Синтетическое топливо — углеводородное топливо, отличающееся от обычного топлива процессом производства, то есть получаемое путём переработки исходного материала, который до переработки имел неподходящие для потребителя характеристики.
Как правило, этот термин относится к жидкому топливу, полученному из твердого (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива. Такие процессы, как, например, процесс Фишера — Тропша, используются государствами, не обладающими запасами жидкого топлива.
Определение термина «синтетическое топливо»
Термин «синтетическое топливо» имеет несколько различных значений и может относиться к различным видам топлива. «Международное энергетическое агентство» традиционно определяет «синтетическое топливо» как любое жидкое топливо, полученное из угля или природного газа. Энергетическая информационная ассоциация США в своём ежегодном отчёте за 2006 год определяет синтетическое топливо как топливо, полученное из угля, природного газа, биомассы или корма для животных путём химической конверсии в синтетическое масло и/или синтетические жидкие продукты. Другие виды синтетического топлива используются в качестве присадок к традиционному топливу и позволяют повысить производительность двигателя внутреннего сгорания (метанол, этанол и т. д.) или же используются для специальных задач, таких как ракетное топливо (гидразин, синтин и т. д.). Многочисленные определения синтетического топлива включают топливо, произведённое из биомассы, а также из промышленныx и коммунальныx отходов.
С одной стороны, «синтетическoe» означает, что топливо производится искусственно. В отличие от синтетического, обычное топливо получают разделением сырой нефти на отдельные фракции (перегонкой, ректификацией и т. д.) без химического модифицирования компонентов. Однако различные химические процессы также могут быть использованы и при производстве традиционного топлива. Понятие «синтетическое» может означать, с другой стороны, что топливо было произведено химическим синтезом, то есть получением соединения более высокого уровня из нескольких низших. Это определение относится, в частности, к топливам XtL (сырьё в жидкости), в которых сырьё сначала разлагается и превращается в синтез-газ, состоящий из низших соединений (H2, CO и т. д.), из которых затем получают высшие углеводороды (синтез Фишера-Тропша). Однако даже при получении обычных видов топлива химические процессы могут быть частью производственного процесса. Например, углеводороды со слишком длинной углеродной цепью путём так называемого крекинга могут быть преобразованы в продукты с более короткой цепью — так получают бензин и дизельное топливо. В результате провести чёткое отличие традиционного топлива от синтетического невозможно. И хотя точного определения не существует, термин «синтетическое топливо» обычно относят к топливу XtL.
Разница же между синтетическим и альтернативным видами топлива заключается в методике их применения: альтернативное автомобильное топливо может требовать более серьезной модификации двигателя или топливной системы, или даже использования двигателя нетрадиционного типа (например, парового).
История
Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени, до 30 % в отдельные годы, удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Как считал «личный архитектор Гитлера» Альберт Шпеер, в техническом отношении Германия потерпела поражение 12 мая 1944 года, когда вследствие массированных бомбардировок союзников было уничтожено 90 % заводов, производящих синтетическое горючееФ. В. фон Меллентин. Бронированный кулак вермахта. Смоленск: «Русич», 1999. 528 с. («Мир в войнах») ISBN 5-8138-0088-3Как из-за нехватки нефти нацистская Германия проиграла Вторую мировую войну // ИноСМИ.ру, июль 2018.
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 компании-производители такого топлива часто получают государственные субсидии и производят «синтетическое топливо» из смеси угля с биологическими отходами. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления особенностями налоговой системы корпорациями. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы, поэтому его добавляют к обычному дизельному топливу для снижения уровня серы, что необходимо для маркетирования дизтоплива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к его качеству (например, в Калифорнии).
Сейчас использование технологии Фишера — Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50—55 долларов за баррель.Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды, уровень которого составляет от 5 до 7 галлонов на каждый галлон полученного топлива.
Нетрадиционная нефть
Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода, чем уголь, 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 течёт от венесуэльско-бразильской границы 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.ТОРЖЕСТВЕННОЕ ВРУЧЕНИЕ ПРЕЗИДЕНТОМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДМИТРИЕМ МЕДВЕДЕВЫМ ПРЕМИЙ «ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ». Э. П. Волков. , 2008, стр 10
Изооктан Изооктан применяют как добавку при производстве бензинов, для повышения их антидетонационных свойствWerner Dabelstein et al. Automotive Fuels // Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry — 2007, Wiley-VCH, Weinheim. . Изооктан используют в производстве авиационных бензинов, к которым предъявляют требование высоких антидетонационных свойств. (нaпр. Смесь № 1: 60 % Б-70, 20 % изооктана и 20 % неогексана.) B промышленности изооктан получают гидрированием диизобутилена над катализатором, например, медно-хромовым, или алкилированием изобутана изобутиленом в присутствии концентрированной серной кислоты, AlCl3, BF3 или других катализаторов.
Полимербензин Полимербензин обычно имеет октановое число 82—84 (моторный метод) или 96—97 (исследовательский метод) и очень хорошие смесительные характеристики: в смеси с другими бензинами он ведет себя как продукт с октановым числом 90—130 (моторный метод), в зависимости от природы компонентов, с которыми его смешивают.
Биотопливо
Жидкое (например, этанол, метанол, биодизель), и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород) биотопливо для двигателей внутреннего сгорания ( транспортное биотопливо) существует в основном как этанол и биодизель. В 2014 году этанол составлял 74 % рынка транспортного биотоплива, биодизель — 23 % (преимущественно в форме метиловых эфиров жирных кислот), гидрированное растительное масло (HVO) — 3 %. Эти виды топлива производятся из пищевого сырья. Этанол получают из сахарного тростника (61 %) и из зерна (39 %). Основными видами сырья для производства биодизеля являются соя и рапс. Попытки коммерциализации жидких биотоплив из источников, не конкурирующих с производством продуктов питания, пока не привели к статистически значимым рыночным результатам.
Pезкий 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 отнимаются от фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).От биотоплива пока больше вреда, чем пользы // Алексей Гиляров
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.
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.
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.Авто@Mail.Ru
Диметилфуран Диметилфуран рассматривается как потенциальное биотопливо, которое может заменить этанол. Диметилфуран имеет на 40 % более высокую плотность энергии, чем этанол, поэтому он сопоставим с бензином. Он химически стабилен и, в отличие от этанола, не впитывает влагу из атмосферы. Кроме того, у диметилфуранa более низкая температура испарения.
Метилтетрагидрофуран Метилтетрагидрофуран — жидкое биотопливо (дизель) растительного происхождения, которое может применяться и как горючее, и как кислородная добавка к топливу.
Триацетин Данный триглицерид — является эфиром глицерина и уксусной кислоты. Это синтезированное химическое соединение может применяться в качестве добавки к топливу в качестве антидетонационной присадки, которая снижает детонацию двигателя при использовании бензина, и улучшает устойчивость к низким температурам и вязкостные характеристики биодизеля.
Микодизель