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Comparación directa entre el combustible sintético FT y el combustible convencional. El combustible sintético es extremadamente transparente debido a la casi total ausencia de a...

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Comparación directa entre el combustible sintético FT y el combustible convencional. El combustible sintético es extremadamente transparente debido a la casi total ausencia de azufre y compuestos aromáticos.

El combustible sintético o synfuel es un combustible líquido , o a veces gaseoso , obtenido a partir de syngas , una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno , en la que syngas se deriva de la gasificación de materias primas sólidas como carbón o biomasa o mediante el reformado de gas natural . [ 1 ] [ 2 ]

Las formas comunes de refinar combustibles sintéticos incluyen la conversión Fischer-Tropsch , [ 3 ] [ 4 ] la conversión de metanol a gasolina , [ 5 ] o la licuefacción directa del carbón . [ 6 ]

Clasificación y principios

Los términos "combustible sintético" o "synfuel" tienen diversos significados.

  • La visión más tradicional restringe la materia prima al carbón (generalmente mediante gas de síntesis ) y el producto final a los hidrocarburos líquidos . Algunos autores también permiten el gas natural como materia prima.
  • Las interpretaciones más recientes (como la EIA 2006) permiten el uso de carbón, gas natural o biomasa como materia prima. El producto resultante puede ser crudo sintético o productos líquidos sintéticos. [ 7 ] Los residuos industriales y municipales también pueden ser materia prima aceptable. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
  • Algunas definiciones también permiten que las arenas bituminosas y el esquisto bituminoso sean insumos aceptables a través del crudo sintético . [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ]
  • La definición más liberal acepta todos los materiales de entrada mencionados anteriormente y permite cualquier forma de combustible de salida: líquido, gas o sólido "limpio". Este es el enfoque del petroquímico James G. Speight; también menciona que, en el contexto de los sustitutos de los combustibles derivados del petróleo, tiene un significado aún más amplio. [ 12 ] Dependiendo del contexto, el metanol , el etanol y el hidrógeno también pueden incluirse en esta categoría. [ 13 ] [ 14 ]

Los combustibles sintéticos se producen mediante el proceso químico de conversión . [ 12 ] Los métodos de conversión pueden ser la conversión directa en combustibles líquidos para el transporte, o la conversión indirecta, en la que la sustancia de origen se convierte inicialmente en gas de síntesis que luego pasa por procesos de conversión adicionales para convertirse en combustibles líquidos. [ 7 ] Los métodos básicos de conversión incluyen la carbonización y la pirólisis , la hidrogenación y la disolución térmica . [ 15 ]

Historia

Ruinas de la planta alemana de gasolina sintética ( Hydrierwerke Pölitz AG ) en Police, Polonia.

El proceso de conversión directa de carbón en combustible sintético se desarrolló originalmente en Alemania . [ 16 ] Friedrich Bergius desarrolló el proceso Bergius , que recibió una patente en 1913. Karl Goldschmidt invitó a Bergius a construir una planta industrial en su fábrica, la Th. Goldschmidt AG (parte de Evonik Industries desde 2007), en 1914. [ 17 ] La producción comenzó en 1919. [ 18 ]

La conversión indirecta del carbón (donde el carbón se gasifica y luego se convierte en combustibles sintéticos) también se desarrolló en Alemania, por Franz Fischer y Hans Tropsch en 1923. [ 16 ] Durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), Alemania utilizó la fabricación de petróleo sintético ( en alemán : Kohleverflüssigung ) para producir productos de petróleo sustitutos ( Ersatz ) utilizando el proceso Bergius (a partir de carbón), el proceso Fischer-Tropsch ( gas de agua ) y otros métodos ( Zeitz utilizó los procesos TTH y MTH). [ 19 ] [ 20 ] En 1931, el Departamento Británico de Investigación Científica e Industrial ubicado en Greenwich , Inglaterra, estableció una pequeña instalación donde se combinó gas hidrógeno con carbón a presiones extremadamente altas para producir un combustible sintético. [ 21 ]

