Le discussioni sull'indipendenza energetica, sulle energie rinnovabili e sui pericoli delle emissioni di carbonio sono diventate una parte importante del discorso politico negli Stati Uniti. Tutti, dal presidente al tizio con il cartello "no war for oil" durante una protesta pubblica, sembrano interessati a trovare alternative ai combustibili fossili. Ma non tutti i sostituti sono creati uguali. Alcuni sono migliori per l'ambiente; alcuni no. Alcuni sono fonti di energia rinnovabili; alcuni no. Combustibili sintetici , alias sincombustibili , sono solo una delle tante soluzioni sul tavolo per risolvere la crescente crisi energetica.
In questo caso, però, il termine "sintetico" può essere fuorviante. Non significa necessariamente che i combustibili siano innaturali o artificiali. La US Energy Information Administration definisce combustibile sintetico qualsiasi combustibile "prodotto da carbone, gas naturale o biomassa materie prime attraverso la conversione chimica" [fonte:US Energy Information Administration]. Tale conversione crea sostanze chimicamente identiche al petrolio greggio o ai combustibili trasformati, ma sono state sintetizzate con mezzi artificiali. Il petrolio greggio convenzionale si trova naturalmente nell'ambiente e viene utilizzato per produrre una varietà di combustibili come benzina e diesel. Le materie prime di combustibili sintetici, le materie prime utilizzate per produrre i combustibili sintetici, devono essere soggette a intensi cambiamenti chimici e fisici per essere utilizzabili come petrolio greggio o combustibile trasformato.
La storia dei synfuel va più indietro di quanto si possa pensare, sebbene la ricerca e lo sviluppo abbiano raggiunto il picco negli ultimi anni. I combustibili di sintesi furono studiati per la prima volta in Germania nel 1923, quando due scienziati svilupparono un processo chiamato reazione Fischer-Tropsch . Il processo, che hanno chiamato per se stessi, prevede la conversione del gas in combustibili liquidi. Sebbene esistano alternative al processo Fischer-Tropsch, oggi è il metodo più ampiamente testato e ampiamente utilizzato per la creazione di combustibili sintetici.
Storicamente, i synfuel sono stati usati ampiamente per la prima volta per alimentare veicoli militari nella seconda guerra mondiale in Germania. Le limitate riserve di petrolio tra le potenze dell'Asse hanno reso le opzioni sintetiche un'alternativa necessaria [fonte:Becker]. Negli anni '70, i combustibili sintetici sono stati ampiamente studiati negli Stati Uniti nel mezzo di una diffusa carenza di petrolio. Quella ricerca alla fine è cessata, ma di recente ha visto un altro picco, poiché le preoccupazioni sull'indipendenza energetica e sulla sostenibilità sono diventate importanti argomenti di discussione politica. Altri paesi hanno utilizzato i combustibili sintetici in modo più esteso. Ad esempio, in Sud Africa, i combustibili sintetici a base di carbone e gas naturale sono stati una parte importante dell'economia petrolifera per 30 anni.
Per scoprire i diversi tipi di synfuel e come vengono prodotti, continua a leggere.
Per capire come le varie materie prime possono essere convertite in combustibili sintetici liquidi, è necessario prima capire come funziona il combustibile. Il petrolio, e prodotti come la benzina ricavata dal petrolio, sono costituiti da lunghe catene di molecole organiche chiamate idrocarburi (perché contengono idrogeno e carbonio). Quando questi idrocarburi vengono bruciati, si decompongono e rilasciano energia, che viene utilizzata per alimentare i motori di automobili, camion, aerei, ecc. La maggior parte del materiale organico, inclusi petrolio, carbone, gas naturale, rifiuti vegetali e liquami, contiene idrocarburi. I motori di oggi sono stati progettati per funzionare con combustibili derivati dal petrolio come la benzina. Affinché i combustibili sintetici funzionino in quei motori, i loro idrocarburi devono essere ristrutturati in modo che assomiglino agli idrocarburi presenti nel petrolio e nei prodotti petroliferi.
Esistono fondamentalmente due categorie di combustibili sintetici, grezzi sintetici (sincronizzazione ), e liquidi Fischer-Tropsch .La prima categoria include materie prime e processi utilizzati per produrre syncrude , o petrolio greggio sintetico. Il greggio sintetico può essere utilizzato per gli stessi scopi del greggio convenzionale. È usato come materia prima. Come il petrolio greggio convenzionale, il syncrude deve essere raffinato ed elaborato per produrre le varie forme di combustibili commerciali a base di petrolio come diesel, benzina e cherosene.
