Was ist ein Synfuel?

Diese Kohle-Flüssigbrennstoff-Anlage in Südafrika ist die größte Anlage für synthetische Brennstoffe der Welt. Es ist auch der größte Kohlendioxidemittent der Welt. Per-Anders Pettersson / Getty Images

Diskussionen über Energieunabhängigkeit, erneuerbare Energien und die Gefahren von Kohlenstoffemissionen sind zu einem großen Teil des politischen Diskurses in den Vereinigten Staaten geworden. Jeder, vom Präsidenten bis zu dem Mann, der bei einem öffentlichen Protest das Schild "Kein Krieg für Öl" trägt, scheint daran interessiert zu sein, Alternativen zu fossilen Brennstoffen zu finden. Aber nicht alle Substitute sind gleich. Einige sind besser für die Umwelt; manche nicht. Einige sind erneuerbare Energiequellen; manche nicht. Synthetische Kraftstoffe, aka Synfuels, sind nur eine der vielen verfügbaren Lösungen zur Lösung der sich entwickelnden Energiekrise.

In diesem Fall kann der Begriff "synthetisch" jedoch irreführend sein. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die Kraftstoffe unnatürlich oder künstlich sind. Die US Energy Information Administration definiert einen synthetischen Brennstoff als jeden Brennstoff, der aus Kohle, Erdgas oder Biomasse hergestellt wird Rohstoffe durch chemische Umwandlung "[Quelle: US Energy Information Administration]. Bei dieser Umwandlung entstehen Substanzen, die chemisch mit Rohöl oder verarbeiteten Brennstoffen identisch sind, jedoch auf künstlichem Wege synthetisiert wurden. Herkömmliches Rohöl kommt auf natürliche Weise in der Umwelt vor und wird zur Herstellung verwendet Eine Vielzahl von Kraftstoffen wie Benzin und Diesel. Synthetische Kraftstoffrohstoffe, die zur Herstellung von Synfuels verwendeten Rohstoffe, müssen intensiven chemischen und physikalischen Veränderungen unterzogen werden, um als Rohöl oder verarbeiteter Kraftstoff verwendet werden zu können.

Die Geschichte der Synfuels reicht weiter zurück, als Sie vielleicht denken, obwohl Forschung und Entwicklung in den letzten Jahren ihren Höhepunkt erreicht haben. Synfuels wurden erstmals 1923 in Deutschland erforscht, als zwei Wissenschaftler ein Verfahren namens Fischer-Tropsch-Reaktion. Der Prozess, den sie für sich selbst benannt haben, beinhaltet die Umwandlung von Gas in flüssige Brennstoffe. Obwohl es Alternativen zum Fischer-Tropsch-Verfahren gibt, ist es heute die am umfassendsten getestete und am weitesten verbreitete Methode zur Herstellung von Synfuels.

In der Vergangenheit wurden Synfuels im Zweiten Weltkrieg erstmals in großem Umfang zum Betanken von Militärfahrzeugen eingesetzt. Begrenzte Ölreserven unter den Achsenmächten machten synthetische Optionen zu einer notwendigen Alternative [Quelle: Becker]. In den 1970er Jahren wurden Synfuels in den USA inmitten weit verbreiteter Ölknappheit intensiv erforscht. Diese Forschung ging schließlich zurück, hat aber in letzter Zeit einen weiteren Anstieg verzeichnet, da Bedenken hinsichtlich Energieunabhängigkeit und Nachhaltigkeit zu wichtigen politischen Gesprächsthemen geworden sind. Andere Länder haben Synfuels häufiger verwendet. In Südafrika beispielsweise sind Synfuels aus Kohle und Erdgas seit 30 Jahren ein wichtiger Bestandteil der Ölwirtschaft.

Lesen Sie weiter, um mehr über die verschiedenen Arten von Synfuels und deren Herstellung zu erfahren.

Ölsande enthalten eine Form von Erdöl, das durch Tagebau gewonnen wird. Veronique de Viguerie / Getty Images

Um zu verstehen, wie verschiedene Rohstoffe in flüssige synthetische Kraftstoffe umgewandelt werden können, müssen Sie zunächst verstehen, wie Kraftstoff funktioniert. Öl und Produkte wie Benzin aus Öl bestehen aus langen Ketten organischer Moleküle, die als Kohlenwasserstoffe bezeichnet werden (weil sie Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten). Wenn diese Kohlenwasserstoffe verbrannt werden, zersetzen sie sich und setzen Energie frei, die zum Betreiben der Motoren in Autos, Lastwagen, Flugzeugen usw. verwendet wird. Das meiste organische Material, einschließlich Öl, Kohle, Erdgas, Pflanzenabfälle und Abwasser, enthält Kohlenwasserstoffe. Die heutigen Motoren wurden für die Verwendung mit Ölkraftstoffen wie Benzin entwickelt. Damit synthetische Kraftstoffe in diesen Motoren funktionieren, müssen ihre Kohlenwasserstoffe so umstrukturiert werden, dass sie den in Erdöl und Erdölprodukten enthaltenen Kohlenwasserstoffen ähneln.

