Paliwa syntetyczne są wymieniane jako jeden ze sposobów dekarbonizacji tych sektorów gospodarki, które praktycznie od początku uznaje się za najtrudniejsze. Jednak to one stanowią jeden z punktów zapalnych w obecnym sporze o przyszłość europejskiej motoryzacji. Czy są one zatem fanaberią czy koniecznością? – pisze Michał Perzyński, redaktor BiznesAlert.pl.
Czym są paliwa syntetyczne?
W użyciu są różne definicje paliwa syntetycznego. Z jednej strony „syntetyczne” może oznaczać, że paliwo jest wytwarzane sztucznie, w przeciwieństwie do paliw konwencjonalnych, które są zazwyczaj wytwarzane poprzez rafinację ropy naftowej o złożonym składzie na poszczególne frakcje bez chemicznej zmiany składników. W produkcji paliw sztucznych można stosować różne procesy chemiczne. Z drugiej strony „syntetyczny” może być użyty do podkreślenia, że paliwo powstało w procesie chemicznym znanym jako synteza, czyli produkcja wyższego związku z kilku niższych związków. Definicja ta dotyczy w szczególności paliw, w których surowiec jest najpierw rozkładany na gaz syntezowy ze związków niższych (H2, CO itp.) w celu wytworzenia z nich wyższych węglowodorów. Jednak procesy chemiczne mogą być również częścią procesu produkcji paliw konwencjonalnych – na przykład węglowodory o bardzo długich łańcuchach można rozbić na krótsze, takie jak te, które składają się na benzynę czy olej napędowy, poprzez tzw. kraking. W zależności od definicji, tutaj również może nie być możliwe dokonanie wyraźnego rozróżnienia od paliw syntetycznych. Innym przykładem jest biodiesel, który jest wytwarzany z metanolu i triacyloglicerydów, chociaż zachodzi przemiana chemiczna, ale produkt zwykle nie jest zaliczany do paliw syntetycznych.
Paliwa syntetyczne nie są czymś nowym w branży petrochemicznej – ich początki sięgają czasów Republiki Weimarskiej, kiedy firma IG Farben wytwarzała produkt znany jak Leuna-Benzin, od miejscowości, w której powstawał od 1927 roku. Systematyczne badania nad substytutami do produkcji benzyny rozpoczęto w Niemczech od razu po I wojnie światowej. Różne rządy Republiki Weimarskiej stale kwestionowały import ropy ze względu na sytuację gospodarczą i coraz częściej podkreślano potrzebę samowystarczalności, jeśli chodzi o dostawy paliw. W tym samym czasie na całym świecie panowało przekonanie, że globalne zasoby ropy naftowej szybko się wyczerpią w miarę rozpowszechniania się motoryzacji. Dlatego też przy wsparciu państwa naukowcy i firmy poświęcili mnóstwo pracy na badania nad źródłem energii, którego Niemcy miały pod dostatkiem, czyli węglem. Niemiecki chemik Friedrich Bergius zarejestrował pierwszy patent na otrzymywanie wodoru z węgla o wiele wcześniej, bo już w 1913 roku, za zresztą co wraz z Carlem Boschem otrzymał Nagrodę Nobla. Późniejsza historia niemieckich paliw syntetycznych wraz z ze zmianami politycznymi w latach 30. nie jest zbyt chlubna, jednak oddać trzeba, że stanowiło to podstawę do dalszych prac; ważne jest to, że idea samodzielnej produkcji paliw w miejsce importu ropy zyskała wagę polityczną i naukową.
