Paliwa syntetyczne (lub paliw syntetycznych ) jest mieszaniną węglowodorów nie pochodzących z ropy naftowej, ale otrzymanych z innego źródła, takiego jak węgiel lub węgiel brunatny , lub z gazu ziemnego (opcjonalnie) biogazu za pomocą procesu gazu cieczy (w) .
Benzyna syntetyczna została po raz pierwszy wyprodukowana na dużą skalę w czasie II wojny światowej przez niemiecki przemysł chemiczny w celu uzupełnienia niedoborów ropy dla Wehrmachtu i Luftwaffe . Podbite przez III Rzeszę terytoria faktycznie nie były dużymi producentami ropy (poza Galicją i Rumunią ), a wojna uniemożliwiła Niemcom kupowanie ropy z krajów produkujących ropę z okresu po 1940 r. Z drugiej strony siły niemieckie, zarówno lądowe, jak i lądowe. powietrza, byli ciężkimi konsumentami paliwa.
Różne procesy upłynniania węgla zostały opracowane przed II wojną światową. Eugène Houdry we Francji produkuje benzynę z węgla brunatnego (lata 20. XX w.), ale proces ten jest zbyt kosztowny i porzucono go w 1930 r. W 1920 r. dwóm niemieckim chemikom Fischer i Tropsch udało się skroplić gaz syntetyczny wytwarzany z węgla za pomocą Fischera- Proces Tropscha .
Inny proces opracowany przez Friedricha Bergiusa nazywa się „ skraplaniem bezpośrednim ”. Polega na reakcji wodoru z węglem i smołami w temperaturze 450 °C , pod ciśnieniem 200 atmosfer , w obecności katalizatora.
Silniki o wysokim stopniu sprężania mają tendencję do samozapłonu . Wysoka paliwo oktanowa jest zatem konieczne, aby uniknąć problemów. Od lat 30. do około 1980 r. wskaźnik ten był podwyższany przez dodanie tetraetyloołowiu sprzedawanego pod nazwą Ethyl. Firma Ethyl Gasoline Corporation założona przez Standard Oil (ESSO / EXXON) i General Motors dostarczała go w ilościach reżimowi nazistowskiemu jeszcze przed uruchomieniem niemieckiej fabryki, tuż przed inwazją na Polskę ; ponadto firma DuPont wymieniła informacje techniczne z IG Farben dotyczące chemii etylu , w celu opracowania procesu.
To niemieckie imperatywy wojskowe wymuszają stosowanie benzyny syntetycznej. Ze 108 tys. ton w 1933 r. produkcja wzrosła do 468 tys. ton w 1936 r., 901 tys. w 1939 r., 1136 tys. w 1941 r. i 1917 tys. w 1943 r., co jest rekordem. Specjalna syntetyczna benzyna lotnicza wzrosła z 67 054 ton w 1936 r. do 154 781 ton w 1939 r. Dla porównania eksploatacja szybów naftowych w Rzeszy osiągnęła w 1944 r. maksymalnie 1 989 000 ton. Szacuje się, że przemysł benzyn syntetycznych zadowolił prawie jedną trzecią Potrzeby niemieckie.
Produkuje je wiele fabryk, uzyskując różne plony. Niektóre znajdują się w obozach koncentracyjnych (Polska przez pewien czas będzie trzymać w Auschwitz jednostkę testową). Główny zakład produkcji benzyny syntetycznej znajdował się na terenie zakładu przemysłowego Blechhammer .
Fabryki te były celem bombardowań alianckich w 1940 r. Od drugiej połowy 1943 r. amerykański sztab generalny bardziej systematycznie atakował fabryki benzyny syntetycznej, po tym jak zaatakował przede wszystkim budowę samolotów i stocznie, sieć kolejową i elektrownie. Po operacjach desantowych alianci rozpoczęli wojnę powietrzną przeciwko tym fabrykom, aby wyłączyć z akcji niemieckie myśliwce. Najważniejsza operacja odbywa się w dniu12 maja 1944 r : większość z pięciu największych instalacji zostaje zniszczona przez 935 ciężkich bombowców w towarzystwie licznych myśliwców. W efekcie moce produkcyjne zmniejszają się o 570 tys. ton, w tym o 270 tys. dla lotnictwa.
Po klęsce nazistów powiązane dane techniczne i raporty zostały zebrane przez Anglo-American Technical Oil Mission (TOM). Rezygnacja z procesu Fischera-Tropscha do produkcji paliwa została narzucona później po odkryciu pól naftowych Arabii Saudyjskiej: szlak syntetyczny nie stanowił już opłacalnej alternatywy w stosunku do ropy naftowej.