Grundsätzlich gibt es zwei Kategorien synthetischer Kraftstoffe, synthetische Rohöle (synchronisieren), und Fischer-Tropsch-Flüssigkeiten.Die erste Kategorie umfasst Rohstoffe und Verfahren, die zur Herstellung verwendet werden synchronisieren, oder synthetisches Rohöl. Synthetisches Rohöl kann für die gleichen Zwecke wie herkömmliches Rohöl verwendet werden. Es wird als Rohstoff verwendet. Wie herkömmliches Rohöl muss Syncrude raffiniert und verarbeitet werden, um die verschiedenen Formen von kommerziellen Kraftstoffen auf Erdölbasis wie Diesel, Benzin und Kerosin herzustellen.

Die drei beliebtesten Syncrude-Quellen sind extra schweres Öl, Ölschiefer und Ölsand. Jedes dieser Materialien kommt natürlich wie herkömmliches Öl vor, hat jedoch unterschiedliche physikalische Eigenschaften und Mengen an Verunreinigungen. Zum Beispiel ist Ölschiefer ein Gestein, und Ölsand ist eine teerige Mischung aus Sand und der ölhaltigen Substanz Bitumen. Diese Syncrude-Ausgangsmaterialien sind verschiedenen Niveaus von Hitze, Druck und physikalischer Manipulation ausgesetzt, um eine Substanz mit der gleichen Anordnung von Kohlenwasserstoffen wie natürlich vorkommendes Rohöl herzustellen.

Die Verarbeitung von Syncrude-Rohstoffen kann die Umwelt schädigen. Da sie mehr Verarbeitung erfordern als Rohöl, erzeugen sie mehr CO₂ Emissionen und andere Schadstoffe [Quelle: US-Innenministerium]. Das Sammeln des Ausgangsmaterials ist häufig mit schädlichen Umweltpraktiken wie dem Abbau von Streifen verbunden. Ein Vorteil von Syncrude-Kraftstoffen als Alternative zu Öl besteht darin, dass die Welt erhebliche unerschlossene Reserven an extra schwerem Öl, Ölschiefer und Ölsand enthält. Natürlich sind diese Ressourcen wie Öl nicht nachhaltig. Auch sie werden irgendwann ausgehen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Fischer-Tropsch-Synfuels hergestellt werden.

Die zweite Art von synthetischen Kraftstoffen, die üblicherweise als Fischer-Tropsch-Flüssigkeiten bezeichnet werden, verwendet Ausgangsmaterial, das direkt in kommerziell realisierbare flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden kann, wobei der Syncrude-Schritt im Wesentlichen übersprungen wird. Zu den am häufigsten zur Herstellung von Fischer-Tropsch-Synfuels verwendeten Ausgangsmaterialien gehören Erdgas, Kohle und Biomasse (Pflanzen und Pflanzenabfälle). Bei der F-T-Synthese wird das Ausgangsmaterial einer sehr hohen Hitze - 1.037,7 Grad Celsius oder höher - und einem Druck ausgesetzt, um eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu erzeugen Synthesegas (oder Synthesegas) [Quelle: Van Bibber]. Dieser Schritt des Verfahrens macht flüssige Fischer-Tropsch-Kraftstoffe viel sauberer als aus Rohöl oder Syncrude hergestellte Kraftstoffe. Verunreinigungen wie Schwermetalle können nach dem Herausfiltern des Synthesegases leicht aus dem Vergaser entfernt werden. Gase wie Kohlenstoff und Schwefel können herausgefiltert werden, damit sie beim Verbrennen des Kraftstoffs nicht zu Schadstoffen werden.

Als nächstes wird das Synthesegas in flüssiger Form kondensiert. Wieder unter hohe Hitze und hohen Druck gesetzt, wird ein Katalysator in das Verfahren eingeführt, üblicherweise eine Verbindung, die entweder Eisen oder Kobalt enthält. Der Katalysator löst eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus und erzeugt lange Ketten von Kohlenwasserstoffen. Unterschiedliche Katalysatoren können unterschiedliche Kohlenwasserstoffstrukturen erzeugen. Diese Kohlenwasserstoffe werden dann abgekühlt und zu flüssiger Form kondensiert und filtriert. Neben synthetischen Formen von Dieselkraftstoff oder Benzin können bei der Fischer-Tropsch-Synthese Industrieschmierstoffe, Kerosin und andere Produkte hergestellt werden.

