Wat is een synfuel?

  • Paul Sparks
  • 0
  • 1720
  • 224
Deze kolen-naar-vloeistof-brandstofcentrale in Zuid-Afrika is de grootste faciliteit voor synthetische brandstoffen ter wereld. Het is ook de grootste uitstoter van kooldioxide ter wereld. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Discussies over energieonafhankelijkheid, hernieuwbare energie en de gevaren van koolstofemissies zijn een groot deel van het politieke discours in de Verenigde Staten geworden. Iedereen, van de president tot de man die het bord "geen oorlog om olie" vasthoudt tijdens een openbare demonstratie, lijkt geïnteresseerd in manieren om alternatieven voor fossiele brandstoffen te vinden. Maar niet alle vervangers zijn gelijk gemaakt. Sommige zijn beter voor het milieu; sommige zijn dat niet. Sommige zijn hernieuwbare energiebronnen; sommige zijn dat niet. Synthetische brandstoffen, aka synfuels, zijn slechts een van de vele oplossingen die op tafel liggen om de zich ontwikkelende energiecrisis op te lossen.

In dit geval kan de term "synthetisch" echter misleidend zijn. Het betekent niet noodzakelijk dat de brandstoffen onnatuurlijk of kunstmatig zijn. De Amerikaanse Energy Information Administration definieert een synthetische brandstof als elke brandstof "geproduceerd uit steenkool, aardgas of biomassa grondstoffen door chemische omzetting "[bron: US Energy Information Administration]. Die omzetting creëert stoffen die chemisch hetzelfde zijn als ruwe olie of bewerkte brandstoffen, maar die op kunstmatige wijze zijn gesynthetiseerd. Conventionele ruwe olie komt van nature voor in het milieu en wordt gebruikt om een verscheidenheid aan brandstoffen zoals benzine en diesel. Synthetische brandstoffen, de grondstoffen die worden gebruikt om synfuels te maken, moeten worden onderworpen aan intense chemische en fysische veranderingen om bruikbaar te zijn als ruwe olie of verwerkte brandstof.

De geschiedenis van synfuels gaat verder terug dan u misschien denkt, hoewel onderzoek en ontwikkeling de afgelopen jaren een hoogtepunt hebben bereikt. Synfuels werd voor het eerst onderzocht in Duitsland in 1923, toen twee wetenschappers een proces ontwikkelden dat de Fischer-Tropsch-reactie. Bij het proces, dat ze naar zichzelf noemden, wordt gas omgezet in vloeibare brandstoffen. Hoewel er alternatieven zijn voor het Fischer-Tropsch-proces, is het tegenwoordig de meest uitgebreid geteste en meest gebruikte methode voor het maken van synfuels.

Historisch gezien werden synfuels voor het eerst op grote schaal gebruikt om militaire voertuigen van brandstof te voorzien in de Tweede Wereldoorlog in Duitsland. Beperkte oliereserves onder de Asmogendheden maakten synthetische opties tot een noodzakelijk alternatief [bron: Becker]. In de jaren zeventig werd er in de Verenigde Staten intensief onderzoek gedaan naar synfuels, temidden van wijdverbreide olietekorten. Dat onderzoek viel uiteindelijk af, maar kende onlangs een nieuwe piek, aangezien zorgen over energieonafhankelijkheid en duurzaamheid belangrijke politieke discussiepunten zijn geworden. Andere landen hebben op grotere schaal gebruik gemaakt van synfuels. In Zuid-Afrika bijvoorbeeld zijn synbrandstoffen gemaakt van kolen en aardgas al 30 jaar een belangrijk onderdeel van de olie-economie.

Lees verder om meer te weten te komen over de verschillende soorten synfuels en hoe ze worden geproduceerd.

Oliezanden bevatten een vorm van aardolie die wordt gewonnen door middel van dagbouw. Veronique de Viguerie / Getty Images

Om te begrijpen hoe verschillende grondstoffen kunnen worden omgezet in vloeibare synthetische brandstoffen, moet u eerst weten hoe brandstof werkt. Olie en producten zoals benzine gemaakt van olie, bestaan ​​uit lange ketens van organische moleculen die koolwaterstoffen worden genoemd (omdat ze waterstof en koolstof bevatten). Wanneer die koolwaterstoffen worden verbrand, breken ze af en geven ze energie vrij, die wordt gebruikt om de motoren van auto's, vrachtwagens, vliegtuigen enz. Van brandstof te voorzien. Het meeste organische materiaal, inclusief olie, steenkool, aardgas, plantenafval en rioolwater, bevat koolwaterstoffen. De motoren van vandaag zijn ontworpen om te werken met brandstoffen op basis van olie, zoals benzine. Om synthetische brandstoffen in die motoren te laten werken, moeten hun koolwaterstoffen worden geherstructureerd zodat ze lijken op de koolwaterstoffen die worden aangetroffen in aardolie en aardolieproducten.

