Synfuel là gì?

Các cuộc thảo luận về độc lập năng lượng, năng lượng tái tạo và sự nguy hiểm của khí thải carbon đã trở thành một phần quan trọng trong các cuộc thảo luận chính trị ở Hoa Kỳ. Tất cả mọi người, từ tổng thống cho đến người cầm tấm biển "cấm chiến tranh vì dầu mỏ" tại một cuộc biểu tình công khai dường như quan tâm đến những cách tìm kiếm các giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Nhưng không phải tất cả các sản phẩm thay thế được tạo ra như nhau. Một số tốt hơn cho môi trường; một số không. Một số là nguồn năng lượng tái tạo; một số không. Nhiên liệu tổng hợp , aka synfuels , chỉ là một trong nhiều giải pháp trên bàn để giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng đang phát triển.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, thuật ngữ "tổng hợp" có thể gây hiểu nhầm. Nó không nhất thiết có nghĩa là nhiên liệu không tự nhiên hoặc nhân tạo. Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ định nghĩa nhiên liệu tổng hợp là bất kỳ loại nhiên liệu nào "được sản xuất từ ​​than đá, khí đốt tự nhiên hoặc nguyên liệu sinh khối thông qua chuyển đổi hóa học" [nguồn: Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. Sự chuyển đổi đó tạo ra các chất giống về mặt hóa học như dầu thô hoặc nhiên liệu đã qua chế biến, nhưng được tổng hợp thông qua các phương tiện nhân tạo. Dầu thô thông thường xuất hiện tự nhiên trong môi trường và được sử dụng để sản xuất nhiều loại nhiên liệu khác nhau như xăng và dầu diesel. Nguyên liệu thô tổng hợp, nguyên liệu thô được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, phải chịu những biến đổi hóa học và vật lý mạnh để có thể sử dụng như dầu thô hoặc nhiên liệu đã qua chế biến.

Lịch sử của nhiên liệu tổng hợp đã trở lại xa hơn bạn có thể nghĩ, mặc dù nghiên cứu và phát triển đã đạt đến đỉnh cao trong những năm gần đây. Synfuels lần đầu tiên được nghiên cứu ở Đức vào năm 1923, khi hai nhà khoa học phát triển một quá trình gọi là phản ứng Fischer-Tropsch . Quá trình này, được họ đặt tên cho chính mình, bao gồm việc chuyển đổi khí thành nhiên liệu lỏng. Mặc dù có những lựa chọn thay thế cho quy trình Fischer-Tropsch, nhưng nó là phương pháp được thử nghiệm rộng rãi nhất và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để tạo ra nhiên liệu tổng hợp.

Trong lịch sử, nhiên liệu tổng hợp lần đầu tiên được sử dụng rộng rãi để cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện quân sự ở Đức trong Thế chiến thứ hai. Trữ lượng dầu hạn chế giữa các cường quốc phe Trục đã khiến các lựa chọn tổng hợp trở thành một sự thay thế cần thiết [nguồn: Becker ]. Vào những năm 1970, nhiên liệu tổng hợp được nghiên cứu rất nhiều ở Hoa Kỳ trong bối cảnh tình trạng thiếu dầu trên diện rộng. Nghiên cứu đó cuối cùng đã dừng lại, nhưng đã chứng kiến ​​một sự gia tăng khác gần đây, vì mối quan tâm về tính độc lập và bền vững của năng lượng đã trở thành những điểm chính trị quan trọng. Các quốc gia khác đã sử dụng nhiên liệu tổng hợp rộng rãi hơn. Ví dụ, ở Nam Phi, nhiên liệu tổng hợp làm từ than đá và khí đốt tự nhiên đã là một phần quan trọng của nền kinh tế dầu mỏ trong 30 năm.

Để tìm hiểu về các loại nhiên liệu tổng hợp khác nhau và cách sản xuất mỗi loại, hãy đọc tiếp.

Để hiểu cách thức các loại nguyên liệu thô khác nhau có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu tổng hợp lỏng, trước tiên bạn cần hiểu cách thức hoạt động của nhiên liệu. Dầu , và các sản phẩm như xăng làm từ dầu, được tạo thành từ các chuỗi phân tử hữu cơ dài được gọi là hydrocacbon (vì chúng chứa hydro và carbon). Khi các hydrocacbon đó bị đốt cháy, chúng bị phân hủy và giải phóng năng lượng, được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho động cơ ô tô, xe tải, máy bay, v.v ... Hầu hết các vật chất hữu cơ, bao gồm dầu, than, khí đốt tự nhiên, chất thải thực vật và nước thải, đều có chứa hydrocacbon. Động cơ ngày nay được thiết kế để hoạt động với nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu như xăng. Để nhiên liệu tổng hợp hoạt động trong các động cơ đó, các hydrocacbon của chúng phải được tái cấu trúc để chúng giống với các hydrocacbon có trong dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ.

Về cơ bản có hai loại nhiên liệu tổng hợp, dầu thô tổng hợp ( Syncrude ), và Fischer-Tropsch lỏng .Công loại đầu tiên bao gồm nguyên liệu và quy trình được sử dụng để sản Syncrude , hoặc dầu thô tổng hợp. Dầu thô tổng hợp có thể được sử dụng cho các mục đích tương tự như dầu thô thông thường. Nó được sử dụng như một nguyên liệu thô. Giống như dầu thô thông thường, dầu thô phải được tinh chế và xử lý để tạo ra các dạng nhiên liệu thương mại dựa trên dầu mỏ khác nhau như dầu diesel , xăng và dầu hỏa .

