Paliwa syntetyczne. Czym w ogóle są, czy można zastąpić nimi benzynę, wady, zalety, ceny. Czy to alternatywa dla samochodów elektrycznych?

Czym w ogóle są paliwa syntetyczne?

Paliwa syntetyczne, znane również jako e-paliwa, stanowią klasę paliw wytwarzanych za pomocą procesów chemicznych z naturalnych surowców, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O), lub z wykorzystaniem innych, bardziej złożonych metod syntetycznych. Te zaawansowane technologie umożliwiają przekształcenie energii odnawialnej i zasobów naturalnych w ciekłe lub gazowe nośniki energii, które mogą służyć jako ekologiczna alternatywa dla tradycyjnych paliw kopalnych.

Podczas gdy paliwa konwencjonalne powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej, paliwa sztuczne powstają w wyniku reakcji chemicznej wodoru i dwutlenku węgla. Do ich produkcji potrzebna jest energia elektryczna, najlepiej ze źródeł odnawialnych. Ich spalanie powoduje znacznie czystsze emisje, a odpowiedni proces produkcyjny czyni je paliwem neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla.

Paliwa syntetyczne mogą być stosowane jako domieszka paliw klasycznych, czyli oleju napędowego i benzyny, lub mogą być spalane całkowicie niezależnie.

Ekologiczny aspekt paliw syntetycznych jest jednym z kluczowych czynników przemawiających za ich rozwojem. Oferują one możliwość znacznego ograniczenia emisji szkodliwych substancji, w tym CO2, tlenków azotu (NOx) i cząstek stałych. Ich zastosowanie może przyczynić się do poprawy jakości powietrza oraz zmniejszenia wpływu transportu na środowisko naturalne.

Czy paliwa syntetyczne mogą zastąpić benzynę 1:1? W zasadzie paliwa syntetyczne mają taki sam charakter chemiczny jak klasyczne paliwa kopalne. Cząsteczki tworzące paliwo to węglowodory i zasadniczo są one bardzo podobne. Mogą być drobne różnice, ale w zasadzie magia paliw syntetycznych polega na tym, że silnik nawet tego nie zauważa, więc jest to stuprocentowa zamiana. Paliwa te nazywane są również paliwami drop-in, co oznacza, że ​​można je stosować jako substytut paliw kopalnych.

Technologia znana od dawna

Historia paliw syntetycznych zaczyna się w Niemczech na początku XX wieku. Wtedy to Friedrich Bergius opracował proces wodorowania węgla, co umożliwiło produkcję płynnych węglowodorów z węgla. Niemcy, mając ograniczone zasoby ropy naftowej, intensywnie rozwijały tę technologię, zwłaszcza w okresie międzywojennym i podczas II wojny światowej, aby zaspokoić swoje potrzeby energetyczne.

Po wojnie zainteresowanie paliwami syntetycznymi przeniosło się do Stanów Zjednoczonych, gdzie rozwijano je w ramach programu Synthetic Liquid Fuels Program. Trudno jednak mówić, aby ten program był bardzo popularny, bowiem USA miały dostęp do taniej ropy naftowej, więc nie było sensu inwestycji w paliwa syntetyczne.

Jednak po kryzysach energetycznych lat 70. XX wieku, kiedy ceny ropy naftowej gwałtownie wzrosły i uwidoczniła się jej niestabilność, globalne zainteresowanie paliwami syntetycznymi jako alternatywą dla ropy naftowej ponownie wzrosło. Ten wzrost zainteresowania był reakcją na poszukiwanie bardziej stabilnych i lokalnie dostępnych źródeł energii. Ostatecznie jednak w dłuższym okresie czasu nie doszło do znaczących zmian w zakresie ropy naftowej, co zabiło zainteresowanie paliwami syntetycznymi.

ZOBACZ RÓWNIEŻ: Koniec silników spalinowych od 2035 roku. Co warto wiedzieć?