Las plantas del proceso Bergius se convirtieron en la principal fuente de la Alemania nazi de gasolina de aviación de alta calidad , aceite sintético , caucho sintético , metanol sintético , amoníaco sintético y ácido nítrico . Casi un tercio de la producción de Bergius provenía de las plantas de Pölitz ( en polaco : Police ) y Leuna , y otro tercio de otras cinco plantas ( Ludwigshafen tenía una planta Bergius mucho más pequeña [ 22 ] que mejoraba la "calidad de la gasolina mediante deshidrogenación" utilizando el proceso DHD). [ 20 ]

Los grados de combustible sintético incluían " combustible para aviones TL ", "gasolina de aviación de primera calidad", "gasolina base de aviación" y "gasolina - petróleo medio"; [ 20 ] y también se sintetizaban "gas de productor" y diésel para combustible (los tanques blindados convertidos, por ejemplo, utilizaban gas de productor). [ 19 ] : 4, s2 A principios de 1944, la producción alemana de combustible sintético había alcanzado más de 124.000 barriles por día (19.700 m 3 /d) de 25 plantas, [ 23 ] incluyendo 10 en el área del Ruhr . [ 24 ] : 239 En 1937, las cuatro plantas de carbón de lignito del centro de Alemania en Böhlen , Leuna, Magdeburgo /Rothensee y Zeitz, junto con la planta de carbón bituminoso del área del Ruhr en Scholven/ Buer , produjeron 4,8 millones de barriles (760 × 10 ^ 3 m 3 ) de combustible. Posteriormente se construyeron cuatro nuevas plantas de hidrogenación ( en alemán : Hydrierwerke ) en Bottrop -Welheim (que utilizaba " brea de alquitrán de hulla bituminosa "), [ 20 ] Gelsenkirchen (Nordstern), Pölitz y, con 200 000 toneladas/año, [ 20 ] Wesseling . [ 25 ] Nordstern y Pölitz/ Settin utilizaban carbón bituminoso, al igual que las nuevas plantas de Blechhammer . [ 20 ] Heydebreck sintetizó aceite comestible, que fue probado en prisioneros de campos de concentración . [ 26 ] Después del bombardeo aliado de las plantas de producción de combustible sintético de Alemania (especialmente entre mayo y junio de 1944), el Estado Mayor Especial de Geilenberg empleó a 350.000 trabajadores forzados, en su mayoría extranjeros , para reconstruir las plantas de aceite sintético bombardeadas, [ 24 ] : 210, 224 y, en un programa de descentralización de emergencia, el Mineralölsicherungsplan (1944-1945), para construir 7 plantas subterráneas de hidrogenación con protección contra bombardeos (ninguna se completó). (Los planificadores habían rechazado una propuesta anterior de este tipo, esperando que las fuerzas del Eje ganaran la guerra antes de que los búnkeres    se completaría.) [ 22 ] En julio de 1944, la planta subterránea de petróleo sintético del proyecto "Cuckoo" (800 000 m 2 ) estaba siendo "excavada en Himmelsburg " al norte de Mittelwerk , pero la planta permaneció sin terminar al final de la Segunda Guerra Mundial. [ 19 ] La producción de combustible sintético se volvió aún más vital para la Alemania nazi cuando las fuerzas del Ejército Rojo soviético ocuparon los campos petrolíferos de Ploiești en Rumania el 24 de agosto de 1944, negando a Alemania el acceso a su fuente de petróleo natural más importante.

