전 세계적으로 석유 및 화석 연료 자원이 줄어들면서 차세대 에너지 솔루션을 찾기 위한 경쟁이 확실히 시작되었습니다. 그 에너지 위기를 해결할 마법의 총알이 없을 수도 있고, 무한히 사용 가능하고 환경을 오염시키지 않는 완벽한 연료가 없을 수도 있습니다. 그러나 한 가지 옵션인 합성 연료(또는 합성 연료)는 기존의 석유 기반 화석 연료와 비교할 때 몇 가지 장점과 단점을 제공합니다. 합성 연료는 "화학적 전환을 통해 석탄, 천연 가스 또는 바이오매스 공급원료에서 생산된" 연료를 포함하는 연료 범주입니다[출처:U.S. Energy Information Administration]. 이러한 유형의 연료는 연료를 만드는 데 사용된 과정을 따라 종종 Fischer-Tropsch 액체라고 합니다. 합성 연료 범주에는 역청이나 오일 셰일과 같은 천연 자원에서 합성되는 원유와 유사한 물질인 합성 원유에서 파생된 연료도 포함됩니다[출처:U.S. Energy Information Administration]. 화학적으로 합성 연료는 오늘날 우리가 사용하는 가솔린 및 디젤 연료와 유사하며 기존 엔진에 사용할 수 있습니다. 그러나 그것들을 생산하려면 복잡한 화학적 전환이 필요합니다.
최근 몇 년 동안 국가 정부와 에너지 회사는 유가 상승과 산유국의 정치적 불안정으로 인해 대체 연료를 찾아야 하는 인센티브가 생겼기 때문에 합성 연료에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 합성 연료의 주요 이점은 널리 사용되는 석탄, 천연 가스 및 식물 폐기물과 같은 물질을 사용하여 생산할 수 있다는 것입니다. 많은 합성 연료는 또한 기존 연료보다 더 깨끗하게 연소됩니다. 하지만 단점도 있습니다. 그들은 더 깨끗하게 태울 수 있지만 합성 연료를 생산하는 것은 종종 전통적인 가솔린보다 더 많은 것은 아니더라도 많은 오염을 유발합니다. 합성 연료는 여전히 기존 연료보다 생산 비용이 더 많이 듭니다. 그 이유는 생산을 경제적으로 실행 가능하게 만들기 위해 더 많은 연구, 개발 및 투자가 필요하기 때문입니다.
현재 제조되고 있는 다양한 종류의 합성 연료에 대해 알아보려면 계속 읽으십시오.
내용초중유는 syncrude의 여러 원인 중 하나입니다. , 원유와 매우 유사한 합성 연료의 일종. 초중유는 자연적으로 발생하며 한때 지구 깊숙이 묻힌 기름이 탄화수소를 분해하고 기름의 물리적 특성을 변화시키는 박테리아에 노출될 때 형성됩니다. 오일은 노천 채굴 또는 "현장"(현장) 수집을 통해 회수할 수 있습니다. 현장 수집은 뜨거운 증기 또는 가스를 우물에 배관하여 중유를 분해하고 두 번째 우물을 통해 유체를 수집하는 것을 포함합니다. 두 방법 모두 한계가 있습니다. 노천 채굴은 표면 근처에서 초중질유를 수집하는 데에만 사용할 수 있습니다. 또한 숲과 동물의 서식지를 파괴하여 환경을 파괴하고, 필요한 많은 양의 물은 사용 후 폐기물로 처리해야 합니다[출처:Clark]. 현장 방법은 많은 양의 중유를 수집하기 위해 추가 연구가 필요합니다.
많은 합성 연료의 생산 공정은 엔진과 차량에 사용할 준비가 된 제품을 만듭니다. 반면에 Syncrude 생산은 기존 원유와 마찬가지로 상업적으로 판매되기 위해 더 정제되어야 하는 합성 원유를 초래합니다. 자연 상태에서 초중유는 기본적으로 더 점도입니다. 원유의 형태. 원유가 물처럼 흐르면 초중유가 꿀처럼 흐릅니다. 초중유를 유용한 형태로 만들기 위해 일반적으로 탄화수소를 분해하는 열과 가스에 노출됩니다. 연료로 태울 수 있는 것과 태울 수 없는 것으로 나뉩니다. 원유를 정제하여 연료로 만드는 과정과 비슷하지만 더 비싸고 복잡합니다.