Zastosowanie nie tylko w samochodach

Paliwa syntetyczne znajdują zastosowanie w wielu sektorach, od transportu drogowego, przez lotnictwo, aż po przemysł ciężki. Ich uniwersalność i możliwość wykorzystania w istniejących silnikach spalinowych oraz turbinach gazowych sprawiają, że są one atrakcyjną opcją dla różnorodnych zastosowań.

W lutym 2021 r. holenderska linia lotnicza KLM wykonała pierwszy na świecie komercyjny lot z pasażerami korzystającymi z syntetycznego paliwa lotniczego produkowanego ze zrównoważonego źródła.

Zalety paliw syntetycznych

Główną zaletą paliw syntetycznych jest ich znaczący potencjał w redukcji emisji gazów cieplarnianych. Ponieważ mogą być one produkowane z CO2 pochłoniętego z atmosfery, ich użycie może przyczynić się do obiegu zamkniętego węgla, zmniejszając wpływ na zmiany klimatu.

Krótko mówiąc, paliwa syntetyczne umożliwiają zwiększenie samowystarczalności energetycznej i bezpieczeństwa. Można je produkować wszędzie tam, gdzie jest źródło wody i czystej energii elektrycznej.

Dodatkowo, paliwa te są kompatybilne z istniejącą infrastrukturą dystrybucji i silnikami spalinowymi, co umożliwia płynne przejście od paliw kopalnych. Krótko mówiąc, wymagają jedynie częściowej modyfikacji istniejących silników spalinowych i można do nich wykorzystać istniejącą infrastrukturę stacji paliw.

Wady paliw syntetycznych

Mimo wielu zalet, produkcja paliw syntetycznych wiąże się również z wyzwaniami. Wysokie koszty inwestycyjne i operacyjne są główną barierą, która może ograniczać szybkość adopcji tych technologii. Wysokie są także koszty produkcji, choć istnieje w nich możliwość wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych.

Sama produkcja paliw syntetycznych jest również niezwykle wymagająca. Swoją drogą pokazuje ona, jaki komfort dają nam paliwa kopalne – oczywiście jeśli przymkniemy oczy na zanieczyszczenia, jakie powstają w wyniku ich stosowania.

Ponadto, efektywność energetyczna procesów produkcyjnych wymaga dalszych udoskonaleń, aby paliwa te były konkurencyjne cenowo w porównaniu z tradycyjnymi źródłami energii. Obecnie w porównaniu z produkcją klasycznych paliw kopalnych i biopaliw, produkcja paliw syntetycznych jest kilkukrotnie bardziej wymagająca pod względem energetycznym.

Zamiana energii elektrycznej na inną formę energii wiąże się bowiem ze stratami energii. A ponieważ w produkcji paliw syntetycznych zachodzi kilka konwersji energii, straty mogą być tak duże, że w wielu przypadkach akumulacja energii w ten sposób nie jest opłacalna.

Opłacalna produkcja paliw syntetycznych wymaga własnego źródła, które zapewni czystą energię elektryczną – długo, tanio i preferencyjnie do produkcji paliw syntetycznych. Innymi słowy, produkcja paliw syntetycznych na dużą skalę wymaga skoncentrowanych i stabilnych źródeł taniej, czystej energii elektrycznej. Znalezienie czegoś takiego jest trudniejsze niż się wydaje.

Ceny paliw syntetycznych na razie są zbyt wysokie

Ciężko jest obecnie szacować cenę paliw syntetycznych, ale biorąc pod uwagę obecne uwarunkowania cenę litra takiego paliwa można przeliczyć na co najmniej 40 złotych. Według kilkuletnich badań, w przypadku wzrostu produkcji i korzystnych cen energii elektrycznej, cena samego paliwa syntetycznego mogłaby w przyszłości wynosić jednak około 6 złotych bez podatków.