Jednak w 1960 r. RPA rozwinęła ważny przemysł syntetycznych produktów naftowych. Została do tego zmuszona z dwóch powodów: sankcji gospodarczych nałożonych przez Zgromadzenie Ogólne Narodów Zjednoczonych od 1962 r. z powodu apartheidu , a następnie, znacznie później, przez wstrzymanie dostaw z Iranu . Iran był rzeczywiście jedynym dostawcą ropy do RPA, aż do rewolucji, która obaliła reżim szacha .
Paliwo syntetyczne można teoretycznie wyprodukować z dowolnego surowca zawierającego węgiel i wodór: węgla , biomasy (odpady rolnicze, domowe, przemysłowe itp.) lub gazu ziemnego . Kroki są następujące:
Mowa o CTL ( węgiel do cieczy , "z węgla do cieczy"), BTL ( biomasa do cieczy (en) , "z biomasy do cieczy"), GTL ( gaz do cieczy (en) , "gaz do cieczy" ) w zależności od surowca.
Główną redukcją ropy naftowej wynikającą z tego procesu jest generalnie paliwo, ponieważ jest to największy rynek zbytu. Paliwem tym jest benzyna lub olej napędowy , w zależności od wariantu technologicznego zastosowanego do konwersji Fischera-Tropscha.
Ten doskonałej jakości olej napędowy ma bardzo wysoką liczbę cetanową (spalanie): nie zawiera cząsteczek siarki ani aromatycznych ( benzen , toluen ), a jego spalanie wytwarza mniej drobnych cząstek niż tradycyjny olej napędowy. Ze względu na przepisy i mniejszą gęstość paliwo to jest obecnie stosowane w mieszance z olejem napędowym. Płynny, nie wymaga żadnej wymiany silników ani dedykowanej sieci dystrybucji… Te właściwości mogą, zdaniem jego promotorów, uczynić z niego czysty olej napędowy dla miast jutra.
US Air Force jest również przeprowadzenie szeroko zakrojony program testowy na całej swojej floty. Testy te, które zakończą się w 2011 r., mają na celu zmniejszenie jej zależności energetycznej poprzez 50% dostawę paliw syntetycznych.
Wyzwania ekonomiczne CTL są znaczne. Koszt jednostki przemysłowej to kilka miliardów euro. Ekonomicznym wskaźnikiem kosztu jednostki jest „cena ekwiwalentna ropy naftowej”, której wartości podawane przez producentów i w literaturze są niezwykle zmienne: od 35 do 90 dolarów za baryłkę .
Istotną stawką CTL jest niezależność energetyczna. Rzeczywiście jest wiele krajów bogatych w węgiel i stosunkowo ubogich w ropę, jak trzej giganci: Stany Zjednoczone, Chiny i Indie. To właśnie w tych krajach znajdujemy większość z trzydziestu projektów badanych w 2009 roku.
Międzynarodowy cena upłynniania węgla została przyznana w 2009 roku, D r . Theo Lee, wiceprezes i dyrektor ds. technologii w Headwaters CTL (USA), podsumowując konferencję.
Przy obecnym stanie wiedzy technicznej produkcja synpaliwa emituje tyle samo CO 2 co rafinacja, a tym bardziej, gdy jest produkowana z węgla. A stan techniki sprawia, że jest to bardzo energochłonna, a przez to droga metoda produkcji energii.
Jednak bilans środowiskowy instalacji do produkcji węglowodorów syntetycznych można znacznie poprawić i uzyskać przewagę nad konwencjonalną produkcją z ropy naftowej, dzięki wdrożeniu wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla , zwanego „CCS” od „ Wychwytywania i składowania dwutlenku węgla ”. Koszt CCS jest wysoki w bardziej ogólnie badanym przypadku elektrowni węglowych, głównie ze względu na złożoność oddzielania dwutlenku węgla od azotu w powietrzu. W jednostce produkującej paliwa syntetyczne koszt ten zmniejsza się o około 85%, ponieważ dwutlenek węgla jest oddzielany od azotu w samym procesie.