Paliwa syntetyczne wchodzą na rynek
Syntetyczne paliwa neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla można wytwarzać na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest wykorzystanie dwutlenku węgla lub tlenku węgla wychwyconego z atmosfery lub procesu przemysłowego (Carbon Capture and Storage – CCS – przyp. red.), na przykład przy pracy rafinerii, i synteza ich z zielonym wodorem uzyskanym z wody w drodze elektrolizy przy wykorzystaniu energii ze źródeł odnawialnych. Jedną z firm, która pracuje nad paliwami syntetycznymi, które jednocześnie są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, jest Bosch. Koncern zwraca uwagę, że około połowa samochodów, które będą jeździły po drogach w 2030 roku, została już sprzedana, większość z silnikami benzynowymi lub wysokoprężnymi, a zatem również starsze pojazdy będą musiały mieć swój udział w ograniczaniu emisji CO2. Produkcja paliw syntetycznych w przyszłych latach będzie rosnąć, będą one mogły mieć zastosowanie w produkowanych obecnie silnikach benzynowych i diesla, więc zmieszane z tradycyjnymi paliwami będą mogły przyczynić się do zmniejszenia emisji CO2. Z punktu widzenia państw, w których przemysł motoryzacyjny odgrywa istotną rolę w gospodarce, jak Niemcy czy Czechy, stanowi to argument, że silników spalinowych będzie można używać jeszcze przez długi czas, w miarę zaostrzania unijnej polityki klimatycznej z biegiem lat.
Na polskim rynku paliwami syntetycznymi chce zająć się PKN Orlen, który po połączeniu z Lotosem, PGNiG i Energą ma zwiększyć swoje moce produkcyjne w tym zakresie, co pomoże mu w dążeniu do neutralności klimatycznej. Mówił o tym dyrektor ds. energetyki Jarosław Dybowski. – Jeśli chcemy wytwarzać wodór, musimy wykorzystywać zieloną energię. Ma być on sposobem magazynowania energii, paliwem do samochodów, czy mieć zastosowanie w procesach petrochemicznych i rafineryjnych. Jeśli połączymy ten wodór z dwutlenkiem węgla, którego mamy nadmiar i nie wiemy co z nim zrobić, możemy produkować paliwa syntetyczne. W tym momencie zaciera się granica pomiędzy energetyką a obszarem paliwowym – powiedział. Podkreślił również, że “paliwa syntetyczne to tak naprawdę zamknięty obieg CO2”. – Dwutlenek węgla będzie wytwarzany na przykład w procesach przemysłowych. Będziemy go wyłapywać i wykorzystywać go do produkcji paliw syntetycznych. W wyniku spalania tych paliw znowu powstanie CO2, które znowu będziemy wyłapywać. Paliwa syntetyczne można wykorzystywać przede wszystkim w lotnictwie. Z punktu widzenia producentów samochodów, przestawianie się na wodór i elektromobilność jest o wiele dłuższą ścieżką niż dostosowanie silników spalinowych do spalania paliw syntetycznych. Jest to przyszłościowe rozwiązanie, jeśli chodzi o rozwój energetyki – ocenił.
Gdzie można zastosować paliwa syntetyczne?
Paliwa syntetyczne mogą przyczynić się do osiągnięcia celu neutralności klimatycznej przede wszystkim w sektorach, które będzie trudno zdekarbonizować za pomocą akumulatorów czy technologii wodorowych. Takimi przykładami są lotnictwo, żegluga i logistyka; biorąc pod uwagę obecne tempo rozwoju technologii, upłynie jeszcze dużo czasu, zanim pojawią się samoloty dalekiego zasięgu lub ogromne kontenerowce napędzane elektrycznie, a być może także pojazdy ciężarowe. W przypadku samolotów pasażerskich, akumulatory potrzebne do wzniesienia maszyny w powietrze i zapewnienia jej wystarczająco dużo mocy, by przelecieć dystans kilku tysięcy kilometrów, byłyby zbyt duże i zbyt ciężkie. Znacznie bardziej prawdopodobne jest pojawienie się samolotu hybrydowego do lotów krótkodystansowych i regionalnych. Airbus, Rolls-Royce i Siemens współpracują nad projektem samolotu, w którym jeden z czterech silników został zastąpiony silnikiem elektrycznym Siemensa o mocy 2700 KM, podłączonym do akumulatorów, które ważą około dwóch ton. Jest nadzieja, że napęd elektryczny może być wykorzystywane do startów, co doprowadzi do zmniejszenia emisji i zanieczyszczenia hałasem. Jednak to loty długodystansowe odpowiadają za 80 procent emisji z lotnictwa, a istniejące technologie nie są w stanie sprawić, że osiągnięty zostanie cel wyznaczony przez Komisję Europejską dla lotnictwa do 2050 roku, a ten zakłada 75-procentową redukcję emisji CO2 i 90-procentową redukcję emisji tlenków azotu. Wydaje się więc, że w tym przypadku najbardziej rozsądnym rozwiązaniem będą paliwa syntetyczne.