Tu pojawia się kolejny problem, bowiem doliczając europejskie podatki i inne opłaty, cena takiego paliwa wynosiłaby więc co najmniej 8 złotych. Podatki stanowią bowiem ok 45% ceny benzyny i Diesla w Polsce. Sytuacja wymagałaby więc ustępstw prawnych i rezygnacji z części opłat, aby takie paliwa mogły by być w jakimkolwiek stopniu konkurencyjnej.

Co ciekawe, według analizy organizacji ekologicznej Transport & Environment (T&E) eksploatacja samochodu zasilanego e-paliwem będzie kosztować kierowcę około 10 000 euro więcej niż eksploatacja samochodu elektrycznego w ciągu pięciu lat.

Paliwa ekologiczne a inne rodzaje napędów

Z przeprowadzonego w 2018 roku badania wynika jasno, że zastosowanie paliw syntetycznych w samochodach jest mniej opłacalne pod względem zużycia energii niż w innych rodzajach napędu.

Z badania wynika, że z czystej energii elektrycznej 69% energii trafia „na koła” w samochodzie czysto elektrycznym, 26% w samochodzie hybrydowym plug-in i 13% w samochodzie z silnikiem spalinowym. Aby przejechać ten sam dystans, pojazd wyposażony w wodorowe ogniwo paliwowe potrzebuje ponad dwukrotnie więcej energii elektrycznej niż konwencjonalny samochód elektryczny. Pojazd z silnikiem spalinowym zasilanym paliwami syntetycznymi potrzebuje aż pięciokrotnie więcej prądu na przejechanie tego samego dystansu niż samochód elektryczny na akumulatory.

Dlaczego więc Niemcom i innym krajom zależało, aby przy okazji zakazu sprzedaży nowych samochodów spalinowych od 2035 roku zostawić furtkę w postaci samochodów napędzanych paliwami syntetycznymi? Sprawa jest bardzo prostą. Motywacją jest pozostawienie technologii silników spalinowych, które będą mogły wykorzystywać istniejącą infrastrukturę chociażby stacji paliw.

Fabryki paliw syntetycznych – kto już je produkuje lub się do tego przymierza?

W ostatnim czasie głośno zrobiło się głównie o fabryce Porsche w Chile, ale to nie jedyna lokalizacja, w której produkuje się paliwa syntetyczne.

W Chile, Porsche otworzyło pilotażową instalację do produkcji e-paliw w Punta Arenas, zwaną Haru Oni. Projekt ma na celu produkcję około 130 000 litrów e-paliwa rocznie w fazie pilotażowej, z planami zwiększenia produkcji do 55 milionów litrów rocznie w połowie dekady, a następnie do 550 milionów litrów​. Plany są więc niezwykle ambitne, ale jednocześnie… taka ilość w skali światowej jest wciąż znikoma. W samych Niemczech samochody osobowe spalają kilkadziesiąt miliardów litrów benzyny i oleju napędowego rocznie.

W Stanach Zjednoczonych, firma Twelve zapowiedziała plany produkcji zrównoważonego paliwa lotniczego E-Jet z CO2 i energii odnawialnej, z lokalizacją produkcyjną w Moses Lake, Waszyngton. Planowane jest, że paliwo to będzie miało do 90% niższą emisję w cyklu życia w porównaniu z konwencjonalnymi paliwami kopalnymi.

W Niemczech, Atmosfair otworzył pierwszą na świecie fabrykę zielonego kerozenu w Emsland, mającą na celu produkcję neutralnego węglowo syntetycznego kerozenu poprzez połączenie wodoru wytworzonego z energii odnawialnej i zrównoważonego dwutlenku węgla​.

W Południowej Afryce, Sasol wyprodukował już prawie 1,5 miliarda baryłek syntetycznego paliwa z węgla. Rocznie to ponad 30 mln baryłek, bowiem firma robi to od pół wieku.

