Syntetyczne paliwa - ratunek dla samochodów z silnikami tłokowymi?

Przyszłość silników spalinowych jest zagrożona? Niekonieczne. Rozwiązanie na to znalazła firma Porsche, która mimo rozwoju technologii elektryfikacji swoich pojazdów, zainteresowała się paliwami syntetycznymi, powstałymi z dwutlenku węgla.

Paliwa kopalne stają się coraz większą kulą u nogi na całym świecie, ale głównie w Europie. To właśnie na Starym Kontynencie najwięcej mówi się o zaprzestaniu korzystania z pojazdów wykorzystujących do zasilania napędy konwencjonalne, a tym samym ograniczenie emisji substancji szkodliwych spalin, w tym dwutlenku węgla.

Nie da się ukryć, że ten kierunek w galopującej erze przemysłu i rozwoju technologicznego stał się kluczowym. Ocieplenie klimatu, pogłębiające się na skutek emisji gazów cieplarnianych, może doprowadzić do zagłady wszystkiego, co przez setki, jak nie tysiące lat, zbudował człowiek.

Przewiduje się, że do 2050 r. fale upałów będą przyczyną 120 000 zgonów rocznie w Unii Europejskiej i będą przekładały się na koszt gospodarczy rzędu 150 mld EUR, jeżeli nie zostaną podjęte żadne dalsze środki.

– wyjaśnia dla Europejskiej Agencji Środowiska Bettina Menne, kierownik programu w WHO dla Europy.

Transport jest istotny

Zgodnie z raportem opublikowanym przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC), transport odpowiada globalnie za 23 proc. emisji CO2 oraz za pochłanianie 28 proc. produkowanej energii, co w efekcie przyczynia się do powstawania zjawiska globalnego ocieplenia. Aby z tym walczyć konieczne są zdecydowane działania na rzecz ograniczenia liczby pojazdów albo zmiany sposobu ich zasilania.

Zobacz wideo Porsche Taycan to dowód na to, że elektromobilność może być skrajnie ekscytująca. Sprawdzamy auto sportowe nowej ery

Choć w teorii jest to łatwe, to w rzeczywistości jest zupełnie inaczej. Dwa lata temu serwis CitiLab zauważył, że z roku na rok ludzie coraz więcej podróżują. Zgodnie z przedstawionymi danymi w ciągu pierwszego półrocza (2018), Amerykanie przejechali łącznie 1,58 bln mil. Było to o 5,2 mld mil więcej niż w tym samym okresie rok wcześniej (2017). To właśnie wtedy, pierwszy raz od 40 lat, głównym emiterem CO2 stał się sektor transportu, przeganiając przemysł energetyczny, a to było dwa lata temu!

Konieczna jest walka o zrównoważone środowisko, ale nie może się to odbyć kosztem przywilejów, do których przywykliśmy. Europa pokłada nadzieję w elektryfikacji transportu. Przykład może stanowić Warszawa, która jako jedno z nielicznych miast Europy, posiada w swoim taborze autobusowym prawie 12 proc. pojazdów zasilanych wyłącznie energią elektryczną. To bez wątpienia chwalebne i dla mieszkańców stolicy Polski ekologiczne.

Problem polega jednak na wytwarzaniu energii. Nowa era – tak przynajmniej niektórzy to nazywają – ma być zeroemisyjna. Zgoda, w momencie, jeżeli produkowana energia będzie pochodzić z odnawialnych źródeł energii (OZE). Jeżeli tak nie będzie to problem nadal nie zostanie rozwiązany. Porsche to rozumie. W swoim portfolio, marka słynąca z szybkich i sportowych samochodów, w ostatnim czasie zaoferowała model w pełni elektryczny – Taycan. Jednak mimo to nadal szuka rozwiązania, które pozwoliłoby uchować obecne konstrukcje, które przecież są sztandarem inżynieryjnego rzemiosła.

Paliwo syntetyczne od Porsche

Zgodnie z informacjami podanymi przez niemieckiego producenta, chce on wyłapywać związek węgla i produkować z niego paliwo. W teorii brzmi to wyjątkowo banalnie. W praktyce jest zupełnie odwrotnie. Tego typu pomysły nie są pierwszymi. Kilka lat temu podobny pomysł miało Audi, które chwaliło się opracowaniem syntetycznego paliwa. Wtedy mówiono jednak o zastępstwie dla oleju napędowego, a nie klasycznej benzyny.

Przedstawiciele Porsche są świadomi ograniczeń, które są zapowiadane przez niektóre europejskie kraje. Jednak jak podkreślają „nie jesteśmy Europą jednej prędkości”. Z tego względu prace nad paliwem syntetycznym są istotne. W końcu w wielu państwach będzie ono konieczne do zasilenia hybryd typu plug-in, czy do starszych aut wyposażonych jedynie w silniki konwencjonalne.