Rozwój BTL ( „ biomasy płynnej (in) ”), wariant gazéifications z biomasy stanowi alternatywę. Do biopaliw 2 th generacji produktów i korzystać ze wszystkich roślin, słomki, łodygi, drewno odpadowe i nie tylko nasiona lub owoce, takie jak biopaliwa dzisiaj. Ale branża BTL jest wciąż w powijakach. Chociaż wiele projektów badawczych jest w toku, żadna jednostka przemysłowa nie jest jeszcze aktywna. Jednak pilotażowe jednostki BTL mają wkrótce wejść do produkcji w Niemczech. Sektor BTL stoi przed poważnym problemem, ponieważ wymagane ilości biomasy są ogromne: konieczne jest zatem znalezienie wystarczającego „złoża”, a także rozwiązanie trudności logistycznych związanych z transportem całej tej biomasy do zakładu BTL.
„CBTL”, połączenie Coal-To-Liquids i BTL, oferuje szczególnie interesujące perspektywy z punktu widzenia ochrony środowiska. Na przykład, całkowita emisja „od studni do koła” oleju napędowego w jednostce zasilanej w 85% węglem i 15% biomasą i wyposażonej w CCS byłaby o 30% niższa niż w przypadku oleju napędowego produkowanego konwencjonalnie z ropy naftowej .
Shell i PetroSA uruchomiły średniej wielkości jednostkę GTL (Gas to Liquids) w 1993 roku: 12 500 baryłek dziennie dla zakładu Shell w Bintulu ( Malezja ), 24 000 baryłek dziennie dla zakładu PetroSA w Mossel Bay (RPA). Odrodzenie GTL (jeszcze do potwierdzenia) datuje się na lata 2000. Sasol , Chevron , Shell , ExxonMobil , Syntroleum (en) podpisali w szczególności umowy z Qatar Petroleum w Katarze , którego rezerwy gazu są znaczne, ale od tego czasu większość z nich projekty zostały anulowane. Pierwsza jednostka produkcyjna rozpoczęła produkcję na początku 2007 roku, Oryx GTL (34 000 baryłek dziennie), należący do Sasol i Qatar Petroleum. Shell rozpoczął również budowę pod koniec 2006 roku Pearl GTL , gigantycznej fabryki 140 000 baryłek dziennie. Łącznie wszystkie działające jednostki GTL powinny produkować około 250 000 baryłek dziennie do 2011 roku (całkowite wydobycie ropy wyniesie około 84 mln baryłek dziennie). W Nigerii budowany jest również inny duży projekt (Escravos GTL, 34 000 baryłek dziennie). Wszystkie inne przewidziane do tej pory projekty GTL zostały zawieszone, czy to w Algierii (Tinrhert 36 tys. baryłek dziennie), Egipcie , Indonezji , Boliwii, RPA itd. Ta ostatnia pozostaje wiodącym producentem paliw syntetycznych na świecie (200 tys. dzień), z jego wydobyciem z węgla. Chiny zaczyna również od paliw dużych projektów wyciągi z węgla .
International Energy Agency (IEA) szacuje moc zainstalowaną GTL jest na 2,4 mln baryłek dziennie do 2030 roku ... figura zostać wprowadzone do perspektywy z prognozą do ewolucji popytu na ten sam termin. 120 milionów baryłek dziennie.
W Marzec 2006w Europie trzech producentów samochodów ( DaimlerChrysler , Renault , VW ) i dwie firmy naftowe (Chevron, Shell) założyły AFSE ( Sojusz na rzecz paliw syntetycznych w Europie ), którego celem jest promocja tych paliw w Europie.
1 st lutego 2008, Airbus badania w warunkach rzeczywistych na pokładzie A380 zastosowanie GTL jako paliwa (zmieszanego z 60% nafty ) do jednej z czterech reaktorów samolotu.
Jednostka produkcyjna GTL wymagająca inwestycji od dwóch do trzech razy ważniejsza niż rafineria i dostępu do taniego surowca, do tej pory tylko projekty na dużą skalę ujrzały światło wielkich producentów gazu ziemnego (Bliski Wschód, Azja, Afryka). , w krajach, które widzą w tym dodatkowy sposób na jego promocję.
Pochodzący z zasobów węglowodorów wpływ paliw syntetycznych z sektora GTL na środowisko pozostaje umiarkowanie interesujący, nawet jeśli innowacje technologiczne mogą go poprawić. Z drugiej strony, wykorzystanie biomasy (BTL) może mieć interesujący potencjał środowiskowy i pod względem zależności energetycznej krajów nieeksportujących węglowodorów, nawet jeśli potencjał ten jest z konieczności ograniczony, biorąc pod uwagę duże ilości wymaganej biomasy.
Utrzymanie wysokich cen ropy naftowej powinno jednak sprzyjać rozwojowi sektorów GTL, a nawet CTL, a także sprawić, że paliwa syntetyczne zajmą znaczące miejsce w miksie energetycznym przyszłości.