Er zijn in wezen twee categorieën synthetische brandstoffen, synthetische ruwe oliën (syncrude), en Fischer-Tropsch-vloeistoffen.De eerste categorie omvat grondstoffen en processen die worden gebruikt om te produceren syncrude, of synthetische ruwe olie. Synthetische ruwe olie kan voor dezelfde doeleinden worden gebruikt als conventionele ruwe olie. Het wordt als grondstof gebruikt. Net als conventionele ruwe olie moet syncrude worden geraffineerd en verwerkt om de verschillende vormen van op aardolie gebaseerde commerciële brandstoffen te maken, zoals diesel, benzine en kerosine..

De drie meest populaire bronnen van syncrude zijn extra zware olie, olieschalie en oliezanden. Elk van deze materialen komt van nature voor, net als conventionele olie, maar ze hebben verschillende fysische eigenschappen en hoeveelheden onzuiverheden. Olieschalie is bijvoorbeeld een rots, en oliezand is een teerachtig mengsel van zand en de oliehoudende substantie bitumen. Deze gesynchroniseerde grondstoffen worden blootgesteld aan verschillende niveaus van hitte, druk en fysieke manipulatie om een ​​stof te produceren met dezelfde rangschikking van koolwaterstoffen als van nature voorkomende ruwe olie.

Het verwerken van synchrone grondstoffen heeft de neiging het milieu te schaden. Omdat ze meer verwerking nodig hebben dan ruwe olie, creëren ze meer CO2 emissies en andere vervuilende stoffen [bron: U.S. Department of the Interior]. Ook gaat het verzamelen van de grondstof vaak gepaard met schadelijke milieupraktijken zoals stripmijnen. Een voordeel van syncrude brandstoffen als alternatief voor olie is dat de wereld aanzienlijke onaangeboorde reserves aan extra zware olie, olieschalie en oliezanden bevat. Net als olie zijn die hulpbronnen natuurlijk niet duurzaam. Ook zij zullen uiteindelijk opraken.

Lees verder om te zien hoe Fischer-Tropsch-synfuels worden geproduceerd.

Het tweede type synthetische brandstoffen, gewoonlijk aangeduid als Fischer-Tropsch-vloeistoffen, gebruikt grondstof die direct kan worden omgezet in commercieel levensvatbare vloeibare brandstoffen, waarbij de syncrude-stap in wezen wordt overgeslagen. De meest voorkomende grondstoffen die worden gebruikt om Fischer-Tropsch-synbrandstoffen te produceren, zijn onder meer natuurlijk gas, steenkool en biomassa (planten en plantenafval). Bij F-T-synthese wordt de grondstof onderworpen aan zeer hoge hitte - 1.900 graden Fahrenheit (1.037,7 graden Celsius) of hoger - en druk om een ​​mengsel van koolmonoxide en waterstof te produceren, genaamd synthesegas (of syngas) [bron: Van Bibber]. Deze stap van het proces maakt vloeibare Fischer-Tropsch-brandstoffen veel schoner dan brandstoffen die worden geproduceerd uit ruwe olie of syncrude. Onzuiverheden zoals zware metalen kunnen gemakkelijk uit de vergasser worden verwijderd nadat het syngas is uitgefilterd. Gassen zoals koolstof en zwavel kunnen worden uitgefilterd, zodat ze geen vervuilende stoffen worden als de brandstof verbrandt.

Vervolgens wordt het syngas in vloeibare vorm gecondenseerd. Weer onder hoge hitte en druk gezet, wordt een katalysator in het proces geïntroduceerd, meestal een verbinding die ijzer of kobalt bevat. De katalysator brengt een chemische reactie op gang tussen waterstof en koolmonoxide, waardoor lange ketens van koolwaterstoffen ontstaan. Verschillende katalysatoren kunnen verschillende koolwaterstofstructuren produceren. Deze koolwaterstoffen worden vervolgens gekoeld en gecondenseerd tot vloeibare vorm en gefilterd. Samen met synthetische vormen van dieselbrandstof of benzine, kan Fischer-Tropsch-synthese industriële smeermiddelen, kerosine en andere producten produceren.

