Nu olie en fossiele brandstoffen over de hele wereld slinken, is de race om de volgende grote energie-oplossing te vinden zeker aan de gang. Er is misschien geen wondermiddel om die energiecrisis op te lossen, of een perfecte brandstof die oneindig beschikbaar is en het milieu niet vervuilt. Maar één optie, synthetische brandstoffen - of synfuels - biedt enkele voordelen en enkele nadelen in vergelijking met conventionele op olie gebaseerde fossiele brandstoffen. Synthetische brandstof is een categorie brandstoffen die elke brandstof omvat "geproduceerd uit steenkool, aardgas of biomassagrondstoffen door middel van chemische conversie" [bron:U.S. Energy Information Administration]. Deze soorten brandstoffen worden vaak Fischer-Tropsch-vloeistoffen genoemd, naar het proces waarmee ze zijn gemaakt. De categorie synfuels omvat ook brandstoffen die zijn afgeleid van synthetische ruwe olie, een stof die lijkt op ruwe olie die wordt gesynthetiseerd uit natuurlijke hulpbronnen zoals bitumen of olieschalie [bron:U.S. Energy Information Administration]. Chemisch gezien zijn synfuels vergelijkbaar met de benzine- en dieselbrandstoffen die we tegenwoordig gebruiken en kunnen ze in bestaande motoren worden gebruikt. Maar om ze te produceren, zijn complexe chemische omzettingen nodig.
Nationale overheden en energiebedrijven besteden de laatste jaren meer aandacht aan synthetische brandstoffen, aangezien stijgende olieprijzen en politieke instabiliteit in olieproducerende landen prikkels hebben gecreëerd om naar alternatieven te zoeken. Het belangrijkste voordeel van synfuels is dat ze kunnen worden geproduceerd met stoffen als steenkool, aardgas en zelfs plantaardig afval, die overal verkrijgbaar zijn. Veel synfuels branden ook schoner dan conventionele brandstof. Maar er zijn ook nadelen. Hoewel ze schoner kunnen branden, veroorzaakt de productie van synthetische brandstoffen vaak net zoveel, zo niet meer, vervuiling dan traditionele benzine. Synfuels blijven nog steeds duurder om te produceren dan conventionele brandstoffen, vooral omdat er meer onderzoek, ontwikkeling en investeringen nodig zijn om de productie economisch levensvatbaar te maken.
Lees verder om meer te weten te komen over de verschillende soorten synthetische brandstoffen die momenteel worden geproduceerd.
InhoudExtra zware olie is een van de vele bronnen van syncrude , een soort synthetische brandstof die sterk lijkt op ruwe olie. Extra zware olie komt van nature voor en vormt zich wanneer olie die ooit diep in de aarde werd begraven, wordt blootgesteld aan bacteriën die de koolwaterstoffen afbreken en de fysieke eigenschappen van de olie veranderen. De olie kan worden teruggewonnen door middel van dagbouw of "in situ" (ter plaatse) inzameling. In situ opvang houdt in dat hete stoom of gas in een put wordt gepompt om de zware olie af te breken en de vloeistof door een tweede put te verzamelen. Beide methoden hebben hun beperkingen. Open pit mining kan alleen worden gebruikt om extra zware olie aan de oppervlakte te verzamelen. Het schaadt ook het milieu door bossen en leefgebieden van dieren te vernietigen, en de grote hoeveelheden water die nodig zijn, moeten na gebruik als afval worden weggegooid [bron:Clark]. In situ-methoden is verder onderzoek nodig om grote hoeveelheden zware olie te verzamelen.