Las tecnologías Fischer-Tropsch indirectas ("FT") llegaron a Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial, y HRI diseñó y construyó una planta con una capacidad de 7000 barriles por día (1100 m³ /d) en Brownsville, Texas . Esta planta representó el primer uso comercial de la conversión Fischer-Tropsch a alta temperatura. Estuvo operativa desde 1950 hasta 1955, año en que se clausuró tras la caída del precio del petróleo debido al aumento de la producción y a los grandes descubrimientos en Oriente Medio. [ 16 ] 

En 1949, la Oficina de Minas de los Estados Unidos construyó y operó una planta de demostración para convertir carbón en gasolina en Luisiana, Misuri . [ 27 ] También se desarrollaron plantas de conversión directa de carbón en los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial, incluyendo una planta de 3 TPD en Lawrenceville, Nueva Jersey , y una planta de 250-600 TPD en Catlettsburg, Kentucky . [ 28 ]

En décadas posteriores, la República de Sudáfrica estableció una compañía petrolera estatal que incluía una gran planta de combustibles sintéticos . [ 29 ]

Procesos

Los numerosos procesos que se pueden utilizar para producir combustibles sintéticos se dividen, a grandes rasgos, en tres categorías: procesos indirectos, directos y de biocombustibles.

Conversión indirecta

La conversión indirecta es la tecnología más extendida a nivel mundial, con una producción global que asciende a unos 260.000 barriles diarios (41.000 m³ / d) , y muchos proyectos adicionales en desarrollo activo. 

La conversión indirecta se refiere, en términos generales, a un proceso en el que la biomasa, el carbón o el gas natural se convierten en una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono conocida como gas de síntesis, ya sea mediante gasificación o reformado de metano con vapor , y ese gas de síntesis se procesa en un combustible líquido para el transporte utilizando una de varias técnicas de conversión diferentes, dependiendo del producto final deseado. [ 30 ]

Las principales tecnologías que producen combustible sintético a partir de gas de síntesis son la síntesis de Fischer-Tropsch y el proceso Mobil (también conocido como metanol a gasolina o MTG). En el proceso de Fischer-Tropsch, el gas de síntesis reacciona en presencia de un catalizador, transformándose en productos líquidos (principalmente gasóleo y combustible para aviones ) y, potencialmente, ceras (dependiendo del proceso FT empleado). [ 31 ]

El proceso de producción de combustibles sintéticos mediante conversión indirecta se conoce a menudo como conversión de carbón a líquidos (CTL), de gas a líquidos (GTL) o de biomasa a líquidos (BTL), según la materia prima inicial. Al menos tres proyectos (Ohio River Clean Fuels, Illinois Clean Fuels y Rentech Natchez) combinan materias primas de carbón y biomasa, creando combustibles sintéticos híbridos conocidos como conversión de carbón y biomasa a líquidos (CBTL). [ 32 ]

Las tecnologías de procesos de conversión indirecta también pueden utilizarse para producir hidrógeno, potencialmente para su uso en vehículos de pila de combustible, ya sea como subproducto o como producto primario. [ 33 ]

Conversión directa

La conversión directa se refiere a procesos en los que las materias primas de carbón o biomasa se transforman directamente en productos intermedios o finales, evitando la conversión a gas de síntesis mediante gasificación . Los procesos de conversión directa se pueden dividir a grandes rasgos en dos métodos diferentes: pirólisis y carbonización, e hidrogenación. [ 34 ]

Procesos de hidrogenación

Uno de los principales métodos de conversión directa de carbón a líquidos mediante el proceso de hidrogenación es el proceso de Bergius. [ 35 ] En este proceso, el carbón se licúa calentándolo en presencia de gas hidrógeno (hidrogenación). El carbón seco se mezcla con petróleo pesado reciclado del proceso. Normalmente se añaden catalizadores a la mezcla. La reacción tiene lugar entre 400 °C (752 °F) y 500 °C (932 °F) y entre 20 y 70 MPa de presión de hidrógeno. [ 36 ] La reacción se puede resumir de la siguiente manera: [ 36 ]     

nortedo+(norte+1)H2→donorteH2norte+2{\displaystyle n{\rm {C}}+(n+1){\rm {H}}_{2}\rightarrow {\rm {C}}_{n}{\rm {H}}_{2n+2}}

Tras la Primera Guerra Mundial se construyeron varias plantas en Alemania; estas plantas se utilizaron ampliamente durante la Segunda Guerra Mundial para abastecer a Alemania de combustible y lubricantes. [ 37 ]