In vergelijking met syncrude-producten branden Fischer-Tropsch-vloeistoffen veel schoner. Deze synfuels hebben bijna geen uitstoot van fijnstof, bevatten minder stikstofoxide dan traditionele brandstoffen en minder koolmonoxide-uitstoot [bron: U.S. Environmental Protection Agency]. Natuurlijk zijn die synbrandstoffen die hernieuwbare bronnen als grondstof gebruiken (zoals biomassa) op de lange termijn beter voor het milieu dan die welke fossiele brandstoffen als grondstof gebruiken..

De Amerikaanse regering heeft een gevestigd belang bij synfuels, aangezien zij overvloedige toegang heeft tot grondstoffen zoals steenkool, aardgas en fabrieksafval. Als we maar één soort synfuel in aanmerking nemen, is er in de Verenigde Staten naar schatting 1,3 gigaton ongebruikte biomassa die zou kunnen worden gebruikt om synfuels te produceren [bron: Coal-to-Liquids Coalition]. Het Amerikaanse leger en andere overheidsinstanties hebben de afgelopen jaren dus aangedrongen op onderzoek naar synfuels. Andere landen, zoals China en Duitsland, hebben recentelijk ook geïnvesteerd in het onderzoek naar synfueltechnologie [Bron: U.S. Energy Information Administration]. Hoewel synthetische brandstoftechnologie veelbelovend is, kost het veel meer om te produceren dan benzine uit olie. Het zal dus hoogstwaarschijnlijk geen olie vervangen, tenzij de olieprijzen dramatisch stijgen.

gerelateerde artikelen

  • 5 alternatieve brandstofideeën die nooit uit het laboratorium zijn gekomen
  • Top 10 voordelen van biobrandstoffen
  • 10 Topgewassen voor biobrandstoffen
  • Voedsel of brandstof?
  • De ultieme quiz voor gewassen voor biobrandstoffen
  • Hoe Biodiesel werkt
  • Hoe algenbiodiesel werkt
  • Hoe aardgasvoertuigen werken
  • Concurreren biobrandstoffen met voedsel?
  • Zullen alternatieve brandstoffen de wereldwijde voorraden maïs uitputten?
  • Wat zijn de economische voordelen van het gebruik van biobrandstoffen?
  • Wat zijn de economische nadelen van het gebruik van biobrandstoffen??
  • Waarom is het zo moeilijk om de afhankelijkheid van benzine te verminderen??

Meer geweldige links

  • Coal-to-Liquids News
  • Biomassa-naar-vloeistoffen Nieuws
  • Gas-to-Liquids News
  • National Renewable Energy Laboratory Papers
  • Fischer-Tropsch-archief
  • Amerikaanse ministerie van Energie, datacenter voor alternatieve brandstoffen

Bronnen

  • Becker, Peter W. "De rol van synthetische brandstof in Duitsland tijdens de Tweede Wereldoorlog. Implicaties voor vandaag?" Air University recensie. Juli-augustus 1981. (10 december 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
  • Coal to Liquids Coalition. "Productieproces van synthetische brandstoffen." (10 december 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
  • Gouverneursbureau van Montana. "Veelgestelde vragen over synthetische brandstof." (10 december 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
  • Schubert, Paul. "Ontwikkeling van het moderne Fischer-Tropsch-proces." Fischer-Tropsch-archief. 29 augustus 2001. (10 december 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
  • Speight, James G. "Synthetic Fuels Handbook." McGraw-Hill. 2008.
  • Synthetic Fuels Corporation. "Synthetische brandstofproductie." (10 december 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
  • Ministerie van Energie van de Verenigde Staten. "Het Fischer-Tropsch-proces." Datacenter voor alternatieve brandstoffen en geavanceerde voertuigen. (10 december 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
  • United States Department of Energy Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory. "Fischer-Tropsch-brandstoffen." April 2008. (10 december 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
  • * Ministerie van Binnenlandse Zaken van de Verenigde Staten, Bureau of Land Management. "Over olieschalie." Oil Shale & Tar Sands Programmatic Environmental Impact Statement. (10 december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
  • * Ministerie van Binnenlandse Zaken van de Verenigde Staten, Bureau of Land Management. 'Over Tar Sands.' Oil Shale & Tar Sands Programmatic Environmental Impact Statement. (10 december 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
  • Energy Information Administration van de Verenigde Staten. "Jaarlijkse energievooruitzichten 2006: aandachtspunten." 14 februari 2006. (10 december 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
  • Milieubeschermingsagentschap van de Verenigde Staten. "Schone alternatieve brandstoffen: Fischer-Tropsch." Maart 2002. (10 december 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
  • Van Bibber, Lawrence. "Technische en economische basisbeoordeling van een Fischer-Tropsch-vloeistoffaciliteit op commerciële schaal." National Energy Technology Laboratory, U.S. Department of Energy. 9 april 2007. (10 december 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt