Discussies over energieonafhankelijkheid, hernieuwbare energie en de gevaren van koolstofemissies zijn een groot deel van het politieke debat in de Verenigde Staten geworden. Iedereen, van de president tot de man met het bordje "no war for oil" bij een publiek protest, lijkt geïnteresseerd in manieren om alternatieven voor fossiele brandstoffen te vinden. Maar niet alle substituten zijn gelijk geschapen. Sommige zijn beter voor het milieu; sommige niet. Sommige zijn hernieuwbare energiebronnen; sommige niet. Synthetische brandstoffen , ook bekend als 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 conversie" [bron:US Energy Information Administration]. Bij die conversie ontstaan stoffen die chemisch hetzelfde zijn als ruwe olie of verwerkte 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 brandstofgrondstoffen, de grondstoffen die worden gebruikt om synfuels te maken, moeten worden onderworpen aan intense chemische en fysieke veranderingen om bruikbaar te zijn als ruwe olie of verwerkte brandstof.
De geschiedenis van synfuels gaat verder terug dan je zou denken, hoewel onderzoek en ontwikkeling de afgelopen jaren een hoogtepunt hebben bereikt. Synfuels werden voor het eerst onderzocht in Duitsland in 1923, toen twee wetenschappers een proces ontwikkelden dat de Fischer-Tropsch-reactie wordt genoemd. . Het proces, dat ze naar zichzelf noemden, omvat het omzetten van gas 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 Duitsland in de Tweede Wereldoorlog. Beperkte oliereserves bij de asmogendheden maakten synthetische opties een noodzakelijk alternatief [bron:Becker]. In de jaren zeventig werd in de Verenigde Staten intensief onderzoek gedaan naar synfuels, te midden van wijdverbreide olietekorten. Dat onderzoek stopte uiteindelijk, maar heeft onlangs een nieuwe piek gezien, omdat bezorgdheid over energieonafhankelijkheid en duurzaamheid belangrijke politieke gesprekspunten zijn geworden. Andere landen hebben synfuels uitgebreider gebruikt. In Zuid-Afrika vormen bijvoorbeeld synfuels gemaakt van steenkool 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.
Om te begrijpen hoe verschillende grondstoffen kunnen worden omgezet in vloeibare synthetische brandstoffen, moet u eerst begrijpen 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 komt er energie vrij, die wordt gebruikt om de motoren van auto's, vrachtwagens, vliegtuigen, enz. van brandstof te voorzien. De meeste organische materialen, waaronder olie, kolen, aardgas, plantaardig afval en rioolwater, bevatten koolwaterstoffen. De motoren van vandaag zijn ontworpen om te werken met van olie afgeleide brandstoffen 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 principe twee categorieën synthetische brandstoffen, synthetische ruwe oliën (synchroniseren ), en Fischer-Tropsch-vloeistoffen .De eerste categorie omvat grondstoffen en processen die worden gebruikt om syncrude te produceren , of synthetische ruwe olie. Synthetische ruwe olie kan voor dezelfde doeleinden worden gebruikt als conventionele ruwe olie. Het wordt gebruikt als grondstof. 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 die materialen komt van nature voor, net als conventionele olie, maar ze hebben verschillende fysieke eigenschappen en hoeveelheden onzuiverheden. Olieschalie is bijvoorbeeld een rots en oliezanden zijn een teerachtig mengsel van zand en de oliehoudende stof bitumen . Deze syncrude grondstoffen worden blootgesteld aan verschillende niveaus van hitte, druk en fysieke manipulatie om een stof te produceren met dezelfde rangschikking van koolwaterstoffen als natuurlijk voorkomende ruwe olie.
Het verwerken van syncrude grondstoffen heeft de neiging het milieu te schaden. Omdat ze meer verwerking nodig hebben dan ruwe olie, creëren ze meer CO2 emissies en andere verontreinigende stoffen [bron:U.S. Department of the Interior]. Ook gaat het verzamelen van de grondstof vaak gepaard met schadelijke milieupraktijken zoals stripmining. Een voordeel van het synchroniseren van brandstoffen als alternatief voor olie is dat de wereld aanzienlijke onaangeboorde reserves aan extra zware olie, olieschalie en oliezanden bevat. Natuurlijk zijn die hulpbronnen, net als olie, niet duurzaam. Ook zij zullen uiteindelijk opraken.
Lees verder om meer te weten te komen over hoe Fischer-Tropsch synfuels worden geproduceerd.
Het tweede type synthetische brandstoffen, gewoonlijk Fischer-Tropsch-vloeistoffen genoemd, maakt gebruik van grondstoffen die direct kunnen worden omgezet in commercieel levensvatbare vloeibare brandstoffen, waarbij in wezen de syncrude-stap wordt overgeslagen. De meest voorkomende grondstoffen die worden gebruikt om Fischer-Tropsch-synfuels te produceren, zijn onder meer aardgas , kolen en biomassa (planten en plantaardig afval). 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 dat synthesegas wordt genoemd. (of syngas ) [bron:Van Bibber]. Deze stap van het proces maakt Fischer-Tropsch vloeibare 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 wanneer de brandstof verbrandt.
Vervolgens wordt het syngas gecondenseerd tot vloeibare vorm. Opnieuw onder hoge hitte en druk gebracht, wordt een katalysator in het proces geïntroduceerd, meestal een verbinding die ijzer of kobalt bevat. De katalysator veroorzaakt een chemische reactie 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 gefiltreerd. Samen met synthetische vormen van dieselbrandstof of benzine kan Fischer-Tropsch-synthese industriële smeermiddelen, kerosine en andere producten produceren.
Vergeleken met syncrude-producten branden Fischer-Tropsch-vloeistoffen veel schoner. Deze synfuels hebben bijna geen uitstoot van deeltjes, bevatten minder stikstofoxide dan traditionele brandstoffen en minder uitstoot van koolmonoxide [bron:U.S. Environmental Protection Agency]. Natuurlijk zijn die synfuels 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 in synfuels, omdat ze overvloedige toegang heeft tot grondstoffen zoals steenkool, aardgas en plantaardig afval. Rekening houdend met slechts één variëteit aan synfuels, is er naar schatting 1,3 gigaton ongebruikte biomassa in de Verenigde Staten die zou kunnen worden gebruikt om synfuels te produceren [bron:Coal-to-Liquids Coalition]. Dus het Amerikaanse leger en andere overheidsinstanties hebben de afgelopen jaren aangedrongen op onderzoek naar synfuels. Andere landen zoals China en Duitsland hebben ook recent geïnvesteerd in het verkennen van synfuel-technologie [Bron:U.S. Energy Information Administration]. Hoewel de technologie voor synthetische brandstof veelbelovend is, kost het veel meer om uit olie te produceren dan benzine. Het zal dus hoogstwaarschijnlijk geen olie vervangen tenzij de olieprijzen dramatisch stijgen.
