från djupa underjordiska avlagringar till användbara bränslen gör det till ett kontroversiellt bränsle på grund av dess miljöpåverkan. Miljöavgiften, från strippbrytning och bortskaffande av avloppsvatten, har lett till mycket kontrovers i Kanada, där de flesta av världens oljesand för närvarande bryts [källa:Kunzig].
Som GTL, kol-till-vätskor (CTL) bränslen framställs genom att isolera kolvätena i befintliga fossila bränslen och omvandla dem till en form av syntetiskt bränsle som kan användas i befintliga fordons motorer. Tillverkare använder två metoder för att göra den konverteringen. Den första, indirekta kolvätskebildningen (ICL), använder samma Fischer-Tropsch-process som gas-till-vätskebränslen. Naturligtvis kräver bearbetning ett ytterligare steg för att omvandla det fasta kolet till en gas som kan mata F-T-reaktionen. Fast kol krossas och utsätts sedan för hög temperatur och högt tryck, tillsammans med ånga och syre, som reagerar med kolet för att producera syntesgas. Denna syngas, en blandning av kolmonoxid, väte och andra gaser, används sedan i Fischer-Tropsch-reaktionen för att skapa flytande bränslen. I direkt kolvätskning (DCL), kol pulveriseras och exponeras sedan för väte och höga nivåer av värme och tryck för att producera flytande syncrude som kan raffineras. Denna andra metod används inte lika mycket som ICL.
Kol-till-vätskebränslen kan vara mer miljövänliga, eftersom de brinner renare än konventionell bensin eller diesel. Biprodukter från CTL-tillverkning, inklusive vatten, elektricitet och metaller, kan säljas för att kompensera kostnaderna för CTL-bearbetning och göra processen mer hållbar. Men det finns allvarliga miljömässiga nackdelar också. CTL-produktion förbrukar enorma mängder vatten innan den skapar något. Det släpper också ut koldioxidutsläpp och stora mängder fast avfall som kallas "slagg", vilket är det som finns kvar av kolet efter att alla dess användbara kemikalier har extraherats [källa:Van Bibber].
Kol-till-vätskor och gas-till-vätskor bränslen framställs genom att manipulera kolvätena i fossila bränslen som inte är olja så att de kemiskt liknar kolvätena i olja och bensin. Biomassa-till-vätskor bränslen fungerar enligt samma teori, förutom att kolvätena kommer från nydött organiskt material, inte organiskt material som har sönderdelats och komprimerats under miljontals år. BTL bränslen kan tillverkas av trä, grödor, halm och spannmål. Fördelen med BTL är att den kan tillverkas av delar av dessa växter som inte är användbara för livsmedel eller tillverkning.
Produktionsprocessen liknar andra synbränslen:Syngas används för att starta en Fischer-Tropsch-reaktion som så småningom producerar flytande bränslen. Biomassan förbränns i en miljö med låg syrehalt för att producera syngas, ett steg som kräver mindre energi än andra synbränslen. Men det krävs jämförelsevis stora mängder biomassaråvara (råvaran som syntetiseras) för att tillverka bränsle. Fem ton (cirka 4,5 ton) råmaterial (eller cirka 3 tunnland eller 1,2 hektar grödor) motsvarar 1 ton (0,9 ton) tillverkad BTL [källa:U.S. Energy Information Administration]. BTL kostar också mycket mer pengar att producera än CTL eller GTL. Biomassa tar mycket mer plats än andra synfuelråvaror, så det kostar mer att lagra och transportera. BTL är inte alls lika utbrett som andra former av synbränsle, vilket innebär att företag skulle behöva investera mycket pengar för att få igång BTL-program. Trots kostnaden kan BTL vara enklare för miljön i det långa loppet, eftersom växter som odlas för att producera bränslet kan ta bort en del av dess CO2 utsläpp.
Av samma skäl kan växter och växtavfall användas för att tillverka råmaterial för synfuelproduktion, fast avfall kan också mata processen. Användbart fast avfall inkluderar gamla däck, avlopp och avfall från deponier [källa:Speight]. Så länge det innehåller organiskt material (och höga halter av kol) kan det användas för att skapa någon form av bränsle. Avfall som används som råmaterial genomgår samma process som andra synfuelråvaror. Den förbränns under speciella förhållanden för att producera syngas, som sedan går igenom Fischer-Tropsch-processen för att syntetiseras till flytande bränsle. Som ett alternativ kan gasen som deponier naturligt släpper ut när avfall bryts ned användas för att producera syntetiskt bränsle.
Fortfarande i det teoretiska stadiet, konceptet att härleda bränsle från atmosfärisk CO2 utvecklades av forskare vid Los Alamos National Laboratories. I denna process skulle stora mängder luft som innehåller koldioxidföroreningar exponeras för flytande kaliumkarbonat. CO2 i luften kombineras med kaliumkarbonatet, medan andra komponenter i luften inte gör det. CO2 kan sedan separeras från kaliumföreningen genom att applicera elektricitet. När CO2 separeras, omvandlas den till syngas och sedan till flytande bränslen enligt metoder som används för att skapa andra synbränslen [källa:Martin]. Forskare vid andra laboratorier och institutioner har kommit överens om att processen fungerar i teorin. Det största hindret är dock att processen att isolera CO2 från luften och omvandling av den till syngas kräver enorma mängder kraft [källa:Martin]. Los Alamos-forskarna föreslår kärnkraft som det bästa alternativet [källa:Martin]. Det kommer också att krävas enorma kapitalinvesteringar för att ta konceptet från teori till utförande. På den ljusa sidan är hela processen teoretiskt kolneutral. Den skulle producera lika mycket kol som den förbrukar.