El proceso Kohleoel, desarrollado en Alemania por Ruhrkohle y VEBA , se utilizó en la planta de demostración con una capacidad de 200  toneladas de lignito por día, construida en Bottrop , Alemania. Esta planta operó desde 1981 hasta 1987. En este proceso, el carbón se mezcla con un disolvente reciclado y un catalizador de hierro. Después del precalentamiento y la presurización, se añade H₂ . El proceso se lleva a cabo en un reactor tubular a una presión de 300  bar y una temperatura de 470 °C (880 °F) . [ 38 ] Este proceso también ha sido explorado por SASOL en Sudáfrica.  

En las décadas de 1970 y 1980, las empresas japonesas Nippon Kokan , Sumitomo Metal Industries y Mitsubishi Heavy Industries desarrollaron el proceso NEDOL. En este proceso, una mezcla de carbón y un solvente reciclado se calienta en presencia de un catalizador a base de hierro y H₂ . La reacción tiene lugar en un reactor tubular a una temperatura entre 430 °C (810 °F) y 465 °C (870 °F) a una presión de 150-200 bar. El petróleo producido tiene baja calidad y requiere un enriquecimiento intensivo. [ 38 ] El proceso H-Coal, desarrollado por Hydrocarbon Research, Inc., en 1963, mezcla carbón pulverizado con líquidos reciclados, hidrógeno y un catalizador en el reactor de lecho fluidizado . Las ventajas de este proceso son que la disolución y el mejoramiento del petróleo se realizan en un solo reactor, los productos tienen una alta relación H:C y un tiempo de reacción rápido, mientras que las principales desventajas son el alto rendimiento de gas, el alto consumo de hidrógeno y que el petróleo producido solo es apto como combustible para calderas debido a las impurezas. [ 39 ]     

Los procesos SRC-I y SRC-II (carbón refinado con solvente) fueron desarrollados por Gulf Oil e implementados como plantas piloto en los Estados Unidos en las décadas de 1960 y 1970. [ 38 ] La Nuclear Utility Services Corporation desarrolló el proceso de hidrogenación que fue patentado por Wilburn C. Schroeder en 1976. El proceso implicaba carbón seco y pulverizado mezclado con aproximadamente 1 % en peso de catalizadores de molibdeno . [ 12 ] La hidrogenación se llevó a cabo a alta temperatura y presión, con gas de síntesis producido en un gasificador separado. El proceso finalmente produjo un producto crudo sintético, nafta , una cantidad limitada de gas C 3 /C 4 , líquidos de peso ligero a medio (C 5 -C 10 ) adecuados para su uso como combustibles, pequeñas cantidades de NH 3 y cantidades significativas de CO 2 . [ 40 ] Otros procesos de hidrogenación de una sola etapa son el proceso de solvente donante de Exxon , el proceso de alta presión de Imhausen y el proceso de cloruro de zinc de Conoco. [ 38 ]

Se han desarrollado varios procesos de licuefacción directa en dos etapas. Después de la década de 1980, solo se han desarrollado el Proceso de Licuefacción Catalítica en Dos Etapas, modificado a partir del Proceso H-Coal; el Proceso de Extracción con Solventes Líquidos de British Coal ; y el Proceso de Licuefacción de Brown Coal de Japón. [ 38 ]

Chevron Corporation desarrolló un proceso inventado por Joel W. Rosenthal, denominado Proceso de Licuefacción de Carbón de Chevron (CCLP). Este proceso es único debido al acoplamiento directo entre el disolutor no catalítico y la unidad de hidroprocesamiento catalítico. El petróleo resultante presentaba propiedades únicas en comparación con otros petróleos derivados del carbón: era más ligero y contenía muchas menos impurezas de heteroátomos. El proceso se amplió a una capacidad de 6 toneladas diarias, pero no se ha demostrado su viabilidad comercial.