기체-액체 생산 연료(또는 GTL ) 천연 가스를 액체, 석유 기반 연료로 변환하는 과정을 포함합니다. GTL 제품은 신크루드와 달리 생산의 최종 단계에 가깝습니다. 연료로 사용하기 전에 정제소에서 처리할 필요가 없습니다. 가스를 액체 연료로 전환하는 데 가장 널리 사용되는 방법은 Fischer-Tropsch 공정입니다. (F-T 합성) [출처:U.S. Energy Information Administration]. 이 과정에서 천연 가스는 공기와 결합된 다음 촉매(일반적으로 코발트 또는 철을 포함하는 화합물)와 함께 챔버에 도입됩니다. 촉매 , 많은 양의 열과 압력과 함께 탄화수소 사슬을 형성하는 화학 반응을 유발합니다. . 다음으로 기체는 액체로 응축됩니다. 첨가되는 촉매에 따라 다른 탄화수소 구조가 생성됩니다. F-T 합성은 디젤 연료, 나프타(가솔린을 만들기 위해 처리할 수 있음) 및 산업용 윤활유를 생산할 수 있습니다[출처:U.S. Energy Information Administration].
특히 GTL 공정은 나프타도 생산할 수 있지만 주로 디젤 연료를 생산하는 데 사용되었습니다. 다른 Fischer-Tropsch 연료와 마찬가지로 GTL은 연소 시 더 적은 배출량을 생성합니다[출처:U.S. Environmental Protection Agency]. 화학적 분리 공정은 불순물을 쉽게 걸러낼 수 있기 때문에 보다 순수한 연료를 생성합니다. 또 다른 이점은 가스를 액체로 전환하는 것과 관련된 화학 반응이 부산물로 전기, 증기 및 물을 생성한다는 것입니다. 이러한 자원은 비용을 절감하고 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 다시 생산에 투입하거나 상업 시장에서 판매하여 프로세스를 보다 비용 효율적으로 만들 수 있습니다.
셰일 오일 marlstone에서 생산되는 또 다른 형태의 싱크루드입니다. , 일반적으로 오일 셰일이라고 불리는 자연 발생 암석 . 말스톤은 케로겐이라는 물질이 풍부합니다. , 극한의 열과 압력에 노출되면 자연적으로 원유로 전환되는 유기 물질입니다. 그 변화는 일반적으로 수백만 년에 걸쳐 발생하지만 산업적 방법은 그 과정을 복제하고 오일 셰일의 케로겐을 싱크로겐으로 전환할 수 있습니다[출처:미국 내무부]. 셰일 오일의 생산은 이 시점에서 대체로 이론적이며 대규모로 생산되지 않았습니다. 오일 셰일은 열분해를 통해 처리할 수 있습니다. , 열의 도입 및 산소 제거는 케로겐을 암석의 나머지 부분에서 분리하고 이를 액체로 변환하여 싱크루드로 정제할 수 있습니다[출처:미국 내무부].
오일 셰일은 매우 풍부합니다. 실제로 그린 리버 지층의 광상 다양한 과학자들의 추정에 따르면, 콜로라도, 유타, 와이오밍의 일부를 가로지르는 이 지역은 8000억에서 1조 8000억 배럴을 생산하기에 충분한 오일 셰일을 함유할 수 있다고 합니다[출처:미국 내무부]. 이러한 수치를 감안할 때 더 낮은 추정치가 정확하다면 이 지층은 현재 사용량 수준에서 100년 동안 미국의 석유 수요를 공급할 수 있습니다[출처:미국 내무부]. 그러나 심각한 환경적 단점이 있습니다. 셰일 오일 생산은 많은 양의 폐석을 남기고 엄청난 양의 물을 사용합니다. 또한 기술이 더욱 개발되고 정제될 때까지 이 공정은 원유 생산보다 배럴당 훨씬 더 비쌉니다[출처:U.S. Energy Information Administration].