Fischer-Tropsch-Flüssigkeiten verbrennen im Vergleich zu Syncrude-Produkten viel sauberer. Diese Synfuels haben fast keine Partikelemissionen, enthalten weniger Stickoxide als herkömmliche Kraftstoffe und weniger Kohlenmonoxidemissionen [Quelle: US-Umweltschutzbehörde]. Natürlich sind Synfuels, die erneuerbare Ressourcen als Ausgangsmaterial verwenden (wie Biomasse), auf lange Sicht besser für die Umwelt als solche, die fossile Brennstoffe als Ausgangsmaterial verwenden.

Die US-Regierung hat ein begründetes Interesse an Synfuels, da sie reichlich Zugang zu Rohstoffen wie Kohle, Erdgas und Pflanzenabfällen hat. Unter Berücksichtigung nur einer Sorte von Synfuel gibt es in den Vereinigten Staaten geschätzte 1,3 Gigatonnen ungenutzter Biomasse, die zur Herstellung von Synfuels verwendet werden könnten [Quelle: Coal-to-Liquids Coalition]. Das US-Militär und andere Regierungsbehörden haben in den letzten Jahren darauf gedrängt, Synfuels zu erforschen. Andere Länder wie China und Deutschland haben kürzlich ebenfalls in die Erforschung der Synfuel-Technologie investiert [Quelle: US Energy Information Administration]. Die Technologie für synthetische Kraftstoffe ist zwar vielversprechend, die Herstellung kostet jedoch viel mehr als die Herstellung von Benzin aus Öl. Es wird also höchstwahrscheinlich kein Öl ersetzen, wenn die Ölpreise nicht dramatisch steigen.

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Weitere großartige Links

• Coal-to-Liquids News
• Biomass-to-Liquids News
• Gas-to-Liquids News
• Nationale Laborpapiere für erneuerbare Energien
• Fischer-Tropsch-Archiv
• US-Energieministerium, Rechenzentrum für alternative Kraftstoffe

Quellen

• Becker, Peter W. "Die Rolle des synthetischen Kraftstoffs im Zweiten Weltkrieg in Deutschland. Implikationen für heute?" Air University Review. Juli-August 1981. (10. Dezember 2010) http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1981/jul-aug/becker.htm
• Koalition von Kohle zu Flüssigkeiten. "Produktionsprozess für synthetische Kraftstoffe." (10. Dezember 2010) http://www.futurecoalfuels.org/documents/022208_synth_fuels_production_sheet.pdf
• Büro des Gouverneurs von Montana. "Häufig gestellte Fragen zu synthetischem Kraftstoff." (10. Dezember 2010) http://governor.mt.gov/hottopics/faqsynthetic.asp
• Schubert, Paul. "Entwicklung des modernen Fischer-Tropsch-Prozesses." Fischer-Tropsch-Archiv. 29. August 2001. (10. Dezember 2010) http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide10.htm
• Speight, James G. "Handbuch für synthetische Kraftstoffe." McGraw-Hill. 2008.
• Synthetic Fuels Corporation. "Synthetische Kraftstoffproduktion." (10. Dezember 2010) http://syntheticfuelscorp.com/html/synthetic_fuel.html
• Energieministerium der Vereinigten Staaten. "Der Fischer-Tropsch-Prozess." Rechenzentrum für alternative Kraftstoffe und fortschrittliche Fahrzeuge. (10. Dezember 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/fuels/emerging_diesel_process.html
• Amt für fossile Energie des US-Energieministeriums, National Energy Technology Laboratory. "Fischer-Tropsch-Kraftstoffe." April 2008. (10. Dezember 2010) http://www.netl.doe.gov/publications/factsheets/rd/R&D089.pdf
• * Innenministerium der Vereinigten Staaten, Bureau of Land Management. "Über Ölschiefer." Programmatische Umweltverträglichkeitserklärung für Ölschiefer und Teersand. (10. Dezember 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/oilshale/
• * Innenministerium der Vereinigten Staaten, Bureau of Land Management. "Über Teersand." Programmatische Umweltverträglichkeitserklärung für Ölschiefer und Teersand. (10. Dezember 2010) http://ostseis.anl.gov/guide/tarsands/index.cfm
• United States Energy Information Administration. "Annual Energy Outlook 2006: Themen im Fokus." 14. Februar 2006. (10. Dezember 2010) http://www.eia.doe.gov/oiaf/archive/aeo06/pdf/issues.pdf
• Ministerium für Umweltschutz der Vereinigten Staaten. "Saubere alternative Kraftstoffe: Fischer-Tropsch." März 2002. (10. Dezember 2010) http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/epa_fischer.pdf
• Van Bibber, Lawrence. "Technische und wirtschaftliche Basisbewertung einer Fischer-Tropsch-Flüssigkeitsanlage im kommerziellen Maßstab." National Energy Technology Laboratory, US-Energieministerium. 9. April 2007. (10. Dezember 2010) http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Baseline%20Technical%20and%20Economic%20Assessment%20of%20a%20Commercial%20S.pdf