Procesos de pirólisis y carbonización

Existen diversos procesos de carbonización. La conversión de carbonización se produce mediante pirólisis o destilación destructiva , generando alquitrán de hulla condensable, aceite y vapor de agua, gas sintético no condensable y un residuo sólido ( carbón ). El alquitrán de hulla y el aceite condensados ​​se procesan posteriormente mediante hidrogenación para eliminar el azufre y el nitrógeno , tras lo cual se transforman en combustibles. [ 39 ]

El ejemplo típico de carbonización es el proceso Karrick . Este proceso fue inventado por Lewis Cass Karrick en la década de 1920. El proceso Karrick es un proceso de carbonización a baja temperatura , donde el carbón se calienta de 360 ​​°C (680 °F) a 750 °C (1380 °F) en ausencia de aire. Estas temperaturas optimizan la producción de alquitranes de hulla más ricos en hidrocarburos ligeros que el alquitrán de hulla normal. Sin embargo, los líquidos producidos son principalmente un subproducto, y el producto principal es el semicoque, un combustible sólido y sin humo. [ 41 ]    

El proceso COED, desarrollado por FMC Corporation , utiliza un lecho fluidizado para el procesamiento, en combinación con el aumento de temperatura, a través de cuatro etapas de pirólisis. El calor se transfiere mediante gases calientes producidos por la combustión de parte del carbón vegetal generado. Una modificación de este proceso, el proceso COGAS, implica la adición de la gasificación del carbón vegetal. [ 39 ] El proceso TOSCOAL, análogo al proceso de retorta de esquisto bituminoso TOSCO II y al proceso Lurgi-Ruhrgas , que también se utiliza para la extracción de petróleo de esquisto , utiliza sólidos reciclados calientes para la transferencia de calor. [ 39 ]

Los rendimientos líquidos de los procesos de pirólisis y Karrick suelen ser bajos para su uso práctico en la producción de combustibles líquidos sintéticos. [ 41 ] Además, los líquidos resultantes son de baja calidad y requieren un tratamiento adicional antes de poder utilizarse como combustibles para motores. En resumen, es poco probable que este proceso produzca volúmenes económicamente viables de combustible líquido. [ 41 ]

Procesos de biocombustibles

Un ejemplo de proceso de combustible sintético basado en biocombustibles es el combustible de aviación renovable hidrotratado (HRJ). Existen varias variantes de estos procesos en desarrollo, y el proceso de pruebas y certificación para los combustibles de aviación HRJ está comenzando. [ 42 ] [ 43 ]

UOP está desarrollando dos procesos de este tipo . Uno utiliza biomasa sólida como materia prima y el otro, bioaceite y grasas. El proceso que utiliza biomasa sólida de segunda generación, como el pasto varilla o la biomasa leñosa , emplea pirólisis para producir bioaceite, que posteriormente se estabiliza catalíticamente y se desoxigena para obtener un combustible para aviones. El proceso que utiliza aceites y grasas naturales se somete a un proceso de desoxigenación, seguido de hidrocraqueo e isomerización para producir queroseno parafínico sintético renovable para aviones. [ 44 ]

Procesos de arenas bituminosas y esquistos bituminosos

El crudo sintético también puede crearse mediante el mejoramiento del betún (una sustancia similar al alquitrán que se encuentra en las arenas bituminosas ) o la síntesis de hidrocarburos líquidos a partir de esquisto bituminoso. Existen varios procesos para extraer petróleo de esquisto (crudo sintético) a partir de esquisto bituminoso mediante pirólisis, hidrogenación o disolución térmica. [ 15 ] [ 45 ]

Aumento del octanaje

El tetraetilplomo era el aditivo habitual para aumentar el octanaje de la gasolina, especialmente importante para los combustibles sintéticos, como en la Alemania nazi. Según el profesor Dr. Anthony C. Sutton, DuPont adquirió este proceso de fabricación y el equipo en Estados Unidos . El tetraetilplomo se ha prohibido para aplicaciones terrestres debido a la toxicidad del plomo .