오일 샌드 또는 타르 샌드는 합성 연료로 분류되는 세 번째 합성 연료 공급원입니다. 물, 점토, 모래 및 역청이라는 물질의 혼합물 , 오일샌드는 자연적으로 발생합니다. 역청은 실온에서 매우 끈적끈적한 Jell-O의 일관성인 매우 두꺼운 오일 유사 물질입니다. 여기에는 역청을 연료로 사용하기 전에 제거해야 하는 황, 질소 및 중금속을 포함하여 기존 원유보다 훨씬 많은 불순물이 포함되어 있습니다[출처:미국 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration)]. 모래는 일반적으로 노천 채굴을 통해 수집됩니다. 현장 회수는 모래를 부수기 위해 증기 또는 화학 물질을 주입하여 가능합니다. 그러나 현장 수거는 엄청난 양의 물과 전력을 소비하고 비용 효율성도 떨어집니다.
오일샌드를 싱크루드로 판매할 수 있는 상태로 가공하기 위해 뜨거운 물로 세척하여 점토 및 모래에서 역청을 분리합니다. 역청은 엄청난 양의 열과 압력을 받고 천연 가스가 도입됩니다. 이것은 물질의 탄화수소를 연료로 더 쉽게 연소되는 형태로 변환합니다[출처:미국 내무부]. 오일샌드를 깊은 지하 매장지에서 사용 가능한 연료로 변환하는 데 필요한 막대한 양의 물과 전력은 환경 영향 때문에 논란의 여지가 있는 연료입니다. 스트립 채광과 폐수 처리로 인한 환경 피해는 현재 세계 오일샌드의 대부분이 채굴되고 있는 캐나다에서 많은 논란을 불러일으켰습니다[출처:Kuzig].
GTL과 마찬가지로 석탄에서 액체로 (CTL) 연료는 기존 화석 연료에서 탄화수소를 분리하여 기존 차량의 엔진에 사용할 수 있는 형태의 합성 연료로 변환하여 생산됩니다. 제조업체는 두 가지 방법을 사용하여 해당 변환을 수행합니다. 첫 번째, 간접 석탄 액화 (ICL)은 기액 연료와 동일한 Fischer-Tropsch 공정을 사용합니다. 물론 가공에는 고체 석탄을 F-T 반응을 공급할 수 있는 가스로 전환하는 추가 단계가 필요합니다. 고체 석탄을 부수고 고온 고압에 노출시키면 증기, 산소와 함께 석탄과 반응하여 합성 가스가 생성됩니다. 일산화탄소, 수소 및 기타 가스의 혼합물인 이 합성 가스는 Fischer-Tropsch 반응에 사용되어 액체 연료를 생성합니다. 직접 석탄 액화 (DCL), 석탄은 미분된 다음 수소와 높은 수준의 열과 압력에 노출되어 정제될 수 있는 액체 신크루드를 생성합니다. 이 두 번째 방법은 ICL만큼 널리 사용되지 않습니다.
석탄에서 액체로의 연료는 기존의 가솔린이나 디젤보다 더 깨끗하게 연소되기 때문에 환경 친화적일 수 있습니다. 물, 전기 및 금속을 포함한 CTL 제조 부산물을 판매하여 CTL 처리 비용을 상쇄하고 프로세스를 보다 지속 가능하게 만들 수 있습니다. 그러나 심각한 환경적 단점도 있습니다. CTL 생산은 생성되기 전에 엄청난 양의 물을 소비합니다. 또한 사용 가능한 모든 화학 물질을 추출한 후 석탄에 남아 있는 "슬래그"라고 불리는 많은 양의 고형 폐기물과 이산화탄소를 배출합니다[출처:Van Bibber].
