Co w przyszłości będziemy lać do baku?

Klasyczne silniki spalinowe nie mają od kilku lat lekkiego bytu. Zaostrzane limity emisji dwutlenku węgla i szkodliwych składników spalin sprawiły, że ich produkcja mocno się skomplikowała, przez co wzrosły także koszty.

Wodór jako paliwo alternatywne?

Oczywiście zaczęto szukać rozwiązań alternatywnych. Jednym z pierwszych pomysłów było wykorzystanie wodoru jako paliwa w zwykłym silniku spalinowym. Jasne, potrzebne są odpowiednie przeróbki samochodu, ale jest to technicznie stosunkowo proste do uzyskania. Problemem jest jednak ograniczona wydajność takich jednostek i z tego powodu przestano je wykorzystywać.

Zaczęto za to rozwijać pojazdy z ogniwami wodorowymi: pokładową elektrownią zasilającą zwykły silnik elektryczny (coś w rodzaju baterii, którą się tankuje wodorem, a nie doładowuje). Tu jednak pojawia się już poważne skomplikowanie konstrukcji (znowu koszty).

I największy problem – skąd wziąć wodór? Choć to najpopularniejszy pierwiastek, trzeba go pozyskiwać w wyniku reakcji chemicznych. A później dochodzą jeszcze spore problemy z jego przechowywaniem oraz tankowaniem. Niezbędna infrastruktura co prawda powstaje, ale rozwija się dosyć ślamazarnie.

Auta bez paliw kopalnych?

W ten sposób doszliśmy do obecnej sytuacji: gwałtownego rozwoju rynku samochodów całkowicie elektrycznych, zasilanych pokładowymi akumulatorami. To na to idą nakłady wszystkich liczących się producentów samochodów, w ten sposób prezesi spółek wyobrażają sobie przyszłość motoryzacji na najbliższe lata.
Ale czy na pewno wykorzystaliśmy już wszystkie alternatywy? Na pewno jedną z nich są paliwa syntetyczne. Wytwarzamy je w ciągu reakcji chemicznych, nie musimy zatem zużywać paliw nieodnawialnych. Ich pozyskiwanie i spalanie może w znacznym stopniu ograniczyć emisję dwutlenku węgla, a ze względu na ich laboratoryjny sposób powstawania spalaniu towarzyszy dużo mniejsza emisja szkodliwych spalin. Co jeszcze warto wiedzieć?

Co to jest paliwo syntetyczne?

Tradycyjne paliwa samochodowe, jak benzyna czy olej napędowy, powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej. Paliwa syntetyczne otrzymuje się w efekcie reakcji chemicznych. Zwykle chodzi o uzyskanie mieszaniny wodoru i tlenku węgla w różnych proporcjach – czyli syngazu. Następnie może on być przekształcony w substytut ropy naftowej i poddany procesom rafinacji, w efekcie której uzyskuje się płyn o właściwościach klasycznej benzyny, oleju napędowego czy paliwa lotniczego.

• Jak normalne paliwo
  Paliwo syntetyczne może być wykorzystywane w konwencjonalnych silnikach bez konieczności
  wykonywania w nich żadnych przeróbek. Można je także przechowywać, przewozić czy tankować jak każde inne.

Jak się je wytwarza?

Sposobów na wytworzenie paliwa syntetycznego jest przynajmniej kilka, ale konieczne jest pozyskanie wodoru i tlenku węgla. Obecnie nacisk kładzie się na to, by procedura była neutralna klimatycznie, zatem nie wiązała się z wytwarzaniem dwutlenku węgla. Obecnie mówi się o e-paliwach (elektropaliwach), w których energia pochodzi ze źródeł nieemisyjnych (np. paneli słonecznych).

• Paliwo z powietrza?
  Składniki do produkcji e-paliw można pozyskać z powietrza: wychwycić parę wodną i dwutlenek węgla, pod wpływem wysokiej temperatury i katalizatorów uzyskać z tego ostatecznie mieszaninę wodoru i tlenku węgla – czyli syngaz, mogący podlegać dalszej obróbce. Takie procedury są już stosowane.

Ile to kosztuje?

Paliwa syntetyczne nie są produkowane na masową skalę, a to w oczywisty sposób przekłada się na ich ceny. Potrzebny jest też wydajny sposób przekształcania wody w wodór, ewentualnie opracowanie innego sposobu pozyskiwania tego gazu w sposób szybki i ekologiczny (tu też wszystko sprowadza się do kosztów zielonej energii elektrycznej). O jakich konkretnie mówimy kwotach? Trudno podać ścisłą wartość właśnie z uwagi na niewielką skalę obecnej produkcji. Szacunki wskazują jednak, że obecnie koszt litra e-paliwa to 10 dolarów. Tymczasem koszt oleju napędowego produkowanego z paliw kopalnych wynosi sporo poniżej 1 dolara.

• Kwestia skali?
  Czy zwiększenie produkcji paliw syntetycznych obniżyłoby ich ceny? Zapewne tak, ale nawet najbardziej optymistyczne prognozy wskazują na poziom 1,5 dolara za litr.

