Paliwa syntetyczne: światełko w tunelu czy ślepy zaułek?
Kwestie dotyczące paliw syntetycznych systematycznie pojawiają się w dyskusjach na temat działań na rzecz ochrony klimatu w branży transportowej. Niektórzy postrzegają je jako cenną technologię przyszłości, podczas gdy dla innych są nieekonomiczne i absurdalne.
Paliwa syntetyczne (Synfuels) to paliwa gazowe lub ciekłe, które mogą być wytwarzane przy użyciu energii elektrycznej. Bywaja też określane jako paliwa typu power-to-X (PtX), power-to-liquid (PtL) lub power-to-gas (PtG). Czasami używa się zamiennie terminu Powerfuels. Na poziomie Unii Europejskiej (UE) są definiowane jako paliwa odnawialne pochodzenia niebiologicznego (RFNBO). Innymi słowy, produkowane przy użyciu energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych (głównie słonecznych i wiatrowych). Na początku 2023 roku Komisja Europejska wydała przepisy dotyczące produkcji RFNBO jako uzupełnienie dyrektywy w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED II). Zgodnie z tymi dokumentami energia jądrowa nadal nie jest uznawana za odnawialną, ale zdaniem niektórych państw członkowskich UE powinna w przyszłości odgrywać zdecydowaną rolę w produkcji paliw syntetycznych. Kwestia ta nadal pozostaje przedmiotem negocjacji.
Energochłonna produkcja
Wytwarzanie nafty, oleju napędowego i benzyny jako paliwa syntetycznego zazwyczaj opiera się na znanym od stulecia procesie Fischera-Tropscha. W metodzie tej długie łańcuchy węglowodorowe powstają z gazu syntezowego – mieszaniny wodoru (H) i tlenku węgla (CO) – a uzyskana w ten sposób „e-ropa naftowa” może być następnie rafinowana do paliw. Aby jednak zakwalifikować je jako „ekologiczne”, wodór musi być wytwarzany przy użyciu energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych zgodnych z dyrektywą RED II. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą elektrolizy. Z kolei tlenek węgla musi pochodzić z dwutlenku węgla (CO₂) uprzednio wyekstrahowanego z powietrza atmosferycznego (bezpośrednie wychwytywanie z powietrza).
Ostatnie badania wskazują, że cały ten proces – w tym odsalanie wody morskiej niezbędnej do produkcji wodoru – powoduje, że zawartość energii w e-ropie naftowej jest równoważna tylko w 1/3 lub nawet mniejszej od tej zużytej do jej wytworzenia. Późniejszy proces rafinacji wymaga jeszcze więcej energii. W rezultacie opcja ta jest uważana za wysoce energochłonną i nieekonomiczną w porównaniu z paliwami kopalnymi lub bezpośrednim wykorzystaniem energii elektrycznej w silnikach elektrycznych.
Nowe horyzonty w transporcie lotniczym i morskim
Obecnie jednak paliwa syntetyczne produkowane przy użyciu procesu Fischera-Tropscha są jedynym sposobem na redukcję niemal do zera śladu węglowego podczas lotów długodystansowych. Wraz z biogenicznymi zrównoważonymi paliwami lotniczymi (SAF), e-kerosen (rodzaj syntetycznego paliwa, ujmowany w podkategorii e-paliw odpowiednich dla lotnictwa) jest dziś postrzegany jako światełko w tunelu dla transportu lotniczego. A to dlatego, że produktem ubocznym procesu rafineryjnego, w którym powstaje e-kerosene jest odnawialny olej napędowy. Niektórzy uważają, że może to być przyszłość dla paliw syntetycznych przeznaczonych do transportu drogowego.
Nie będzie to jednak miało miejsca ani w perspektywie krótko-, ani średnioterminowej. Oczekuje się, że w Niemczech produkcja e-kerosene będzie stanowić 2% całkowitej produkcji w 2030 roku, czyli około 200 000 ton rocznie. Proces ten wygenerowałby również około 100 000 ton odnawialnego oleju napędowego. Odpowiada to jednak zaledwie 0,3% obecnego zużycia tego paliwa w Niemczech. Ze względu na ograniczoną dostępność i znacznie wyższe koszty, odnawialny olej napędowy będzie zatem wykorzystywany tylko w specjalnych zastosowaniach, w których nie ma technicznej i ekonomicznej alternatywy dla silnika wysokoprężnego lub jako domieszka do paliw kopalnych, podobnie jak dzisiejsze bioblendy w benzynie i oleju napędowym.
Paliwa syntetyczne są również poszukiwane w transporcie morskim. Duże statki towarowe, które obecnie napędzane są ciężkim olejem, wkrótce mają być tankowane e-metanolem (CH₄O). Firma żeglugowa Maersk zamówiła już 19 takich statków. E-metanol jest produkowany w oddzielnym procesie, bezpośrednio z zielonego wodoru i CO₂. Oprócz branży żeglugowej, produkt ten jest poszukiwany głównie w przemyśle chemicznym. Dalsze przetwarzanie na olej napędowy, choć możliwe, wiąże się z wysokimi kosztami.
W perspektywie długoterminowej myśli się także e-amoniaku (NH₃)jako paliwie wykorzystywanym przez transport morski. Współczesne technologie silnikowe nie są jednak gotowe na to paliwo, które w dodatku jest wysoce toksyczne. Jego stosowanie początkowo będzie miało sens tylko w dużych jednostkach pływających. Patrząc jednak w przyszłość to właśnie e-amoniak może zastąpić e-metanol. Wynika to z faktu, że do produkcji e-amoniaku potrzebny jest zielony wodór, a nie CO2. Wykorzystanie w procesie azotu (N) pozyskanego z otaczającego powietrza, jest znacznie bardziej wydajne niż wychwytywanie cząsteczek CO2.
Paliwa syntetyczne stanowią część zielonej gospodarki wodorowej, a tym samym są technologią przyszłości, której społeczeństwo pilnie potrzebuje do transformacji w kierunku bezemisyjnych rozwiązań. Jednakże, są one produkowane w bardzo różnych procesach i potrzebne do różnorodnych celów – w szczególności do dekarbonizacji żeglugi morskiej i lotnictwa. Aktualnie nie odgrywają więc znaczącej roli w europejskim ruchu drogowym.
Artykuł przedstawia wyniki badań przeprowadzonych przez Corporate Research & Development Division, który ściśle współpracuje z różnymi działami i oddziałami firmy DACHSER, jak również z DACHSER Enterprise Lab działającym przy Institut für Materialfluss und Logistik (IML) w Fraunhofer oraz innymi partnerami badawczymi i technologicznymi.