W końcu na świecie jest ok 2 mld pojazdów. przejście na elektromobilność nie spowoduje, że auta, które widujemy na co dzień w magiczny sposób znikną. Dlatego trzeba dostosować je do bycia bardziej eko. W tym może pomóc infrastruktura.

Przez lata na całym świecie rozwijano sieć stacji tankowania. Dzięki temu miejsce do „zalania” benzyny czy oleju napędowego znajdziemy nawet w najdziwniejszych zakątkach globu. O wiele gorzej wygląda sieć stacji ładowania pojazdów, która tak naprawdę dopiero jest tworzona.

Tworzenie paliwa syntetycznego

W procesie powstawania paliwa syntetycznego (proces MTG wynaleziony w 1975 roku) niezbędne są m.in.: woda, dwutlenek węgla oraz energia. Dzięki elektrolizie wody tworzony jest wodór oraz tlen. Następnie potrzebny jest metanol, otrzymywany przez reforming z parą wodną gazu ziemnego i przekształcenie do postaci gazu syntezowego.

W procesie tym metanol jest najpierw przetwarzany na eter dimetylowi. Następuje to po przepuszczeniu go przez stałe złoże gamma-aluminium pod ciśnieniem (15-175 psig – różnica ciśnienia zmierzonego i ciśnienia atmosferycznego).

Konwersja ta jest bardzo egzotermiczna, ponieważ na funt metanolu przypada 750 BTU (brytyjska jednostka ciepła) ciepła. Eter metylowy jest następnie przepuszczany przez złoże stałe w postaci selektywnego zeolitu ZSM-5 w celu wytworzenia paliw płynnych w 75% selektywności przy 100 proc. konwersji. W ten sposób 90 proc. węgla zawartego w metanolu zostaje przetworzone na benzynę. Paliwa ciekłe mają wartość C12 i są niższe, co jest optymalne dla zakresu benzynowego. Produkty gazowe o stężeniu 25 proc. to głównie C3s i C4s i są w odpowiedniej równowadze dla benzyny wysokooktanowej.

– wyjaśnił Arthur M. Brownstein, in książce „Renewable Motor Fuels” z 2015.

Dlaczego jeszcze się nad tym nie pracuje?

Choć paliwo syntetyczne brzmi jak rozwiązanie wielu transportowych problemów, to jest ono problematyczne. Otóż do jego produkcji potrzebna jest energia i to jej znaczne pokłady. Tym samym wykorzystywanie tej powstałej przy wykorzystaniu surowców kopalnych mija się z celem.

Tworzenie paliw syntetycznych jest znane od początku XX wieku. O zasadności produkowania paliw syntetycznych w tym momencie będziemy mogli mówić w momencie obniżenia stężeń substancji szkodliwych emitowanych z silników spalinowych zużywających te paliwa oraz ograniczenia emisji substancji szkodliwych emitowanych w czasie produkcji paliw. W przypadku paliw syntetycznych potrzebna jest duża ilość energii do samej produkcji paliwa. Sens takiej produkcji będzie tylko wtedy, gdy energia ta nie będzie pochodziła ze spalania paliw kopalnych. Niewątpliwą zaletą paliw syntetycznych są zbliżone do konwencjonalnych paliw parametry fizyko-chemiczne. W zależności od pochodzenia paliwa trzeba będzie jednak zweryfikować wpływ tego paliwa na chociażby systemy zasilania silników spalinowych.

– wyjaśnia Mateusz Bednarski z Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej

Porsche swoją produkcję będzie prowadzić w Chile (na początku), gdzie znajduje się elektrownia wiatrowa. Wraz z firmami Siemens i ExxonMobil ma cel wyprodukowania do 2022 roku 130 tys. litrów paliwa. Grant przeznaczony na ten cel opiewa na 8 mln euro. Warto też dodać, że na wyprodukowanie litra paliwa potrzeba dwóch litrów wody. Z tego względu Porsche skupiło się na wykorzystaniu wody morskiej. Wydajność elektrolizy w tym przypadku wynosi ok. 70 proc.

Przedstawiciele Porsche w zagadnieniu paliw syntetycznych poruszyli jeszcze jeden problem. Według nich np. w Europie Środkowej łatwiej jest przesyłać energię niż wykonywać konwersję na e-metanol, czy e-benzynę. Jednak w dobie szukania rozwiązań, każdy pomysł mający na celu uratowanie ery silników tłokowych jest warty ryzyka. Ponadto nowoczesny transport nie może być oparty na tylko na jednej technologii. Dywersyfikacja to najlepsze co może być. Nie tylko dla statystycznego Kowalskiego, ale również dla producentów. To w końcu od dostępnych technologii zależą ich siły produkcyjne oraz serwisowe.

Więcej o:
Copyright © Agora SA