Với nguồn tài nguyên dầu mỏ và nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt trên khắp thế giới, cuộc đua tìm kiếm giải pháp năng lượng lớn tiếp theo chắc chắn vẫn đang diễn ra. Có thể không có một viên đạn ma thuật để giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng đó, hoặc một loại nhiên liệu hoàn hảo có sẵn vô hạn và không gây ô nhiễm môi trường. Nhưng có một lựa chọn, nhiên liệu tổng hợp - hay nhiên liệu tổng hợp - mang lại một số ưu điểm và một số nhược điểm khi so sánh với nhiên liệu hóa thạch dựa trên dầu thông thường. Nhiên liệu tổng hợp là một danh mục nhiên liệu bao gồm bất kỳ loại nhiên liệu nào "được sản xuất từ than đá, khí đốt tự nhiên hoặc nguyên liệu sinh khối thông qua quá trình chuyển đổi hóa học" [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. Những loại nhiên liệu này thường được gọi là chất lỏng Fischer-Tropsch, sau quá trình sử dụng để tạo ra chúng. Danh mục nhiên liệu tổng hợp cũng bao gồm nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu thô tổng hợp, một chất tương tự như dầu thô được tổng hợp từ các tài nguyên thiên nhiên như bitum hoặc đá phiến dầu [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. Về mặt hóa học, nhiên liệu tổng hợp tương tự như nhiên liệu xăng và diesel mà chúng ta sử dụng ngày nay và có thể được sử dụng trong các động cơ hiện có. Tuy nhiên, việc sản xuất chúng đòi hỏi sự chuyển đổi hóa học phức tạp.
Chính phủ các nước và các công ty năng lượng đã chú ý nhiều hơn đến nhiên liệu tổng hợp trong những năm gần đây, do giá dầu tăng và bất ổn chính trị ở các nước sản xuất dầu đã tạo ra động lực để tìm kiếm các giải pháp thay thế. Lợi ích chính của nhiên liệu tổng hợp là chúng có thể được sản xuất bằng cách sử dụng các chất như than đá, khí đốt tự nhiên và thậm chí cả chất thải thực vật, những loại nhiên liệu này có sẵn rộng rãi. Nhiều loại nhiên liệu tổng hợp cũng đốt cháy sạch hơn nhiên liệu thông thường. Nhưng cũng có những nhược điểm. Mặc dù chúng có thể đốt cháy sạch hơn, nhưng việc sản xuất nhiên liệu tổng hợp thường gây ra ô nhiễm nhiều hơn, nếu không muốn nói là nhiều hơn so với xăng truyền thống. Nhiên liệu đồng bộ vẫn đắt hơn để sản xuất so với nhiên liệu thông thường, chủ yếu là do cần có nhiều nghiên cứu, phát triển và đầu tư hơn để sản xuất có hiệu quả kinh tế.
Để tìm hiểu về các loại nhiên liệu tổng hợp khác nhau hiện đang được sản xuất, hãy tiếp tục đọc.
Nội dungDầu cực nặng là một trong nhiều nguồn gây ra tạp chất , một loại nhiên liệu tổng hợp gần giống với dầu thô. Dầu siêu nặng xuất hiện tự nhiên và hình thành khi dầu từng bị chôn vùi sâu trong lòng đất tiếp xúc với vi khuẩn phân hủy hydrocacbon và thay đổi tính chất vật lý của dầu. Dầu có thể được thu hồi thông qua khai thác lộ thiên hoặc thu gom "tại chỗ" (tại chỗ). Thu gom tại chỗ bao gồm việc dẫn hơi nước nóng hoặc khí vào giếng để tách dầu nặng và thu chất lỏng qua giếng thứ hai. Cả hai phương pháp đều có giới hạn của chúng. Khai thác lộ thiên chỉ có thể được sử dụng để thu thập dầu cực nặng gần bề mặt. Nó cũng hủy hoại môi trường bằng cách phá hủy rừng và môi trường sống của động vật, và một lượng lớn nước cần thiết phải được xử lý như chất thải sau khi sử dụng [nguồn:Clark]. Các phương pháp in situ cần được nghiên cứu thêm để thu thập một lượng lớn dầu nặng.
Quá trình sản xuất nhiều loại nhiên liệu tổng hợp tạo ra các sản phẩm ít nhiều sẵn sàng sử dụng cho động cơ và xe cộ. Mặt khác, sản xuất đồng bộ dẫn đến dầu thô tổng hợp phải được tinh chế thêm để bán thương mại, giống như dầu thô thông thường. Ở trạng thái tự nhiên, dầu cực nặng về cơ bản là nhớt hơn dạng thô. Nếu dầu thô chảy như nước, thì dầu cực nặng chảy như mật. Để biến loại dầu cực nặng thành dạng hữu ích, nó thường tiếp xúc với nhiệt và khí phân hủy các hydrocacbon thành những thứ có thể đốt cháy làm nhiên liệu và những thứ không thể đốt cháy. Quá trình này tương tự như quá trình tinh chế dầu thô thành nhiên liệu, nhưng tốn kém và phức tạp hơn.