Comercialización

La capacidad mundial de las plantas comerciales de combustibles sintéticos supera los 240 000 barriles por día (38 000 m³ / d) , incluyendo las plantas de conversión indirecta Fischer-Tropsch en Sudáfrica ( Mossgas , Secunda CTL ), Qatar ( Oryx GTL ) y Malasia (Shell Bintulu), y una planta del proceso Mobil (metanol a gasolina) en Nueva Zelanda. [ 7 ] [ 46 ] La capacidad de las plantas de combustibles sintéticos es aproximadamente el 0,24 % de la capacidad mundial de refinación de petróleo crudo de 100 millones de barriles por día. [ 47 ] 

Sasol , una empresa con sede en Sudáfrica, opera la única planta comercial de conversión de carbón a líquidos Fischer-Tropsch del mundo en Secunda , con una capacidad de 150.000 barriles por día (24.000 m³ / d) . [ 48 ] La empresa británica Zero , cofundada por el ex director técnico de F1 Paddy Lowe , ha desarrollado una solución que denomina "petrosíntesis" para desarrollar combustibles sintéticos y en 2022 comenzó a trabajar en una planta de producción de demostración [ 49 ] en Bicester Heritage, cerca de Oxford. 

Ciencias económicas

La rentabilidad de la fabricación de combustibles sintéticos varía considerablemente según la materia prima utilizada, el proceso preciso empleado, las características del emplazamiento, como los costes de la materia prima y el transporte, y el coste del equipo adicional necesario para controlar las emisiones. Los ejemplos que se describen a continuación muestran una amplia gama de costes de producción, desde 20 $/ BBL para la conversión de gas a líquidos a gran escala, hasta 240 $/BBL para la conversión de biomasa a líquidos a pequeña escala y la captura y el secuestro de carbono. [ 32 ]

Para ser económicamente viables, los proyectos deben ir mucho más allá de ser competitivos directamente con el petróleo. También deben generar un retorno de la inversión suficiente para justificar la inversión de capital en el proyecto. [ 32 ]

Consideraciones ambientales

La huella ambiental de un combustible sintético determinado varía enormemente dependiendo del proceso empleado, la materia prima utilizada, los controles de contaminación aplicados y la distancia y el método de transporte tanto para la obtención de la materia prima como para la distribución del producto final. [ 32 ]

En muchos lugares, el desarrollo del proyecto no será posible debido a restricciones de permisos si se elige un diseño de proceso que no cumpla con los requisitos locales de aire limpio, agua y, cada vez más, emisiones de carbono del ciclo de vida. [ 50 ] [ 51 ]

Emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del ciclo de vida

Entre las distintas tecnologías indirectas de producción de combustibles sintéticos FT, las emisiones potenciales de gases de efecto invernadero varían enormemente. Se espera que la conversión de carbón a líquidos ("CTL") sin captura y secuestro de carbono ("CCS") genere una huella de carbono significativamente mayor que la de los combustibles convencionales derivados del petróleo (+147%). [ 32 ] Por otro lado, la conversión de biomasa a líquidos con CCS podría lograr una reducción del 358% en las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida . [ 32 ] Ambas plantas utilizan fundamentalmente la gasificación y la tecnología de conversión de combustibles sintéticos FT, pero generan huellas ambientales muy diferentes.

Perfiles de emisiones de carbono del ciclo de vida de diversos combustibles, incluidos muchos combustibles sintéticos. Conversión conjunta de carbón y biomasa en combustibles para el transporte, Michael E. Reed, Oficina de Energía Fósil del DOE NETL, 17 de octubre de 2007.

