Proč nepoužíváme syntetické palivo?

Elektromobily mají silný start, když dostávají obnovitelné zdroje energie na cesty.

Přesto se ještě neprodává každý a elektromobily čelí uchazeči o „Syntetické palivo“. Mnoho automobilek, jako je BMW a Porsche, investovalo hodně peněz do zkoumání syntetických paliv, protože stávající benzínová auta mohou být uhlíkově neutrální pomocí syntetických paliv.

Každý by se mohl divit, “Není spalování škodlivé pro životní prostředí?” No, ne úplně. Fosilní paliva berou sekvestrovaný uhlík z prostředí (uhlovodíky prostřednictvím ropy), spalují ho a uvolňují tento oxid uhličitý do atmosféry, což v konečném důsledku zvyšuje množství oxidu uhličitého v životním prostředí.

Na druhou stranu syntetická paliva mají jiný přístup. Syntetická paliva, nazývaná synfuel nebo „e-paliva“, jsou uhlíkově neutrální palivové alternativy navržené pro současné ICE (spalovací motory). Syntetická paliva přijímají oxid uhličitý již v atmosféře a kombinují jej s vodíkem, aby se z něj stalo vhodné palivo. Spalování tohoto paliva je jako u fosilních paliv. Na rozdíl od fosilních paliv však syntetická paliva vracejí CO₂ do atmosféry, což mu umožňuje nulovou uhlíkovou stopu.

Podstatná věc k pochopení je Syntetická paliva (E-paliva) se velmi liší od Biopaliva. Biopaliva se vyrábějí z plodin, jako je cukrová třtina, kukuřice, řasy, sója a dokonce i některé formy trávy. Toto „přírodní“ palivo je již částečně spotřebováno a v oběhu již můžete najít směsi nafty. Když se vrátíme k syntetickým palivům, zcela obcházejí fotosyntézu. Místo toho jsou to „vyrobeno v laboratořipaliva vyrobená elektrolýzou, metanolem nebo dokonce výměšky určitých mikroorganismů. Základy však zůstávají stejné: odeberte oxid uhličitý z atmosféry a spojte jej s vodíkem.

Uhlík a vodík se mění na syntetický etanol a vodu (syntetická nafta). Syntetická paliva i biopaliva nabízejí stejný výsledek: zdroj energie, který je uhlíkově neutrální a nevede ke stejnému odvětví/ekosystému, jakou vyžadují elektrická vozidla. Níže uvedený exponát představuje celkový mechanismus výroby syntetického paliva.

Pokud jsou syntetická paliva tak skvělá a umožňují stávajícím uživatelům vozidel zachovat status quo, aniž by to mělo za následek škodlivé emise, proč ještě syntetická paliva nepřevzala? Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme se podívat na to, jak se EV a syntetická paliva hromadí v reálném světě. Proto bude nezbytné porovnat tyto dvě technologie na následujících parametrech: účinnost, náklady, infrastruktura a dopad na životní prostředí.

Srovnání elektromobilů na baterie (BEV) s vozidly na syntetická paliva

Všechny obnovitelné zdroje energie mají několik omezení, například vliv sezónních změn. Syntetická paliva mají také určitá omezení, která v této části krátce probereme. Nejkritičtějším problémem u syntetických paliv je však jejich účinnost.

Pokud jde o alternativní zdroje energie, nejdůležitější jsou tři věci –

• Hustota energie
• Přenos energie
• Energetická účinnost (tj. kolik počáteční energie zbývá od zdroje ke koncovému bodu)

V zásadě se díváme na tři otázky týkající se používání syntetického paliva nebo elektromobilů –

• Kolik energie můžeme uložit v našich osobních autech (abychom se vyhnuli zbytečným zastávkám s doplňováním paliva nebo dobíjením)?
• Kolik kroků zahrnuje přenos energie z motoru na kola vozidla?
• Kolik této energie se ztratí, když se dostane na kola? Jinými slovy, kolik energie se ztrácí během procesu přeměny?

Níže uvedená ukázka porovnává syntetická paliva s bateriovými elektrickými vozidly, pokud jde o celkové TCO a životní cyklus CO₂ Emise.

Srovnání účinnosti, nákladů, infrastruktury a dopadu na životní prostředí / emisí

Srovnání účinnosti

Pokud jde o hustotu energie, syntetická paliva prokázala vynikající potenciál. Bionafta a etanol v průměru 26-38 MJ/kg na biopalivo. To není příliš daleko od současných fosilních paliv, která stojí na 44-55 MJ/kg. Elektropaliva se také drží kolem 32 MJ. Na druhou stranu, lithium-iontové baterie v této oblasti trochu zaostávají, přibližně 2.5 MJ.

