Innowacje: "Power-to-Liquids"

Wyjaśniamy dlaczego zastosowanie ciekłych węglowodorów jest obiecującym pomysłem pozwalającym na redukcję emitowanych spalin na dużą skalę.

Korzystanie na dużą skalę ze źródeł energii odnawialnej staje się coraz powszechniejsze, ponieważ świat dąży do coraz większej dekarbonizacji. Oczekuje się, że stosowanie energii odnawialnej otworzy przed ludźmi nowe perspektywy, takie jak zamiana odnawialnej energii elektrycznej w paliwa płynne. Znany pod nazwą Power-to-Liquid (PtL), ten rodzaj zrównoważonego paliwa lotniczego (SAF) staje się ciekawą opcją zasilania samolotów przyszłości.

W 1923 r. chemicy Franz Fischer i Hans Tropsch postanowili zastosować nowatorskie podejście do przekształcania węgla w paliwo syntetyczne (proces pierwotnie opracowany został w Niemczech w 1913 r.). Naukowcy ci wspólnie przetestowali pośredni sposób upłynniania węgla, w którym węgiel stały najpierw zamieniany jest w gaz. Proces ten wymaga użycia katalizatorów metalowych w temperaturach 150–300°C do wywołania reakcji chemicznych, w wyniku których powstają ciekłe węglowodory – lub wymaga zmieszania surowego płynnego tlenku węgla z wodorem lub gazem wodnym.

Nowy proces technologiczny okazał się na tyle skuteczny, że zasobne w węgiel Niemcy wykorzystały go podczas II wojny światowej do produkcji paliwa zastępującego tradycyjną ropę naftową. W rzeczywistości 92% paliwa lotniczego i ponad 50% ropy naftowej w latach czterdziestych XX wieku Niemcy uzyskiwali w procesie upłynniania węgla, którego pionierami był Fischer i Tropsch.

Sto lat później proces Fischera-Tropscha jest jedną z głównych metod produkcji SAF zatwierdzonych przez ASTM. Obecnie ten typ SAF jest znany jako PtL i charakteryzuje się poprawionymi właściwościami spalania, które mogą pomóc w znacznym zmniejszeniu emisji w różnych sektorach gospodarki, w tym w lotnictwie.

Jedną z głównych zalet PtL jest możliwość transportowania i dystrybucji takiego paliwa za pośrednictwem istniejącej sieci infrastruktury używanej do przesyłania i magazynowania paliw kopalnych, w tym rurociągów i stacji paliw.

Czym jest Power-to-Liquid lub PtL?

PtL to syntetycznie wytwarzany ciekły węglowodór. Odnawialna energia elektryczna jest w jego przypadku głównym źródłem energii, a woda i dwutlenek węgla (CO₂) są głównymi surowcami wykorzystywanymi w produkcji. Proces wytwarzania PtL składa się z trzech głównych etapów:

• energia odnawialna zasila elektrolizery służące do produkcji „zielonego” wodoru.
• neutralny dla klimatu CO₂ – wychwycony na przykład bezpośrednio w powietrzu – jest przekształcany w surowiec węglowy.
• surowce węglowe są łączone z „zielonym” wodorem – w procesach takich jak Fischera-Tropscha – w celu wytworzenia ciekłych węglowodorów. Następnie są przekształcane w syntetyczny odpowiednik nafty.

Kluczowe znaczenie dla produkcji PtL ma wychwytywanie i przechowywanie CO₂. Rzeczywiście, odzyskanie CO₂ uwolnionego podczas spalania i połączenie go z wodorem zamyka pętlę, w której początkowo powstały gaz (CO2) jest ponownie wykorzystywany do tworzenia paliwa. Z tego powodu emisje spalin z PtL „od źródła paliwa do silnika” – ważny miernik porównujący wydajność różnych rozwiązań w odniesieniu do emisji gazów cieplarnianych – można zmniejszyć nawet o 90% w porównaniu z paliwami kopalnymi.

Jedną z głównych zalet PtL jest możliwość transportu i dystrybucji za pośrednictwem istniejącej sieci infrastruktury zbudowanej dla paliw kopalnych, w tym rurociągów i stacji paliw. Ponadto jest już możliwe mieszanie PtL z konwencjonalną naftą lotniczą (w proporcji do 50%), zgodnie z obowiązującymi normami dotyczącymi paliw dla silników odrzutowych.

Jednak dzisiejsze PtL są produkowane stosunkowo wysokim kosztem i na małą skalę. Oczekuje się, że zmieni się to w miarę rozwoju ekologicznego systemu zasilania wodorowego na całym świecie. Eksperci przewidują, że PtL może być gotowe do użycia na szerszą skalę w latach 2025-2030.

Partnerstwo na rzecz wielkoskalowego rozwoju PtL

PtL jest paliwem alternatywnym, posiadającym dopuszczenie JetA/JetA1. Oferuje wymaganą gęstość energii, warunek konieczny do napędzania środków transportu, które wymagających dużo energii do pokonania długich dystansów. To sprawia, że PtL jest interesującym rozwiązaniem dla lotnictwa – i Airbus to zauważa.

Airbus widzi, że PtL ma ogromny potencjał, nie tylko pod względem wpływu na klimat, ale także kosztów i skalowalności. Właśnie dlatego współpracuje z konsorcjum SAF+, pierwszą organizacją w Ameryce Północnej, której celem jest produkcja PtL na szeroką skalę.

Celem partnerstwa jest zapewnienie Kanadzie – i ostatecznie reszcie Ameryki Północnej – zrównoważonych dostaw PtL, pozwalających na latanie niskoemisyjne. Fabryka demonstracyjna, zlokalizowana w pobliżu Montrealu, rozpocznie produkcję PtL w 2021 roku, a produkcja przemysłowa na dużą skalę ruszy w niej do 2025 roku.