Obecnie powstają też prototypy elektrycznych ciężarówek, które zastąpią olej napędowy na krótkich i średnich trasach, ale wydaje się, że tylko Tesla wierzy w elektryfikację długodystansowego transportu drogowego. W 2017 roku firma Elona Muska zaprezentowała model ciężarówki elektrycznej o nazwie Semi, według producenta ma ona zasięg 800 kilometrów, czyli o połowę mniejszy, niż będące obecnie w użytku ciężarówki z silnikami diesla. Ponadto ładowanie baterii pojazdu, by był on zdolny przejechać 640 kilometrów, miałoby trwać zaledwie 30 minut, co jednak spotkało się z krytyką co do tego, czy jest to wykonalne z punktu widzenia fizyki, dlatego bardziej realistycznym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie paliw syntetycznych. Podobnie sprawa wygląda, jeśli chodzi o żeglugę – pierwszy na świecie elektryczny kontenerowiec, Yara Birkeland ma mieć pojemność 120 kontenerów. Jest on stosunkowo mały i będzie podróżować powoli na trasie o długości zaledwie 50 kilometrów między portami w Norwegii. Dla porównania, dzisiejsze kontenerowce o tradycyjnym napędzie mogą przewozić 4000 kontenerów, czyli 150 razy więcej, na 400 razy większe odległości z prędkością trzy do czterech razy większą. Aby płynąć bez przerwy z Azji do Europy w 31 dni, taki statek spala ponad 4500 ton paliwa. Aby statek elektryczny odbył tę samą podróż, musiałby przewozić około 100 000 ton akumulatorów litowo-jonowych, co zajęłoby około 40 procent przestrzeni ładunkowej.
Fanaberia czy konieczność?
Obecny spór pomiędzy Komisją Europejską a krajami, w których przemysł motoryzacyjny jest silny, czyli Niemcami, Czechami czy Włochami, dotyczy tego, czy po 2035 roku zakazać handlu nowymi autami z silnikami spalinowymi. Do tej pory propozycja polegała na tym, by po tym terminie w Europie można było sprzedawać tylko pojazdy o napędzie alternatywnym, czyli elektryczne czy wodorowe. Jednak kraje z Berlinem na czele domagają się dopuszczenia też samochodów z silnikami dostosowanych do spalania paliw syntetycznych, czyli praktycznie takich samych, z jakimi mamy do czynienia dzisiaj. O ile w segmentach takich jak lotnictwo, żegluga czy ciężki transport kołowy ciężko będzie spełnić cele klimatyczne bez paliw neutralnych dla klimatu, to branża samochodów osobowych powinna w ciągu 12 lat przestawić się na nowe napędy. Jeśli Europa chce pozostać wiodącą gospodarką na świecie, nie powinna opóźniać transformacji energetycznej, a pozostawać w jej awangardzie, stosując mądre rozwiązania tam, gdzie nowe technologie jeszcze nie są w stanie zastąpić starych pod względem wydajności, a jednocześnie zmieniać rynek tam, gdzie technologie te są już do tego gotowe.