Na druhou stranu je syntetické palivo vhodné pro skladování energie. Syntetická paliva se dobře hodí do velkých vozidel, jako jsou letadla a nákladní lodě, kde se energie musí skladovat v relativně zhuštěném prostoru. Námořní průmysl má navíc zájem o syntetická paliva, protože společnosti jako Maersk začleňují do své flotily plavidla poháněná metanolem.

Nakonec chceme, aby se energie dostala ze skladu a začala fungovat. Zde bohužel syntetická paliva zaostávají. Elektromobily na baterie mají výhodu, pokud jde o přenos energie, protože energetický proces je přímočařejší.

Proces přenosu energie elektrického vozidla má tři kritické kroky. Nejprve je energie generována u zdroje, přenášena do baterie a později do motoru. Na druhou stranu syntetická paliva mají v průběhu procesu ještě několik kroků zpracování. Tato energie musí projít elektrolýzou a zachycením uhlíku, projít procesem power-to-lipid a poté přejít z palivové nádrže do motoru.

Přenos energie vyžaduje více kroků v případě syntetických paliv. Bohužel účinnost každým krokem klesá. Biopalivo má problém s energetickou účinností. K výrobě jednoho litru etanolu je potřeba více než 7,000 5,130 kCal biomasy. Konečný produkt však obsahuje pouze 69 69 kCal. Navíc samotný proces je energeticky negativní. Naopak elektromobily poháněné bateriemi se mohou pochlubit mírou energetické účinnosti kolem XNUMX %, což znamená, že XNUMX % energie přežije ze zásobníku na kola.

Srovnání nákladů

Jednou z největších překážek týkajících se syntetických paliv jsou náklady. Bohužel, jak jsme v poslední době viděli, ceny ropy mohou být trochu nestabilní. Takže když ceny ropy klesají, snižují ziskové marže biopaliv. V kombinaci s rostoucí cenou kukuřice se díváme na mizerný zisk 1 dolar na vyrobenou tunu.

Vláda silně dotuje kukuřičný a sójový průmysl. Někteří kritici se také dívají na průmysl paliv na bázi etanolu jako na způsob, jak generovat zaměstnanost, která by jinak u elektrických vozidel možná nebyla.

Podobným výzvám čelí i syntetická paliva. Najít výrobce, který dokáže vyrábět velká množství, aby se na trhu změnil, je náročné. Navíc syntetická paliva stojí 94 až 232 USD za tunu CO₂. Pokud jde o počáteční náklady, spuštění závodu na umělé palivo může trvat miliony dolarů a výroba nabízí ziskové marže jako břitva.

S vysokými počátečními náklady a nízkým ziskem mohou mít výrobci syntetických paliv potíže přilákat soukromé investory, což ztěžuje získávání kapitálu potřebného v budoucnu. Syntetická paliva jsou tedy ekonomickou možností v oblastech s přísnějšími emisními politikami a dotacemi od vlády.

Zatím jsme diskutovali o výrobních nákladech. Ale co skutečné náklady pro spotřebitele? Syntetická paliva bohužel nedávají skvělý obrázek. Pro srovnání, syntetická paliva mohou stát spotřebitele kdekoli od 10 do 38 USD/galon! (To je 2.64 až 10.04 USD za l!).

Výkon a prémioví výrobci automobilů jako BMW, Porsche a Formule 1 jsou v popředí a využívají uhlíkově neutrální zdroje, jako jsou syntetická paliva. Pro tyto automobilky nemusí být cenovka syntetického paliva prolomová. Pro každodenního řidiče je to však docela bodnutí do peněženky.

Srovnání infrastruktury

Přechod od fosilních paliv bude skutečně vyžadovat změnu naší infrastruktury. Jak tedy budou věci vypadat jinak ve světě založeném na elektrických vozidlech oproti světu využívajícímu syntetická paliva?

K překvapení všech se svět běžící na syntetická paliva nemusí až tak lišit od toho našeho současného. Je to proto, že syntetická paliva lze distribuovat pomocí naší stávající infrastruktury, jako je 115,000 XNUMX čerpacích stanic, které se dnes používají ve Spojených státech. Na druhou stranu majitelé vozidel mohou používat svá stará auta a nebudou muset kupovat nová elektrická vozidla. Může to být obrovská výhoda pro ty, kteří chtějí řídit současné vozidlo nebo klasickou a starou kolekci aut. To vše může učinit přechod na syntetická paliva relativně snadným, logisticky i kulturně.