Sản xuất khí thành chất lỏng nhiên liệu (hoặc GTL ) liên quan đến một quá trình chuyển đổi khí tự nhiên thành nhiên liệu lỏng, dựa trên dầu mỏ. Không giống như đồng bộ, các sản phẩm GTL tiến gần hơn đến giai đoạn sản xuất cuối cùng. Chúng không cần phải được xử lý bởi một nhà máy lọc dầu trước khi chúng được sử dụng làm nhiên liệu. Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để chuyển đổi nhiên liệu khí thành nhiên liệu lỏng là quá trình Fischer-Tropsch (F-T tổng hợp) [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. Trong quá trình này, khí tự nhiên được kết hợp với không khí và sau đó được đưa vào buồng cùng với chất xúc tác, thường là một hợp chất có chứa coban hoặc sắt. Chất xúc tác , cùng với một lượng lớn nhiệt và áp suất, kích hoạt một phản ứng hóa học tạo thành các chuỗi hydrocacbon . Tiếp theo, chất khí được ngưng tụ thành chất lỏng. Tùy thuộc vào chất xúc tác nào được thêm vào, các cấu trúc hydrocacbon khác nhau được tạo ra. Tổng hợp F-T có thể sản xuất nhiên liệu diesel, naphtha (có thể được xử lý để tạo ra xăng) và chất bôi trơn công nghiệp [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ].
Đặc biệt, quy trình GTL chủ yếu được sử dụng để sản xuất nhiên liệu diesel, mặc dù nó cũng có thể sản xuất naphtha. GTL, giống như các loại nhiên liệu Fischer-Tropsch khác, tạo ra ít khí thải hơn khi đốt cháy [nguồn:Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ]. Quá trình tách hóa học tạo ra một loại nhiên liệu tinh khiết hơn, bởi vì các tạp chất có thể được lọc ra một cách dễ dàng. Một lợi ích khác là các phản ứng hóa học liên quan đến việc chuyển đổi khí thành chất lỏng tạo ra điện, hơi nước và nước dưới dạng các sản phẩm phụ. Các nguồn lực đó có thể được đưa trở lại quá trình sản xuất để tiết kiệm chi phí và giảm tác động đến môi trường hoặc được bán trên thị trường thương mại để làm cho quá trình hiệu quả hơn về chi phí.
Dầu đá phiến là một dạng đồng bộ hóa khác được tạo ra từ marlstone , một loại đá tự nhiên thường được gọi là đá phiến dầu . Marlstone rất giàu vật liệu được gọi là kerogen , một chất hữu cơ chuyển hóa tự nhiên thành dầu thô khi nó tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cực cao. Sự thay đổi đó thường xảy ra trong hàng triệu năm, nhưng các phương pháp công nghiệp có thể tái tạo quá trình và chuyển hóa kerogen trong đá phiến dầu thành đồng dạng [nguồn:Bộ Nội vụ Hoa Kỳ]. Tại thời điểm này, việc sản xuất dầu đá phiến chủ yếu là lý thuyết và chưa được sản xuất trên quy mô lớn. Đá phiến dầu có thể được đưa qua quá trình nhiệt phân , việc tạo ra nhiệt và loại bỏ oxy, tách kerogen khỏi phần còn lại của đá và chuyển nó thành chất lỏng sau đó có thể được tinh chế thành hỗn hợp [nguồn:Bộ Nội vụ Hoa Kỳ].
Dầu đá phiến cực kỳ dồi dào. Trên thực tế, tiền gửi trong Hệ tầng Green River , một khu vực kéo dài qua các vùng của Colorado, Utah và Wyoming, có thể chứa đủ đá phiến dầu để sản xuất 800 tỷ đến 1,8 nghìn tỷ thùng, theo ước tính từ các nhà khoa học khác nhau [nguồn:Bộ Nội vụ Hoa Kỳ]. Để đưa những con số đó vào viễn cảnh, nếu ước tính thấp hơn là chính xác, hệ thống này có thể cung cấp nhu cầu dầu của Hoa Kỳ trong 100 năm ở mức sử dụng hiện tại [nguồn:Bộ Nội vụ Hoa Kỳ]. Tuy nhiên, có những hạn chế nghiêm trọng về môi trường. Sản xuất dầu đá phiến để lại một lượng lớn đá thải và sử dụng một lượng lớn nước. Ngoài ra, cho đến khi các công nghệ được phát triển và hoàn thiện hơn nữa, quy trình này cực kỳ tốn kém - đắt hơn nhiều so với sản xuất dầu thô [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ].
Cát dầu, hay cát hắc ín, là nguồn thứ ba của nhiên liệu tổng hợp được phân loại là dầu thô. Hỗn hợp nước, đất sét, cát và một chất gọi là bitum , cát dầu xảy ra một cách tự nhiên. Bitum là một chất giống như dầu rất đặc, là độ đặc của Jell-O rất dính ở nhiệt độ phòng. Nó chứa nhiều tạp chất hơn so với dầu thô thông thường, bao gồm lưu huỳnh, nitơ và kim loại nặng phải được loại bỏ trước khi bitum có thể được sử dụng làm nhiên liệu [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. Cát thường được thu thập thông qua khai thác lộ thiên. Phục hồi tại chỗ cũng có thể thông qua việc bơm hơi nước hoặc hóa chất để phá vỡ cát. Tuy nhiên, việc thu gom tại chỗ tiêu thụ một lượng lớn nước và điện năng và cũng ít hiệu quả hơn về chi phí.
Để xử lý cát dầu đến trạng thái chúng có thể được bán dưới dạng hỗn hợp, chúng được rửa bằng nước nóng để tách bitum khỏi đất sét và cát. Sau đó, bitum chịu một lượng nhiệt và áp suất rất lớn, và khí tự nhiên được đưa vào. Điều này chuyển đổi hydrocacbon trong vật liệu thành dạng dễ đốt cháy hơn làm nhiên liệu [nguồn:Bộ Nội vụ Hoa Kỳ]. Lượng nước và năng lượng khổng lồ cần thiết để biến đổi cát dầu từ trầm tích sâu dưới lòng đất thành nhiên liệu có thể sử dụng được khiến nó trở thành một loại nhiên liệu gây tranh cãi vì tác động đến môi trường của nó. Những thiệt hại về môi trường, từ khai thác dải và xử lý nước thải, đã dẫn đến nhiều tranh cãi ở Canada, nơi hầu hết cát dầu trên thế giới hiện đang được khai thác [nguồn:Kunzig].
Giống như GTL, từ than thành chất lỏng Nhiên liệu (CTL) được sản xuất bằng cách cô lập hydrocacbon trong nhiên liệu hóa thạch hiện có và chuyển đổi chúng thành một dạng nhiên liệu tổng hợp có thể được sử dụng trong động cơ của các phương tiện hiện có. Các nhà sản xuất sử dụng hai phương pháp để thực hiện chuyển đổi đó. Đầu tiên, hóa lỏng than gián tiếp (ICL), sử dụng quy trình Fischer-Tropsch giống như nhiên liệu từ khí thành chất lỏng. Tất nhiên, quá trình chế biến đòi hỏi một bước bổ sung để chuyển than rắn thành khí có thể cung cấp cho phản ứng F-T. Than rắn được nghiền nhỏ, sau đó tiếp xúc với nhiệt độ cao và áp suất cao, cùng với hơi nước và oxy, phản ứng với than để tạo ra khí tổng hợp. Khí tổng hợp này, một hỗn hợp của carbon monoxide, hydro và các khí khác, sau đó được sử dụng trong phản ứng Fischer-Tropsch để tạo ra nhiên liệu lỏng. Trong hóa lỏng than trực tiếp (DCL), than được nghiền thành bột, sau đó tiếp xúc với hydro, nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra chất lỏng đồng bộ có thể được tinh chế. Phương pháp thứ hai này không được sử dụng rộng rãi như ICL.
Nhiên liệu từ than đá thành chất lỏng có thể thân thiện với môi trường hơn, vì chúng đốt cháy sạch hơn xăng hoặc dầu diesel thông thường. Các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất CTL, bao gồm nước, điện và kim loại có thể được bán để bù đắp chi phí của quá trình xử lý CTL và làm cho quá trình này bền vững hơn. Nhưng cũng có những hạn chế nghiêm trọng về môi trường. Sản xuất CTL tiêu thụ một lượng lớn nước trước khi tạo ra. Nó cũng thải ra khí thải carbon dioxide và một lượng lớn chất thải rắn được gọi là "xỉ", là những gì còn lại của than sau khi tất cả các hóa chất có thể sử dụng được của nó đã được chiết xuất [nguồn:Van Bibber].
Nhiên liệu than thành lỏng và khí thành lỏng được sản xuất bằng cách điều khiển hydrocacbon trong nhiên liệu hóa thạch không phải dầu để chúng tương tự về mặt hóa học với hydrocacbon trong dầu và xăng. Sinh khối thành chất lỏng nhiên liệu hoạt động theo cùng một lý thuyết, ngoại trừ việc các hydrocacbon đến từ vật chất hữu cơ mới chết, không phải vật chất hữu cơ đã bị phân hủy và nén qua hàng triệu năm. BTL nhiên liệu có thể được làm từ gỗ, cây trồng, rơm rạ và ngũ cốc. Ưu điểm của BTL là nó có thể được làm từ các bộ phận của những nhà máy không hữu ích cho thực phẩm hoặc sản xuất.