Door het productieproces van veel synthetische brandstoffen ontstaan producten die min of meer klaar zijn voor gebruik in motoren en voertuigen. De productie van syncrude daarentegen resulteert in een gesynthetiseerde ruwe olie die verder moet worden geraffineerd om commercieel te worden verkocht, net als conventionele ruwe olie. In zijn natuurlijke staat is extra-zware olie in feite een meer viskeuze vorm van ruw. Als ruwe olie stroomt als water, dan stroomt extra-zware olie als honing. Om de extra zware olie in een bruikbare vorm te krijgen, wordt deze doorgaans blootgesteld aan hitte en gassen die de koolwaterstoffen afbreken. in degenen die als brandstof kunnen worden verbrand en degenen die dat niet kunnen. Dit is vergelijkbaar met het proces van het raffineren van ruwe olie tot brandstoffen, maar duurder en gecompliceerder.
gas-naar-vloeistoffen produceren brandstoffen (of GTL ) omvat een proces waarbij aardgas wordt omgezet in vloeibare, op aardolie gebaseerde brandstoffen. In tegenstelling tot syncrudes bevinden GTL-producten zich dichter bij de laatste productiefase. Ze hoeven niet door een raffinaderij te worden verwerkt voordat ze als brandstof worden gebruikt. De meest gebruikte methode om gas om te zetten in vloeibare brandstoffen is het Fischer-Tropsch-proces (F-T-synthese) [bron:U.S. Energy Information Administration]. Bij dit proces wordt aardgas gecombineerd met lucht en vervolgens in een kamer gebracht samen met een katalysator, meestal een verbinding die kobalt of ijzer bevat. De katalysator , samen met een grote hoeveelheid warmte en druk, veroorzaakt een chemische reactie die ketens van koolwaterstoffen vormt . Vervolgens wordt het gas gecondenseerd tot vloeistof. Afhankelijk van welke katalysatoren worden toegevoegd, ontstaan er verschillende koolwaterstofstructuren. F-T-synthese kan dieselbrandstoffen, nafta (die kan worden verwerkt om benzine te maken) en industriële smeermiddelen produceren [bron:U.S. Energy Information Administration].
Met name het GTL-proces is meestal gebruikt om dieselbrandstoffen te produceren, hoewel het ook nafta kan produceren. GTL produceert, net als andere Fischer-Tropsch-brandstoffen, minder emissies bij verbranding [bron:U.S. Environmental Protection Agency]. Door het chemische scheidingsproces ontstaat er een meer zuivere brandstof, omdat onzuiverheden er eenvoudig uitgefilterd kunnen worden. Een ander voordeel is dat de chemische reacties die betrokken zijn bij het omzetten van het gas in vloeistoffen, elektriciteit, stoom en water als bijproducten creëren. Die middelen kunnen ofwel worden teruggevoerd naar de productie om kosten te besparen en de impact op het milieu te verminderen, ofwel op de commerciële markt worden verkocht om het proces kosteneffectiever te maken.
Schaalolie is een andere vorm van syncrude geproduceerd uit mergelsteen , een natuurlijk voorkomend gesteente dat gewoonlijk olieschalie wordt genoemd . Marlstone is rijk aan een materiaal genaamd kerogeen , een organisch materiaal dat van nature wordt omgezet in ruwe olie wanneer het wordt blootgesteld aan extreme hitte en druk. Die verandering gebeurt meestal gedurende miljoenen jaren, maar industriële methoden kunnen het proces repliceren en de kerogeen in olieschalie omzetten in syncrude [bron:U.S. Department of the Interior]. De productie van schalieolie is op dit moment grotendeels theoretisch en is niet op grote schaal geproduceerd. Olieschalie kan door pyrolyse worden gehaald , de introductie van warmte en verwijdering van zuurstof, die de kerogeen van de rest van het gesteente scheidt en omzet in een vloeistof die vervolgens kan worden verfijnd tot syncrude [bron:U.S. Department of the Interior].
Olieschalie is zeer overvloedig. In feite zijn afzettingen in de Green River Formation , een regio die zich uitstrekt door delen van Colorado, Utah en Wyoming, zou genoeg olieschalie kunnen bevatten om 800 miljard tot 1,8 biljoen vaten te produceren, volgens schattingen van verschillende wetenschappers [bron:U.S. Department of the Interior]. Om die cijfers in perspectief te plaatsen:als de lagere schatting juist was, zou de formatie 100 jaar in de oliebehoeften van de Verenigde Staten kunnen voorzien bij het huidige gebruiksniveau [bron:U.S. Department of the Interior]. Er zijn echter ernstige milieuproblemen. De productie van schalieolie laat grote hoeveelheden afvalgesteente achter en verbruikt enorme hoeveelheden water. Ook is het proces, totdat technologieën verder zijn ontwikkeld en verfijnd, extreem duur - veel duurder per vat dan de productie van ruwe olie [bron:U.S. Energy Information Administration].