Dokonce i odpůrci změny klimatu mohou být méně odolní vůči přechodu na syntetická paliva, pokud najdou způsob, jak si ponechat svá stará auta. Na rozdíl od elektrických vozidel mohou být vozidla poháněná syntetickým palivem stále hlučná, což může být výhodou v závislosti na tom, kdo jste. Někteří výrobci výkonných automobilů, jako je Porsche, již přijali modely syntetických paliv, aby zdůraznili tuto technologii.

Ale nostalgie nekompenzuje některé očividné nevýhody syntetického paliva. Syntetická paliva jsou stále neefektivní, drahá a pro ropné společnosti je to jen poslední úsilí, aby zůstaly v podnikání. Na druhou stranu elektrická vozidla a jejich nabíjecí stanice se již integrují do naší infrastruktury a nevykazují žádné známky zastavení. Naopak, právě naopak, zrychluje se.

Srovnání vlivu na životní prostředí / emisí

Teoreticky mají elektrická vozidla a syntetická paliva CO nulovou životnost₂ emise nebo alespoň blízko nuly. V reálném světě to však zcela závisí na výrobcích. Například právě teď elektrická vozidla vyžadují ty otravné lithium-iontové baterie, které vyžadují pečlivé těžení vzácných nerostů A spoustu elektřiny, z nichž ani jedna není vždy získávána z čistých zdrojů. V důsledku toho mohou lithiové baterie přispívat přibližně 25 % k celkovému COXNUMX životnosti elektromobilu₂ Emise.

Zásadní by bylo také zvážit, odkud elektřina pochází z hlediska zdroje. Elektřina vyrobená z uhlí má stále za následek emise, i když říkáme, že samotné elektrické vozidlo je bez emisí. Ale samozřejmě se dá s jistotou říci, že je to pořád čistější než provoz auta na benzín. Na zdroji této elektřiny v konečném důsledku záleží, zda je výroba ekologická, a proto může elektromobil vyprodukovat kolem 20 tun CO₂ než bude vyhnán z pozemku. Tato situace se však u elektrických vozidel pomalu zlepšuje, protože naše výroba elektřiny bude v budoucnu čistší.

Výroba syntetických paliv se dostává do podobných nesnází. Například nová továrna na syntetická paliva Porsche stále vyžaduje beton, jeden z nejvýznamnějších zdrojů CO ve stavebnictví₂ emisí. To ani nebere v úvahu emise z přepravy paliva v tankerech nebo rafineriích potřebných k tomu, aby bylo palivo použitelné.

Biopaliva mají své dopady na životní prostředí, které je třeba zvážit. Například více než 90 milionů akrů zemědělské půdy v USA se používá k produkci kukuřice a asi 40 % z toho se používá k výrobě etanolu, který doplňuje asi 10 % plynu, který dnes spotřebitelé v USA používají.

Používání biomasy jako paliva s sebou přináší další environmentální rizika, včetně ztráty biologické rozmanitosti, insekticidů, nadměrné spotřeby vody a potenciální potravinové nejistoty. Tedy řečeno, výroba jednoho galonu etanolu z kukuřičného zrna může vyžadovat asi 2-9 galonů vody, v závislosti na metodě použité k přeměně zrna. Biopaliva jsou nakonec hrou s nulovým součtem, kde plodiny, voda a půda používaná pro biopaliva nemohou být použity k výrobě potravin.

Někteří výrobci se snažili tento problém zmírnit změnou zdroje biomasy. Například biopalivo z cukrové třtiny je energeticky pozitivní proces. Může však také vést k odlesňování v Amazonii, protože dovoz z lesů je stále levnější než domácí pěstování na orné půdě. Jiné zdroje, jako jsou řasy, nabízejí slibné výsledky, ale jsou stále energeticky náročné a drahé, což neguje jejich současné přínosy pro životní prostředí.

Lze syntetická paliva vyrábět způsobem bezpečným pro životní prostředí? Ano, může být. Ale bude to nejlevnější varianta? V tuto chvíli to rozhodně není.

Budoucí dopad vozidel na syntetická paliva

Vzhledem k rozsahu investic do elektrických vozidel v porovnání s aktivy vloženými do syntetického paliva by bylo odvážné říci, že syntetická paliva jsou při pohonu miliard osobních vozidel něčím jiným než vedlejším efektem.

Na fosilní paliva nejezdí jen osobní vozidla. Pokud je cílem dekarbonizace dopravy, letectví a lodní dopravy, které se téměř výhradně spoléhají na produkty získané z ropy, bude to jistě podléhat většímu zkoumání. Tato průmyslová odvětví nejsou pro elektrifikaci příliš vhodná a syntetická paliva by se brzy mohla používat pro tryskový a námořní průmysl.

