Paliwa syntetyczne - obietnica czy jedynie szum informacyjny? Zielone tankowanie wciąż za drogie
Testowane przez Porsche paliwa eFuels, jak głoszą oficjalne komunikaty, wykorzystują CO2 i wodór, a do ich produkcji wykorzystuje się energię odnawialną. Efektem końcowym jest ciecz, którą silnik spala tak samo jak benzynę z ropy naftowej, ale zarówno proces produkcji, jak i spalanie mają być całkowite neutralne pod względem emisji.
Porsche nie jest pierwszym producentem samochodów, który testuje czystsze paliwa zastępujące pochodne ropy naftowej. Audi wyprodukowało swoją pierwszą partię e-diesla w 2015 r., przychylnie o paliwach syntetycznych wypowiadają się Bentley, Mazda i McLaren. Mercedes-Benz zajął przeciwne stanowisko - szef działu badawczo-rozwojowego Markus Schäfer powiedział w 2020 r. brytyjskiemu dziennikowi "Autocar", że e-paliwo nie jest realną opcją i że producent koncentruje się wyłącznie na elektrycznych projektach.
Również w lutym 2021 r. holenderski oddział Air France-KLM przeprowadził lot pasażerski z Amsterdamu do Madrytu, który według przewoźnika był pierwszym na świecie, w którym zastosowano syntetyczne paliwo lotnicze wyprodukowane w sposób zrównoważony.
Boeing 737-800 miał na pokładzie 500 litrów paliwa wyprodukowanego przez Royal Dutch Shell (2), co stanowi ponad 5 proc. całkowitego zapotrzebowania na tę trasę. Pasażerowie nie zauważyli różnicy. Paliwo dla lotu KLM zostało wyprodukowane w laboratorium Shella przy użyciu dwutlenku węgla wychwyconego z największej w Europie rafinerii ropy naftowej w Pernis, niedaleko Rotterdamu, oraz z farmy bydła w północnej Holandii. Marjan van Loon, prezes Shella w Holandii, powiedział, że obecnie celem jest przekształcenie paliwa syntetycznego z "czegoś, co jest technicznie możliwe, w coś, co jest ekonomicznie opłacalne", przez obniżenie kosztów i przyspieszenie produkcji.
Jest ekologicznie ale…
Przed pandemią covid-19 spalanie paliw w transporcie towarów i pasażerów odpowiadało za 24 proc. emisji dwutlenku węgla na świecie. Pomimo znacznego rozwoju alternatywnych źródeł energii, według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, prawie 95 proc. energii wykorzystywanej w transporcie na świecie nadal pochodzi z paliw ropopochodnych, takich jak benzyna i olej napędowy. Pandemia mogła tymczasowo ograniczyć nasze potrzeby paliwowe, ale prognozy Międzynarodowej Agencji Energii wskazują, że zapotrzebowanie na paliwa kopalne będzie nadal rosło do 2040 roku, a może nawet dłużej.
Jak w tej sytuacji realizować cel "zerowej emisji", który jest na ustach wszystkich? W raporcie brytyjskiej Royal Society z 2019 r. omówiono różne propozycje, od elektryfikacji po energię wodorową, ale zwrócono uwagę na paliwa syntetyczne jako obiecujące rozwiązanie długoterminowe. Istnieją jednak spore przeszkody na drodze do ich przyjęcia.
"Lotnictwo i żegluga morska to obszary trudne do zdekarbonizowania", zauważa Graham Hutchings, profesor chemii na uniwersytecie w Cardiff, który był członkiem zespołu odpowiedzialnego za przygotowanie raportu Royal Society. Kluczową kwestią przy przyjmowaniu akumulatorów jako źródła paliwa jest stosunek ilości energii przenoszonej przez jednostkę do zajmowanej przez nią przestrzeni. Jak twierdzi Hutchings, istniejąca technologia akumulatorów nie oferuje jeszcze wystarczająco wydajnego stosunku energii do objętości dla ciężarówek, samolotów i frachtowców morskich. Będą one musiały polegać na paliwach spalinowych, dopóki nie zostanie opracowana lepsza technologia akumulatorów.
Według Royal Society, najlepszym sposobem na szybsze przejście na czysty transport są paliwa syntetyczne oparte na węglu, które mogą zastąpić istniejące paliwa kopalne. Obecnie trwają prace nad dwiema szerokimi kategoriami paliw syntetycznych: elektropaliwami i biopaliwami syntetycznymi.
Elektropaliwa (lub w skrócie e-paliwa) to paliwa syntetyczne, których produkcja odbywa się przy użyciu energii elektrycznej. Aby e-paliwa były neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, energia elektryczna musi pochodzić ze źródeł nieemitujących dwutlenku węgla. E-paliwa mogą być produkowane w mniejszym lub większym stopniu z powietrza, jak wykazał zespół badawczy ze szwajcarskiego uniwersytetu naukowego ETH Zurich w 2019 roku.
W procesie podobnym do ekologicznej produkcji amoniaku wychwycili oni CO₂ i parę wodną z powietrza, a następnie wykorzystali energię słoneczną do wytworzenia paliwa lotniczego. Dalej CO₂ i woda wydobyte z atmosfery były podawane do reaktora zasilanego energią słoneczną. Wewnątrz reaktora skoncentrowane światło słoneczne wytwarza wysoką temperaturę (do 1500ºC). Wnętrze reaktora stanowi ceramika wykonana z tlenku ceru (CeO₂), w której zachodzi reakcja utleniania-redukcji. Na etapie redukcji ciepło usuwa tlen z CeO₂. Następnie dodawany jest CO₂ i woda, w wyniku czego powstaje "syngaz" - mieszanina wodoru i tlenku węgla. Pozostały tlen jest pobierany przez ceramiczne wnętrze reaktora i ponownie tworzy CeO₂ (utlenianie), dzięki czemu jest on gotowy do rozpoczęcia procesu od nowa. Syngaz może być przekształcony w substytut ropy naftowej, który następnie może być rafinowany na paliwa, w tym naftę lotniczą i benzynę.
Biopaliwa, biodiesle i bioetanole są wytwarzane przy użyciu różnych procesów chemicznych, termicznych i biologicznych.
Jak na razie jednak jest mnóstwo wyzwań związanych ze skalowaniem produkcji i wykorzystania paliw syntetycznych. Przede wszystkim potrzeba wydajniejszych i bardziej ekonomicznych sposobów przekształcania wody w wodór. Royal Society oblicza, że syntetyczny olej napędowy będzie kosztował około 5 USD/litr, przy czym koszt ten będzie się różnił w zależności od kosztu ekologicznej energii elektrycznej. Koszt oleju napędowego produkowanego z paliw kopalnych wynosi obecnie średnio 0,86 USD/l. "Bez dalszego rozwoju i zwiększenia skali", pisze Royal Society, "jest mało prawdopodobne, aby efuels były ekonomicznie konkurencyjne bez wsparcia rządowego".
Według stanu na lipiec 2019 r. światowa komercyjna zdolność produkcji paliw syntetycznych na świecie wynosiła ponad 240 tysięcy baryłek dziennie. Droga do opłacalności jest jednak daleka i mocno niepewna.
Mirosław Usidus
Zobacz także:
Paliwa płynne
Schyłek ery paliw kopalnych
