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. Mogą też być 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 z 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 rozporządzeniami 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 jest nadal 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 zakwalifikowć je jako „ekologiczne”, wodór musi być produkowany przy użyciu energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych zgodnych z dyrektywą RED II. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą elektrolizy. 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 śladu węglowego podczas lotów długodystansowych, niemal do zera. Wraz z biogenicznymi zrównoważonymi paliwami lotniczymi (SAF), e-kerosen (rodzaj syntetycznego paliwa, odnoszący się do podkategorii e-paliw odpowiednich dla lotnictwa) jest dziś postrzegany jako światełko w tunelu dla przemysłu 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 metrycznych rocznie. Proces ten wygenerowałby również około 100 000 ton metrycznych 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 przemyśle morskim. Duże statki towarowe, które obecnie napędzane są ciężkim olejem, już wkrótce będą 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, to wiąże się również z wysokimi kosztami.
W perspektywie długoterminowej przemysł morski koncentruje się także na e-amoniaku (NH₃). Współczesne technologie silnikowe nie są jeszcze w pełni rozwinięte, a paliwo jest wysoce toksyczne, więc jego stosowanie ma sens tylko w dużych jednostkach pływających. Patrząc jednak w przyszłość, w nadchodzącej dekadzie, to właśnie paliwa syntetyczne mogą 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 są częścią zielonej gospodarki wodorowej, a tym samym 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 międzykontynentalnego transportu energii oraz dekarbonizacji żeglugi morskiej i lotnictwa. Aktualnie paliwa syntetyczne nie odgrywają znaczącej roli w europejskim ruchu drogowym.