Je také možné, že jakmile osobní vozidla s ICE zmizí téměř úplně z našich silnic, syntetická paliva by se mohla používat v budoucích klasických osobních vozidlech nebo v motoristickém sportu. Například Formule 1 zahájila program syntetických paliv a hodlá vozy F1 pohánět těmito látkami v roce 2026 jako součást své uhlíkové neutrality.

Syntetická paliva jsou v mnoha ohledech slibnou alternativou budoucnosti. Nebudou však v dohledné době sesazovat EV, pokud tak učiní v budoucnu. Syntetická paliva navíc jistě nebudou tím kouzelným řešením, které někteří ekologové chtějí. Nicméně syntetická paliva mohou být nápomocná při přechodu všech odpůrců, kteří jsou stále spjati se spalovacími motory, včetně ropných společností. Kromě toho mohou usnadnit odklon od fosilních paliv pro velké formy dopravy, jako jsou letadla a lodě, kde baterie zatím nepřicházejí v úvahu.

Elektromobily zůstávají v dohledné budoucnosti nejsilnějším uchazečem o vozidla pro každodenní osobní přepravu. Nejprve si však musíme být vědomi technologií EV“zákulisí” emise a dopad na životní prostředí.

Mohou být syntetická paliva svatým grálem při dekarbonizaci energeticky náročných odvětví? Může poskytnout korporátním subjektům s rozhodovací pravomocí nástroj, který přesáhne rámec kompenzace uhlíku? Promluvte si s našimi odborníky ještě dnes

Reference

• Může syntetické palivo zachránit benzínová a naftová auta před vyhynutím? | carwow
• Tankování čisté nulové úspory se syntetickými palivy: osm lekcí, jak to udělat správně | Článek | ING Mysli
• Opravdu potřebujeme elektromobily? – Undecided s Mattem Ferrellem (undecidedmf.com)

E-palivo bude pravděpodobně příliš drahé a neefektivní pro auta, ale pro letadla by to mohlo fungovat.

Justine Calma, vědecká reportérka zabývající se životním prostředím, klimatem a energií s desetiletou zkušeností. Je také hostitelkou podcastu Hell or High Water.

8. března 2023, 8:39 UTC | Komentáře

Sdílejte tento příběh

Porsche minulý měsíc předvedlo nový pilotní závod v Patagonii v Chile – ne ten, který vyrábí auta, ale spíše takový, který vyrábí e-fuel, syntetickou alternativu ke konvenčnímu benzínu vyrobenému ze vzduchu a vody pomocí elektřiny. Závod, společný projekt s ExxonMobil a dalšími energetickými společnostmi, „je symbolem naděje v boji proti klimatickým změnám, v udržitelnější budoucnost – a může také obsahovat hudbu motoru Porsche,“ chlubí se Porsche. Tisková zpráva ze 14. února.

Snem, který automobilky jako Porsche prodávají s e-palivem, je, že si řidiči mohou ponechat své spalovací motory a zároveň bojovat proti klimatickým změnám. Stačí jim přejít na e-palivo.

Pokud jde o odstranění znečištění klimatu ze silniční dopravy, není e-palivo žádná stříbrná koule

Realita je taková, že pokud jde o odstranění znečištění klimatu ze silniční dopravy, není e-palivo žádná stříbrná koule. Je příliš drahé a neefektivní nahradit elektrická vozidla. A při spalování stále uvolňuje emise oxidu uhličitého ohřívajícího planetu.

Navzdory těmto nedostatkům se e-fuel podařilo vykolejit nebo alespoň oddálit plán EU účinně zakázat prodej automobilů se spalovacím motorem do roku 2035. Politika v oblasti klimatu byla téměř hotová věc, konečné hlasování o zákonu se očekávalo včera. Německo hodilo na poslední chvíli křivku a stáhlo svou podporu této politice, pokud neumožní tradičním autům zůstat na silnici, dokud budou jezdit na e-palivo.

Plynovou nádrž vozidla lze plnit syntetickým e-palivem stejně jako benzín. Běh na e-palivo produkuje znečištění výfuku, jako je také benzín. Ale e-palivo lze vyrábět s obnovitelnými zdroji energie, což stojí za argumentem pro klima. A emise oxidu uhličitého, které produkuje, mohou být potenciálně zrušeny během procesu výroby paliva, takže je téměř uhlíkově neutrální.

E-palivo lze vyrobit vytažením oxidu uhličitého (CO2) ze vzduchu a vodíku (H2) z molekul vody. Tento CO2 a H2 pak lze použít k výrobě uhlovodíků, hlavní složky ropy, plynu a uhlí. Alternativní metodou, na kterou Porsche spoléhá v závodě v Patagonii, je použití oxidu uhličitého a vodíku k výrobě metanolu, který se pak přemění na benzín.