Le tre fonti più popolari di syncrude sono il olio extrapesante , scisto bituminoso e sabbie bituminose . Ciascuno di questi materiali è presente in natura proprio come il petrolio convenzionale, ma ha proprietà fisiche e quantità di impurità diverse. Ad esempio, lo scisto bituminoso è una roccia e le sabbie bituminose sono una miscela catramosa di sabbia e la sostanza oleosa bitume . Queste materie prime syncrude sono esposte a vari livelli di calore, pressione e manipolazione fisica per produrre una sostanza con la stessa disposizione di idrocarburi del petrolio greggio naturale.
L'elaborazione di materie prime sincrude tende a danneggiare l'ambiente. Poiché richiedono più lavorazione rispetto al petrolio greggio, creano più CO2 emissioni e altri inquinanti [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti]. Inoltre, la raccolta della materia prima comporta spesso pratiche ambientali dannose come l'estrazione mineraria. Un vantaggio del syncrude fuels come alternativa al petrolio è che il mondo contiene sostanziali riserve non sfruttate di petrolio extrapesante, scisti bituminosi e sabbie bituminose. Naturalmente, come il petrolio, quelle risorse non sono sostenibili. Anche loro alla fine si esauriranno.
Continua a leggere per scoprire come vengono prodotti i combustibili sincroni Fischer-Tropsch.
Il secondo tipo di combustibili sintetici, comunemente indicati come liquidi Fischer-Tropsch, utilizza materie prime che possono essere convertite direttamente in combustibili liquidi commercialmente validi, saltando essenzialmente la fase di syncrude. Le materie prime più comuni utilizzate per produrre i combustibili sintetici Fischer-Tropsch includono il gas naturale , carbone e biomassa (piante e scarti vegetali). Nella sintesi F-T, la materia prima è sottoposta a un calore molto elevato - 1.900 gradi Fahrenheit (1.037,7 gradi Celsius) o superiore - e una pressione per produrre una miscela di monossido di carbonio e idrogeno chiamata gas di sintesi (o synga ) [fonte:Van Bibber]. Questa fase del processo rende i combustibili liquidi Fischer-Tropsch molto più puliti dei combustibili prodotti da greggio o syncrude. Impurità come i metalli pesanti possono essere facilmente rimosse dal gassificatore dopo che il syngas è stato filtrato. Gas come carbonio e zolfo possono essere filtrati in modo che non diventino inquinanti quando il carburante brucia.
Successivamente, il syngas viene condensato in forma liquida. Posto nuovamente ad alto calore e pressione, nel processo viene introdotto un catalizzatore, solitamente un composto contenente ferro o cobalto. Il catalizzatore innesca una reazione chimica tra l'idrogeno e il monossido di carbonio, creando lunghe catene di idrocarburi. Catalizzatori diversi possono produrre diverse strutture di idrocarburi. Questi idrocarburi vengono quindi raffreddati e condensati in forma liquida e filtrati. Insieme alle forme sintetiche di carburante diesel o benzina, la sintesi Fischer-Tropsch può produrre lubrificanti industriali, cherosene e altri prodotti.
Rispetto ai prodotti syncrude, i liquidi Fischer-Tropsch bruciano in modo molto più pulito. Questi combustibili sintetici non hanno quasi emissioni di particolato, contengono meno ossido di azoto rispetto ai combustibili tradizionali e meno emissioni di monossido di carbonio [fonte:US Environmental Protection Agency]. Naturalmente, quei combustibili sintetici che utilizzano risorse rinnovabili come materia prima (come la biomassa) sono migliori per l'ambiente a lungo termine rispetto a quelli che utilizzano combustibili fossili come materia prima.
Il governo degli Stati Uniti ha un interesse acquisito nei combustibili fossili, poiché ha un ampio accesso a materie prime come carbone, gas naturale e rifiuti vegetali. Prendendo in considerazione solo una varietà di synfuel, negli Stati Uniti ci sono circa 1,3 gigatonnellate di biomassa inutilizzata che potrebbero essere utilizzate per produrre synfuel [fonte:Coal-to-Liquids Coalition]. Quindi, negli ultimi anni le forze armate statunitensi e altre agenzie governative hanno spinto per ricercare i combustibili sintetici. Anche altri paesi come la Cina e la Germania hanno recentemente investito nell'esplorazione della tecnologia del combustibile di sintesi [Fonte:US Energy Information Administration]. Sebbene la tecnologia dei combustibili sintetici sia promettente, la produzione costa molto di più rispetto alla benzina dal petrolio. Quindi, molto probabilmente non sostituirà il petrolio a meno che i prezzi del petrolio non aumentino drasticamente.