Oliezanden, of teerzanden, zijn de derde bron van synthetische brandstoffen die worden geclassificeerd als syncrude. Een mix van water, klei, zand en een stof genaamd bitumen , oliezanden komen van nature voor. Bitumen is een zeer dikke olieachtige substantie die bij kamertemperatuur de consistentie heeft van zeer plakkerige Jell-O. Het bevat veel meer onzuiverheden dan conventionele ruwe olie, waaronder zwavel, stikstof en zware metalen die moeten worden verwijderd voordat het bitumen als brandstof kan worden gebruikt [bron:U.S. Energy Information Administration]. Het zand wordt meestal verzameld door middel van dagbouw. In situ herstel is ook mogelijk door het injecteren van stoom of chemicaliën om het zand te breken. Maar in-situ inzameling verbruikt enorme hoeveelheden water en stroom en is ook minder kosteneffectief.
Om oliezanden zo te verwerken dat ze als syncrude kunnen worden verkocht, worden ze gewassen met heet water om het bitumen van de klei en het zand te scheiden. Het bitumen wordt vervolgens onderworpen aan enorme hoeveelheden hitte en druk en er wordt aardgas ingebracht. Dit zet de koolwaterstoffen in het materiaal om in een vorm die gemakkelijker als brandstof kan worden verbrand [bron:U.S. Department of the Interior]. De enorme hoeveelheden water en energie die nodig zijn om oliezanden van diepe ondergrondse afzettingen om te zetten in bruikbare brandstoffen, maken het tot een controversiële brandstof vanwege de impact op het milieu. De tol van het milieu, van mijnbouw en de verwijdering van afvalwater, heeft tot veel controverse geleid in Canada, waar momenteel de meeste oliezanden ter wereld worden gewonnen [bron:Kunzig].
Net als GTL, coal-to-liquids (CTL-)brandstoffen worden geproduceerd door de koolwaterstoffen in bestaande fossiele brandstoffen te isoleren en om te zetten in een vorm van synthetische brandstof die kan worden gebruikt in de motoren van bestaande voertuigen. Fabrikanten gebruiken twee methoden om die conversie uit te voeren. De eerste, indirecte steenkoolvloeibaarmaking (ICL), gebruikt hetzelfde Fischer-Tropsch-proces als gas-naar-vloeistof brandstoffen. De verwerking vereist natuurlijk een extra stap om de vaste steenkool om te zetten in een gas dat de F-T-reactie kan voeden. Vaste steenkool wordt vermalen en vervolgens blootgesteld aan hoge temperatuur en hoge druk, samen met stoom en zuurstof, die met de steenkool reageren om synthesegas te produceren. Dit syngas, een mengsel van koolmonoxide, waterstof en andere gassen, wordt vervolgens gebruikt in de Fischer-Tropsch-reactie om vloeibare brandstoffen te maken. In directe vloeibaarmaking van kolen (DCL), steenkool wordt verpulverd en vervolgens blootgesteld aan waterstof en hoge niveaus van hitte en druk om vloeibare syncrude te produceren die kan worden geraffineerd. Deze tweede methode wordt niet zo veel gebruikt als ICL.
Coal-to-liquids brandstoffen kunnen milieuvriendelijker zijn, omdat ze schoner branden dan conventionele benzine of diesel. Bijproducten van CTL-productie, waaronder water, elektriciteit en metalen, kunnen worden verkocht om de kosten van CTL-verwerking te compenseren en het proces duurzamer te maken. Maar er zijn ook ernstige milieuproblemen. CTL-productie verbruikt enorme hoeveelheden water voordat er water ontstaat. Het geeft ook kooldioxide-emissies en grote hoeveelheden vast afval genaamd "slakken" vrij, wat overblijft van de steenkool nadat alle bruikbare chemicaliën zijn geëxtraheerd [bron:Van Bibber].