Zní to hezky, že? Je to způsob, jak využít vzduch a vodu k vytvoření alternativy k fosilním palivům. Problém je v tom, že tento proces spotřebovává hodně energie. A technologie, na které se spoléhá – zařízení na odstraňování uhlíku a elektrolyzéry pro štěpení molekul vody – jsou stále neúměrně drahé.

PODOBNÉ ČLÁNKY

• Evropský parlament odhlasoval faktický zákaz nových aut se spalovacím motorem do roku 2035
• Porsche pracuje na plně elektrických vozidlech Macan a 718 — a vlastní nabíjecí síti

I když se používá obnovitelná elektřina (a stále není dostatek obnovitelné energie online k dosažení cílů v oblasti klimatu), mnoho z ní se v procesu vyplýtvá. Podle neziskové výzkumné skupiny International Council on Clean Transportation (ICCT) se při přeměně této elektřiny na vodík a následné přeměně vodíku na e-palivo ztratí téměř 50 procent energetického vstupu.

Kvůli této neefektivitě spálí auto na e-palivo výrazně více elektřiny, než jaké by spotřebovalo EV na ujetí stejné vzdálenosti. Podle ICCT jsou elektromobily zhruba čtyřikrát energeticky účinnější.

Tato neefektivita je spojena se značnými náklady. Dnes nikdo nevyrábí e-palivo v komerčním měřítku, ale podle Stephanie Searle, ředitelky ICCT’s Fuels Program, by to pravděpodobně stálo kolem 7 dolarů za litr (více než 25 dolarů za galon).

Cena je „směšně vysoká“

Náklady jsou „směšně vysoké“, říká, a neklesnou dostatečně nízko, aby se e-palivo stalo životaschopnou možností pro čištění znečištění z automobilů. Na otázku, jakou roli by e-palivo mohlo hrát při dekarbonizaci osobní dopravy, její odpověď byla přímočará: „zkrátka žádnou“.

O něco více optimismu ohledně e-paliva má Roland Dittmeyer, ředitel Institutu pro mikroprocesní inženýrství na Karlsruhe Institute of Technology (KIT) v Německu. Dittmeyer řídí elektrické vozidlo, ale myslí si, že e-palivo by mohlo být užitečnou alternativou pro někoho, kdo nemá přístup k nabíjecí infrastruktuře připojené ke spolehlivé a čisté elektrické síti.

KIT vyrábí e-fuel jako součást národní iniciativy. Jeho malý předváděcí projekt podporují také Volkswagen, Audi, dceřiná společnost Fordu, Shell a další průmysloví partneři. Ale auta ve skutečnosti nejsou středem zájmu – letadla ano.

Nejlepší využití e-paliva je v letectví, shodují se Dittmeyer i Searle. „Prioritou pro osobní automobily je baterie, [ale] je velmi malá šance, že někdy poletíte s bateriemi na velkou vzdálenost,“ říká Dittmeyer. Verge.

Nejlepší využití e-paliva je v letectví

Baterie jsou snadným způsobem, jak přimět auta, aby jezdily na obnovitelné zdroje energie. Ale technologie baterií je stále příliš těžká pro letadla, která se s největší pravděpodobností budou muset spoléhat především na alternativní paliva, aby vzlétla méně znečišťujícím způsobem. A Dittmeyer se obává, že všechna ta dramata vířící kolem aut jezdících na e-palivo by mohla odvádět pozornost od výzkumu potřebného k vývoji syntetického paliva pro letectví.

Mezitím je tlak na vytvoření mezery pro e-paliva v klimatické politice EU jen pokusem udržet auta hltající plyn na silnicích, obává se Searle. “Obáváme se, že je to brzdící technika pokusit se zachránit spalovací motor a vytvořit mu budoucnost,” říká. A pokud udrží spalovací motory na silnici, může být pro regulátory velmi obtížné sledovat, zda skutečně jezdí na e-palivo nebo na obyčejný starý benzín.

Jak jsme viděli, politika hraje klíčovou roli při podpoře zavádění elektrických vozidel. Celosvětový prodej EV letos klesl, protože Čína a mnoho zemí v Evropě snížily dotace. Prodeje EV před tímto posunem prudce stoupaly a v roce 60 vzrostly o 2022 procent. Porsche sází jak na elektromobily, tak na elektromobily. Do konce dekády plánuje, že 80 procent svého prodeje budou tvořit elektrická vozidla.