Ba nguồn gây ô nhiễm môi trường phổ biến nhất là dầu siêu nặng , đá phiến dầu và cát dầu . Mỗi vật liệu đó xuất hiện tự nhiên giống như dầu thông thường, nhưng chúng có các tính chất vật lý và lượng tạp chất khác nhau. Ví dụ, đá phiến dầu là đá, và cát dầu là hỗn hợp hắc ín của cát và bitum chứa dầu . Các nguyên liệu nạp đồng bộ này được tiếp xúc với các mức nhiệt, áp suất và thao tác vật lý khác nhau để tạo ra một chất có cùng sự sắp xếp các hydrocacbon như dầu thô tự nhiên.

Xử lý nguyên liệu thô có xu hướng gây hại cho môi trường. Vì chúng yêu cầu chế biến nhiều hơn dầu thô, chúng tạo ra nhiều khí thải CO ₂ và các chất ô nhiễm khác [nguồn: Bộ Nội vụ Hoa Kỳ ]. Ngoài ra, thu thập nguyên liệu thô thường liên quan đến các hoạt động có hại cho môi trường như khai thác dải. Một lợi thế để đồng bộ hóa nhiên liệu thay thế cho dầu là trên thế giới có trữ lượng đáng kể chưa được khai thác của dầu cực nặng, đá phiến dầu và cát dầu. Tất nhiên, giống như dầu mỏ, những nguồn tài nguyên đó không bền vững. Cuối cùng chúng cũng sẽ cạn kiệt.

Đọc tiếp để tìm hiểu về cách sản xuất nhiên liệu tổng hợp Fischer-Tropsch.

Loại nhiên liệu tổng hợp thứ hai, thường được gọi là chất lỏng Fischer-Tropsch, sử dụng nguyên liệu thô có thể chuyển đổi trực tiếp thành nhiên liệu lỏng khả thi về mặt thương mại, về cơ bản bỏ qua bước đồng bộ hóa. Các nguyên liệu phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp Fischer-Tropsch bao gồm khí tự nhiên , than và sinh khối (thực vật và chất thải thực vật). Trong tổng hợp FT, nguyên liệu nạp phải chịu nhiệt rất cao - 1.900 độ F (1.037,7 độ C) hoặc cao hơn - và áp suất để tạo ra hỗn hợp cacbon monoxit và hydro được gọi là khí tổng hợp (hoặc khí tổng hợp ) [nguồn: Van Bibber]. Bước này của quy trình làm cho nhiên liệu lỏng Fischer-Tropsch sạch hơn nhiều so với nhiên liệu được sản xuất từ ​​dầu thô hoặc dầu thô. Các tạp chất như kim loại nặng có thể dễ dàng được loại bỏ khỏi bộ khí hóa sau khi khí tổng hợp được lọc ra. Các khí như carbon và lưu huỳnh có thể được lọc ra để chúng không trở thành chất ô nhiễm khi nhiên liệu cháy.

Tiếp theo, khí tổng hợp được cô đặc thành dạng lỏng. Một lần nữa được đặt dưới nhiệt độ và áp suất cao, một chất xúc tác được đưa vào quá trình này, thường là một hợp chất có chứa sắt hoặc coban. Chất xúc tác kích hoạt phản ứng hóa học giữa hydro và carbon monoxide, tạo ra các chuỗi hydrocacbon dài. Các chất xúc tác khác nhau có thể tạo ra các cấu trúc hydrocacbon khác nhau. Các hydrocacbon này sau đó được làm lạnh và ngưng tụ thành dạng lỏng, và được lọc. Cùng với các dạng tổng hợp của nhiên liệu diesel hoặc xăng , quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch có thể sản xuất dầu nhờn công nghiệp, dầu hỏa và các sản phẩm khác.

So với các sản phẩm đồng bộ, chất lỏng Fischer-Tropsch cháy sạch hơn nhiều. Các loại nhiên liệu tổng hợp này hầu như không có khí thải dạng hạt, chứa ít nitơ oxit hơn so với nhiên liệu truyền thống và ít phát thải khí carbon monoxide hơn [nguồn: Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ ]. Tất nhiên, những loại nhiên liệu tổng hợp sử dụng tài nguyên tái tạo làm nguyên liệu (như sinh khối) sẽ tốt hơn cho môi trường về lâu dài so với những loại sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu.

Chính phủ Hoa Kỳ có lợi ích nhất định đối với nhiên liệu tổng hợp, vì nó có khả năng tiếp cận dồi dào với các nguồn nguyên liệu như than, khí đốt tự nhiên và chất thải thực vật. Chỉ tính đến một loại nhiên liệu tổng hợp, ước tính có khoảng 1,3 gigatons sinh khối chưa sử dụng ở Hoa Kỳ có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp [nguồn: Liên minh than chất lỏng ]. Vì vậy, quân đội Hoa Kỳ và các cơ quan chính phủ khác đã thúc đẩy nghiên cứu nhiên liệu tổng hợp trong những năm gần đây. Các quốc gia khác như Trung Quốc và Đức cũng đã đầu tư gần đây vào việc khám phá công nghệ nhiên liệu tổng hợp [Nguồn: Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ ]. Trong khi công nghệ nhiên liệu tổng hợp đầy hứa hẹn, chi phí sản xuất cao hơn nhiều so với xăng từ dầu. Vì vậy, nó rất có thể sẽ không thay thế dầu trừ khi giá dầu tăng đột biến.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn