에너지 자립, 재생 에너지 및 탄소 배출의 위험성에 대한 논의는 미국 정치 담론의 큰 부분이 되었습니다. 대통령부터 공개 시위에서 "석유 전쟁 금지" 표지판을 들고 있는 사람에 이르기까지 모두 화석 연료의 대안을 찾는 방법에 관심이 있는 것 같습니다. 그러나 모든 대체품이 동등하게 생성되는 것은 아닙니다. 일부는 환경에 더 좋습니다. 일부는 그렇지 않습니다. 일부는 재생 가능한 에너지원입니다. 일부는 그렇지 않습니다. 합성 연료 , 일명 합성 연료 , 발전하는 에너지 위기를 해결하기 위한 테이블에 있는 많은 솔루션 중 하나일 뿐입니다.
그러나 이 경우 "합성"이라는 용어는 오해의 소지가 있습니다. 연료가 부자연스럽거나 인공적이라는 의미는 아닙니다. 미국 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration)은 합성 연료를 "석탄, 천연 가스 또는 바이오매스 공급 원료에서 생산되는 모든 연료"로 정의합니다. 화학적 전환을 통해" [출처:미국 에너지 정보국]. 그 전환은 원유 또는 처리 연료와 화학적으로 동일하지만 인공적인 수단을 통해 합성된 물질을 생성합니다. 기존 원유는 환경에서 자연적으로 발생하며 생산에 사용됩니다. 휘발유, 경유 등 다양한 연료 합성 연료를 만드는 데 사용되는 원료인 합성 연료 공급원료는 원유 또는 가공 연료로 사용할 수 있으려면 강렬한 화학적 물리적 변화를 받아야 합니다.
합성 연료의 역사는 최근 몇 년 동안 연구 개발이 정점에 이르렀지만 생각보다 훨씬 더 거슬러 올라갑니다. 합성 연료는 1923년 독일에서 두 명의 과학자가 피셔-트롭쉬 반응이라는 과정을 개발하면서 처음 연구되었습니다. . 그들이 스스로 명명한 이 과정에는 가스를 액체 연료로 전환하는 과정이 포함됩니다. Fischer-Tropsch 공정에 대한 대안이 있지만 오늘날 합성 연료를 만드는 데 가장 광범위하게 테스트되고 널리 사용되는 방법입니다.
역사적으로 합성 연료는 제2차 세계 대전 독일에서 군용 차량에 연료를 공급하기 위해 처음으로 광범위하게 사용되었습니다. 추축국 사이의 제한된 석유 매장량으로 인해 합성 옵션이 필요한 대안이 되었습니다[출처:Becker]. 1970년대에 합성 연료는 석유 부족이 만연한 미국에서 많이 연구되었습니다. 그 연구는 결국 떨어졌지만 최근 에너지 독립과 지속 가능성에 대한 우려가 중요한 정치적 화두가 되면서 또 다른 급증을 보았습니다. 다른 국가에서는 합성 연료를 더 광범위하게 사용했습니다. 예를 들어, 남아프리카 공화국에서 석탄과 천연 가스로 만든 합성 연료는 30년 동안 석유 경제의 중요한 부분이었습니다.
다양한 유형의 합성 연료와 각 합성 연료가 어떻게 생산되는지 알아보려면 계속 읽으십시오.
다양한 공급원료가 어떻게 액체 합성 연료로 전환될 수 있는지 이해하려면 먼저 연료가 어떻게 작동하는지 이해해야 합니다. 석유 및 석유로 만든 가솔린과 같은 제품은 탄화수소라고 하는 유기 분자의 긴 사슬로 구성됩니다(수소와 탄소를 포함하기 때문에). 이러한 탄화수소는 연소될 때 분해되어 에너지를 방출하여 자동차, 트럭, 비행기 등의 엔진에 연료를 공급하는 데 사용됩니다. 석유, 석탄, 천연 가스, 공장 폐기물 및 하수를 포함한 대부분의 유기 물질에는 탄화수소가 포함되어 있습니다. 오늘날의 엔진은 가솔린과 같은 오일 파생 연료와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 합성 연료가 이러한 엔진에서 작동하려면 탄화수소가 석유 및 석유 제품에서 발견되는 탄화수소와 유사하도록 재구성되어야 합니다.
합성 연료에는 기본적으로 합성 원유의 두 가지 범주가 있습니다. (동기화 ) 및 Fischer-Tropsch 액체 .첫 번째 범주에는 syncrude를 생산하는 데 사용되는 공급원료 및 공정이 포함됩니다. , 또는 합성 원유. 합성 원유는 기존 원유와 동일한 용도로 사용할 수 있습니다. 원료로 사용됩니다. 기존 원유와 마찬가지로 싱크루드는 디젤, 가솔린, 등유와 같은 다양한 형태의 석유 기반 상업용 연료를 만들기 위해 정제 및 처리되어야 합니다.
싱크루드의 가장 인기 있는 3가지 소스는 초중유입니다. , 오일 셰일 및 오일샌드 . 이들 각각의 물질은 기존의 오일과 마찬가지로 자연적으로 발생하지만 물리적 특성과 불순물의 양이 다릅니다. 예를 들어, 오일 셰일은 암석이고 오일 샌드는 모래와 오일 함유 물질 역청의 타르 혼합물입니다. . 이러한 혼합 원료는 다양한 수준의 열, 압력 및 물리적 조작에 노출되어 천연 원유와 동일한 탄화수소 배열을 가진 물질을 생성합니다.
합성 원료를 처리하면 환경에 해를 끼치는 경향이 있습니다. 원유보다 더 많은 처리가 필요하기 때문에 더 많은 CO2를 생성합니다. 배출 및 기타 오염 물질 [출처:미국 내무부]. 또한 공급 원료를 수집하는 것은 종종 스트립 채광과 같은 유해한 환경 관행을 수반합니다. 석유의 대안으로서 신크루드 연료의 한 가지 이점은 세계에 초중질유, 오일 셰일 및 오일 샌드가 상당량 미개척 매장되어 있다는 점입니다. 물론 석유와 마찬가지로 이러한 자원은 지속 가능하지 않습니다. 그것들도 결국 소진될 것입니다.
Fischer-Tropsch 합성 연료가 어떻게 생산되는지 알아보려면 계속 읽으십시오.
일반적으로 Fischer-Tropsch 액체라고 하는 두 번째 유형의 합성 연료는 본질적으로 syncrude 단계를 건너뛰고 상업적으로 실행 가능한 액체 연료로 직접 전환될 수 있는 공급원료를 사용합니다. Fischer-Tropsch 합성 연료를 생산하는 데 사용되는 가장 일반적인 공급 원료는 천연 가스입니다. , 석탄 및 바이오매스 (식물 및 식물 폐기물). F-T 합성에서 공급원료는 화씨 1,900도(섭씨 1,037.7도) 이상의 매우 높은 열과 합성 가스라고 불리는 일산화탄소와 수소의 혼합물을 생성하는 압력을 받습니다. (또는 합성 가스 ) [출처:반 비버]. 이 공정 단계를 통해 Fischer-Tropsch 액체 연료는 원유 또는 신원유에서 생산된 연료보다 훨씬 깨끗합니다. 중금속과 같은 불순물은 합성가스를 걸러낸 후 가스화기에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 탄소 및 유황과 같은 가스는 걸러낼 수 있으므로 연료가 연소될 때 오염 물질이 되지 않습니다.
다음으로 합성 가스는 액체 형태로 응축됩니다. 다시 높은 열과 압력을 가하면 일반적으로 철 또는 코발트를 포함하는 화합물인 촉매가 공정에 도입됩니다. 촉매는 수소와 일산화탄소 사이의 화학 반응을 일으켜 탄화수소의 긴 사슬을 만듭니다. 다른 촉매는 다른 탄화수소 구조를 생성할 수 있습니다. 이러한 탄화수소는 냉각되고 액체 형태로 응축되고 여과됩니다. Fischer-Tropsch 합성은 디젤 연료 또는 가솔린의 합성 형태와 함께 산업용 윤활유, 등유 및 기타 제품을 생산할 수 있습니다.
syncrude 제품과 비교하여 Fischer-Tropsch 액체는 훨씬 더 깨끗하게 연소됩니다. 이러한 합성 연료는 미립자 배출이 거의 없고 기존 연료보다 질소 산화물이 적고 일산화탄소 배출이 적습니다[출처:미국 환경 보호국]. 물론 (바이오매스와 같은) 재생 가능한 자원을 공급원료로 사용하는 합성 연료는 화석 연료를 공급원료로 사용하는 것보다 장기적으로 환경에 더 좋습니다.
미국 정부는 석탄, 천연 가스 및 식물 폐기물과 같은 공급원료에 대한 풍부한 접근성을 가지고 있기 때문에 합성 연료에 대한 기득권을 가지고 있습니다. 한 가지 종류의 합성 연료만을 고려할 때 합성 연료를 생산하는 데 사용할 수 있는 미사용 바이오매스가 미국 내 1.3기가톤으로 추정됩니다[출처:Coal-to-Liquids Coalition]. 따라서 미군 및 기타 정부 기관은 최근 몇 년 동안 합성 연료 연구를 추진해 왔습니다. 중국과 독일과 같은 다른 국가들도 합성 연료 기술 탐구에 최근 투자를 했습니다[출처:미국 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration)]. 합성 연료 기술은 유망하지만 석유에서 휘발유를 생산하는 것보다 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. 따라서 유가가 급격히 오르지 않는 한 석유를 대체하지 않을 가능성이 큽니다.