Paliwa syntetyczne a biopaliwa. Czy to to samo? Różnice

Paliwa syntetyczne często myli się z biopaliwami. Chociaż zarówno paliwa syntetyczne, jak i biopaliwa są postrzegane jako ekologiczne alternatywy dla paliw kopalnych, różnią się one pod względem surowców, procesów produkcyjnych oraz wpływu na środowisko.

Biopaliwa są wytwarzane z biomasy, co wiąże się z ryzykiem konkurencji o zasoby z produkcją żywności oraz potencjalnym wpływem na użytkowanie gruntów. Paliwa syntetyczne, wykorzystując CO2 i energię odnawialną, mogą oferować bardziej zrównoważone rozwiązanie, unikając tych wyzwań.

Czy paliwa syntetyczne rzeczywiście są eko?

Pozwoliwszy sobie na luksus zaniedbania wpływu paliw kopalnych na środowisko, jest całkiem oczywiste, dlaczego paliwa syntetyczne nie zostały jeszcze powszechnie przyjęte. Ale nawet jeśli weźmiemy pod uwagę wpływ na środowisko, korzyści z paliw syntetycznych będą mniejsze, niż byśmy się spodziewali.

Wysokie straty energii i wynikające z tego dwu-, a nawet trzykrotne zużycie energii a priori oznaczają większe obciążenie środowiska. Jeśli chcemy dekarbonizacji, to na pewno nie chcemy zwiększać zużycia energii. A paliwa syntetyczne potrzebują ogrom energii. Jeśli przy promowaniu elektromobilności wiele osób obawiało się o braki prądu, to przy paliwach syntetycznych powinny robić to tym bardziej.

Ze względu na zapotrzebowanie na energię i złożoność produkcji, paliwa syntetyczne nie osiągnęły dotąd wystarczającej popularności i możliwe, że nigdy jej nie osiągną. Jeśli celem jest bycie przyjaznym dla środowiska, paliwa syntetyczne czy wodór nie wyglądają ekologicznie, jeśli chodzi o redukcję zużycia energii.

Jaka przyszłość czeka paliwa syntetyczne?

Produkcja paliw syntetycznych jest wciąż w powijakach i powoli osiąga etap komercyjny. Wraz z dalszym rozwojem technologii na każdym etapie produkcji parametry będą udoskonalane, a koszty redukowane. Co pomogłoby w zastosowaniu go na szerszą skalę? To na pewno więcej czystej energii elektrycznej, redukcja kosztów i zwiększanie efektywności. Dodatkowo w ich rozwoju mógłby pomóc znaczący wzrost cen paliw kopalnych związany np. z jakimś kryzysem naturalnym albo politycznym.

Na chwilę obecną inwestycje w badania i rozwój, wspierane przez politykę klimatyczną i środowiskową, są kluczowe dla przyspieszenia innowacji i obniżenia kosztów produkcji. W przyszłości paliwa syntetyczne mogą odgrywać centralną rolę w zrównoważonym systemie energetycznym. Oferują bowiem alternatywę dla sektorów trudnych do zelektryfikowania, takich jak lotnictwo i ciężki transport.

Według przedstawicieli niemieckiej firmy Robert Bosch wykorzystanie paliw syntetycznych jako alternatywy dla elektryfikacji mogłoby do 2050 roku zaoszczędzić nawet 2,8 gigaton dwutlenku węgla. Ich rozwój i wdrażanie mogą więc znacząco przyczynić się do redukcji emisji szkodliwych substancji i walki ze zmianami klimatycznymi.

Problemów z ich produkcją jest jednak mnóstwo i nie bez powodu technologia znana od bardzo dawna nadal nie jest masowo wykorzystywana. Każdy etap produkcji e-paliw to dodatkowe koszty, każda kolejna czynność to utraty energii. A wszystkie etapy produkcji można łatwo i tanio zastąpić paliwami kopalnymi.  Ostateczny sukces paliw syntetycznych będzie więc zależał od postępów technologicznych, wsparcia politycznego i akceptacji społecznej.