Quy trình sản xuất tương tự như các loại nhiên liệu tổng hợp khác:Syngas được sử dụng để bắt đầu phản ứng Fischer-Tropsch, cuối cùng tạo ra nhiên liệu lỏng. Sinh khối được đốt cháy trong môi trường oxy thấp để tạo ra khí tổng hợp, một công đoạn đòi hỏi ít năng lượng hơn so với các loại nhiên liệu tổng hợp khác. Nhưng cần một lượng tương đối lớn nguyên liệu sinh khối (nguyên liệu thô được tổng hợp) để làm nhiên liệu. Năm tấn (khoảng 4,5 tấn) nguyên liệu (hoặc khoảng 3 mẫu Anh hoặc 1,2 ha cây trồng) bằng 1 tấn (0,9 tấn) BTL đã sản xuất [nguồn:Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ]. BTL cũng tốn nhiều tiền hơn để sản xuất CTL hoặc GTL. Biomass chiếm nhiều không gian hơn so với các nguyên liệu cung cấp nhiên liệu tổng hợp khác, do đó, chi phí lưu trữ và vận chuyển cao hơn. BTL gần như không phổ biến như các dạng nhiên liệu tổng hợp khác, có nghĩa là các công ty sẽ phải đầu tư rất nhiều tiền để các chương trình BTL được thiết lập và chạy. Mặc dù tốn kém, nhưng về lâu dài, BTL có thể dễ dàng hơn đối với môi trường, vì các nhà máy được trồng để sản xuất nhiên liệu có thể loại bỏ một số CO 2 của nó khí thải.
Vì những lý do tương tự, thực vật và chất thải thực vật có thể được sử dụng để làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu tổng hợp, chất thải rắn cũng có thể cung cấp cho quá trình này. Chất thải rắn có thể sử dụng bao gồm lốp xe cũ, nước thải và chất thải từ các bãi chôn lấp [nguồn:Speight]. Miễn là nó chứa chất hữu cơ (và hàm lượng carbon cao), nó có thể được sử dụng để tạo ra một số dạng nhiên liệu. Chất thải được sử dụng làm nguyên liệu nạp cũng phải trải qua quá trình tương tự như các nguyên liệu nhiên liệu tổng hợp khác. Nó được đốt cháy trong những điều kiện đặc biệt để tạo ra khí tổng hợp, sau đó trải qua quá trình Fischer-Tropsch để được tổng hợp thành nhiên liệu lỏng. Thay vào đó, khí mà các bãi chôn lấp thải ra một cách tự nhiên khi chất thải phân hủy có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp.
Vẫn còn trong giai đoạn lý thuyết, khái niệm về nhiên liệu tạo ra từ CO 2 trong khí quyển được phát triển bởi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos. Trong quá trình này, một lượng lớn không khí có chứa chất ô nhiễm carbon dioxide sẽ tiếp xúc với kali cacbonat lỏng. CO 2 trong không khí kết hợp với kali cacbonat, trong khi các thành phần khác của không khí thì không. CO 2 sau đó có thể được tách ra khỏi hợp chất kali bằng cách tác động điện. Khi CO 2 được tách ra, nó được chuyển thành khí tổng hợp và sau đó thành nhiên liệu lỏng theo các phương pháp được sử dụng để tạo ra các loại nhiên liệu tổng hợp khác [nguồn:Martin]. Về lý thuyết, các nhà khoa học tại các phòng thí nghiệm và tổ chức khác đã đồng ý rằng quá trình này hoạt động. Tuy nhiên, trở ngại chính là quá trình phân lập CO 2 từ không khí và chuyển nó thành khí tổng hợp đòi hỏi một lượng lớn năng lượng [nguồn:Martin]. Các nhà khoa học Los Alamos đề xuất năng lượng hạt nhân là lựa chọn tốt nhất [nguồn:Martin]. Nó cũng sẽ đòi hỏi những khoản đầu tư vốn khổng lồ để đưa khái niệm từ lý thuyết đến thực thi. Về mặt lý thuyết, toàn bộ quá trình về mặt lý thuyết là trung hòa cacbon. Nó sẽ tạo ra nhiều carbon như nó tiêu thụ.
Dầu thông thường Vs. Dầu tổng hợp
Dầu tổng hợp có tốt hơn không?
Dầu động cơ tổng hợp so với Dầu động cơ thông thường
Dầu động cơ tổng hợp hàng đầu ở Pakistan