Coal-to-liquids en gas-to-liquids brandstoffen worden geproduceerd door de koolwaterstoffen in niet-olie fossiele brandstoffen te manipuleren, zodat ze chemisch vergelijkbaar zijn met de koolwaterstoffen in olie en benzine. Biomassa-naar-vloeistof brandstoffen werken volgens dezelfde theorie, behalve dat de koolwaterstoffen afkomstig zijn van vers dood organisch materiaal, niet van organisch materiaal dat gedurende miljoenen jaren is afgebroken en samengeperst. BTL brandstoffen kunnen worden gemaakt van hout, gewassen, stro en graan. Het voordeel van BTL is dat het gemaakt kan worden van delen van die planten die niet bruikbaar zijn voor voedsel of productie.
Het productieproces is vergelijkbaar met andere synfuels:Syngas wordt gebruikt om een Fischer-Tropsch-reactie te starten die uiteindelijk vloeibare brandstoffen produceert. De biomassa wordt verbrand in een zuurstofarme omgeving om syngas te produceren, een stap die minder energie vereist dan andere synfuels. Maar er zijn relatief grote hoeveelheden biomassagrondstof (de grondstof die wordt gesynthetiseerd) nodig om brandstof te maken. Vijf ton (ongeveer 4,5 metrische ton) grondstof (of ongeveer 3 acres of 1,2 hectare gewassen) is gelijk aan 1 ton (0,9 metrische ton) gefabriceerde BTL [bron:U.S. Energy Information Administration]. BTL kost ook veel meer geld om te produceren dan CTL of GTL. Biomassa neemt veel meer ruimte in beslag dan andere synfuel-grondstoffen, dus het kost meer om op te slaan en te transporteren. BTL is lang niet zo wijdverbreid als andere vormen van synfuel, wat betekent dat bedrijven veel geld zouden moeten investeren om BTL-programma's op gang te krijgen. Ondanks de kosten kan BTL op de lange termijn het milieu beter ontzien, aangezien planten die worden gekweekt om de brandstof te produceren een deel van zijn CO2 kunnen neutraliseren emissies.
Om dezelfde redenen kunnen planten en plantaardig afval worden gebruikt om grondstoffen te maken voor de productie van synfuel, maar vast afval kan ook het proces voeden. Bruikbaar vast afval omvat oude banden, rioolwater en afval van stortplaatsen [bron:Speight]. Zolang het organisch materiaal (en een hoog koolstofgehalte) bevat, kan het worden gebruikt om een of andere vorm van brandstof te maken. Afval dat voor grondstof wordt gebruikt, ondergaat hetzelfde proces als andere synfuel-grondstoffen. Het wordt onder speciale omstandigheden verbrand om syngas te produceren, dat vervolgens door het Fischer-Tropsch-proces gaat om te worden gesynthetiseerd tot vloeibare brandstof. Als alternatief kan het gas dat stortplaatsen van nature uitstoten als afval uiteenvalt, worden gebruikt om synthetische brandstof te produceren.
Nog in de theoretische fase, het concept om brandstof af te leiden uit atmosferisch CO2 is ontwikkeld door wetenschappers van Los Alamos National Laboratories. Bij dit proces zouden grote hoeveelheden lucht die koolstofdioxideverontreinigende stoffen bevatten, worden blootgesteld aan vloeibaar kaliumcarbonaat. De CO2 in de lucht combineert met het kaliumcarbonaat, terwijl de andere componenten van de lucht dat niet doen. De CO2 kan vervolgens worden gescheiden van de kaliumverbinding door elektriciteit toe te passen. Zodra de CO2 wordt gescheiden, wordt het omgezet in syngas en vervolgens in vloeibare brandstoffen volgens methoden die worden gebruikt om andere synfuels te maken [bron:Martin]. Wetenschappers van andere laboratoria en instellingen zijn het erover eens dat het proces in theorie werkt. Het belangrijkste obstakel is echter dat het proces van het isoleren van CO2 uit de lucht en het omzetten in syngas vereist enorme hoeveelheden stroom [bron:Martin]. De wetenschappers van Los Alamos suggereren kernenergie als de beste optie [bron:Martin]. Er zullen ook enorme kapitaalinvesteringen nodig zijn om het concept van theorie naar uitvoering te brengen. Aan de positieve kant, het hele proces is theoretisch CO2-neutraal. Het zou evenveel koolstof produceren als het verbruikt.