En general, la CTL sin CCS tiene una mayor huella de gases de efecto invernadero. La CTL con CCS presenta una reducción del 9-15% en las emisiones de gases de efecto invernadero durante su ciclo de vida en comparación con el diésel derivado del petróleo. [ 32 ] [ 52 ]

Las plantas CBTL+CCS que combinan biomasa con carbón y capturan carbono obtienen mejores resultados a medida que aumenta la cantidad de biomasa añadida. Dependiendo del tipo de biomasa, las suposiciones sobre el almacenamiento de raíces y la logística de transporte, con un 40 % de biomasa junto con carbón, las plantas CBTL+CCS logran una huella de gases de efecto invernadero neutra durante su ciclo de vida. Con más del 40 % de biomasa, comienzan a tener un ciclo de vida negativo y, efectivamente, almacenan carbono en el subsuelo por cada galón de combustible que producen. [ 32 ]

En última instancia, las plantas BTL que emplean CCS podrían almacenar enormes cantidades de carbono mientras producen combustibles para el transporte a partir de materias primas de biomasa producidas de forma sostenible, aunque existen varios obstáculos económicos importantes y algunos obstáculos técnicos que tendrían que superarse para permitir el desarrollo de dichas instalaciones. [ 32 ]

También debe considerarse detenidamente el tipo y método de obtención de materia prima, ya sea carbón o biomasa, para dichas instalaciones, dado que un desarrollo irresponsable podría agravar los problemas ambientales derivados de la minería a cielo abierto , el cambio de uso del suelo, la escorrentía de fertilizantes, la controversia entre alimentos y combustibles , o muchos otros factores potenciales. O bien, podrían no ser viables, dependiendo exclusivamente de factores específicos de cada proyecto y de cada planta.

Un estudio del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de EE. UU. con información mucho más detallada sobre las emisiones del ciclo de vida de CBTL "Diésel asequible de bajas emisiones de carbono a partir de carbón y biomasa nacionales". [ 32 ]

También se han propuesto recientemente procesos híbridos de hidrógeno-carbono [ 53 ] como otra alternativa de ciclo de carbono cerrado, que combina electricidad "limpia" , CO reciclado, H2 y CO2 capturado con biomasa como insumos como una forma de reducir la biomasa necesaria.

emisiones de combustibles

Los combustibles producidos mediante los distintos procesos de síntesis también presentan un amplio rango de potencial de desempeño ambiental, aunque tienden a ser muy uniformes según el tipo de proceso de síntesis utilizado (es decir, las características de las emisiones del tubo de escape del diésel Fischer-Tropsch tienden a ser las mismas, aunque su huella de gases de efecto invernadero durante su ciclo de vida puede variar sustancialmente según la planta que produjo el combustible, en función de la materia prima y las consideraciones de secuestro a nivel de planta).

En particular, los combustibles diésel y para aviones Fischer-Tropsch ofrecen reducciones drásticas y generalizadas en todos los principales contaminantes criterio, como SOx, NOx, material particulado y emisiones de hidrocarburos. [ 54 ] Estos combustibles, debido a su alto nivel de pureza y ausencia de contaminantes, permiten el uso de equipos avanzados de control de emisiones. En un estudio de dinamómetro de 2005 que simulaba la conducción urbana, se demostró que la combinación eliminaba prácticamente las emisiones de HC, CO y PM de camiones diésel con un aumento del 10 % en el consumo de combustible utilizando un sistema de conversión de gas a líquido Shell equipado con un filtro de partículas combinado y un convertidor catalítico, en comparación con los mismos camiones sin modificar que utilizaban combustible diésel de la Junta de Recursos del Aire de California. [ 55 ]

En su comparecencia ante el Subcomité de Energía y Medio Ambiente de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos, un científico sénior de Rentech hizo la siguiente declaración:

Los combustibles FT ofrecen numerosos beneficios a los usuarios de la aviación. El primero es una reducción inmediata de las emisiones de partículas. Se ha demostrado en cámaras de combustión y motores de laboratorio que el combustible para aviones FT reduce las emisiones de partículas en un 96 % en ralentí y en un 78 % en operación de crucero. La validación de la reducción en otras emisiones de motores de turbina aún está en curso. Simultáneamente a la reducción de partículas, se produce una reducción inmediata de las emisiones de CO₂ del combustible FT. Los combustibles FT reducen intrínsecamente las emisiones de CO₂ porque tienen un mayor contenido energético por unidad de carbono, y el combustible es menos denso que el combustible para aviones convencional, lo que permite a las aeronaves volar más lejos con la misma carga de combustible. [ 56 ]

