Синтетическое топливо

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Сравнение синтетического топлива и обычного дизельного топлива. Синтетическое топливо заметно чище из за отсутствия серы и примесей
Образец биодизеля
Руины завода по производству синтетического бензина в Пёлиц, Померания (ныне Полице, Польша)

Синтетическое топливо — углеводородное топливо которое отличается от обычного топлива процессом производства, то есть получаемое путем переработки исходного материала, который до переработки имеет неподходящие для потребителя характеристики.

Как правило этот термин относится к жидкому топливу полученному из твердого топлива (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива. Такие процессы, как например процесс Фишера — Тропша, использовались государствами не имеющими доступа к жидкому топливу.

История[править | править вики-текст]

NYMEX цены на нефть West Texas Intermediate

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Аналогично этому Южная Африка с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена Апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать несмотря на международные санкции.

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии и поэтому иногда такие компании производят «синтетическое топливо» путем смеси угля с биологическими отходами производства. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления корпорациями особенностей налоговой системы. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы и поэтому оно смешивается с обычным дизельным топливом для уменьшения в такой смеси уровня серы, что необходимо для маркетирования дизельного топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например в Калифорнии).

« Синтетическое жидкое топливо и газ из твердых горючих ископаемых производят сейчас в ограниченном масштабе. Дальнейшее расширение производства синтетического топлива сдерживается его высокой стоимостью, значительно превышающей стоимость топлива на основе нефти. Поэтому сейчас интенсивно ведется поиск новых экономичных технических решений в области синтетического топлива. Поиск направлен на упрощение известных процессов, в частности, на снижение давления при ожижении угля с 300—700 атмосфер до 100 атмосфер и ниже, увеличение производительности газогенераторов для переработки угля и горючих сланцев и также разработку новых катализаторов синтеза метанола и бензина на его основе. »

Сейчас использование технологии Фишера – Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 долл. за баррель.[1]

Нетрадиционная нефть[править | править вики-текст]

Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода чем уголь и поэтому производство жидкого топлива из битума может быть гораздо проще и может стоить существенно меньше чем производство жидкого топлива методом Фишера — Тропша. Горючий сланец - это полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Битуминозные пески Ориноко (нефтеносные пески Ориноко) являются депозитами нетрадиционной нефти в виде горючих сланцев в районе реки Ориноко в Венесуэле, которая течет к венесуэльско-бразильской границе и впадает в Атлантический океан. Битуминозные пески Ориноко считаются одним из двух крупнейших месторождений нетрадиционной нефти (второе, Битуминозные пески Атабаски, расположено в Канаде).

«По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти»

Э. П. Волков, академик РАН. [2]

Общие потенциальные ресурсы горючих сланцев в мире оценены в 650 трлн т (26 трлн т сланцевой смолы). Основные ресурсы — около 430—450 трлн т (24-25 трлн т сланцевой смолы) сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер.[источник?]

Спирты[править | править вики-текст]

В последнее время растет роль спиртов, как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).

Топливо Плотность
энергии
смесь воздуха
с топливом
Удельная
энергия
смеси воздуха

с топливом

Удельная теплота
испарения
Октановое число (RON) Октановое число (MON)
Бензин 32 МДж/л 14.6 2.9 МДж/кг воздух 0.36 МДж/кг   91-99   81-89
Бутанол-1 29.2 МДж/л 11.1 3.2 МДж/кг воздух 0.43 МДж/кг   96   78
Этанол 19.6 МДж/л   9.0 3.0 МДж/кг воздух 0.92 МДж/кг 107   89
Метанол 16 МДж/л   6.4 3.1 МДж/кг воздух 1.2 МДж/кг 106 92

Этанол[править | править вики-текст]

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограничено в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40 % своих потребностей в топливе за счёт спирта[4], благодаря высоким урожаям сахарного тростника и низкой стоимости рабочей силы. Биотопливо формально не приводит к выбросам парникового газа: в атмосферу возвращается углекислый газ (CO2), изъятый из неё в ходе фотосинтеза.

Однако резкий рост производства биотоплива требует больших территорий для посева растений. Эти территории или расчищаются путём сжигания лесов (что приводит к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу), или за счёт фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).[5]

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур EROEI (отношение полученной к потраченной энергии) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5. Вопреки распространённому мнению, это верно не для всех культур: так, у сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла 9.[6]


Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и по крайней мере в ближайшем будущем. Но в связи с увеличивающимися потребностями человечества в ресурсах нельзя точно утверждать, что синтез целлюлозы будет самым масштабным и в будущем, например и через 50 лет. Для сравнения производство стали во всем мире на 2009 год составило 1,3 млрд т, а мировая добыча нефти на 2006 год составляла 3,8 млрд т в год.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.


Общее производство биотоплива (биоэтанола и биодизеля) в 2005 году составило около 40 млрд л.

В марте 2007 года японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.[7]

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле (не путать с биодизелем) увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту числа респираторных заболеваний и астмы.[8]

Метанол[править | править вики-текст]

Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средствах, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использование метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензина существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal[9]). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след»[10], чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Бутиловый спирт[править | править вики-текст]

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Твердое и газообразное топливо[править | править вики-текст]

Briquette Uganda 1.jpg

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и готовки пищи (так живет около половины мирового населения) [11]. Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология однако очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорно поскольку двигатели используещие такое топливо нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород необходимо получать с использованием либо электроэнергии либо окислением других углеводородных топлив, то экологические и тем более экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир[править | править вики-текст]

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]