석탄-액체 및 기체-액체 연료는 석유 및 가솔린의 탄화수소와 화학적으로 유사하도록 비석유 화석 연료의 탄화수소를 조작하여 생산됩니다. 바이오매스를 액체로 탄화수소는 수백만 년에 걸쳐 분해되고 압축된 유기 물질이 아니라 갓 죽은 유기 물질에서 나온다는 점을 제외하고는 동일한 이론에 따라 작동합니다. BTL 연료는 나무, 작물, 짚 및 곡물로 만들 수 있습니다. BTL의 장점은 식품이나 제조에 유용하지 않은 식물의 일부로 만들 수 있다는 것입니다.
생산 과정은 다른 합성 연료와 유사합니다. 합성 가스는 최종적으로 액체 연료를 생산하는 Fischer-Tropsch 반응을 시작하는 데 사용됩니다. 바이오매스는 저산소 환경에서 연소되어 합성가스를 생산하는데, 이는 다른 합성연료보다 에너지가 덜 필요한 단계입니다. 그러나 연료를 만들기 위해서는 비교적 많은 양의 바이오매스 공급원료(합성되는 원료)가 필요합니다. 5톤(약 4.5미터톤)의 공급원료(또는 약 3에이커 또는 1.2헥타르의 작물)는 제조된 BTL 1톤(0.9미터톤)과 같습니다[출처:미국 에너지 정보국]. BTL은 또한 CTL이나 GTL보다 제작 비용이 훨씬 더 많이 듭니다. 바이오매스는 다른 합성 연료 공급원료보다 훨씬 더 많은 공간을 차지하므로 저장 및 운송 비용이 더 많이 듭니다. BTL은 다른 형태의 합성 연료만큼 널리 보급되지 않았습니다. 즉, 기업이 BTL 프로그램을 시작하고 실행하려면 많은 돈을 투자해야 합니다. 비용에도 불구하고 BTL은 장기적으로 환경에 더 쉬울 수 있습니다. 연료를 생산하기 위해 재배된 식물이 CO2의 일부를 상쇄할 수 있기 때문입니다. 배출.
식물과 식물 폐기물이 합성 연료 생산을 위한 공급원료를 만드는 데 사용될 수 있는 것과 같은 이유로, 고체 폐기물도 공정에 공급할 수 있습니다. 사용 가능한 고형 폐기물에는 오래된 타이어, 하수 및 매립지 폐기물이 포함됩니다[출처:Speight]. 유기물(및 높은 수준의 탄소)을 포함하는 한 어떤 형태의 연료를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 원료로 사용되는 폐기물은 다른 합성연료 원료와 동일한 공정을 거칩니다. 특수한 조건에서 연소되어 합성가스를 생성한 후 피셔-트롭쉬 공정을 거쳐 액체 연료로 합성됩니다. 대안으로 매립지에서 쓰레기가 분해되면서 자연적으로 배출되는 가스를 합성 연료로 사용할 수 있습니다.
아직 이론적인 단계에서 대기 중 CO2에서 연료를 유도하는 개념 Los Alamos National Laboratories의 과학자들이 개발했습니다. 이 과정에서 이산화탄소 오염물질을 포함하는 다량의 공기가 액체 탄산칼륨에 노출될 것입니다. CO2 공기 중에서는 탄산칼륨과 결합하지만 공기의 다른 성분은 결합하지 않습니다. CO2 그런 다음 전기를 적용하여 칼륨 화합물에서 분리할 수 있습니다. 일단 CO2 분리된 후 합성 가스로 전환된 다음 다른 합성 연료를 만드는 데 사용되는 방법에 따라 액체 연료로 전환됩니다[출처:Martin]. 다른 실험실과 기관의 과학자들은 이 과정이 이론적으로 효과가 있다는 데 동의했습니다. 그러나 주요 장애물은 CO2를 분리하는 과정입니다. 공기에서 합성가스로 변환하려면 엄청난 양의 전력이 필요합니다[출처:Martin]. Los Alamos 과학자들은 원자력을 최선의 선택으로 제안합니다[출처:Martin]. 또한 개념을 이론에서 실행으로 옮기기 위해서는 막대한 자본 투자가 필요합니다. 긍정적인 측면에서 전체 프로세스는 이론적으로 탄소 중립적입니다. 소비하는 만큼의 탄소를 생산할 것입니다.