La "pureza" de estos combustibles sintéticos FT se demuestra aún más por el hecho de que son suficientemente no tóxicos y respetuosos con el medio ambiente como para ser considerados biodegradables. Esto se debe principalmente a la casi ausencia de azufre y al nivel extremadamente bajo de aromáticos presentes en el combustible. [ 57 ]

En 2023, un estudio publicado por el Centro de Excelencia de Seguridad Energética de la OTAN concluyó que los combustibles sintéticos FT ofrecen una de las vías de descarbonización más prometedoras para la movilidad militar en los ámbitos terrestre, marítimo y aéreo. [ 58 ]

Sostenibilidad

Una preocupación común en relación con el desarrollo de plantas de combustibles sintéticos es la sostenibilidad. Fundamentalmente, la transición del petróleo al carbón o al gas natural para la producción de combustibles para el transporte implica el paso de un recurso inherentemente agotable y geológicamente limitado a otro.

Una de las características positivas de la producción de combustibles sintéticos es la capacidad de utilizar diversas materias primas (carbón, gas o biomasa) para producir el mismo producto en la misma planta. En el caso de las plantas híbridas BCTL, algunas instalaciones ya planean utilizar una cantidad significativa de biomasa junto con el carbón. En última instancia, con la ubicación adecuada, buena disponibilidad de biomasa y precios del petróleo suficientemente altos, las plantas de combustibles sintéticos pueden pasar de utilizar carbón o gas a una materia prima 100 % de biomasa. Esto abre el camino hacia una fuente de combustible renovable y posiblemente más sostenible, incluso si la planta originalmente producía combustibles exclusivamente a partir de carbón, lo que garantiza la compatibilidad futura de la infraestructura incluso si se agota la materia prima fósil original.

Algunos procesos de producción de combustibles sintéticos se adaptan más fácilmente a prácticas de producción sostenibles que otros, dependiendo del equipo seleccionado. Este es un aspecto importante a considerar durante la planificación e implementación de estas instalaciones, ya que se debe reservar espacio adicional en la distribución de la planta para acomodar cualquier cambio futuro en el manejo de materiales y la gasificación que pueda ser necesario para adaptarse a una modificación en el perfil de producción.

Para vehículos con motores de combustión interna

Los electrocombustibles procedentes de energías renovables podrían sustituir a los combustibles fósiles .

Los electrocombustibles , también conocidos como e-combustibles o combustibles sintéticos , son un tipo de combustible de reemplazo directo. Se fabrican utilizando dióxido de carbono o monóxido de carbono capturado, junto con hidrógeno obtenido de fuentes de electricidad sostenibles como la energía eólica, solar y nuclear. [ 59 ]

El proceso utiliza dióxido de carbono en la fabricación y libera aproximadamente la misma cantidad de dióxido de carbono a la atmósfera cuando se quema el combustible, lo que resulta en una baja huella de carbono general. Por lo tanto, los electrocombustibles son una opción para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte, en particular del transporte de mercancías a larga distancia, marítimo y aéreo. [ 60 ]

Los objetivos principales son el butanol y el biodiésel , pero también incluyen otros alcoholes y gases que contienen carbono, como el metano y el butano .

Véase también

Referencias

  1. ↑ Ruth, John C; Stephanopoulos, Gregory (2023). "Combustibles sintéticos: ¿qué son y de dónde vienen?". Current Opinion in Biotechnology . 81 102919. doi : 10.1016/j.copbio.2023.102919 . OSTI 1968968 . PMID 36996730 .  
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  6. ↑ "Combustibles líquidos: procesos de licuefacción directa" . Gasifipedia . Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, Departamento de Energía de EE. UU. Archivado del original el 24 de mayo de 2014. Consultado el 25 de julio de 2014 .
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