Czy mogą zastąpić obecne paliwa?

Z technicznego punktu widzenia nie ma żadnych przeszkód, by paliwa syntetyczne mogły z dnia na dzień zastąpić swoje konwencjonalne odpowiedniki. Dysponujemy technologiami ich wytwarzania, auta nie wymagają żadnych przeróbek, aby je stosować. Problem w tym, że obecnie ich produkcja odbywa się na minimalną skalę i nikt nie kwapi się, żeby ten stan rzeczy zmienić. Większość producentów postawiła na rozwój pojazdów elektrycznych, te spalinowe nie są traktowane priorytetowo.

• Czy będzie zapotrzebowanie?
  Paliwa syntetyczne mają wiele zalet, ale ich rozwój wymaga olbrzymich nakładów. Firmy wolą unikać ryzyka z tym związanego.

Wykorzystanie paliw syntetycznych

Produkcja paliw syntetycznych nie jest niczym nowym, w czasie II wojny światowej spora fabryka znajdowała się wręcz na obecnym terytorium Polski – w Policach. Niemcy traktowali je jako możliwy substytut tradycyjnych paliw w przypadku trudności z dostępem do nich. Paliwa tego typu stosowane były także w sporcie motorowym. Ciekawym przykładem jest Audi: już w 2008 roku silniki TDI z aut wykorzystywanych w LeMans jeździły na paliwach syntetycznych, mają być one używane też w przyszłych autach F1 marki.

• Dodatek lotniczy
  Domieszki e-paliw wykorzystywane są w lotnictwie komercyjnym, w celu obniżenia emisji CO₂

E-paliwa kontra elektryki

Sposób, w jaki wytwarzane są paliwa syntetyczne, a także ich późniejsze spalanie może w dużym stopniu ograniczyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery, szacuje się, że nawet o 80 proc. w porównaniu z wykorzystywaniem paliw kopalnych. To duży argument na rzecz ich powszechnego wprowadzenia: właśnie redukcja tych emisji stoi za obecną popularyzacją pojazdów elektrycznych. E-paliwa przyniosłyby spore korzyści bez konieczności inwestycji w infrastrukturę i nowe modele. Jednak producenci aut w większości podjęli inną decyzję.

• Elektryki mają priorytet
  Choć niektóre koncerny (jak Porsche czy Audi) prowadzą pracę nad rozwojem paliw syntetycznych, ich zakres jest mocno ograniczony. Ewidentnie większość nakładów firm idzie w rozwój i promocję aut o napędzie całkowicie elektrycznym i w tym postrzega swoją przyszłość.

Paliwa syntetyczne a biopaliwa

Ważna sprawa – nie mylmy paliw syntetycznych z biopaliwami, choć są pewne podobieństwa. Składniki potrzebne do produkcji tych pierwszych mogą pochodzić z różnych źródeł, w tym także biomasy. Nie jest to jednak konieczne i zasadniczo unika się tego. Problemem biopaliw jest bowiem to, że do ich wytwarzania wykorzystuje się produkty... które mogłyby być pożywieniem. Trzeba więc wybierać między talerzem a zbiornikiem paliwa, a to ma wiele negatywnych konsekwencji.

• Bez dylematów
  W przypadku paliw syntetycznych nie jesteśmy zmuszeni do wykorzystywania produktów rolniczych. Nie wpłynie to więc na ich podaż na rynkach konsumenckich ani ich ceny.

Inne technologie

Surowcem do produkcji paliw samochodowych, które mogą być spalane w konwencjonalnych silnikach może być nie tylko ropa naftowa czy gazy wykorzystywane przy e-paliwach, ale także gaz ziemny (technologie GTL, Gas-To-Liquid), węgiel (CTL, Coal-To-Liquid) czy biomasa (BTL, Biomass-To-Liquid). Dwie pierwsze wymagają jednak stosowania surowców ze źródeł nieodnawialnych, trzecia, stanowi konkurencje dla produktów spożywczych.

• Paliwo z drewna
  Pamiętajmy też o węglu drzewnym, czyli holzgazie. Wytwarzany w tzw. gazogeneratorach może służyć do zasilania pojazdów spalinowych – instalację montuje się wówczas na aucie, a tankuje... drewnem.

PODSUMOWANIE

Kilkanaście lat temu wiele osób bało się fizycznego wyczerpania paliw kopalnych, ewentualnie trudności z dostępem do nich, z uwagi np. na niestabilność w regionach, z których pochodzi gigantyczna część ich światowych zasobów. Paliwa syntetyczne jawiły się wówczas jako realna alternatywa na wypadek tego typu kłopotów. Obecnie tego typu napięcie trochę spadło. Przewiduje się, że zapotrzebowanie na ropę naftową na użytek motoryzacji może spadać, gdyż branża przechodzi na napęd elektryczny i ma inne priorytety. Wraz z tym także rozwój paliw syntetycznych nie postępuje za szybko.